Активность различных популяций нейронов бульбарного дыхательного центра крыс в динамике гипобарической гипоксии

Исследование посвящено выяснению участия различных групп инспираторных и экспираторных нейронов (ИН и ЭН соответственно) бульбарного дыхательного центра (ДЦ) крыс в регуляции дыхания в условиях гипобарической гипоксии. Данные условия создавались в лабораторной барокамере и соответствовали подъему н...

Ausführliche Beschreibung

Gespeichert in:

Bibliographische Detailangaben
Datum:	2014
Hauptverfasser:	Адамян, Н.Ю., Карапетян, М.А.
Format:	Artikel
Sprache:	Russian
Veröffentlicht:	Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України 2014
Schriftenreihe:	Нейрофизиология
Online Zugang:	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148305
Tags:	Tag hinzufügen Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Zitieren:	Активность различных популяций нейронов бульбарного дыхательного центра крыс в динамике гипобарической гипоксии / Н.Ю. Адамян, М.А. Карапетян // Нейрофизиология. — 2014. — Т. 46, № 4. — С. 359-367. — Бібліогр.: 29 назв. — рос.

Institution

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

id	irk-123456789-148305
record_format	dspace
spelling	irk-123456789-1483052019-02-18T01:25:13Z Активность различных популяций нейронов бульбарного дыхательного центра крыс в динамике гипобарической гипоксии Адамян, Н.Ю. Карапетян, М.А. Исследование посвящено выяснению участия различных групп инспираторных и экспираторных нейронов (ИН и ЭН соответственно) бульбарного дыхательного центра (ДЦ) крыс в регуляции дыхания в условиях гипобарической гипоксии. Данные условия создавались в лабораторной барокамере и соответствовали подъему на высоты до 8000 м. В начале “подъема” при давлении, соответствующем высоте 4000–5000 м, снижение рО₂ во вдыхаемом воздухе до 98–85 мм рт. ст. обусловливало повышение частоты импульсной активности нейронов. В фазе интенсивной гипоксии, на “высоте” 7500–8000 м (pO₂ = 64–58 мм рт. ст.), наблюдалось резкое угнетение активности бульбарных дыхательных нейронов. Активность ИН и ЭН на разных стадиях гипоксии существенно различалась; ИН демонстрировали относительно более высокую устойчивость к гипоксии. Среди подгрупп этих единиц ранние и полные ИН оказались более устойчивыми к кислородной недостаточности. После “спуска” животных и восстановления нормального атмосферного давления показатели активности бульбарных респираторных нейронов постепенно возвращались к исходным значениям. Дослідження присвячене з’ясуванню участі різних груп інспіраторних та експіраторних нейронів (ІН та ЕН відповідно) бульбарного дихального центру (ДЦ) щурів у регуляції дихання в умовах гіпобаричної гіпоксії. Дані умови створювались у лабораторній барокамері і відповідали підйому на висоти до 8000 м. На початку “підйому” при тиску, який відповідав висоті 4000–5000 м, зниження рО₂ у вдихуваному повітрі до 98–85 мм рт. ст. зумовлювало підвищення частоти імпульсної активності нейронів. У фазі інтенсивної гіпоксіїї, на “висоті” 7500–8000 м (pO₂ = 64–58 мм рт. ст.), активність бульбарних дихальних нейронів різко пригнічувалась. Активність ІН та ЕН на різних стадіях гіпоксії істотно розрізнялась; ІН демонстрували відносно вищу стійкість до гіпоксії. Серед підгруп цих одиниць «ранні» та «повні» ІН виявилися більш стійкими до кисневої недостатності. Після “спуску” тварин і відновлення нормального атмосферного тиску показники активності бульбарних респіраторних нейронів поверталися до вихідних значень. 2014 Article Активность различных популяций нейронов бульбарного дыхательного центра крыс в динамике гипобарической гипоксии / Н.Ю. Адамян, М.А. Карапетян // Нейрофизиология. — 2014. — Т. 46, № 4. — С. 359-367. — Бібліогр.: 29 назв. — рос. 0028-2561 http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148305 612.82+612.606 ru Нейрофизиология Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
collection	DSpace DC
language	Russian
description	Исследование посвящено выяснению участия различных групп инспираторных и экспираторных нейронов (ИН и ЭН соответственно) бульбарного дыхательного центра (ДЦ) крыс в регуляции дыхания в условиях гипобарической гипоксии. Данные условия создавались в лабораторной барокамере и соответствовали подъему на высоты до 8000 м. В начале “подъема” при давлении, соответствующем высоте 4000–5000 м, снижение рО₂ во вдыхаемом воздухе до 98–85 мм рт. ст. обусловливало повышение частоты импульсной активности нейронов. В фазе интенсивной гипоксии, на “высоте” 7500–8000 м (pO₂ = 64–58 мм рт. ст.), наблюдалось резкое угнетение активности бульбарных дыхательных нейронов. Активность ИН и ЭН на разных стадиях гипоксии существенно различалась; ИН демонстрировали относительно более высокую устойчивость к гипоксии. Среди подгрупп этих единиц ранние и полные ИН оказались более устойчивыми к кислородной недостаточности. После “спуска” животных и восстановления нормального атмосферного давления показатели активности бульбарных респираторных нейронов постепенно возвращались к исходным значениям.
format	Article
author	Адамян, Н.Ю. Карапетян, М.А.
spellingShingle	Адамян, Н.Ю. Карапетян, М.А. Активность различных популяций нейронов бульбарного дыхательного центра крыс в динамике гипобарической гипоксии Нейрофизиология
author_facet	Адамян, Н.Ю. Карапетян, М.А.
