Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 11
1.1. Функциональная организация центрального регулятора дыхания
1.1.1. Автогенератор дыхательного ритма 11
1.1.2. ХеморецепторНый контур регуляции 14
1.1.3. Механорецепторный контур регуляции 15
1.2. Активация шунта ГАМК как следствие гипоксического метаболизма мозга
1.3. Нейромедиаторная организация центрального регулятора дыхания 18
1.3.1. Значение глутаматергической системы в регуляции дыхания 19
1.3.2. Значение ГОМКергической системы в регуляции дыхания 25
1.3.3. Значение ГАМКергической системы в регуляции дыхания 28
Глава 2. Методика исследований результаты собственных исследований 41
Глава 3. Влияние глутамата на дыхание и системную гемодинамику 41
3.1. Влияние блокатора NMDA-рецепторов МК-801 на дыхание и гемодинамику 41
3.2. Функциональное состояние хеморецепторного контура регуляции 45
3.3. Функциональное состояние механорецепторного контура регуляции 54
3.4. Участие NMDA-рецепторов в возникновении гаспинга 57
3.5. Совместное воздействие ГОМКергической и плута матер гической систем на дыхание и гемодинамику 60
Глава4. Влияние фенибута на дыхание и системную гемодинамику
4.1. Влияние ГАМК-агониста фенибута на дыхание и гемодинамику 65
4.2. Функциональное состояние хеморецепторного контура регуляции 69
4.3. Функциональное состояние механорецепторного контура регуляции 74
4.4. Участие ГАМКергической системы в осуществлении рефлекса Бецольда-Яриша
Глава 5. Влияние оксибутирата на дыхание и системную гемодинамику
5.1. Влияние ГОМК-агониста оксибутирата на дыхание и гемодинамику 89
5.2. Функциональное состояние хеморецепторного контура регуляции 93
5.3. Функциональное состояние меха но рецептори ого контура регуляции 101
5.4. Роль опиоидергической системы в опосредовании реакций дыхательной системы на введение оксибутирата 105
5.5. Участие ГОМКергической системы в осуществлении рефлекса Бецольда-Яриша 113
Глава 6. Обсуждение результатов . 123
Выводы 136
Литература 138
- Значение глутаматергической системы в регуляции дыхания
- Значение ГАМКергической системы в регуляции дыхания
- Влияние блокатора NMDA-рецепторов МК-801 на дыхание и гемодинамику
- Влияние ГАМК-агониста фенибута на дыхание и гемодинамику
Введение к работе
Проблема коррекции нарушений центральной регуляции дыхания, возникла уже очень давно. Впервые характерные нарушения дыхательного ритмогенеза описаны Чейном (Cheyne J., 1818) у больных с сердечной недостаточностью. Несмотря на столь давнее описание, до настоящего времени патофизиология не имеет не только, общей теории патогенеза нарушений центральной регуляции дыхания, но патофизиологи даже не могут с удовлетворительной полнотой объяснить-природу возникновения ни одного из описанных типов патологического, дыхания.
Объективной причиной отсутствия существенного прогресса в изучении патогенетических механизмов патологических паттернов дыхания является отсутствие цельного представления ' о формировании нормального дыхательного ритма. На данный момент существует несколько концепций дыхательного ритмогенеза, каждая из которых имеет свои достоинства и недостатки. Изучение механизма ритмообразования тесно связано с исследованием организации дыхательного центра как регулятора внешнего дыхания.
Исследования центрального регулятора дыхания начались с момента открытия в XIX в. так называемого дыхательного центра, и первоначально уточнялась главным образом его локализация. Затем, после внедрения в середине XX в. в практику исследования микроэлектродной стереотаксической методики, проводили изучение разрядов различных типов так называемых дыхательных нейронов, однако, этого оказалось недостаточно для понимания механизмов дыхательного ритмогенеза. Поэтому в дальнейшем основные исследования были направлены на изучение взаимодействий между различными типами дыхательных нейронов, которые проводились с помощью морфологических, морфофизиологических и гистохимических методов. Эти опыты выявили широко распространенные перекрывающиеся связи среди различных дыхательных нейронов. Но и этого оказалось мало для формирования убедительной теории возникновения дыхательного ритма, поэтому следующим этапом исследований стало выяснение нейромедиаторной
6 организации дыхательного центра. Проблема осложнялась тем, что в структурах дыхательного центра были обнаружены практически все известные к настоящему времени нейромедиаторы и н ей ро модуляторы (Mueller R.A. et ai., 1982; Bianchi A.L. et aL, 1995), причем некоторые из них локализуются совместно.
