Биологические науки/8. Физиология человека и животных

Орлова А.О.

Медицинская компания ИДК, Россия

Модулирующее влияние электростимуляции большого

ядра срединного шва на рефлекс Геринга- Брейера

Одним из механизмов саморегуляции дыхания является рефлекс Геринга-Брейера. Инфляционный рефлекс представляет собой торможение вдоха и удлинение выдоха, возникающие при раздувании лёгких. При этом происходит активация медленноадаптирующихся рецепторов растяжения легких, которые посредством миелиновых центростремительных волокон блуждающего нерва моносинаптически передают информацию об изменениях в объеме лёгких I_b- и Р-клеткам ядра солитарного тракта [1, 2, 4].

Известно, что большое ядро срединного шва (БЯ) имеет проекции к нейронам дорсальной респираторной группы [6] и принимает участие в респираторных рефлексах [3]. В этой связи было изучено влияние электростимуляции (50 Гц, 15 В) четырех точек БЯ на выраженность рефлекса Геринга-Брейера. Для этого проводили тест с раздуванием лёгких в начале выдоха, применяя четыре уровня избыточного давления воздуха: 5,0; 7,5; 10,0 и 12,5 см вод.ст. Система для раздувания лёгких включала калиброванный шприц для нагнетания давления и трехходовый кран. Перед тестом, когда животное дышало атмосферным воздухом, в шприце поднимали давление до необходимого уровня, а затем в начале выдоха трехходовый кран переключали таким образом, чтобы вместо сообщения с атмосферой, дыхательные пути животного сообщались со шприцем. Это приводило к повышению давления в дыхательных путях до необходимого уровня, в результате чего наступала обратимая остановка дыхания на выдохе.

Для оценки выраженности инспираторно-тормозящего рефлекса Геринга-Брейера на электромиограммах диафрагмы определяли величину нормализованной продолжительности выдоха, которую рассчитывали отдельно для каждого теста как отношение длительности выдоха при раздувании лёгких к длительности выдоха в исходном состоянии (T_E norm. = T_E infl. / T_E init.). T_E init. рассчитывали как среднюю арифметическую от продолжительности выдоха в 7 циклах, предшествующих раздуванию лёгких [1]. Сразу после появления первого вдоха после экспираторной остановки дыхания раздувание лёгких прекращали.

Раздувание лёгких в начале экспирации закономерно приводило к временной остановке дыхания на выдохе, как в контрольных тестах, так и на фоне электростимуляции БЯ. Через некоторое время ритмическое дыхание восстанавливалось, несмотря на продолжающееся раздувание лёгких, что можно охарактеризовать как эффект «ускользания» механизма генерации дыхательного ритма от ингибирующего влияния блуждающих нервов. Как правило, продолжительность остановки дыхания в исследуемом диапазоне давлений находилась в прямой зависимости от давления раздувания.

При электростимуляции точки 1 (координаты в мм относительно bregma P – 9.8; L – 0.0; V – 10.2) [5] БЯ нормализованная продолжительность выдоха в условиях раздувания легких под давлением 5 см водн. ст. увеличивалась на 33% (р<0,01). В условиях применения более высокого избыточного давления воздуха на фоне электростимуляции БЯ было отмечено уменьшение нормализованной продолжительности выдоха. Так раздувание легких при давлении 7,5 см водн.ст. и действии тока частотой 50 Гц и силой стимула 15 В на БЯ вызывало снижение нормализованной продолжительности выдоха на 10% (р<0,01), при давлении 10 см водн. ст. - на 26% (р<0,01), а при 12,5 см водн.ст. – на 33 % (р<0,01).