author_sort	Адамян, Н.Ю.
title	Активность различных популяций нейронов бульбарного дыхательного центра крыс в динамике гипобарической гипоксии
title_short	Активность различных популяций нейронов бульбарного дыхательного центра крыс в динамике гипобарической гипоксии
title_full	Активность различных популяций нейронов бульбарного дыхательного центра крыс в динамике гипобарической гипоксии
title_fullStr	Активность различных популяций нейронов бульбарного дыхательного центра крыс в динамике гипобарической гипоксии
title_full_unstemmed	Активность различных популяций нейронов бульбарного дыхательного центра крыс в динамике гипобарической гипоксии
title_sort	активность различных популяций нейронов бульбарного дыхательного центра крыс в динамике гипобарической гипоксии
publisher	Інститут фізіології ім. О.О. Богомольця НАН України
publishDate	2014
url	http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/148305
citation_txt	Активность различных популяций нейронов бульбарного дыхательного центра крыс в динамике гипобарической гипоксии / Н.Ю. Адамян, М.А. Карапетян // Нейрофизиология. — 2014. — Т. 46, № 4. — С. 359-367. — Бібліогр.: 29 назв. — рос.
series	Нейрофизиология
work_keys_str_mv	AT adamânnû aktivnostʹrazličnyhpopulâcijnejronovbulʹbarnogodyhatelʹnogocentrakrysvdinamikegipobaričeskojgipoksii AT karapetânma aktivnostʹrazličnyhpopulâcijnejronovbulʹbarnogodyhatelʹnogocentrakrysvdinamikegipobaričeskojgipoksii
first_indexed	2025-07-12T19:06:13Z
last_indexed	2025-07-12T19:06:13Z
_version_	1837469199375532032
fulltext	NEUROPHYSIOLOGY / НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ.—2014.—T. 46, № 4 359 УДК 612.82+612.606 Н. Ю. АДАМЯН1, М. А. КАРАПЕТЯН1 АКТИВНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ НЕЙРОНОВ БУЛЬБАРНОГО ДЫХАТЕЛЬНОГО ЦЕНТРА КРЫС В ДИНАМИКЕ ГИПОБАРИЧЕСКОЙ ГИПОКСИИ Поступила 13.11.2013 Исследование посвящено выяснению участия различных групп инспираторных и экспи- раторных нейронов (ИН и ЭН соответственно) бульбарного дыхательного центра (ДЦ) крыс в регуляции дыхания в условиях гипобарической гипоксии. Данные условия со- здавались в лабораторной барокамере и соответствовали подъему на высоты до 8000 м. В начале “подъема” при давлении, соответствующем высоте 4000–5000 м, снижение рО2 во вдыхаемом воздухе до 98–85 мм рт. ст. обусловливало повышение частоты им- пульсной активности нейронов. В фазе интенсивной гипоксии, на “высоте” 7500–8000 м (pO2 = 64–58 мм рт. ст.), наблюдалось резкое угнетение активности бульбарных дыха- тельных нейронов. Активность ИН и ЭН на разных стадиях гипоксии существенно раз- личалась; ИН демонстрировали относительно более высокую устойчивость к гипоксии. Среди подгрупп этих единиц ранние и полные ИН оказались более устойчивыми к кис- лородной недостаточности. После “спуска” животных и восстановления нормального атмосферного давления показатели активности бульбарных респираторных нейронов постепенно возвращались к исходным значениям. КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: гипобарическая гипоксия, бульбарный дыхательный центр, экспираторные и инспираторные нейроны, регуляция дыхания. 1Ереванский государственный университет (Республика Армения). Эл. почта: nona01011966@ mail.ru (Н. Ю. Адамян). ВВЕДЕНИЕ На современном этапе научно-технического про- гресса существенно возросли интенсивность и зна- чимость воздействия различных неблагоприятных факторов окружающей среды на организм. Среди таких факторов особое место занимает кислород- ная недостаточность. Уже на ранних этапах онто- генеза в зависимости от среды обитания и интен- сивности жизнедеятельности организм человека и животных достаточно часто сталкивается с кисло- родной недостаточностью. Гипоксия также высту- пает как центральное звено в патогенезе многих заболеваний [1–3]. Очевидно, что выяснение ме- ханизмов изменений активности нейронов дыха- тельного центра (ДЦ) в условиях гипоксии явля- ется одной из актуальных медико-биологических проблем. В упомянутых условиях изменение интенсив- ности легочной вентиляции представляет одну из наиболее важных адаптивных реакций, которые в значительной мере обеспечиваются сложными вза- имоотношениями экспираторных и инспиратор- ных нейронов (ЭН и ИН соответственно) ДЦ про- долговатого мозга. Выявление тонких механизмов регуляции дыхания в условиях гипоксии имеет не только теоретическое, но и прикладное значение. В настоящей работе представлены результаты иссле- дования активности различных групп бульбарных дыхательных нейронов крыс в условиях нарастаю- щей гипобарической гипоксии. МЕТОДИКА Исследования были проведены на белых крысах- самцах с массой тела 200–230 г, наркотизирован- ных смесью хлоралозы и нембутала (30 и 10 мг/кг соответственно, внутрибрюшинно). Для oтведения активности нейронов после частичного удаления мозжечка микроэлектрод погружали в область за- движки (obex) продолговатого мозга (область наи- большей концентрации дыхательных нейронов). Активность нейронов отводили внеклеточно с при- менением стеклянных микроэлектродов (диаметр NEUROPHYSIOLOGY / НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ.