Модулирующее влияние ГАМК и габазина на респираторные реакции в условиях электростимуляции большого ядра срединного шва

Введение. Атмосферный воздух представляет собой смесь газов: азота, кислорода, двуокиси углерода и инертных газов. Изменение процентного соотношения компонентов вдыхаемого воздуха, безусловно, оказывает влияние на состояние живого организма. Регуляция дыхания, в основе которой лежат нейронные механизмы, реализующиеся на уровне дыхательного центра, а также на основе взаимодействия дыхательного центра с различными нейронными образованиями, направлена на поддержание гомеостаза организма в различных условиях окружающей среды [1, 2]. К числу нейронных образований, активно взаимодействующих с дыхательным центром, относится большое ядро срединного шва, являющееся частью серотонинергической системы [3].

Данная структура локализована в стволе мозга на уровне ядра лицевого нерва и характеризуется анатомической и физиологической гетерогенностью [4, 5]: наряду с серотонинергическими нейронами, она включает в себя клетки, продуцирующие различные нейромедиаторы и модуляторы, такие как гамма-аминомасляная кислота (ГАМК), аминоук- сусная кислота, вещество P, тиролиберин, лейцин-энкефалин и метионин-энкефалин [6]. Тонкая координация активности тех или иных клеток большого ядра обеспечивается наличием ауторецепторов у серотонинергических нейронов, а также ГАМКергической интернейронной сетью, взаимодействующей с другими (в т.ч. не-ГАМКергическими) клетками и регулирующей их активность через ГАМКA- и ГАМКB-рецепторы [7–10].

Данные литературы свидетельствуют о том, что воздействие ГАМК на дыхательный центр приводит к торможению респираторной активности [11–13]. Известно также, что ГАМК участвует в механизмах формирования ритма дыхания [13–14]. Согласно данным некоторых авторов, ингибирующее влияние на параметры внешнего дыхания при электрическом или химическом раздражении большого ядра обусловлено преимущественным участием ГАМК, а не серотонина [15].

Цель исследования. Изучение реакции паттерна дыхания и биоэлектрической активности инспираторных мышц у крыс при электростимуляции (50 Гц, 15 В) рострального отдела большого ядра (координаты в мм относительно bregma: Р – 10,3; L – 0,0 ; V – 9,9) [16] до и на фоне микроинъекции ГАМК (10^-5 М). С целью выяснения возможного участия ГАМК А -рецепторов в реализации этих изменений было изучено влияние локального введения специфического антагониста ГАМК А -рецепторов габазина в исследуемую область большого ядра на характер реакций паттерна внешнего дыхания и электрической активности инспираторных мышц при электростимуляции данной точки.

Материалы и методы. Эксперименты проведены на 24 взрослых нелинейных крысах обоих полов массой 180–250 г. Животных наркотизировали уретаном (1,5 г/кг внутрибрюшинно). Паттерн дыхания регистрировали методом спирографии. На полученных спирограммах оценивали дыхательный объем (VТ, мл), продолжительность инспираторной (TI, с) и экспираторной (TE, с) фаз цикла внешнего дыхания. Рассчитывали частоту дыхания (f=60/ТТ, мин-1) и минутный объем дыхания (VI=fVТ, мл/мин). Одновременно с паттерном дыхания регистрировали биоэлек- трическую активность диафрагмы и наружных межреберных мышц (VI–VIII межреберье) с правой стороны тела животных с помощью стальных игольчатых электродов биполярным способом. На полученных электромиограммах определяли максимальную амплитуду осцилляций (отн. ед.) в залпах активности инспираторных мышц. Инъекции ГАМК и габазина осуществляли микрошприцом МШ-1 через стеклянную пипетку, диаметр кончика которой составлял 20–30 мкм. Вещество растворяли ex tempore в искусственной цереброспинальной жидкости и вводили в объеме 0,5 мкл со скоростью около 0,1 мкл/с. В контрольных наблюдениях в ту же точку ствола мозга вводили искусственную цереброспинальную жидкость в объеме 0,5 мкл. Для электростимуляции большого ядра применяли биполярный концентрический электрод диаметром 0,02 мм. Использовали следующие параметры стимулирующего тока – 50 Гц, 15 В.

Полученные экспериментальные данные обрабатывали статистически с использованием теста ANOVA для повторных измерений, тестов Dunnett's и Tukey для сравнения величины исследуемых показателей с их исходным уровнем. Статистически значимыми считали изменения при р<0,05.

Результаты и обсуждение. В результате настоящего исследования установлено, что в условиях электростимуляции большого ядра продолжительность вдоха максимально сокращалась на 30 % (р<0,001). При этом отмечена тенденция к росту частоты дыхания и уменьшению глубины дыхания относительно исходного уровня. Максимальная амплитуда осцилляций в залпах активности диафрагмы уменьшалась на 13 % (р<0,001). Максимальная амплитуда осцилляций залпов активности наружных межреберных мышц уменьшалась на 15 % (р<0,05).

Введение 10^-5 М ГАМК в большое ядро приводило к усилению биоэлектрической активности только наружных межреберных мышц на 37 % (р < 0,01; рис. 1). Имела место и слабая (статистически незначимая) тенденция к повышению минутного объема дыхания. При этом частотные характеристики внешнего дыхания оставались неизменными.

