Роль механорефлекторной регуляции дыхания в формировании компенсаторных реакций на антиортостатическую нагрузку у наркотизированных крыс

Введение. Одной из актуальных проблем, стоящих перед современной физиологией, является изучение адаптации и выявление компенсаторных возможностей сердечно-сосудистой и дыхательной систем при патологических состояниях или действии факторов экстремальной среды. Известно, что большинство кардиопульмональных расстройств начинается с нарушений гемодинамики и газообмена [1], однако нервные и гуморальные механизмы, направленные на оп- тимизацию дыхания в условиях гемодинамических сдвигов, остаются недостаточно изученными. В частности, одним из наиболее характерных проявлений гемодинамических сдвигов является гравитационно зависимое перераспределение объемов циркулирующей крови, обусловленное постуральными воздействиями (изменение положения тела в пространстве). В настоящее время установлено, что перераспределение крови, возникающее при постуральных влияниях, изменя- ет кровенаполнение легочных сосудов и нарушает легочную гемодинамику [1]. В результате происходит нарушение прежнего состояния кровообращения в легких, что приводит к сдвигам биомеханических характеристик дыхательного аппарата [2–4] и может в дальнейшем отразиться на механизмах регуляции дыхания.

Необходимо отметить, что подавляющее большинство исследований посвящено изучению постуральных влияний на механизмы регуляции кардиореспираторной системы при естественных для человека физиологических позах (стоя, сидя, лежа), в то время как антиортостатическое положение (АОП) (наклон туловища головой вниз по отношению к горизонту) рассматривается в немногочисленных работах.

Вместе с тем в последние десятилетия АОП вызывает повышенный интерес исследователей в связи с интенсивным освоением космического пространства, поскольку в практике космической медицины АОП используется в качестве экспериментальной модели, воспроизводящей эффекты перераспределения крови и жидкостных сред организма в невесомости [5–7]. К настоящему времени накоплено достаточное количество данных, свидетельствующих об изменении структуры легочных объемов и емкостей, вязкостно-эластического сопротивления легких, паттерна дыхания и газообмена [3, 7, 8], обусловленном антиортостатическим положением. Происходящие изменения могут сопровождаться ухудшением функционального состояния респираторной системы, но сведений, касающихся компенсаторных реакций, направленных на оптимизацию дыхательной функции в условиях антиортостатического воздействия, недостаточно. Согласно современным представлениям, афферентная им-пульсация от механорецепторов легких играет существенную роль в механизмах регуляции дыхания и формировании компенсаторных реакций дыхательной системы [9–11]. Следовательно, изменения уровня активации рецепторов легких вследствие нарушения биомеханики дыхания, связанные с разнообразными видами патологии или действием экстремальных факторов среды, отражаются на механорефлекторных регуляторных механизмах, что может нарушить нормальное функционирование дыхательной системы.

Цель исследования. Изучение роли ме-ханорецепторного контура регуляции дыхания в формировании компенсаторных реакций дыхательной системы на антиортостати-ческую нагрузку.

Материалы и методы. Эксперименты на 15 наркотизированных крысах линии «Вис-тар» массой 280±20 г проводили с соблюдением основных биоэтических правил. Исследования осуществляли под уретановым наркозом (1000 мг/кг). Антиортостатическое положение создавали наклоном поворотного стола на -30º к горизонтальной плоскости. Длительность экспозиции в АОП составляла 30 мин. Рефлекторные реакции дыхательной системы на постуральное воздействие изучали до и после проведения билатеральной цервикальной ваготомии. Метод ваготомии (блокада или перерезка блуждающих нервов) позволяет оценить вклад механорецепторно-го контура регуляции дыхания в формирование паттерна дыхания, оптимального для меняющейся механической нагрузки на аппарат дыхания.

В ходе эксперимента с использованием метода пневмотахографии регистрировали объемно-временные параметры дыхания: частоту дыхания (ЧД), дыхательный объем (ДО). Рассчитывали минутный объем дыхания (МОД). Внутригрудное давление (P ВГД ) определяли с помощью баллонографического метода. Резервные возможности дыхательной системы оценивали по максимальным (пиковым) значениям инспираторного внутригруд-ного давления при кратковременном перекрытии дыхательных путей на высоте вдоха (постинспираторная окклюзия).

Для графической регистрации и анализа экспериментальных данных использовали аппаратно-программный комплекс Biograph (ГУАП, Санкт-Петербург), совмещенный с персональным компьютером IBMPC.

Статистическую обработку результатов проводили компьютерными средствами с использованием программы Microsoft Excel, вычисляли среднюю величину и ошибку средней регистрируемых показателей. Досто- верность различий оценивали с помощью t-критерия Стьюдента. Различия считали достоверными при p<0,05.

Результаты и обсуждение. Проведенные эксперименты показали, что у вагальноинтактных животных изменение паттерна дыхания происходит сразу после перехода из горизонтального в АОП. На 30-й мин пребывания в антиортостатическом положении максимальная скорость инспираторного потока снизилась на 28 % (p<0,05), ДО – на 18 % и МОД – на 14 % (p<0,05) по сравнению с горизонтальным положением. ЧД уменьшилась на 6 % за счет удлинения фазы вдоха, хотя эти изменения не были статистически значимыми (p>0,05). Параллельно с уменьшением объемно-временных параметров дыхания происходил резкий рост инспираторного P ВГД в среднем до 216±17 %. В ряде случаев наблюдалось почти пятикратное увеличение этого показателя.