—2014.—T. 46, № 4360 Н. Ю. АДАМЯН, М. А. КАРАПЕТЯН кончика 1.5–2.0 мкм, сопротивление 3–5 МОм), за- полненных раствором NaCl (2.0 М). Одновремен- но регистрировали характеристики внешнего ды- хания, используя резистивный угольный датчик. Фиксированное в стереотаксическом прибо- ре животное помещали в барокамеру и реги- стрировали фоновую импульсную активность нейронов и внешнее дыхание в динамике гипоба- рической гипоксии при давлениях, соответствую- щих высотам 4000–5000 и 7500–8000 м. “Подъем” и “спуск” животного производили со скоростью 15–20 м/с. По окончании опытов крыс подвергали эвтаназии путем введения наркотических веществ в утроенных дозах. Отводимые потенциалы действия (ПД) выделяли посредством амплитудной дискриминации. Анализ полученных данных производили с использованием специально разработанной программы [4, 5]. Стро- ились перистимульные гистограммы (ПСГ) межим- пульсных интервалов (МИИ) и графики скользящей частоты ПД. На основании вычисленных средней частоты фоновой активности (ФА) нейрона и ее среднеквадратического отклонения определяли диапазон частот М ± 2 s.d., относительно которо- го выявлялись периоды существенных активации и торможения ФА (рис. 1). Достоверность различий средних величин определяли по критерию Стью- дента (P < 0.05). Идентификацию дыхательных нейронов про- изводили по соотношению времени начала и кон- ца залпа ПД с фазами дыхательного цикла, по длительности залпа, средней частоте ПД в залпе, расположению максимума частоты в залпе и ха- рактеру распределения МИИ внутри него. Иссле- дованная нами популяция дыхательных нейронов была разделена на несколько групп [6, 7] – «ран- ние», «полные» и «поздние» ИН, «ранние», «пол- ные» и «поздние» ЭН, нейроны переходного типа (И-ЭН и Э-ИН), а также нейроны, разряжающиеся непрерывно, но с максимумом частоты импульса- ции во время фазы вдоха или выдоха. У ранних ИН и ЭН максимум частоты приходился на начало зал- па, а у поздних – на его конец. Активность полных ИН и ЭН совпадала в целом с фазами вдоха и выдо- ха соответственно; частота постепенно нарастала, достигая максимума в середине залпа. Активность И-ЭН обычно учащалась на границе перехода ин- спирации в экспирацию, максимум частоты прихо- дился на фазу инспирации. У Э-ИН соотношения были обратными. РЕЗУЛЬТАТЫ В исходных условиях атмосферного давления была зарегистрирована активность 73 ИН и 81 ЭН буль- барного ДЦ. В группах ИН и ЭН наиболее много- численными были полные нейроны. Так, среди ИН полных было 36 (49.3 %), ранних – 17 (23.3 %), поздних – 14 (19.2 %). Среди ЭН 38 (46.9 %) иден- тифицировались как полные, 18 (22.2 %) – как ран- ние и 16 (19.82 %) – как поздние. «Переходные» нейроны типов И-ЭН и Э-ИН были относительно малочисленны (семь и пять клеток соответствен- но). В первой фазе гипоксии, на “высоте” 4000–5000 м (pO2 = 98–85 мм рт. ст., умеренная кислородная не- достаточность), количество нейронов, активность которых коррелировала с фазами респираторно- го цикла, уменьшалось. Реактивными остались 58 (79.5 %) ИН и 62 (76.5 %) ЭН (рис. 2). На этой “высоте” под воздействием умеренной гипоксии 39 39 1 1 2 2 с–1 с–1 А Б Р и с. 1. Графики скользящей частоты импульсной активности нейронов бульбарного дыхательного центра в различных фазах гипоксии. На А: 1 – норма, 2 – первая фаза гипоксии (4000– 5000 м); на Б: 1 – норма, 2 – вторая фаза гипоксии (7500–8000 м). Показана только часть заре- гистрированной фоновой активности (перед осью ординат). Сплошной линией указана средняя частота (М), пунктирными – уровни ± 2 s.d. На А нижняя пунктирная линия совпадала с осью абсцисс. По оси абсцисс – время; по оси ординат – средняя частота, с–1. Р и с. 1. Графіки частоти імпульсної активності нейронів бульбарного дихального центру в різних фазах гіпоксії. NEUROPHYSIOLOGY / НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ.—2014.—T. 46, № 4 361 АКТИВНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ НЕЙРОНОВ БУЛЬБАРНОГО ДЫХАТЕЛЬНОГО ЦЕНТРА КРЫС внешнее дыхание несколько учащалось и углубля- лось. Во второй фазе гипоксии, на “высоте” 7500– 8000 м (pO2 = 64–58 мм рт. ст., тяжелая гипоксия), резкое понижение pO2 обусловливало значитель- ное сокращение количества «работающих» (со- храняющих циклический характер импульсации) нейронов бульбарного ДЦ. В этот период продол- жали оставаться активными всего 45 (61.6 %) ИН и 46 (56.8 %) ЭН. Анализ данных о функциони- ровании ИН и ЭН в указанных условиях выя- вил несколько более высокую устойчивость ИН к гипоксии по сравнению с таковой ЭН. Это соответ- ствовало и характеристикам внешнего дыхания – увеличение или уменьшение длительности дыха- тельного цикла происходило в основном за счет продолжительности выдоха. Среди подгрупп ИН ранние и полные нейроны оказались более устой- чивыми к кислодорной недостаточности (рис. 2). На этой стадии гипоксии под воздействием острой кислородной недостаточности внешнее дыхание за- медлялось, становилось поверхностным, а у части животных полностью прекращалось, но