ГАМК- и норадренергические механизмы участия фастигиального ядра мозжечка в регуляции дыхания

Актуальность. Одним из важных механизмов оптимизации функции дыхания является включение в деятельность ритм- и паттернформирующих структур дыхательного центра (ДЦ) регулирующих влияний от различных супрабульбарных структур мозга, в т.ч. от мозжечка (Меркулова, Инюшкин, Беляков и др., 2007; Ведясова, Романова, Ковалев, 2010; Zhang, Wang, Zhu, 2016). К настоящему времени слабо изучены конкретные механизмы участия фастигиального ядра (ФЯ) мозжечка в регуляции отдельных показателей дыхания, не установлена роль отдельных нейротрансмиттеров и соответствующих рецепторов в обеспечении модулирующих влияний данного ядра на функционирование ДЦ. В частности, в литературе отсутствуют данные о функциональном значении компонентов ГАМК- и норадренергической систем в организации регулирующих влияний ФЯ мозжечка на ДЦ. Цель исследования. Анализ изменений частотно-временных и объемных составляющих паттерна дыхания при модуляции функциональной активности ГАМК- и адренорецепторов ФЯ мозжечка. Материалы и методы. Исследования выполнены в острых опытах на 32 крысах обоего пола массой 240-280 г под уретановым наркозом (1,4 г/кг; Sigma). Запись пневмотахограммы и электрической активности диафрагмы и наружных межреберных мышц производилась в программе PowerGraf 3.2 Profeesional (ООО «Интероптика-С»). Кривая пневмотахограммы интегрировалась с получением записи внешнего дыхания. На спирограммах оценивались следующие показатели: время инспирации (с), время экспирации (с), время дыхательного цикла (с) и дыхательный объем (мл). Дополнительно по формулам рассчитывались частота дыхания (мин-1) и минутный объем дыхания (мл/мин). На получаемых электромиограммах (ЭМГ) анализировались: продолжительность залповой активности (с), продолжительность межзалповых интервалов (с), максимальная амплитуда осцилляций в залпах (отн. ед.). В первой серии опытов изучались реакции дыхания и активности инспираторных мышц на микроинъекции растворов ГАМК и норадреналина (10-5 М и 10-3 М; Sigma), также бикукуллина - блокатора ГАМКА- (бикукуллина) и anti-ADRB1 - бета-1-адреноблокатора (10-2 М; Sigma) в ФЯ мозжечка. Микроинъекции нейроактивных веществ в объеме 0,3 мкл осуществлялись при помощи микрошприца МШ-1, оснащенного стеклянной микроканюлей с диаметром кончика порядка 20-30 мкм, согласно стереотаксическим координатам (Paxinos, Watson, 2007). Во второй серии экспериментов оценивались особенности модулирующего влияния перестройки функциональной активности ГАМК- и адренорецепторов на респираторные эффекты, вызываемые электрической стимуляцией ФЯ (длительность импульсов - 0,5 мс, частота - 50, 100 Гц, сила - 100 и 200 мкА). Результаты. Установлено, что изменение уровня функционирования ГАМК- и адренорецепторов ФЯ мозжечка приводит к определенным перестройкам параметров дыхания и активности инспираторных мышц. В частности, активация ГАМК-рецепторов исследуемого ядра оказывала дозозависимое тормозное влияние, преимущественно, на частотные показатели деятельности ДЦ: уменьшение частоты дыхания на 13,4 % (на 10-й мин экспозиции ГАМК в концентрации 10-5 М) и 16,8 % (на 6-й мин экспозиции в концентрации 10-3 М). Микроинъекции в ФЯ норадреналина, напротив, вызывали респираторные реакции по возбуждающему типу - увеличение дыхательного объема на 12 % и минутной вентиляции на 15 % на 15-й мин действия норадреналина (10-3 М). Блокада ГАМКА- и бета-адренорецепторов ФЯ обеспечивала противоположные действию агонистов данных рецепторов изменения респираторной функции. Кроме того, полученные результаты свидетельствуют о модулирующем влиянии перестроек функциональной активности ГАМК- и адренорецепторов на респираторные реакции, вызванные электростимуляцией ФЯ. В большинстве случаев при максимальных значениях тока (100 Гц; 200 мкА) отмечалась интенсификация дыхания: сокращение времени экспирации на 29 % и увеличение частоты дыхания на 27 %. Данным изменениям соответствовало увеличение частоты генерации залповой активности на ЭМГ диафрагмы и наружных межреберных мышц. Предварительная активация исследуемых рецепторных структур уменьшала (в случае ГАМК-рецепторов) или усиливала (в случае адренорецепторов) выраженность респираторных реакций на электростимуляцию ФЯ. Заключение. Результаты проведенного исследования дают основания полагать, что эффективность участия ФЯ мозжечка в контроле респираторной функции зависит от функционального состояния ГАМК- и норадренергических механизмов обеспечения его деятельности. Вероятно, в реальных условиях повышение функциональной активности норадренергических структур ФЯ происходит при функциональной мобилизации организма (например, при стрессах), что усиливает его модулирующие влияния дыхание. Элементы ГАМКергической системы могут служить своеобразным механизмом, ограничивающим при необходимости потоки регулирующих сигналов ФЯ мозжечка к структурам бульбарного ДЦ.