Взаимосвязаной с этой, и, в то же время самостоятельной, является проблема изучения изменений характера импульсного разряда, а также нейромедиаторных взаимодействий нейронов дыхательного центра в условиях патологии. При изучении содержания различных физиологически активных веществ в мозге при некоторых патологических состояниях было обнаружено, что при ишемии и гипоксии различной этиологии концентрация ГАМК и глутамата в тканевой жидкости и ликворе может резко увеличиваться (Wang X. et а]., 2001; Гомазков О.А., 2004). Это является проявлением активации метаболических реакций шунта ГАМК, имеющих большое значение для энергетического обеспечения нейронов в экстремальных условиях. Поскольку ГОМК является метаболитом ГАМК, то можно полагать, что увеличение содержания. ГАМК и ГОМК в тканях происходит параллельно в одних и тех же условиях, например, таких как гипоксия (неспецифический фактор многих заболеваний) и ишемия. Изменение (повторяющееся и закономерное увеличение) содержания данных нейромедиаторов указывает на возможность участия ГАМК-, ГОМК-и плутаматергической систем в механизмах формирования центральных нарушений регуляции дыхания.
Для проверки степени участия перечисленных нейромедиаторов в возникновении ряда патологических паттернов дыхания, а также нарушений функционирования центральных механизмов регуляции дыхания и была проведена данная работа.
Актуальность настоящего исследования. Существует большая группа разнообразных заболеваний, которые при достижении критического уровня могут приводить к возникновению так называемых патологических типов дыхания, особенно часто проявляющихся во сне и при развитии коматозного состояния. К таким болезням относят диабет, расстройства
системного и мозгового кровообращения, а также гипоксическую гипоксию, отравление цианидами, глубокий наркоз, менингит и энцефалит, которые к тому же нарушают кровоснабжение мозга. Поскольку патогенез указанных заболеваний весьма разнообразен, а патологических типов дыхания к настоящему времени известно около десяти, то анализ взаимосвязей между ними и механизмами развития нарушений регуляции центрального происхождения весьма затруднен. Согласно классическим представлениям предполагается тесная зависимость между локализацией очага повреждения в мозге и типом патологического процесса, с одной стороны, и характером формирующегося патологического дыхания - с другой. Однако ни в клинических наблюдениях, ни в экспериментальных исследованиях такой взаимосвязи обнаружить не удалось. Более того, сейчас накоплены данные, противоречащие наличию подобной взаимосвязи (Тараканов И.А., Сафонов В.А., 2003).
Существует другой подход к решению этой проблемы, разработанный в нашей лаборатории в форме нейрогуморальной концепции нарушений центральной регуляции дыхания (Тараканов И.А., Сафонов В.А., 2003). Она основана на базовых представлениях о структуре центрального регулятора дыхания и нейрогуморальных взаимодействиях разных нейронных группировок в деятельности автогенератора, хемо- и меха норе гулято ров в дыхательном центре. Суть этой концепции заключается в том, что в условиях патологии нарушается химический состав внеклеточной жидкости, окружающей дыхательные нейроны ствола мозга. Такое изменение состава ликвора может быть связано с нарушениями метаболизма всего организма, а также с метаболическими нарушениями при развитии патологических процессов в отдельных зонах мозга. Основным неспецифическим фактором многих патологических процессов является гипоксия, которая изменяет метаболизм нервной ткани. В типичных патологических условиях основное значение имеет активация реакций шунта ГАМК (или шунта Робертса) и нарастание в ликворе содержания глутамата, у-аминомасляной (ГАМК) и у-оксймасляной (ГОМК) кислот, которые, будучи нейромедиаторами и н ей ро модуляторам и, оказывают выраженное влияние . на деятельность
нейронов, в том числе и дыхательных. Известно, что ГАМКергическая и ГОМКергическая системы обычно оказывают на нейроны угнетающее влияние, . а глутаматергическая - возбуждающее. Кроме того, ГАМК способна модулировать выделение глутамата из синаптических окончаний, а ГОМК обратимо образуется из ГАМК, что свидетельствует о сложных взаимодействиях метаболитов шунта ГАМК и их возможном влиянии на дыхательные нейроны.
