Пути включения миндалины и поясной извилины в центральные механизмы регуляции дыхания

Подчиненность системы дыхания супрабуль-барным влияниям во многом обусловлена особенностями распределения проекций от различных структур ЦНС к респираторным нейронам, вовлеченным в процессы инициации вдоха и выдоха. Например, установлена способность коры больших полушарий, подкорковых ядер, структур промежуточного, среднего и заднего мозга контролировать активность премоторных нейронов дыхательного центра (ДЦ), диафрагмальных и интеркостальных мотонейронов, и, как результат, параметров внешнего дыхания [6, 8, 9, 13,17, 21, 22, 23]. Из этого следует, что пути, нисходящие к ДЦ, имеют многоканальную организацию, благодаря чему достигается параллельный супрабульбарный контроль за локальными медуллярными и спинальными сетями респираторных нейронов. Такое устройство системы иерархических взаимодействий создает дополнительный фактор устойчивости дыхания при флуктуациях функционального состояния ЦНС или самого ДЦ в норме и при патологии.

Понимание биологического смысла респираторных эффектов, наблюдаемых при изменении морфофункционального состояния структур ЦНС, невозможно без анализа связей между высшими уровнями мозга и ДЦ. Это, в свою очередь, ставит вопрос о необходимости моделирования иерархической организации системы регуляции дыхания, что позволяет максимально приблизиться к воссозданию целостной картины центральных механизмов управления ритмикой и паттерном дыхания. Именно в этом плане выполнена настоящая работа, задача которой заключалась в анализе изменений внешнего дыхания и биоэлектрической активности инспираторных мышц у наркотизированных крыс при электростимуляции отдельных структур лимбической системы (ядра миндалевидного комплекса, поля 24 и 25 передней области поясной извили-

Ведясова Ольга Александровна , доктор биологических наук, профессор кафедры физиологии человека и животных. Романова Ирина Дмитриевна , кандидат биологических наук, доцент той же кафедры. Ковалев Александр Михайлович , аспирант той же кафедры.

ны) с позиций архитектоники их морфофункциональных взаимодействий с ДЦ.

Респираторные эффекты раздражения миндалины и поясной извилины. В ходе экспериментальной части нашего исследования установлено, что изучаемые структуры лимбики могут оказывать различные (стимулирующие и тормозящие) влияния на паттерн внешнего дыхания и активность дыхательных мышц. В частности, филогенетически древние кортикомедиальные (центральное, медиальное и кортикальное) ядра миндалины оказывают преимущественно стимулирующее действие на дыхание, тогда как филогенетически молодые базолатеральные (латеральное, базальное) ядра, напротив, тормозят эту функцию [16, 17]. Что касается поясной извилины, то доминирующим эффектом электрической стимуляции её ростро-дорсальных участков (поле 24) является угнетение деятельности ДЦ, в то время как при раздражении ростровентральных областей (поле 25) преобладают реакции активации дыхания [7, 8]. Такой характер респираторных эффектов может быть обусловлен целым рядом факторов – цитоархитектоникой и топографией изучаемых областей лимбической системы [1, 4, 5], уровнем эволюционного развития [10], особенностями нейрохимии [7, 11, 16, 24] и морфофункциональной спецификой их взаимодействий [2-4, 15, 23].

Пути передачи влияний миндалины на структуры ДЦ. Объясняя респираторные эффекты, наблюдаемые при раздражении миндалины, можно предположить, что облегчающие и угнетающие влияния её ядер на ДЦ осуществляются как через амигдало-гипоталамические проводящие пути, так и через системы прямых амигдало-бульбарных связей.

Особое значение, вероятно, играют двусторонние связи миндалины с дорсальным ядром вагуса [1, 3] и ядром солитарного тракта [31], которые обусловливают приток информации о состоянии внутренней среды организма и висцеральное подкрепление адаптивного поведения [10, 25, 26, 30]. В этом плане интересен установленный нами факт, что на фоне электростимуляции кортикомедиальных ядер миндалины у крыс происходит значи- тельное укорочение нормализованной длительности выдоха, что свидетельствует об угнетающем влиянии данных ядер на инспираторно-тормозящий рефлекс Геринга-Брейера [19], который, как известно, реализуется через структуры ваго-солитарного комплекса, расположенного в пределах ДЦ. Источником отмеченных модулирующих влияний является центральное ядро миндалины.

Рис 1. Блок-схема механизмов реализации влияний ядер миндалевидного комплекса на структуры респираторной нейронной сети. Обозначения: БЛГ, КМГ-базолатеральная и кортикомедиальная ядерные группы миндалины; ЦЯ - центральное ядро миндалины; ЯЛКП -ядро ложа конечной полоски; ПГ, ЗГ - передняя и задняя области гипоталамуса; РНС - респираторная нейросеть продолговатого мозга (ДЯ - двойное ядро, ЯОП - ядро одиночного пучка). Сплошные линии со стрелками - эфферентные облегчающие (+) и тормозные (-) проекции к РНС, штриховые линии - обратные связи