после по- дачи воздуха в барокамеру постепенно восстанав- ливалось. Спустя 10–20 мин после “спуска” животных в большинстве случаев наблюдалось восстановле- ние исходных показателей импульсной активности. Следует отметить, что среди всех дыхательных ней- ронов раньше всего восстанавливалась циклическая активность ИН. У большинства это происходило на 10–13-й мин после “спуска”; степень восстановле- ния исходных характеристик составляла 83–86 %. У ЭН восстановление обычно отмечалось на 18–20-й мин, его степень соответствовала 81–84 %. Анализ отдельных подгрупп ИН выявил тенденцию к бо- лее полному восстановлению у полных и ранних % 100 90 а б в г 80 70 60 50 40 30 1 2 3 4 Р и с. 2. Нормированные количества (%) инспираторных нейронов (ИН), сохраняющих циклическую активность в динамике гипоксического воздействия. По горизонтали – фазы гипоксии: 1 – норма; 2 – «высота» 4000– 5000; 3 – 7500–8000 м; 4 – после «спуска». Общие количества нейронов в той или иной группе, генерирующих циклическую импульсацию в исходных условиях, приняты за 100%; а – полные, б – ранние, в – поздние ИН, г – ИН переходного типа. Р и с. 2. Нормовані кількості (%) інспіраторних нейронів, які зберігали циклічну активність у динаміці гіпоксичної дії. Т а б л и ц а 1. Динамика изменений паттерна активности инспираторных нейронов (ИН) бульбарного дыхательного центра в условиях гипобарического гипоксического воздействия Т а б л и ц я 1. Динаміка змін патерну активності інспіраторних нейронів бульбарного дихального центру в умовах гіпобаричної гіпоксичної дії Показатели Исходное состояние («норма») «Высота» «Спуск» 4000–5000 м 7500–8000 м Полные ИН Длительность залпа, с 0.46 0.41 0.47 0.46 Количество импульсов в залпе 18 19 16 19 Средняя частота, с–1 39.13±3.04 46.34±3.8 34.04±2.61 41.3±3.79 Ранние ИН Длительность залпа, с 0.34 0.32 0.35 0.36 Количество импульсов в залпе 14 16 13 15 Средняя частота, с–1 41.17±3,56 50.01±4.72 37.14±3.03 41.67±3.61 Поздние ИН Длительность залпа, с 0.32 0.31 0.33 0.32 Количество импульсов в залпе 13 15 11 14 Средняя частота, с–1 40.63±3.69 48.39±4.75 33.33±2.64 43.75±2.08 П р и м е ч а н и я. Приведены значения средних ± среднеквадратическое отклонение (M ± s.d.). Одной и двумя звездочками отмечены случаи достоверных отличий от исходных показателей с Р < 0.05 и Р < 0.01 соответственно. NEUROPHYSIOLOGY / НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ.—2014.—T. 46, № 4362 Н. Ю. АДАМЯН, М. А. КАРАПЕТЯН Т а б л и ц а 2. Динамика изменений паттерна активности экспираторных нейронов (ЭН) бульбарного дыхательного центра в условиях гипобарического гипоксического воздействия Т а б л и ц я 2. Динаміка змін патерну активності експіраторних нейронів бульбарного дихального центру в умовах гіпобаричної гіпоксичної дії Показатели Исходное состояние („норма”) «Высота» «Спуск» 4000–5000 м 7500–8000 м Полные ЭН Длительность залпа, с 0.56 0.51 0.57 0.55 Количество импульсов в залпе 19 21 18 19 Средняя частота, с–1 33.93±2.80 41.17±3.63 31.58±2.46 34.55±2.47 Ранние ЭН Длительность залпа, с 0.46 0.44 0.47 0.47 Количество импульсов в залпе 15 16 13 16 Средняя частота, с–1 32.61±2.65 36.36±3.12 27.66±2.54 34.04±2.77 Поздние ЭН Длительность залпа, с 0.41 0.42 0.43 0.40 Количество импульсов в залпе 13 16 12 13 Средняя частота, с–1 31.7±2.11 38.09±3.07 27.91±2.63 32.5±2.48 П р и м е ч а н и е. Обозначения те же, что и в табл. 1. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 1 2 3 4 % I II III * * 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 1 2 3 4 % I III II * * 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 1 2 3 4 % I II III * * * А В Б Р и с. 3. Динамика изменений паттерна активности инспиратор- ных нейронов (А – полных, Б – ранних и В – поздних) бульбар- ного дыхательного центра в условиях гипоксии. По горизонтали – то же, что и на рис. 2; по вертикали – нор- мированные изменения показателей, %. І – изменение средней частоты импульсации, ІІ – длительности залпа и ІІІ – количества импульсов в залпе. Одной и двумя звездочками отмечены случаи достоверных отличий от исходных показате- лей с P < 0.05 и P < 0.01 соответственно. Р и с. 3. Динаміка змін патерну активності інспіраторних не- йронів (А – повних, Б – ранніх і В – пізніх) бульбарного дихаль- ного центру в умовах гіпоксії. нейронов (на 10–11-й мин степень восстановления достигала 88 %) (рис. 2). Заметно более низкая сте- пень восстановления была характерна для поздних ЭН (81 %) и Э-ИН (67 %). В начальной фазе гипоксии («высота» 4000– 5000 м) импульсная активность всех функциони- рующих нейронов ДЦ в результате гипоксического воздействия несколько учащалась (рис. 1, А). При увеличении “высоты” до максимального уровня (7500–8000 м), когда животное переживало сильно выраженный кислородный дефицит, импульсная ак- тивность нейронов резко угнеталась (Б). NEUROPHYSIOLOGY / НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ.—2014.