Рис. 1. Изменение максимальной амплитуды осцилляций залповой активности наружных межреберных мышц после микроинъекции ГАМК (10^-5 М) в большое ядро (# – р<0,01)

Через 10 мин после микроинъекции ГАМК осуществляли электростимуляцию большого ядра, в результате чего происходило урежение частотных и увеличение амплитудных параметров дыхания. Частота дыхания снижалась на 8 % (р < 0,05; рис. 2). Минутный объем дыхания увеличивался на 6 %

(р < 0,05; рис. 2). Одновременно с этим происходило усиление биоэлектрической активности инспираторных мышц, проявившееся, однако, в увеличении амплитуды осцилляций только наружных межреберных мышц на 24 % (р < 0,05; рис. 2).

Рис. 2. Изменение частоты дыхания (a), минутного объема дыхания (b)

и максимальной амплитуды осцилляций залповой активности наружных межреберных мышц (c) при электростимуляции большого ядра (частота тока 50 Гц, сила стимула 15 В)

на фоне ГАМК (10-5 М)

( * - р<0,05)

Нами установлено, что микроинъекции 10-5 М габазина в большое ядро вызывали закономерные изменения ряда дыхательных показателей. Продолжительность экспирации увеличивалась на 10 % (р<0,05; рис. 3), а дли- тельность инспирации уменьшалась на 14 % (р<0,05; рис. 3). Дыхательный объем также уменьшался на 10 % (р<0,05; рис. 4). Одновременно изменялась и биоэлектрическая активность инспираторных мышц, причем мак- симальная амплитуда осцилляций наружных межреберных мышц снижалась на 46 % (р<0,01; рис. 4), тогда как статистически зна- чимых реакций аналогичного показателя активности диафрагмы не зарегистрировано.

Рис. 3. Изменение времени инспирации (a) и времени экспирации (b) после микроинъекции габазина (10^-5 М) в большое ядро ( * – р<0,05)

Рис. 4. Изменение дыхательного объема (a) и максимальной амплитуды осцилляций залповой активности наружных межреберных мышц (b) после микроинъекции габазина (10^-5 М) в большое ядро ( * – р<0,05; # – р<0,01)

При электростимуляции большого ядра на фоне микроинъекции габазина (через 10 мин) имела место тенденция к увеличению продолжительности инспирации и снижению частоты дыхания, тогда как продолжительность экспирации оставалась стабильной. Дыхательный объем и минутный объем дыхания увеличивались на 26 (р < 0,01; рис. 5) и 18 % (р < 0,05; рис. 5) соответственно. Одновременно с этим был отмечен рост биоэлектрической активности инспираторных мышц.

Максимальная амплитуда осцилляций наружных межреберных мышц увеличивалась на 52 % (р < 0,01; рис. 6), а диафрагмы – на 10 % (р < 0,01; рис. 6).

Микроинъекции искусственной цереброспинальной жидкости в большое ядро в контрольных наблюдениях не вызывали статистически значимых изменений исследуемых параметров паттерна внешнего дыхания и биоэлектрической активности инспираторных мышц (р>0,05).

Рис. 5. Изменение дыхательного объема (a) и минутного объема дыхания (b) при электростимуляции большого ядра (частота тока 50 Гц, сила стимула 15 В) на фоне габазина (10^-5 М) ( * - р<0,05; # - р<0,01)

Рис. 6. Изменение максимальной амплитуды осцилляций залповой активности наружных межреберных мышц (a) и диафрагмы (b)

при электростимуляции большого ядра (частота тока 50 Гц, сила стимула 15 В) на фоне габазина (10-5 М) (# – р<0,01)

Таким образом, электростимуляция большого ядра приводила к сокращению времени инспирации и снижению амплитудных показателей – уменьшению биоэлектрической активности дыхательных мышц. Такую же направленность респираторных реакций мы зарегистрировали при введении габа-зина (ГАМКА-блокатора) в большое ядро. Возможно, при электростимуляции происходит возбуждение серотонинергических нейронов, которые ингибируют ГАМКергиче-ские клетки, или активизируются ГАМКВ-рецепторы, которые тормозят выход ГАМК. Микроинъекции ГАМК, наоборот, вызывали увеличение биоэлектрической активности интеркостальных мышц и минутного объема дыхания. Это может быть свидетельством того, что в данных условиях активировались ГАМКА-рецепторы, способствующие высвобождению ГАМК из локально расположенных аксонных терминалей [7, 15]. В условиях электростимуляции на фоне микроинъекции ГАМК максимальная амплитуда осцилляций в залпах активности инспираторных мышц также повышалась, но выраженность биоэлектрической активности наружных межреберных мышц стала меньше (24 % против 37 %), что, возможно, связано с возбуждением серотонинергических нейронов и их влиянием на ГАМКергические клетки. При этом было зарегистрировано снижение частотных и увеличение амплитудных параметров внешнего дыхания. Электростимуляция большого ядра на фоне введения габазина также вызывала увеличение дыхательного объема, минутного объема дыхания, максимальной амплитуды осцилляций залповой активности диафрагмы и наружных межреберных мышц. Можно предполагать, что при электростимуляции помимо серотониергиче-ских нейронов возбуждаются и ГАМКерги-ческие, что приводит к повышению амплитудных параметров.

Заключение. Полученные данные указывают на участие ГАМК в модулирующем респираторном влиянии нейронов большого ядра шва, реализующемся через ГАМК А -ре-цепторы..