Таким образом, актуальность настоящего исследования определяется, во-первых, высокой степенью вероятности участия глутамата, ГАМК и ГОМК в механизмах. формирования патологических типов дыхания центрального происхождения и, во-вторых, важной ролью указанных медиаторов в регуляции функций центральной нервной системы и, тем самым, в раскрытии нейромедиаторной организации дыхательного центра.
Цель и задачи исследования. Основной целью данного исследования было изучение роли метаболитов шунта ГАМК в функционировании трех важнейших составляющих дыхательного центра - автогенератора дыхательного ритма, хемр- и механорегуляторов при введении агонистов и блокаторов указанных медиаторных систем и оценка возможностей участия этих медиаторных систем в формировании патологических типов дыхания центрального генеза.
Для достижения этой цели были поставлены следующие задачи:
1. Изучить участие глутаматных NMDA-, ГАМК- и ГОМК-рецепторов в
функционировании автогенератора дыхательного ритма до и после
введения соответственно МК-801, фенибута и оксибутирата.
Исследовать значимость указанных медиаторных систем в функционировании хеморецепторного контура регуляции дыхательной системы, определяющего ее реакции на избыток углекислого . газа и недостаток кислорода.
Выяснить роль глутамат-, ГАМК- и ГОМКергической систем в осуществлении рефлексов, возникающих с механорецепторов легких и дыхательных путей.
Научная новизна исследования. Впервые проведено комплексное изучение влияния всех нейромедиаторов шунта ГАМК на центральную регуляцию дыхания и на формирование патологических типов дыхания.
Впервые показано, что фенибут, воздействуя на ГАМК-рецепторы, вызывает у крыс глубокие нарушения регуляции дыхания.
Установлено, что блокада глутаматергических NMDA-рецепторов препаратом МК-801 снижает чувствительность дыхательной системы и устойчивость организма к гипоксии.
Получены убедительные подтверждения того, что автогенератор дыхательного ритма способен функционировать в условиях значительного ослабления влияний с хемо- и механорецепторов дыхательной системы.
Теоретическая и практическая значимость. Результаты проведенного исследования способствуют дальнейшему развитию разработанной в нашей лаборатории концепции нейрогуморальной регуляции дыхания. Сведения о роли нейромедиаторов и нейромодуляторов шунта ГАМК, полученные в настоящем исследовании, важны для понимания механизмов возникновения патологических типов дыхания в условиях ишемии и гипоксии мозга. Данные результаты после дополнительных исследований могут быть использованы в клинике для своевременного распознавания и эффективной коррекции нарушений дыхательного ритма центрального генеза, возникающих у больных при ишемии и гипоксии мозга различной этиологии.
Основные положения, выносимые на защиту.
Блокада у крыс глутаматергических NMDA-рецепторов препаратом МК-801 приводит к нарушениям дыхательного ритма и снижению чувствительности дыхательной системы и устойчивости организма к гипоксической гипоксии.
Активация ГАМК-рецепторов фенибутом вызывает у крыс глубокие нарушения регуляции дыхания, включающие изменения работы генератора дыхательного ритма.
При стимуляции ҐАМК-рецепторов происходит значительное угнетение (до полного исчезновения) чувствительности дыхательной системы к углекислому газу.
Инъекция животным оксибутирата приводит к возникновению периодического дыхания с задержками на выдохе.
Значение глутаматергической системы в регуляции дыхания
Понятие о нейромедиаторной организации центрального регулятора дыхания появилось не так давно. Однако вследствие важности этой проблемы, в последние годы изучению нейромедиаторной организации дыхательного центра уделяется все больше внимания. Это, в частности, отражено в обзорах по данной проблеме, вышедших за последнее время (Mueller R.A. et al., 1982; Bianchi A.L. et al., 1995; Тараканов И.А., Сафонов B.A.,2003).
Анализ литературы показывает, что в дыхательном центре представлены практически все известные к настоящему времени вещества, обладающие нейромедиаторной и ней ром одул яторной активностью, а также имеются соответствующие им рецепторы. Это означает, что нейромедиаторная организация очень сложна и что в центральной регуляции дыхания участвует большое количество разнообразных физиологически активных веществ. Из всех этих веществ мы отобрали те, которые являются продуктами и медиаторами ишемического и гипоксического метаболизма мозга, а также те, которые имеют важнейшее значение в регуляции дыхания.
