Роль ростральных вентролатеральных отделов продолговатого мозга в регуляции активности дыхательного центра Татарников, Валерий Станиславович

Введение к работе

Актуальность проблемы. Вопрос о генерации и регуляции ритма и паттерна дыхания до сих пор окончательно не решен. Современные физиологические исследования показали, что у плодов и новорожденных млекопитающих дыхательная активность формируется за счет пейсме-керных свойств дыхательных нейронов Пре-Бетзингер комплекса, локализованного в ростральной части вентральной дыхательной группы (Suzue, 1984; Smith et al., 1991, 1992). У взрослых животных не обнаружены дыхательные нейроны с пейсмекерными свойствами. Предполагают, что сеть дыхательных нейронов продолговатого мозга может активироваться хемочувствительными структурами (Loeschcke, 1982), пресимпати-ческими нейронами ростральной вентролатеральной области (Sun et al., 1988; Seller et al., 1990), либо ретикулярными или другими нейронами (Smith et al., 1991).

С этой точки зрения наибольшее внимание физиологов привлекают ростральные вентролатеральные отделы продолговатого мозга, где были описаны хемочувствительные зоны М и S ( Mitchell et al., 1963; Loeschcke, 1981; Schlaefke, 1982). Однако до настоящего времени в пределах вентральной поверхности продолговатого мозга не обнаружены хе-морецепторные образования, способные адекватно реагировать на пороговые изменения рН во внеклеточной жидкости мозга (Пятин, 1991).

В литературе имеются сведения, что выключение рострального отдела вентральной поверхности продолговатого мозга приводит к угнетению реакции дыхательной системы на гиперкапнию и гипоксию (Chonan et al., 1990). По данным Nattie (1993,1995) блокада нервных клеток поза-дитрапециевидного ядра вызывает снижение чувствительности дыхательного центра к гиперкапнии. Предполагают, что нейронные образования ростральных вентромедуллярных отделов могут участвовать в интеграции различных афферентных сигналов, адресованных дыхатель-

2 ному центру, в том числе и от центральных хеморецепторов (Chonan et al., 1990 ; St. John et al., 1989).

Перечисленные выше факты свидетельствуют о том, что нейронные структуры ростральных вентромедуллярных отделов могут принимать участие в генерации дыхательного ритма, а также в регуляции ритма и паттерна дыхательной активности. Однако в литературе недостаточно сведений о структурно-функциональной организации ростральных вентромедуллярных отделов и их функциональной роли в механизмах генерации центральной инспираторнои активности дыхательного центра. Не изучены закономерности регуляции ростральными вентро-медуллярными нейронными структурами ритма и паттерна дыхательной активности в условиях гиперкапнии и гипоксии.

В этой связи актуальным является изучение значения ростральных вентромедуллярных нейронных структур в регуляции реакций дыхательного центра на химические стимулы (гиперкания, гипоксия) и анализ роли ростральных вентромедул. ярных нейронных образований в механизмах генерации центральной инспираторнои активности дыхательного центра.

Целью настоящей работы явилось изучение роли нейронных образований ростральных вентролатеральных отделов продолговатого мозга в генерации центральной инспираторнои активности дыхательного центра и ее регуляции в условиях гиперкапнии и гипоксии.

Основные задачи исследования:

1. Изучение функциональных свойств нейронных образований ростральных вентролатеральных отделов продолговатого мозга, участвующих в генерации ритма и паттерна центральной инспираторнои активности.

2. Изучение влияния локального выключения и электрического раздражения нейронных структур ростральных вентролатеральных от-

делов продолговатого мозга на генерацию ритма и паттерна инспираторной активности дыхательного центра.

3. Исследование особенностей формирования ритма и паттерна центральной инспираторной активности во время гиперкапнической и гипоксической стимуляции дыхания при выключении ростральных вен-тролатеральных отделов продолговатого мозга.

4. Анализ физиологической роли гетерогенных нейронных образований ростральных отделов вентральной поверхности продолговатого мозга в формировании ритмической активности дыхательного центра и ее регуляции.

