УСПЕХИ ФИЗИОЛОГИЧЕСКИХ НАУК, 2004, том 35, № 4, с. 41-48
УДК 612.828+612.82+612.283
ВЛИЯНИЕ ЛИМБИЧЕСКИХ СТРУКТУР НА ДЫХАНИЕ В УСЛОВИЯХ ГИПОКСИИ
© 2004 г. Н. С. Акопян, Н. Ю. Адамян, Н. В. Саркисян, Р. С. Арутшнян, М. А. Карапетян
Кафедра физиологии человека и животных, Государственный университет, Ереван
В норме и в условиях гипоксии изучено влияние лимбических структур на импульсную активность дыхательных нейронов продолговатого мозга и на дыхание. В условиях нормоксии некоторые структуры лимбической системы оказывали преимущественно активирующее влияние, а другие -тормозящее. В условиях кислородной недостаточности на гипоксические изменения активности дыхательных нейронов продолговатого мозга накладывалась реакция нейронов на электрическое раздражение исследуемых структур. В начале "подъема" влияние тормозящих структур было, вероятно, нивелированно облегчающим влиянием активирующих структур мозга и непосредственным воздействием пониженного р02 на периферические и центральные хеморецепторы, что в итоге обеспечивало учащение дыхания в этот период. В условиях высокой степени гипоксии острая нехватка кислорода приводила к обратному эффекту, т.е. к угнетению активности всех структур (и активирующих, и тормозящих).
Проблема гипоксических состояний организма была и остается одной из актуальных вопросов биологии и медицины ввиду того, что даже здоровый организм человека и животного (исключая патологические формы гипоксии) в зависимости от условий обитания, интенсивности его деятельности и др. постоянно сталкивается с кислородной недостаточностью. Вопрос о влиянии гипоксических состояний приобретает особую важность еще и потому, что с развитием науки и техники возникают новые требования к высокогорной, авиационной, подводной биологии и медицине.
В случае недостаточности компенсаторных реакций в обеспечении организма 02 наступает нарушение функций систем организма и в первую очередь центральной нервной системы (ЦНС). Изучение ЦНС в условиях гипоксии привлекало внимание многих исследователей, так как она играет главную роль в адаптивной деятельности различных физиологических систем и приспособлении организма в условиях кислородной недостаточности. Техническое оснащение и совершенствование физиологических методов исследования способствуют дальнейшему расширению и углублению научных поисков в этом направлении [1, 7, 13, 16].
Имея в виду, что лимбические структуры, обладая обширными афферентными и эфферентными связями со многими другими структурами ЦНС, принимают активное участие в интеграции соматических и вегетативных компонентов эмо-ционально-мотивационных поведенческих реакций организма [3, 4, 9, 18, 19, 22], в динамике гипо-ксического воздействия изучили влияние дорсо-медиального (ИЭМ), заднегипоталамического
(NHP) ядер гипоталамуса, кортикального (ACO) и центрального (AC) ядер амигдалы, лимбической коры, орбито-фронтальной коры и вентрального (NSV), латерального (NSL), ложе конечной полоски (BWST) ядер перегородки на импульсную активность дыхательных нейронов продолговатого мозга.
Исследования проведены на крысах, наркотизированных смесью хлоралозы и нембутала (30 и 10 мг/кг соответственно, внутрибрюшинно). Животное жестко фиксировали в стереотаксическом приборе. Ядра исследуемых образований раздражали биполярными электродами (диаметр кончика электрода 0.2 мм, межэлектродное расстояние - 0.2-0.3 мм), ориентированными в соответствующие структуры по координатам стереотаксичес-кого атласа Маршала и Фифковой [5]. Для раздражения указанных структур подавали прямоугольные импульсы длительностью 0.1-0.3 мс, амплитудой 8-10 В и частотой 80-100 Гц в течение 8-10 с.
Для отведения активности респираторных нейронов после частичного удаления мозжечка (путем отсасывания) микроэлектрод опускали в область задвижки (obex) продолговатого мозга. Для идентификации инспираторных (ИН) и экспираторных (ЭН) нейронов производили одновременную регистрацию дыхательных движений посредством угольного датчика. Экстраклеточную регистрацию дыхательных нейронов производили в основном из вентральной зоны дыхательного центра продолговатого мозга стеклянными микроэлектродами, заполненными 4 М раствором NaCl (диаметр кончика 1.5-2 мкм, сопротивление 3-5 МОм). Эксперименты проведены в динамике гипоксического воздействия. Для
этого животное, фиксированное в стереотаксиче-ском приборе, помещали в барокамеру для "подъема". Регистрацию изучаемых показателей производили до "подъема", в условиях нормоксии (р02 = 142 мм рт. ст.), на высоте 4-5 тыс. м - первая фаза гипоксии (р02 = 109-85 мм рт. ст.), на высоте 7.5-8 тыс. м - вторая фаза (р02 = 64-58 мм рт. ст.) и после "спуска", в условиях нормального атмосферного давления. "Подъем" и "спуск" животного в барокамере производили со скоростью 15-20 м/с. После эксперимента проводили электрокоагуляцию точек раздражения для последующего гистологического контроля. По окончании опытов для эвтаназии внутрибрюшинно вводили те же наркотические вещества с превышением дозы в 3 раза.