Впервые предположение о медиаторной функции L-глутамата было выдвинуто в 60-е годы XX в., но убедительно обосновать медиаторную функцию глутамата в ЦНС удалось гораздо позднее (De Feudis F.V., 1975; Hamberger А.С. et al., 1979). Основной причиной, по которой медиаторная функция глутамата длительное время не была доказана, являлось отсутствие данных о ферментативной деградации этой аминокислоты в синапсе. В отличие от других нейромедиаторов ферментативное устранение глутамата не имеет существенного значения: инактивация его происходит за счет высокоспецифичного обратного захвата пресинаптическими нервными окончаниями и преимущественного поглощения медиатора глиальными клетками (De Feudis F.V., 1975; Curtis D., Johnston G., 1981).
Глутамат является анионом глутаминовой кислоты, предшественника ГАМ К. Глута ми новая кислота превращается в ГАМ К при взаимодействии с ферментом глутамат-декарбоксилазой. Таким образом, концентрации глутамата и ГАМК зависят друг от друга.
Глутаминовая кислота участвует в разнообразных метаболических превращениях практически во всех клетках и является одной из наиболее распространенных аминокислот, имеющих важнейшее значение для организма. Метаболизм глутамата играет центральную роль в тканях головного мозга (Дамбинова С.А., 1989). На долю глутамата и структурно родственных ему аминокислот (аспартата, таурина и др.) приходится около 70% от общего фонда свободных аминокислот в нервной ткани, глутамат является важным субстратом энергетического обмена в клетках мозга. Имеется представление о существовании по меньшей мере двух метаболических «пулов» глутамата. Первый предположительно нейрональный, в котором глутамат поступает в цикл ди- и трикарбоновых кислот (за счет глюкозы, пирувата) и происходит его накопление в цитоплазме, митохондриях нейронов, глиальных клетках и частичное включение в шунт ГАМ К. Второй «пул» является чисто глиальным и здесь глутамат превращается в глутамин (Fagg G.E., 1985).
Одной из существенных функций глутамата является его участие в синаптической передаче и полагают, .что глутамат играет большую роль в процессах возбуждения, чем аспартат (Болдырев А.А., 2000; Мошарова И.В., 2001; АбрамецИ.И., Комисаров И.В., 2001).
Эффекты глутамата у высших животных опосредуются в ЦНС через глутаматные рецепторы, которые, кстати, обнаружены даже у одноклеточных организмов и растений.
В настоящее время принято разделять глутаматные рецепторы согласно их структуре и механизмам действия на два основных подтипа: ионотропные (iGluR) и метаботропные (mGluR). Глутаматные рецепторы первого подтипа связаны с ионными каналами, поэтому в результате их активации ионные каналы открываются, обеспечивая генерацию электрического потенциала. Эти рецепторы по характеру своего ответа являются «быстрыми», так как их активация измеряется миллисекундами. Метаботропные глутаматные рецепторы не обеспечивают активации ионных каналов. Они связаны с G-белками в нейрональной мембране, и при воздействии на mGluR соответствующих лигандов осуществляется модификация работы глутаматных . рецепторов первого подтипа посредством изменения клеточного метаболизма. Функция этих рецепторов реализуется в более длительном временном интервале (от сотен миллисекунд до минут).
Все глутаматные рецепторы (более 10 разных классов) объединяет способность активироваться одной и той же молекулой - глутаматом, к которому они обладают различным сродством. Традиционно в основе составления классификации любых нейромедиаторных рецепторов лежат данные о влиянии на них агонистов и антагонистов. В настоящее время существует несколько систем классификации глутаматных рецепторов у позвоночных и беспозвоночных животных (Болдырев А.А., 2000; Мошарова И.В.,2001). .
В соответствии с общепринятой классификацией ионотропные Giu-рецепторы подразделяются на две группы: NMDA- и He-NMDA-рецепторы. И те, и другие являются рецептор-канальными комплексами, в которых при активации соответствующими агонистами открываются катионные каналы, осуществляющие проведение через синаптическую мембрану ионов натрия, калия и кальция. Все ионотропные рецепторы локализованы на постсинаптической мембране глутаматергических синапсов, в то время как mGluR расположены как на пре-, так и на постсинаптической мембране (Болдырев А.А., 2000; Kelly A., Stanley С.А., 2001).