Как было установлено нами ранее [12], в антиортостатическом положении происходит увеличение резистивного сопротивления дыханию на 50 % по сравнению с горизонтальным (p<0,05). Следовательно, увеличение инспираторного PВГД в АОП могло происходить в результате компенсаторного усиления сократительной активности дыхательной мускулатуры, что, по всей видимости, направлено на преодоление добавочного сопротивления дыханию и обеспечение вентиляции лег- ких, адекватной для данных условий. При анализе механизмов, лежащих в основе компенсаторного роста PВГД в АОП, отмечается прежде всего изменение легочных объемов, обусловленное увеличенным сопротивлением дыханию и связанным с этим изменением биомеханики дыхания в АОП. Перемещение диафрагмы в краниальном направлении приводит к уменьшению конечно-экспираторного объема легких, а повышенное сопротивление дыханию способствует снижению дыхательного объема и замедлению скорости инспираторных потоков. Следствием таких изменений является ослабление активности рецепторов растяжения легких, что выражается в снижении интенсивности афферентной импульсации, поступающей от рецепторов растяжения легких в дыхательный центр и вызывающей торможение центральной инспираторной активности. В конечном итоге продолжительность инспираторных разрядов увеличивается, электрическая активность и сила сокращений дыхательных мышц возрастают, что позволяет поддерживать вентиляцию легких на соответствующем метаболическим потребностям уровне.

Факт существования подобного рефлекторного механизма компенсаторных реакций дыхательной системы на антиортостатиче-ское воздействие подтверждается результатами, полученными при исследовании ваго-томированных животных (табл. 1).

Таблица 1

Влияние билатеральной ваготомии на параметры дыхания анестезированных крыс в горизонтальном положении

Группа животных	ДО, мл	ЧД, мин-1	МОД, -1 мл·мин	P ВГД , см вод. ст.
Интактные	2,50±0,17	72,0±2,3	180,0±7,6	-0,41±0,02
Ваготомированные	4,30±0,21*	30,0±2,2*	129,0±6,9*	-0,52±0,02*

Примечание. * – достоверные различия показателей (p<0,05).

Так, после билатеральной цервикальной ваготомии в горизонтальном положении наблюдалось снижение МОД, в большей степени за счет уменьшения ЧД, при этом происходило увеличение инспираторного PВГД. Пере- вод ваготомированных животных в АОП вызывал реакцию, аналогичную реакции в вагально-интактной группы: наблюдалось увеличение PВГД, снижение ДО и МОД. Однако после деафферентации легких прирост PВГД в

АОП происходил только на 65 %, тогда как у интактных животных – на 116 % (рис. 1).

Одновременно с этим наблюдалось более значимое снижение минутной вентиляции и дыхательного объема. Так, после билатеральной ваготомии в АОП ДО и МОД снижались в среднем на 30 % (p<0,05), тогда как у животных с интактными блуждающими нер- вами – на 14 и 18 % соответственно (p>0,05). Этот эффект свидетельствует об ослаблении компенсаторной реакции дыхательной системы на антиортостатическое воздействие после ваготомии, т.е. недостаточный прирост сократительной активности дыхательных мышц явился причиной более значительного снижения вентиляции легких в АОП.

ди

Рис. 1. Изменения параметров дыхания в антиортостатическом положении у интактных и ваготомированных крыс (по оси ординат – прирост величин регистрируемых параметров в антиортостатическом положении по отношению к горизонту)

Рис. 2. Максимальное инспираторное внутригрудное давление в первом окклюзионном вдохе у интактных и ваготомированных крыс (по оси ординат – внутригрудное давление в процентах по отношению к свободному дыханию)

Постинспираторная окклюзия (рис. 2) у интактных животных в горизонтальном положении вызывала пятикратное увеличение инспираторного P ВГД (536±50 %) по сравнению со свободным дыханием, тогда как в АОП этот показатель увеличивался только в три раза (320±35 %). Разница в приростах составляла 200 %, что свидетельствует об угнетении компенсаторной реакции дыхательной системы в антиортостатическом положении. Возможной причиной снижения данной реакции в этих условиях является, по всей вероятности, ослабление вагальной объемнозависимой связи, которая обеспечивается рефлексами с механорецепторов легких. Это подтверждается результатами, полученными при исследовнии ваготомированных животных, у которых отсутствовали различия в реакциях на конечно-экспираторную окклюзию как в горизонтальном, так и в антиортостати-ческом положении (рис. 2). Показатель P ВГД у данной группы животных в горизонтальном и антиортостатическом положении соответствовал 300±20 %. У вагально-интактных животных аналогичный прирост P ВГД (320±35 %) в ответ на окклюзию наблюдался только в условиях АОП.

Заключение. Результаты экспериментов доказывают, что афферентная система легких, обеспечивающая обратную связь между изменением объема легких и центральной инспираторной активностью, принимает не- посредственное участие в компенсации респираторных эффектов антиортостаза. Усиление механической нагрузки на дыхательную систему происходит вследствие роста сопротивления дыханию [11–13], основной причиной которого является увеличенное кровенаполнение легких [6, 8]. Известно, что переполнение легочных сосудов кровью вызывает снижение растяжимости стенок дыхательных путей и сужение их просвета, что способствует росту как эластического, так и резистивного компонентов сопротивления [3, 7, 13]. Повышенное сопротивление дыханию вызывает компенсаторный рост внутригрудного давления, которое отражает общее инспираторное усилие. Благодаря усилению сократительной активности инспираторных мышц снижение дыхательного объема и вентиляции легких в антиортостатическом положении является незначительным.

Кроме того, полученные данные указывают на то, что вследствие ослабления обратной вагальной связи между центральной инспираторной активностью и изменением объема легких (рефлексы Геринга–Брейера) в антиортостатическом положении резко ослабевают компенсаторные возможности системы внешнего дыхания. В результате одинаковая по величине механическая нагрузка вызывает меньший прирост инспираторного давления в антиортостатическом положении по сравнению с горизонтальным.