—T. 46, № 4 363 АКТИВНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ НЕЙРОНОВ БУЛЬБАРНОГО ДЫХАТЕЛЬНОГО ЦЕНТРА КРЫС 0 5 10 15 20 25 30 35 1 2 3 4 I II III % * * * 0 5 10 15 20 25 30 35 1 2 3 4 I III II % ** * * 0 5 10 15 20 25 30 35 40 1 2 3 4 I III II % ** * * А В Б Р и с. 4. Динамика изменений паттерна активности экспиратор- ных нейронов (А – полных, Б – ранних и В – поздних) бульбар- ного дыхательного центра в условиях гипоксии. Обозначения те же, что и на рис. 3. Р и с. 4. Динаміка змін патерну активності експіраторних не- йронів (А – повних, Б – ранніх і В – пізніх) бульбарного дихаль- ного центру в умовах гіпоксії. Изменения паттерна импульсной активности происходили в основном за счет длительности зал- па и количества ПД в нем. Наиболее устойчивыми показателями электрической активности дыхатель- ных нейронов были местоположение залпа импуль- сов в пределах дыхательного цикла и распределе- ние МИИ в залпе. Устойчивость этих параметров, видимо, связана с тем, что они предопределены структурой нейронных сетей ДЦ, сложившейся в соответствии с его функциональным назначени- ем [7]. Динамика изменений данных показателей при гипоксии иллюстрируется табл. 1 и 2, а также рис. 3 и 4. В динамике развития гипоксии у ранних и позд- них ИН и ЭН увеличение или уменьшение средней частоты импульсации происходило в основном за счет изменения количества ПД в залпе и лишь в не- значительной степени за счет изменения длитель- ности залпа. У полных ИН и ЭН, наоборот, измене- ния средней частоты импульсной активности были в большей степени связаны с заметным изменени- ем длительности залпа. По сведениям Сафонова и соавт. [7], существенное сокращение длительности залпов наблюдалось у полных ИН и ЭН при дыха- нии животных гиперкапнической газовой смесью. Длительность залпов ранних и поздних ИН и ЭН в данном случае уменьшалась незначительно, одна- ко примерно вдвое увеличивалась средняя частота импульсов. ОБСУЖДЕНИЕ Кислородная недостаточность – одно из весьма распространенных и клинически значимых стрес- синдуцирующих воздействий, которому подвер- жены организмы в течение жизни. В условиях бо- лее или менее длительного воздействия гипоксии (жизнь в условиях высокогорья, авиационный и па- рашютный спорт, альпинизм и т. д.), а также при хронических заболеваниях дыхательной и сердеч- но-сосудистой систем организма адаптационные механизмы формируются на различных уровнях организации (системном, тканевом, клеточном, мо- лекулярном). Важнейшим компонентом сложного процесса адаптации являются изменения в систе- ме контроля дыхательной системы, в частности в ДЦ продолговатого мозга. Выяснение закономер- ностей изменений деятельности ДЦ на клеточном уровне в динамике гипоксии имеет и теоретиче- ское, и практическое значение. Импульсная активность отдельных нейронов весьма информативна, ибо она является адекват- ным показателем уровня функционального со- стояния мозга; любое воздействие на клетку в NEUROPHYSIOLOGY / НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ.—2014.—T. 46, № 4364 Н. Ю. АДАМЯН, М. А. КАРАПЕТЯН конечном счете отражается на паттерне ее им- пульсации [8–10]. Однако при изучении деятель- ности одиночных нейронов ДЦ следует помнить, что эти процессы не протекают изолированно в отдельной нервной клетке, они не обусловле- ны исключительно ее внутренними свойствами, а являются результатом взаимодействия целой сети нейронов ДЦ [8, 11, 12]. Для наших усло- вий опыта в первой фазе гипоксии (4000–5000 м), когда pO2 во вдыхаемом воздухе составляло 98– 85 мм рт. ст., гипоксическая активация всех функ- ционирующих нейронов бульбарного ДЦ, по мне- нию ряда авторов [9, 10, 12], связана как с прямым действием гипоксии на клеточные мембраны, обу- словливающем их деполяризацию, так и с акти- вацией нейронных сетей ретикулярной формации ствола мозга. При интерпретации наших результатов следует учитывать то обстоятельство, что эксперименталь- ные животные, очевидно, были адаптированы к ус- ловиям среднегорья – Ереван расположен на высоте 900 – 1200 м над уровнем моря. В наших опытах обнаруженные ЭН были не- сколько многочисленнее ИН. У крыс выдох явля- ется активным процессом, что обусловлено отно- сительно малым диаметром воздухоносных путей и высокой упругостью грудной клетки. Поэтому у этих животных область локализации ЭН в про- долговатом мозгу заметно больше, чем область ИН [13]. В нашем электрофизиологическом исследова- нии выявилась различная резистентность активно- сти нейронов ДЦ продолговатого мозга по отноше- нию к гипоксии. В частности, было установлено, что ИН несколько более устойчивы к гипоксиче- скому воздействию, чем ЭН, а в пределах совокуп- ности ИН нейроны раннего и полного типов (осо- бенно раннего) наиболее резистентны. Очевидно, у разных видов нейронов процесс нарастания восста- новительного эквивалента при кислородном голо- дании происходит неодинаково, что и отражает сте- пень устойчивости или уязвимости тех или иных нейронов к гипоксии [9]. На первой стадии гипоксического воздействия происходило углубление и учащение дыхательных движений, что было направлено на компенсацию кислородного дефицита и сохранение газового го- меостаза организма. Видимо, сравнительно