Группа рецепторов не-NMDA включает в себя АМРА- и каинат-чувствительные рецепторы. Объединение их в одну группу, как и само название этой группы, объясняется наличием у них общих «отрицательных» по сравнению с NMDA-рєцепторами свойств: NMDA (N-метил-Р-аспартат) не является для них агонистом, микромолярные концентрации D-AP5 (0-2 амино-5-фосфонопентановая кислота) и Мд++ не блокируют ионный канал, проводимость которого также не является потенциалзависимой. Общие агонисты He-NMDA-рецепторов - глутамат, АМРА (а-амино-3-гидрокси-5-метилизооксазол-4-пропионат) и каинат. Наиболее общий специфичный антагонист для них - б-циано-7-нитрохиноксалин-2,3-дион (CNQX).
Однако наибольший интерес с физиологической и патофизиологической точек зрения представляет NMDA-подтип глутаматных рецепторов, которые задействованы в механизмах памяти, участвуют в эпилептизации и дегенерации нейронов (Луценко В.К., 2004; Гомазков О.А., 2004).
Значение ГАМКергической системы в регуляции дыхания
ГАМКергическую систему образует совокупность клеток, содержащих ГАМК, рецепторы, специфически чувствительные к этому веществу, а также ферменты его синтеза, распада и механизмы транспорта и обратного захвата. Согласно современным представлениям, ГАМК в организме выполняет несколько функций: является нейропередатчиком, ней ром одул ятором и нейрогормоном. По мнению некоторых исследователей, только 10-30% ГАМК выполняет функцию нейропередатчика, а 70-90% - участвуют в метаболизме (Balars R. et al., 1970).
Основным источником ГАМК в организме является ее образование из глутамата под действием фермента глутаматдекарбоксилазы (Snead О.С. et al., 1982). Поскольку исходным веществом и конечным продуктом такого пути являются вещества цикла Кребса, то этот путь был назван «шунтом ГАМК» (Roberts Е., Frankel S.,1950). Последующие превращения ГАМК могут включать в себя ее трансаминирование с а-кетоглутаратом при участии фермента ГАМК-трансаминазы до глутаминовой кислоты и янтарного полуальдегида. Из янтарного полуальдегида под действием дегидрогеназы обратимо образуется еще одно вещество, обладающее физиологической активностью - у-оксимаслянная кислота (Fishbein W.N., Bessman S.P.,1964; Giarman N.J., Roth R.H.,1964).
В живой природе ГАМК распространена очень широко, начиная с бактерий-про кар йот и кончая млекопитающими, у которых она обнаружена в целом ряде органов и тканей, включая прежде всего ЦНС.
Наличие ГАМК в мозге млекопитающих впервые было описано Е. Roberts и S. Frankel в 1950 г. Выявлено, что ГАМК распределяется практически по всей нервной системе , включая и перефирический отдел. Она имеет особое значение для деятельности нервной системы и некоторые исследователи считают ее важнейшим тормозным медиатором (Enna S.J., Maggi А., 1979; Grimm J.W., See R.E., 2000; Schwaartz-Bloom R.D., Sah R., 2001; Луценко B.K., 2004). Наличие ГАМК в нейронах связано с ее основными функциями - нейромедиаторной и нейромодуляторной. Известно, что не менее 30% синапсов мозга в целом имеют ГАМКергическую природу (Snead О.С. et al., 1982). Распределение ГАМК варьирует в разных структурах ЦНС, что позволяет предположить участие этого нейропередатчика в специфических функциях. При этом характерно, что реакции нейронов разных отделов мозга на действие ГАМК не отличаются (Ebihara S. etal., 1992).
Высокую концентрацию ГАМК обнаружили в ядрах ствола мозга, в коре большого мозга и спинном мозге (Doherty J.D. et al., 1978). Отмечено, что ядра, участвующие в регуляции дыхания, такие как парабрахиальное ядро, ядро одиночного пути и голубоватое место, содержат средние концентрации вещества (Tabata М. et al., 2001; Wasserman A.M. et al., 2002). В ядре одиночного пути кошки ГАМКергические окончания распределены по всем субъядрам, в том числе и в вентролатеральном, которое составляет основу дорсальной дыхательной группы нейронов. Значение этой аминокислоты в функционировании ядра одиночного пути, по-видимому, очень велико. Это подтверждается данными о том, что около 33% всех синаптических окончаний здесь имеют ГАМКергическую природу (Sana S. et al., 1995).