Опираясь на ранее полученные нами результаты экспериментов с химическим выключением ряда подкорковых структур мозга [16], допустимо считать, что для реализации модулирующего действия миндалины на ДЦ необходима целостность ядра ложа конечной полоски, входящего в состав дорсальной амигдалофугальной проекционной системы [1]. Последняя, в свою очередь, обеспечивает как прямые связи миндалины с ДЦ, так и опосредованные, в том числе, проходящие через ядра гипоталамуса и структуры лимбико-ретикулярного комплекса среднего мозга [3, 4]. Существенную роль в организации взаимодействий миндалины и ДЦ играет также вентральный амигдалофугальный путь [1, 3]. С учетом проведённого анализа экспериментальных данных нами была построена принципиальная блок-схема, в которой представлены возможные пути, опосредующие реализацию влияний ядер миндалевидного комплекса на структуры ДЦ продолговатого мозга (рис. 1).

Пути передачи влияний поясной извилины на структуры ДЦ. Исходя из данных классической физиологии [5, 20], следует считать, что регуляция дыхания лимбической корой может осуществляться за счет прямой и опосредованной передачи активирующих и тормозящих влияний полей поясной извилины к нейронам локальных нейросетей продолговатого и спинного мозга.

Говоря о путях поступления управляющих сигналов от поясной извилины непосредственно к ДЦ, следует особо выделять лимбико-бульбарные проекции, причем как прямые, так и опосредованные синаптическими переключениями в подкорке и стволе мозга [2, 4, 23]. При этом узловым пунктом в лимбико-респираторных взаимоотношениях следует считать вагосолитарный комплекс [2, 15, 27], различные ядра которого реципрокно взаимодействуют со многими клеточными группами ЦНС, посылающими прямые входы к симпатическим и вагальным преганглионарным нейронам [3, 4, 27]. Особо значима вентролатеральная часть ядра солитарного тракта, которая, являясь объектом модулирующих влияний со стороны лимбической области мозга, непосредственно участвует в регуляции дыхания [2, 3, 8, 19].

Несомненную роль в реализации респираторных эффектов поясной извилины играют ее связи с ядрами пневмотаксического комплекса варолиева моста - медиальным парабрахиальным ядром и ядром Келликера-Пьюза, целостность которых необходима для осуществления нормального дыхания типа эйпноэ, особенно при децеребрации или массивном повреждении супрабульбарных отделов мозга [32]. В ряде электрофизиологических исследований продемонстрированы нисходящие влияния указанных ядер на ДЦ [21, 22].

Влияние поясной извилины на ДЦ может осуществляться опосредованно через вегетативные [2, 3] и неспецифические [11] ядра промежуточного мозга. Субстратом этих влияний являются полиси-наптические пути, проходящие через моторные и премоторные зоны неокортекса и далее, возможно, через гипоталамус [4, 14], часть проекций которого в ДЦ имеет вазопрессин- [24] и окситоцинергиче-скую [28] природу. Специфическими мишенями, опосредующими влияния поясной извилины на ДЦ, также могут быть нейроны вентрального покрышечного поля [29] и миндалевидный комплекс [17], который следует рассматривать как подкорковый блок, параллельно подключенный к эфферентным коммуникациям лимбической области и регулирующий передачу цингулофугальных сигналов к ДЦ [12].

Рис. 2. Концептуальная схема механизмов реализации влияний полей передней области лимбической коры на структуры респираторной нейронной сети. Обозначения: МК – миндалевидный комплекс (БЛГ– базолатеральная группа ядер, ЦЯ – центральное ядро); ЯЛКП – ядро ложа конечной полоски; МСВ – мезенцефалическое серое вещество; ТМ – пневмотаксический механизм варолиева моста; ГТ – гипоталамус (СОЯ – супраоптическое ядро, ПВЯ – паравентрикулярное ядро); РНС – респираторная нейросеть продолговатого мозга (пБК – пре-Бетцингера комплекс, ДЯ – двойное ядро, ЯОП – ядро одиночного пучка). Сплошные линии со стрелками – эфферентные облегчающие (+) и тормозные (–) проекции к РНС, штриховые линии – обратные связи.

Анализ результатов проведенного нами исследования с позиций организации внутрицентраль-ных связей лимбики с ДЦ позволил нам разработать концептуальную модель включения дорсального и вентрального полей поясной извилины в управление бульбарной респираторной нейросетью (рис. 2).

Таким образом, внутрицентральные связи лимбической коры и миндалевидного комплекса в значительной мере обусловливают ведущее место передней области поясной извилины и центрального ядра миндалины в сложной иерархии супрабуль-барных структур, контролирующих дыхание. При этом, являясь своего рода экраном для интерференционного взаимодействия мотиваций и подкреплений, изученные лимбические структуры, способные усиливать и тормозить деятельность ДЦ, выступают в роли акцептора результата действия в процессе адаптивного поведения функциональной дыхательной системы [18]. На основании собственных и литературных данных о механизмах и путях реализации супрабульбарных влияний на висцеральные функции [5, 8, 13, 14, 15, 20], мы считаем возможным говорить о вероятностном характере объединения ДЦ с высшими отделами мозга, что является основой функциональной пластичности иерархической системы регуляции дыхания.