По характеру реакции на раздражение лимби-ческих структур нейроны дыхательного центра были разделены на 3 группы: активировавшиеся, тормозившиеся и ареактивные, т.е. нейроны, не проявившие никакой реакции на раздражение. К той или иной группе относили нейроны, у которых эффекты раздражения были обратимыми при прекращении раздражения и воспроизводимыми при повторном раздражении. Подбиралась такая сила раздражения для каждого нейрона, при которой сразу же после нанесения раздражения возникала четко выраженная реакция. Эта сила тока была принята за пороговый уровень для данного нейрона и не менялась при регистрации того же нейрона в период гипоксического воздействия. Ответная реакция нейронов на раздражение той или иной лимбической структуры определяли по количеству активировавшихся и тормозившихся нейронов, а также по степени изменения их активности.
В условиях нормоксии раздражение гипотала-мических ядер на импульсную активность дыхательных нейронов и на дыхание в целом оказывало преимущественно возбуждающее влияние. Так, из 58 ЭН активацией отвечали 35 нейронов, торможением 20. При этом было установлено, что частота разряда активировавшихся нейронов до раздражения составляла 22.56 имп/с, а после раздражения увеличилась до 29.00 имп/с. У тормозившихся ЭН уменьшение частоты разряда составляло от 25 до 19 имп/с, т.е. на 23%.
Реакция ИН на раздражение тех же ядер гипоталамуса была следующей: из 34 ИН 22 нейрона увеличили среднюю частоту разряда от 23.04 до 31.00 имп/с (на 34.54%), а 11 тормозившихся нейронов уменьшили среднюю частоту импульсации от 26.26 до 20.03 имп/с, т.е. на 19.91% (табл. 1).
В начальной фазе гипоксии (4-5 тыс. м) импульсная активность всех функционирующих нейронов в результате гипоксического воздействия была несколько учащена (рис. 1). На этой "высоте" реакция респираторных нейронов была
следующей: из оставшихся 41 ЭН при раздражении гипоталамических ядер повышением активности отвечали 25 нейронов, понижением - 16 нейронов. Количество ИН составляло 17 и 10 соответственно. На таком облегченном фоне раздражение гипоталамических ядер вызывало у возбуждаемых ЭН увеличение средней частоты импульсации на 20.61%, а у тормозившихся -уменьшение частоты на 18.19%. Реакция ИН составляла соответственно 23.99 и 16.25%.
Во второй фазе гипоксического воздействия (7.5-8 тыс. м) изменение импульсной активности дыхательных нейронов выражалось в уменьшении количества импульсов в залпе, а в ряде случаев в полном угнетении их активности. При этом продолжали оставаться активными всего 28 ЭН и 18 ИН. Реакция этих нейронов на раздражение гипоталамических ядер приводится в табл. 1. Эти данные показывают, что и в тяжелых условиях гипоксии гипоталамус оказывает преимущественно активирующее влияние. После возвращения животных в условия нормального атмосферного давления, спустя 10-15 мин, происходило постепенное восстановление как исходной спонтанной активности нейронов и дыхания, так и реакции их на раздражение.
В тех же условиях эксперимента изучали влияние ядер миндалевидного комплекса на импульсную активность респираторных нейронов и на дыхание в целом. Изменения реакций нейронов на гипоксию и на раздражение амигдалярных ядер носили почти такой же характер, преимущественно активирующее влияние, что и при раздражении гипоталамуса (табл. 1).
В следующей серии экспериментов изучали влияние лимбической коры на дыхание и импульсную активность дыхательных нейронов. До "подъема" животных, в условиях нормоксии при раздражении лимбической коры из 47 ЭН подавлением активности ответили 31 нейрон, активацией 13. Реакция инспираторных нейронов на электростимуляцию была такая же: торможением ответили 26, активацией - 12 нейронов. Подавление активности выражалось в уменьшении средней частоты импульсов в залпе у ЭН 20.72%, у ИН на 19.89%, а усиление активности проявлялось в повышении средней частоты импульсов в залпе на 14.05 и 15.36% соответственно (табл. 2).
В начальной фазе "подъема" (4-5 тыс. м), так же как в предыдущих сериях опыта под воздействием пониженного р02, наступали учащение дыхания и активация нейронов. На таком фоне ги-поксической активации раздражение лимбической коры вызывало как у 25 ЭН, так и у 20 ИН преимущественно тормозное влияние, а именно уменьшение частоты разряда на 28.97 и 29.32% соответственно. В этих же условиях эксперимента 10 ЭН и 10 ИН отвечали на раздражение лим-
Таблица 1. Изменение частоты импульсной активности эксператорных и инспираторных нейронов продолговатого мозга крыс при раздражении лимбических активирующих структур в динамике гипоксического воздействия
Экспираторные нейроны
Активация Торможение
Высота частота, имп/с частота, имп/с
п до раздражения после раздражения % п до раздражения после раздражения %
Гипоталамус
1 35 22.56 ± 1.12 29.00 ± 2.03 28.54 20 25.00 ± 1.80 19.03 ± 1.06 23.88
2 25 29.20 ± 2.04 35.24 ± 2.26 20.61 16 34.40 ± 2.88 28.14 ± 1.80 18.19
3 16 18.32 ± 1.02 23.16 ± 2.01 26.41 10 20.60 ± 1.82 16.24 ± 1.01 21.16
4 34 20.05 ± 1.38 26.1 ± 1.36 30.17 19 24.00 ± 1.65
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.