На нервные клетки ГАМК действует посредством специфических молекулярных рецепторов, расположенных на мембране. По функциональным характеристикам и данным фармакологического анализа ГАМКергические рецепторы принято делить на 3 типа: ГАМКд- , ГАМКВ- и ГАМКсгрецепторы (Bowery N.G. et al., 1983.; Сергеев.П.В,, Шишановский Н.Л., 1987), В настоящее время ГАМКс-рецепторы обнаруживают не только в сетчатке глаза (Zhang D. et al., 2001; Boiler M., Schmidt M., 2001), но и в ЦНС. В дальнейшем мы не обсуждаем их значение, так как о ГАМКс-рецепторах пока известно недостаточно.
ГАМКд-рецепторы являются гетероолигомерами, состоящими из 5 субчастиц, набор которых в составе рецептора может меняться, обусловливая их гетерогенность и различные свойства. ргСубчастица ГАМКд-рецептора образует хлорный канал, содержащий участок прямого активирующего действия ГАМК. Возбуждение ГАМ КА- ре цеп то ров, возникающее под действием ГАМК или специфических ГАМК-положительных веществ, приводит к открыванию хлорных каналов и массированному вхождению ионов хлора внутрь клетки. Данный процесс гиперполяризует мембрану ішетки и повышает порог ее возбудимости, то есть понижает чувствительность нейрона к возбуждающим синаптическим влияниям. В виду этого ГАМК принято считать тормозным нейропередатчиком. ГАМКА-рецепторы располагаются как пре- , так и постсинаптически.
Кроме самой ГАМК на ГАМКА-рецепторы действует еще ряд веществ, мощным избирательным активатором (агонистом) этих рецепторов является структурный аналог ГАМК мусцимол, а блокатором (антагонистом) - бикукуллин (Andrews P.R., Johnston G.A.R., 1979).
ГАМКв-рецепторы, подобно ГАМКд-рецепторам, располагаются на пре- и постсинаптических мембранах и также выполняют тормозную функцию. Кроме ГАМК этот тип рецепторов активируют некоторые вещества, наиболее избирательными из которых является баклофен и в меньшей степени - фенибут (Раевский К.С., Георгиев В.П., 1986). Баклофен гиперполяризует мембрану нейронов, и угнетает спонтанно активные клетки (Li Y.W., Guyenet P.G.,1995). ГАМКв-рецепторы сопряжены с кальциевыми и калиевыми каналами (Tillakaratne N.J.К. et al., 1995). Отмечено, что эти кальциевые каналы являются потенциал - зависимыми. Имеются сведения, что оксибутират, будучи одним из метаболитов ГАМК, способен взаимодействовать с ГАМКв-рецелторами(МаІЇге M.V. et al., 1990; Banerjee P.К., Snead O.C., 1995). Блокаторами ГАМКв рецепторов являются факлофен, окси-саклофен и др.
Влияние блокатора NMDA-рецепторов МК-801 на дыхание и гемодинамику
Важно подчеркнуть, что после блокады NMDA-рецепторов, в отличие от контрольных условий, увеличение МОД при гипоксии в 1-ю фазу дыхательной реакции происходило не только за счет углубления дыхательных движений, но и за счет их учащения. Это хорошо видно при сравнении различий (Д) между 1-й и 2-й фазами дыхательной реакции на гипоксическую гипоксию до и после введения МК-801.
После введения МК-801 при гипоксической гипоксии абсолютные значения ЧД проявляли выраженную тенденцию к увеличению, но при сравнении АЧД при гипоксии до и после блокады NMDA-рецепторов обнаруживается, что вклад учащения дыхательных движений становился гораздо более заметным. Во время 1-й фазы гипоксии после введения МК-801 ЧД увеличивалась почти на 20%, а в течение 2-й - в этих же условиях снижалась почти до исходных значений (табл. 4). Отмеченное нами у крыс учащение дыхания соответствует данным, полученным на наркотизированных собаках при гипоксии после блокады NMDA-рецепторов (AngR.C. etal., 1992).
Величина ДО при гипоксии после введения препарата МК-801 изменялась менее выражено, чем в контрольных условиях. После введения препарата ДО в 1-ю фазу дыхательной реакции увеличился только на 16%, что достоверно меньше, чем изменение в соответствующую фазу в контрольных условиях (табл. 4).