более высокая устойчивость ИН к гипоксии отражается и на характеристиках внешнего дыхания – более устойчивой при нарастании гипоксии оказывается фаза вдоха. Изменения дыхательного ритма проис- ходили в основном за счет изменений характери- стик выдоха. Это, вероятно, связано с более слабым механизмом сетевого самовозбуждения в экспира- торной популяции нейронов ДЦ по сравнению с ин- спираторной [14]. Ряд авторов указывали, что гип- оксическая стимуляция дыхания сопровождается укорочением длительности рефлекторного вагус- ного торможения инспирации. Влияния, поступаю- щие от каротидных хеморецепторов и облегчающие инспираторную активность, ослабляют тормозное действие от рецепторов растяжения легких [15, 16]. Такое взаимодействие может быть одним из факто- ров, определяющих укорочение выдоха в условиях развивающейся гипоксии. В фазе интенсивной гипоксии (7500–8000 м), когда рО2 = 64–58 мм рт. ст., мы наблюдали резкое угнетение, а иногда и полное торможение цикличе- ской импульсной активности всех подгрупп нейро- нов ДЦ. Такие изменения ряд авторов связывают с резким увеличением (иногда в сотни раз) количе- ства ГАМК в мозгу, развитием нарушений струк- турной организации клеточных мембран и наруше- ниями функции калий-натриевого насоса [6, 17–19]. В целостной ЦНС, где каждый нейрон име- ет множество синаптических связей с различны- ми афферентными источниками и другими клетка- ми, генерация импульсной активности обусловлена прежде всего синаптическими взаимодействиями и связана с активными процессами, требующими определенных затрат энергии и кислорода. Итогом воздействия любого из видов гипоксии является истощение запасов макроэргических соединений в тканях. При гипоксии мозга значительно изменяет- ся химический состав тканевой жидкости, ликвора и крови в структурах продолговатого мозга, что су- щественно влияет на метоболизм нейронов ДЦ [7]. Как выяснилось, в условиях гипоксии ГАМК об- ладает явным нейропротекторным действием на клеточном уровне. Усиленный выброс ГАМК при гипоксии приводит к угнетению активности нерв- ных клеток и тем самым к сохранению запасов в них макроэргических соединений, что повышает их выживаемость в условиях гипоксического дефици- та энергии [19]. На «высоте» 7000–8000 м на фоне сильного гип- оксического торможения импульсной активности нейронов порой было трудно установить корре- ляцию между электрической активностью иссле- дуемых нейронов ДЦ и суммарным эффектом их деятельности – внешним дыханием. Последний NEUROPHYSIOLOGY / НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ.—2014.—T. 46, № 4 365 АКТИВНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ НЕЙРОНОВ БУЛЬБАРНОГО ДЫХАТЕЛЬНОГО ЦЕНТРА КРЫС процесс (внешнее дыхание), являясь интеграль- ным показателем активности дыхательной системы, формируется на основе функциональной активно- сти не единичного нейрона, а множества нейронов ДЦ ствола мозга [20]. После “спуска” животных и возвращения их в нормальные условия кислородного снабжения вос- становление импульсной активности нейронов ДЦ происходило неодинаково. Среди респираторных нейронов раньше всех восстанавливали активность ИН (в частности, полные и ранние), причем сте- пень такого восстановления была выше, чем у ЭН. Восстановление в наибольшей степени запаздыва- ло у переходных нейронов (И-ЭН и Э-ИН). Неред- ко после “спуска” животных в нормальные условия кислородного снабжения эти нейроны еще продол- жали генерировать одиночные редкие импульсы, что не соответствовало их исходному паттерну ак- тивности. Лишь спустя 20–25 мин их фоновая им- пульсация восстанавливалась в той или иной сте- пени. В исследованиях Сафонова и соавт. [6] также было отмечено, что при возобновлении дыхания первыми восстанавливали исходную залповую ак- тивность ИН, в то время как угнетение активности ЭН продолжалось. Причину такого различия в по- ведении ИН и ЭН в гипоксических условиях, веро- ятно, следует искать в метаболических особенно- стях и функциональной гетерогенности нейронов ДЦ. При вдохе в ЭН наблюдается хорошо выражен- ная гиперполяризация, в то время как такой сдвиг мембранного потенциала у ИН при выдохе выра- жен довольно слабо. Незначительность следовой гиперполяризации ИН указывает на то, что после каждого цикла инспирации данные нейроны в фазе торможения продолжают оставаться на каком-то определенном первоначальном уровне деполяри- зации. Это и может способствовать более высокой устойчивости импульсации ИН по сравнению с тем, что наблюдается у ЭН. Такая специфика дыхатель- ных нейронов в определенной мере обусловлена их размерами и особенностями организации их мем- бран [6, 21]. В наших экспериментах отмечалась долее вы- сокая частота встречаемости полных нейронов по сравнению с таковой ранних и поздних, причем и ИН, и ЭН. О подобной особенности сообщалось и ранее [7, 14, 22]. Специфические свойства мембран этих нейронов, очевидно, связаны с их определен- ным положением в респираторной генераторной сети и выполнением определенной роли в единой системе нейронов ДЦ [6, 7]. Наблюдавшаяся