Научная новизна. Впервые выявлено, что нейронные структуры ростральных вентролатеральных отделов продолговатого мозга имеют неоднородную структурно-функционал>ную организацию. Получены новые данные, которые существенно дополняют представления о механизмах регуляции и формирования активности дыхательного центра при участии ростральных вентролатеральных отделов продолговатого мозга. Впервые выявлено, что между ретрофациальным ядром и вентральной поверхностью продолговатого мозга (субретрофациальная область) расположены нейронные образования, участвующие в регуляции ритма и паттерна центральной инспираторной активности дыхательного центра. Выключение нейронных структур субретрофациальной области приводит к урежению частоты генерации залпов центральной инспираторной активности и, одновременно, к увеличению времени инспираторной фазы, а также амплитуды огибающей разряда диафрагмального нерва. На фоне выключения нейронных образований субретрофациальной области механизм центральной инспираторной активности в условиях гипоксии и гиперкапнии регулирует только частоту генерации дыхательного ритма без изменения амплитуды разряда диафрагмального нерва. Впервые установлено, что в ростральных отделах вентральной поверхности продолговатого мозга каудальнее и в непосредственной близости от субрет-

4 рофациальной области расположены ритмогенерирующие образования дыхательного центра. Выключение ритмогенерирующих нейронных структур ростральной вентромедуллярной области угнетает центральную инспираторную активность вплоть до ее полного исчезновения. В период прогрессивного угнетения генерации ритма и паттерна центральной инспираторной активности сохраняется реакция дыхательного центра на гиперкапнический и гипоксический стимулы.

Выдвинута гипотеза о том, что ростральные вентромедуллярные отделы продолговатого мозга представлены гетерогенными скоплениями нейронов, которые являются необходимым компонентом бульварного механизма генерации дыхательного ритма и регуляции дыхания. Нейронные образования субретрофациальной области участвуют как в регуляции дыхательного ритма и паттерна, так и в регуляции центральной инспираторной активности на гипоксию и гиперкапнию. Ритмогенерирующие структуры ростральных вентролатеральных отделов продолговатого мозга обеспечивают преимущественно генерацию ритма нейронами дыхательного центра.

Теоретическое и практическое значение работы. Теоретическое значение выполненной работы заключается в получении новых данных о структурно-функциональной организации механизма, регулирующего и формирующего активность дыхательного центра. Предложена гипотеза о том , что данный механизм осуществляется при участии гетерогенных структур, локализованных в ростральных вентролатеральных отделах продолговатого мозга. Так нейронные структуры, находящиеся между ретрофациальным ядром и вентральной поверхностью продолговатого мозга (субретрофациальная область), участвуют в механизмах регуляции центральной инспираторной активности во время гиперкагшической и гипоксической стимуляции дыхательного центра. Нейронные образования ростральных вентромедуллярных отделов, расположенные ка-

5 удальнее и в непосредственной близости от субретрофациальной области, участвуют в механизмах генерации дыхательного ритма.

В практике полученные данные необходимо учитывать при анализе причин, лежащих в основе нарушений регуляции дыхания у больных с воспалительными, сосудистыми, травматическими и другими повреждениями вентральной поверхности ствола головного мозга. Результаты данной работы могут быть использованы для стимуляции дыхательной активности у больных с расстройствами дыхания центрального происхождения.

Положения, выносимые на защиту:

1. Ростральные вентромедуллярные отделы продолговатого мозга представлены гетерогенными скоплениями нейронов, которые являются необходимым компонентом бульбарного механизма генерации дыхательного ритма и регуляции дыхания;

2. Функция нейронов субретрофациальной области заключается в формировании амплитудных параметров центральной инспираторной активности дыхательного центра;

3. Гиперкапническая и гипоксическая регуляция дыхания осуществляется при обязательном участии нейронных структур субретрофациальной области.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на Физиологическом съезде России (Пушино, 1994), на XXXII Международном физиологическом конгрессе (Глазго, 1993), на заседаниях школы "Клиническая и экспериментальная физиология дыхания" (Бологое, 1994), на заседании Самарского отделения Физиологического общества им. И.П.Павлова (Самара, 1996).

Реализация результатов исслелования. По материалам диссертации опубликовано 2 работы и 4 работы в данный момент принято к печати. Данные исследования включены в лекционный курс по нор-

мальной физиологии для студентов Самарского государственного медицинского университета.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, изложения методов исследования, результатов исследования и их обсуждения, выводов, указателя литературы. Работа изложена на 112 страницах, иллюстрирована 15 рисунками и 10 таблицами. Указатель литературы включает 136 работ, из них 96 - иностранных авторов.