Среднее АД при гипоксии после применения препарата МК-801 снижалось в большей степени по сравнению с контрольными условиями: во время 1-й фазы дыхательной реакции - в 2 раза, а в течение 2-й - в среднем в 3 раза (р 0,001), то есть оно было ниже, как в первую, так и во вторую фазы дыхательной реакции (р 0,01, табл. 4). На рис. 5 также видно, что в гипоксических условиях ритм сокращений сердца замедлялся в большей степени, чем в контрольных условиях. Необходимо отметить, что в 4 опытах наблюдалась остановка дыхания и резкое понижение АД при гипоксии после введения МК-801. Это вынуждало прекращать дальнейшее вдыхание гипоксической газовой смеси, и животные этой группы исключены нами из последующего статистического анализа.
Для уменьшения влияния исходных значений параметров легочной вентиляции и АД определяли разность (Д) между параметрами внешнего дыхания в 1-ю и 2-ю фазы реакции на гипоксию и соответствующими фоновыми величинами как до, так и после введения препарата, и затем сравнивали их между собой.
Мы считаем, что 1-я фаза реакции дыхания на гипоксическую гипоксию характеризует чувствительность дыхательной системы к недостатку кислорода.. После введения препарата МК-801 и блокады NMDA-рецепторов чувствительность дыхательной системы к гипоксии уменьшается, так как прирост МОД в 1-ю фазу в контрольных условиях происходит больше (в 2 раза), чем увеличение соответствующего значения после применения МК-801, а ДДО в контрольных условиях при гипоксии в эту фазу увеличивается в 4,5 раза, то есть намного больше, нежели АДО после введения препарата. В отличие от ДДО изменение ЧД имеет обратный знак - после блокады NMDA-рецепторов оно увеличивается в 7 раз. Это указывает на перестройку системы центральной регуляции дыхания и выраженное снижение чувствительности дыхательной системы к гипоксической гипоксии.
Устойчивость к гипоксии, судя по 2-й фазе дыхательной реакции, после введения препарата МК-801 также снижается. Параметры внешнего дыхания (МОД и ДО) после блокады NMDA-рецепторов не только не увеличиваются, а даже уменьшаются по сравнению с контрольными значениями и по сравнению с соответствующими величинами во время 1-й фазы. Частота же дыхательных движений почти не изменяется. Это указывает (наряду с более значительным снижением АД и остановкой дыхания почти у 40% животных) на существенное снижение устойчивости организма в гипоксических условиях после блокады NMDA-рецепторов. Следовательно, в отличие от предположений ряда исследователей нецелесообразно использовать МК-801 и другие блокаторы NMDA-рецепторов в качестве нейропротекторных средств при лечении больных с ишемическими нарушениями деятельности мозга.
Можно сделать общий вывод, что блокирование NMDA-рецепторов уменьшает чувствительность дыхательной системы и устойчивость организма к гипоксии.
Поскольку нами установлено, что NMDA-рецепторы принимают активное участие в деятельности автогенератора дыхательного ритма и работе хеморецепторного контура регуляции дыхания, естественно возник вопрос: какова роль NMDA-рецепторов в деятельности механорецепторного контура регуляции?
В данном исследовании изучали реакции дыхательной системы и сопутствующие изменения гемодинамики большого круга кровообращения после блокады глутаматергических NMDA-рецепторов в ответ на двустороннюю ваготомию.
Для сравнения была проведена контрольная серия экспериментов, в которой ваготомию производили у 11 наркотизированных крыс без каких-либо дополнительных воздействий (рис. 6). Пересечение блуждающих нервов приводило к первоначальному значительному (в 1,5 раза) уменьшению ЧД, которое сопровождалось одновременным углублением дыхательных движений, так что объем вентиляции легких фактически не изменялся (табл. 5). На таком уровне дыхание поддерживалось в течение примерно 30 мин, затем происходило восстановление частоты дыхательных движений. Среднее АД в этих условиях практически не изменялось (табл. 5).
Влияние ГАМК-агониста фенибута на дыхание и гемодинамику
ГАМКергическая система участвует в регуляции дыхания и способна оказывать влияние на функционирование автогенератора дыхательного ритма. Имеются все основания для заключения о том, что состояние системной гемодинамики не является причиной изменений характера и регуляции дыхания. В этой связи представляет интерес изучение вопроса о том, как изменяется хемочувствительность дыхательной системы под воздействием фенибута.