нами несколько более высокая резистентность всей совокупности ИН к гипокси- ческому воздействию по сравнению с таковой ЭН, а внутри популяции ИН – наибольшая устойчи- вость ранних и полных нейронов особенно нагляд- но проявлялись во второй фазе гипоксии. Основ- ной механизм различной устойчивости нейронов к кислородному голоданию, вероятно, связан с нео- динаковой степенью уменьшения содержания каль- ция, связанного с мембранами внутриклеточных органелл [9, 23, 24]. Некоторые авторы [18, 29] упо- минали, что значительная часть ранних ИН более резистентны к недостатку Са2+ в отличие от дру- гих инспираторных единиц. Подобные факты, од- нако, не исключают и иных толкований. По данным других авторов [25, 26], эта особенность объясня- ется тем, что ГАМК, будучи основным тормозным медиатором в очаге действия гипоксии, в неодина- ковой степени угнетает активность отдельных под- групп ЭН и ИН. Упомянутые авторы считают, что устойчивость ИН является отражением деятельно- сти защитных механизмов дыхательного генерато- ра, ограничивающих накопление ГАМК в условиях гипоксии [19, 25]. По мнению Рихтера [27], именно ранние ИН являются ритмзадающими нейронами в ДЦ. Вероятно, как раз тем, что ранние ИН являются запускающими нейронами, а полные нейроны ДЦ в основном лишь поддерживают заданный ритм ды- хания, и оправдана более высокая устойчивость ИН к гипоксии по сравнению с таковой других нейро- нов бульбарного ДЦ [28, 29]. Помимо описанных нами типов инспираторной и экспираторной активности, нам в относительно редких случаях удалось зарегистрировать актив- ность нейронов переходного типа (И-ЭН, Э-ИН), а также активность нейронов с непрерывной импуль- сацией, лишь усиливающейся во время фазы вдоха или выдоха. Этим нейронам приписывают особую функцию – облегчение перехода между респира- торными фазами, считая, что только с их участием возможна стабильная генерация автономного ритма [7, 12]. В силу малочисленности данных нейронов мы не можем с полной уверенностью говорить об особенностях их активности в условиях гипоксии. Однако можно отметить, что указанные нейроны оказались наиболее ранимыми при гипоксическом воздействии (это упоминалось и другими авторами [6]). Интересно, что в период тяжелой гипоксии ак- тивность нейронов переходного типа трансформи- ровалась в "фазную", причем в большинстве случа- ев наблюдалась тенденция к смещению максимума NEUROPHYSIOLOGY / НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ.—2014.—T. 46, № 4366 Н. Ю. АДАМЯН, М. А. КАРАПЕТЯН частоты их импульсации в фазу инспирации. Результаты нашего исследования дают основание полагать, что контроль респираторной функции в условиях гипоксии в значительной мере обеспечи- вается благодаря определенной функциональной гетерогенности нейронной организации бульбар- ного ДЦ, определяющей последовательное возбуж- дение и торможение клеток, различающихся по ха- рактеристикам фазной активности, и сохранность ритмической организации импульсации ряда еди- ниц, особо важных для поддержания периодично- сти респираторных команд, которые посылаются к исполнительным механизмам. Сложная мозаичная структура и взаимоотношения этих нейронов и соз- дают определенные гарантии для поддержания га- зового гомеостаза организма в экстремальных усло- виях кислородного голодания. Исследования были проведены в соответствии с поло- жениями Международной конвенции по защите животных, которых используют в экспериментальных и других научных целях (Страсбург, 1985), а также согласно положе- ниям Комитета по биоэтике Ереванского государственного университета. Авторы настоящей статьи – Н. Ю. Адамян и М. А. Ка- рапетян – подтверждают, что у них отсутствует конфликт интересов. Н. Ю. Адамян1, М. А. Карапетян1 АКТИВНІСТЬ РІЗНИХ ПОПУЛЯЦІЙ НЕЙРОНІВ БУЛЬ- БАРНОГО ДИХАЛЬНОГО ЦЕНТРУ ЩУРІВ У ДИНАМІЦІ ГІПОБАРИЧНОЇ ГІПОКСІЇ 1Єреванський державний університет (Республіка Вірменія). Р е з ю м е Дослідження присвячене з’ясуванню участі різних груп ін- спіраторних та експіраторних нейронів (ІН та ЕН відповід- но) бульбарного дихального центру (ДЦ) щурів у регуляції дихання в умовах гіпобаричної гіпоксії. Дані умови ство- рювались у лабораторній барокамері і відповідали підйому на висоти до 8000 м. На початку “підйому” при тиску, який відповідав висоті 4000–5000 м, зниження рО2 у вдихуваному повітрі до 98–85 мм рт. ст. зумовлювало підвищення частоти імпульсної активності нейронів. У фазі інтенсивної гіпок- сіїї, на “висоті” 7500–8000 м (pO2 = 64–58 мм рт. ст.), актив- ність бульбарних дихальних нейронів різко пригнічувалась. Активність ІН та ЕН на різних стадіях гіпоксії істотно роз- різнялась; ІН демонстрували відносно вищу стійкість до гі- поксії. Серед підгруп цих одиниць «ранні» та «повні» ІН виявилися більш стійкими до кисневої недостатності. Після “спуску” тварин і відновлення нормального атмосферного тиску показники активності бульбарних респіраторних ней- ронів поверталися до вихідних значень. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Н. А. Агаджанян, А. Н Кислицын, “Гипоксические, гипокапнические и гиперкапнические состояния”, в кн.: Горный климат, спорт и здоровье , под ред. М. А. Медведева, А. Е. Северина, ОАО “СП”, Москва, Сочи (2005). 2. К. Ф. Законщиков, Адаптация. Гипоксия, Здоровье, Москва (1996). 3. M. Giverts, W. Colucci, and E. Braunwald, “Clinical aspects of heart failure: high-output failure; pulmonary edema,” in: A Textbook of Cardiovascular Medicine, Heart Diseases, E. Braunwald, D. Zipes, and P. Libby (eds.), W. B. Saunders Co (2001), pp. 534-561. 4. A. A. Galoyan, J. S. Sarkisian, T. K. Kipriyan, et al., “Comparison of the protection against neuronal injury by hypothalamic peptides and by decsametazone,” Neurochem. Res., 25, No. 12, 1567-1578 (2000). 5. A. A. Galoyan, J. S. Sarkisian, T. K. Kipriyan, et al., “Protectiv effect of a new hypothalamic peptid against cobra venom and trauma-induced neuronal injury,” Neurochem. Res., 26, No. 8, 1023-1038 (2001). 6. В. А. Сафонов, В. Н. Ефимов, А. А. Чумаченко, Нейрофизиология дыхания, Медицина, Москва (1980). 7. В. А. Сафонов, Человек в воздушном океане, Наука, Москва (2006). 8. Ю. М. Попов, Компартментно-кластерный анализ синергизма структур дыхательного центра в реализации афферентных влияний, Автореф. дисс. докт. биол. наук, Сургут (2008) . 9. М. О. Самойлов, Реакция нейронов мозга на гипоксию, Наука, Ленинград (1985). 10. О. С. Сергеев, “Реакция дыхательных нейронов крысы на гипоксический стимул”, Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова, 81, № 1, 48-55 (1995). 11. А. В. Вальдман, А. А. Грантынь, Г. А. Денисов, “Нейрофармакология и физиология центральной регуляции дыхания”, в кн.: Нейрофармакология процессов центрального регулирования, под ред. А. В. Вальдмана, …… Ленинград (1969), с. 405-476. 12. И. Г. Власова, Н. А. Агаджанян, “Индивидуальная устойчивость к гипоксии организма и нервной клетки”, Бюл. эксперим. биологии и медицины, 118, № 11, 454- 457(1994). 13. О. С. Сергеев, М. А. Гарсия, А. Ф. Баядарес, “Дыхательные нейроны в продолговатом мозгу крыс”, Физиол. журн. СССР, № 2, 262-267 (1975). 14. И. С. Бреслав, В. Д. Глебовский, Регуляция дыхания, Наука, Ленинград (1981). 15. W. S. Cherniack, N. T. Stanly, and P. G. Tuteur, “Effect of long volume change on respiration drive during hypoxia and hypercapnia,” J. Appl. Physiol., 35, No. 5, 635-641 (1973). 16. M. J. Joyner and B. D. Johnson, “Iron lung? New ideas about hypoxic pulmonary vasoconstriction,” J. Physiol., 586, No. 24, 5837-5839 (2008). 17. Н. В. Саноцкая, Д. Д. Мациевский, М. А. Лебедева, NEUROPHYSIOLOGY / НЕЙРОФИЗИОЛОГИЯ.—2014.—T. 46, № 4 367 АКТИВНОСТЬ РАЗЛИЧНЫХ ПОПУЛЯЦИЙ НЕЙРОНОВ БУЛЬБАРНОГО ДЫХАТЕЛЬНОГО ЦЕНТРА КРЫС “Влияние пикротоксина на устойчивость организмa к острой гипоксии”, Бюл. эксперим. биологии и медицины, 45, № 2, 136-140 (2008). 18. В. Ю. Шанин, Патофизиология, ЭЛБИ-СПб., СПб. (2005). 19. И. А Тараканов, В. А. Сафонов, “Сравнительный анализ изменения дыхания и системного кровообращения у кошек и крыс при активировании ГАМК-рецепторов”, Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова, 84, № 4, 300-308 (1998). 20. T. Hori, “Facilitation and inhibition of the medullary respiratory neurons,” Jpn. J. Physiol., 16, No. 2, 436-449 (1966). 21. F. Kreuter, D. W. Richter, H. Camerer, and R. Senekowitsch, “Morphological and electrical description of medullary respiratory neurons of the cat,” Pflügers Arch. Eur. J. Physiol., 372, No. 1, 7-16 (2004). 22. Л. Б. Нерсесян, Супрабульбарные и нейрохимические механизмы регуляции активности дыхательных нейронов продолговатого мозга, Автореф. дисс. докт. биол. наук, Ереван (1995). 23. W. L. Dunin-Barkowski, A. L. Escobar, A. T. Lovering, and J. M. Orem, ”Respiratory pattern generator model using Ca++- induced Ca++ release in neurons shows both pacemaker and reciprocal network properties,” Biol. Cybern., 89, No. 4, 274- 288 (2003). 24. C. Zavala-Tecuapetla, M. A. Aguileta, J. J. Lopez-Guerrero, et al., “Calcium-activated potassium currents differentially modulate respiratory rhythm generation,” Eur. J. Neurosci., 27, 2871-2884 (2008). 25. Г. Н. Крыжановский, И. А. Тараканов, В. А. Сафонов, “Участие ГАМК-эргической системы мозга в формировании дыхательного ритма”, Физиол. журн. СССР, 7, № 11, 13-27 (1993). 26. M. Zhang, K. Clarke, H. Zhong, et al., “Postsynaptic action of GABA in modulating sensory transmission inco-cultures of rat carotid body via GABA receptors,” J. Physiol., 587, No. 2, 329-345 (2009). 27. D. W. Richter, K. Ballanyi, and S. W. Schwarzacher, “Mechanisms of respiratory rhythm generation,” Current Opin. Neurobiol., 281, 788 (1992). 28. F. Pena, “Contribution of pacemaker neurons to respiratory rhythms generation in vitro,” Adv. Exp. Med. Biol., 605, 114- 118 (2008). 29. M. Thoby-Brisson and J. M. Ramirez, “Identification of two types of inspiratory pacemaker neurons in the isolated respiratory neural network of mice,” J. Neurophysiol., 86, 104- 112 (2001).

Активность различных популяций нейронов бульбарного дыхательного центра крыс в динамике гипобарической гипоксии

Institution

Ähnliche Einträge