Электростимуляция точки 2 (координаты в мм относительно bregma P – 10.3; L – 0.0; V – 9.9) [5] БЯ приводила к увеличению нормализованной продолжительности выдоха при раздувании легких. Раздувание легких под давлением 5 см водн.ст. на фоне электростимуляции БЯ приводило к увеличению нормализованной продолжительности выдоха на 175% (р<0,01). При использовании давления раздувания 7,5 см водн.ст. нормализованная продолжительность выдоха увеличилась на 113% (р<0,01); при давлении 10 см водн.ст. данный параметр повысился на 83% (р<0,01), а при давлении 12,5 см водн.ст. – на 87% (р<0,01). Таким образом, чем выше было давление при раздувании легких, тем выше значение нормализованной длительности выдоха, но вместе с тем, различие с контрольным уровнем на фоне электростимуляции точки 2 оказалось больше при меньшем уровне избыточного давления.

Нормализованная продолжительность выдоха при рефлексе Геринга-Брейера на фоне электростимуляции точки 3 (координаты в мм относительно bregma P – 10.8; L – 0.0; V – 10.1) [5] БЯ преимущественно увеличивалась. Раздувание легких при избыточном давлении воздуха 5 см вод. ст. и при раздражении током БЯ приводила к повышению нормализованной продолжительности выдоха на 25% (диафрагма; р<0,01). При использовании давления 7,5 см вод. ст. статистически значимых изменений зарегистрировано не было. Раздувание легких под давлением 10 и 12,5 см вод. ст. вызывало небольшое увеличение нормализованной продолжительности выдоха, соответственно, на 14% и 13% (р<0,01).

Раздувание легких в условиях электростимуляции 4 точки (координаты в мм относительно bregma P – 11.3; L – 0.0; V – 10.3) [5] БЯ приводило к умеренному повышению нормализованной продолжительности выдоха. Так применение избыточного давления 5 см вод.ст. вызывало увеличение данного показателя на 17% (р<0,01). Раздувание легких под давлением 7,5 см вод.ст. и электростимуляция БЯ приводило к повышению нормализованной продолжительности выдоха на 19% (р<0,01). Небольшое увеличение нормализованной продолжительности выдоха было отмечено и при раздувании легких под давлением 10 см вод.ст. - на 8% (р<0,01). Применение давления 12,5 см вод.ст. вызывало повышение нормализованной продолжительности выдоха на 12% (р<0,01).

Таким образом, электростимуляция БЯ приводила к модуляции инфляционного рефлекса Геринга-Брейера, при этом наиболее выраженный эффект был отмечен при стимуляции точки 2 БЯ, что может быть объяснено нейронной гетерогенностью данной структуры и быть связано с большим участием серотонинергических нейронов в данном рефлексе.

Литература:

1. Bonham, A.C. Neurones in a discrete region of the nucleus tractus solitarius are required for the Breuer-Hering reflex in rat / A.C. Bonham, D.R. McCrimmon // J. Physiol. - 1990. - V. 427. - P.261-280.

2. Bonham, A.C. Pulmonary stretch receptor afferents activate excitatory amino acid receptors in the nucleus tractus solitarius in rats / A.C. Bonham, S.K. Coles, D.R. McCrimmon // J. Physiol. – 1993. – V. 464. - P. 725-745.

3. Jakus, J. Brainstem areas involved in the aspiration reflex: c-Fos study in anesthetized cats / J. Jakus, E. Halasova, I. Poliacek, Z. Tomori , A. Stransky // Physiol. Res. – 2004. – V. 53 – P. 703-717.

4. Kubin, L. Central pathways of pulmonary and lower airway vagal afferents / L. Kubin, G.F. Alheid, E.J. Zuperku, D.R. McCrimmon //J. Appl. Physiol. – 2006. - V. 101. – Р. 618-627.

5. Paxinos, G. The rat brain in stereotaxic coordinates / G. Paxinos, C. Watson. – San Diego: Academic, 1997.

6. Taylor, N.C. Medullary serotonergic neurones modulate the ventilatory response to hypercapnia, but not hypoxia in conscious rats / N.C. Taylor, A. Li, E.E. Nattie // J. Physiol. – 2005. – V. 566 (2) – P. 543–557.