Хеморецепторный контур отвечает за поддержание газового гомеостаза, то есть за сохранение в крови требуемого напряжения кислорода и углекислого газа. Регулируемые параметры - газовые показатели крови - контролируются центральными и периферическими хеморецепторами, чувствительными к напряжению газов в крови.
В задачу данного исследования входило изучение реакции дыхательной системы на умеренную гиперкапнию (5% С02 в воздухе) либо на умеренную гипоксичес кую гипоксию (10% 02 в азоте) при активации ГАМКергической системы фенибутом.
При исследовании участия ГАМ Кергиче ской системы в работе хеморецепторного контура в качестве основного тестового стимула использована - гиперкапния, поскольку в нормальных условиях управление дыханием осуществляется в соответствии с РаС02. На рис. 13 представлена типичная реакция дыхания и кровообращения на гиперкапнию до и после введения фенибута. В контрольных условиях МОД увеличивается очень быстро, возрастая в среднем в 2-2,5 раза (р 0,001, табл. 9). Увеличение вентиляции легких происходит за счет углубления дыхательных движений. По кривой ВПД (рис. 13) видно существенное увеличение ДО. Частота дыхания, как видно из табл. 9, в контрольных условиях практически не изменяется. При Изменения внешнего дыхания и гемодинамики у крысы при дыхании гиперкапническои газовой смесью до (контроль) и после введения фенибута. Стрелки - начало и окончание ингаляции газовой смеси. отключении гиперкапнической газовой смеси дыхательные параметры быстро - в течение 1-2 мин - возвращаются к исходным значениям. Реакция системной гемодинамики на гиперкапнический стимул у крыс выражена слабо: среднее АД и ЧСС в контрольных условиях практически не изменяются (табл. 9). Через 30 мин после введения фенибута проводили повторное тестирование чувствительности дыхательной системы к гиперкапнии (рис. 13). При переключении животных на дыхание гиперкапнической газовой смесью у одних животных реакция вентиляции полностью отсутствовала, у других - была сильно снижена по сравнению с исходной. После введения препарата наблюдалась выраженная тенденция к увеличению МОД (в 1,5 раза). Как и в контрольных условиях, это достигалось за счет углубления дыхательных движений (табл. 9). Однако, если в контрольных условиях ДО увеличивался в 2,5 раза, то на фоне действия фенибута - только в 1,5 раза (р 0,05). Значения ЧД, также как и в контрольных условиях, не изменялись. Система кровообращения, как правило, реагировала слабо. Значения ЧСС и среднего АД в этих условиях практически не изменялись (табл. 9). При сравнении реакции дыхательной системы на гиперкапнический стимул в контрольных и опытных условиях, прежде всего, обращает на себя внимание различие в исходном уровне: под действием фенибута дыхание становится значительно более редким и глубоким, а общая вентиляция легких снижается. Для уменьшения влияния исходных значений параметров легочной вентиляции и АД определяли разность (А) между параметрами внешнего дыхания через 4 мин после подачи гиперкапнической газовой смеси и соответствующими фоновыми величинами как до, так и после активации ГАМК-рецепторов, и затем сравнивали их между собой. При таком способе оценки видно, что чувствительность дыхательной системы к гиперкапнии после введения фенибута уменьшается, так как по сравнению с контрольными условиями прирост вентиляции легких снижается в 5 раз (р 0,002), а ДДО уменьшается в 2 раза (р 0,01). Значит, активация ГАМКергической системы фенибутом понижает или полностью устраняет чувствительность дыхательной системы к гиперкапническому стимулу. Для дальнейшего выявления роли ГАМКергической системы в передаче информации от хеморецепторов, реагирующих на недостаток кислорода, проводили тестирование чувствительности дыхательной системы к гипоксическои гипоксии. На рис. 14 представлена запись изменений внешнего дыхания и гемодинамики у крысы при вдыхании гипоксическои газовой смеси (10% 02 в азоте) до и после введения фенибута. Ответная реакция дыхательной системы на гипоксию отличалась некоторой вариабельностью. Однако, как было отмечено нами ранее, в динамике МОД обычно можно выделить две фазы: начальное усиление вентиляции легких, наблюдаемое в течение 1-й минуты вдыхания смеси, и последующее уменьшение МОД - состояние стабилизации параметров дыхания через 4 мин после начала подачи гипоксическои смеси. Мы полагаем, что 1-я фаза реакции характеризует чувствительность дыхательной системы к гипоксии, а 2-я - устойчивость к ней.
