Роль электротонического взаимодействия диафрагмальных мотонейронов в механизме генерации инспираторного паттерна у новорожденных крыс in vitro

Зинченко, Евгений Анатольевич

Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему
Роль электротонического взаимодействия диафрагмальных мотонейронов в механизме генерации инспираторного паттерна у новорожденных крыс in vitro
ВАК РФ 03.00.13, Физиология

Автореферат диссертации по теме "Роль электротонического взаимодействия диафрагмальных мотонейронов в механизме генерации инспираторного паттерна у новорожденных крыс in vitro"

На правах рукйписи

Зинченко Евгений Анатольевич

РОЛЬ ЭЛЕКТРОТОНИЧЕСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ДИАФРАГМАЛЬНЫХ МОТОНЕЙРОНОВ В МЕХАНИЗМЕ ГЕНЕРАЦИИ ИНСПИРАТОРНОГО ПАТТЕРНА У НОВОРОЖДЕННЫХ КРЫС IN VITRO

03.00.13 - физиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени . кандидата биологических наук

Ульяновск - 2009

? ЯИЗ

003460229

Работа выполнена на кафедре нормальной физиологии в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Оренбургская государственная медицинская академия»

Научный руководитель: доктор медицинских наук, профессор

Мирошниченко Игорь Васильевич

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор

Балыкин Михаил Васильевич

доктор медицинских наук, профессор Якунин Валерий Ефимович

Ведущая организация: Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Самарский государственный медицинский университет»

Защита диссертации состоится «13» февраля 2009 года в 12 часов на заседании диссертационного совета Д 212.278.07 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Ульяновский государственный университет» по адресу: ул. Набережная реки Свияги, 106, корп. 1, ауд. 703.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Ульяновского государственного университета, а с авторефератом - на сайте ВУЗа http://www.uni.ulsu.r4.

Отзывы на автореферат направлять по адресу: 432000, г. Ульяновск, ул. Л. Толстого, д.42, Ульяновский государственный университет, управление научных исследований.

Автореферат разослан «12» января 2009 г.

Учёный секретарь диссертационного совета кандидат биологических наук, доцент

С.В. Пантелеев

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность исследования. Благодаря развитию и внедрению в нейрологию новых научных технологий, происходит коренное изменение представлений о механизмах, обеспечивающих взаимодействия нейронов в нервной системе. Иммуноги-стохимические исследования доказывают широкое распространение практически во всех отделах центральной нервной системы млекопитающих коннексинов, образующих межклеточные щелевые контакты и выполняющих функцию электрических синапсов (Dermietzel R. et al., 1989). На всех этапах онтогенеза млекопитающих в нервной системе обнаруживаются нейронные сети, связь в которых осуществляется как через химические, так и электрические синапсы (Kopell N., Ermentrout В., 2004). Интенсивное накопление морфофункциональных данных, подтверждающих широкое распространение электрических синапсов в нервной системе млекопитающих, поднимает вопрос об их функциональном назначении.

Морфологическими и электрофизиологическими методами в нейронной сети продолговатого мозга, осуществляющей генерацию дыхательного ритма и его регуляцию, обнаружены электротонически связанные нейроны (Rekling J.C., Feldman J.L. 1997; Bou-Flores, С., Berger J. 2001). С помощью фармакологических блокаторов щелевых контактов (Solomon I.C. et al., 2003; Bou-Flores С., Berger J., 2001) установлено существенное значение электротонического взаимодействия бульбарных дыхательных нейронов для генерации дыхательного ритма у новорожденных и взрослых животных.

До 30% диафрагмальных мотонейронов новорожденных крыс имеют электротоническую связь с 1-2 соседними клетками (Martin-Caraballo М., Greer J.J. 1999). Однако через 10 дней после рождения эти связи полностью исчезают. Традиционно считается, что наличие электротонического взаимодействия между диафрагмальны-ми мотонейронами обеспечивает эффективную синхронизацию электрической активности для формирования адекватного инспираторного усилия у новорожденных (Martin-Caraballo М. et al., 2000). Кроме того, наличие обширных связей мотонейронов посредством щелевых контактов в перинатальном периоде может играть важную роль в осуществлении контроля над процессом формирования нейромышечных связей (Qiang Chang, 2000). Установлено, что пулы мотонейронов спинного мозга посредством щелевых контактов образуют нейронные сети, обладающие собственной ритмической активностью и представляющие собой функциональные модули системы, обеспечивающей координацию двигательной активности (Demir R. et al., 2002).

В настоящее время выявлены фармакологические препараты, способные вызывать закрытие коннексонов в щелевых контактах. К ним относятся производные глицирризиновой кислоты (Goldberg G.S., et al, 1996), некоторые высшие спирты (Spray D.S., Bennett M.В., 1985) и большинство ингаляционных анестетиков (Yasui Y., et al., 2007). Кроме того, известен ряд естественных факторов, способных модулировать проницаемость щелевых контактов: ацидоз, гиперкапния, повышение концентрации кальция внутри клетки (Dean J.В., Ballantyne D., et al., 2002; Roerig В., Feller M.B.; 2000; Scamps F, et al., 2004). На математических моделях и в условиях эксперимента доказано, что путем изменения уровня электротонического взаимодействия нейронов в сети можно модулировать электрофизиологические свойства нейронов и трансформировать поведение самой сети в широком диапазоне (Sherman A., Rinzel J., 1992; Skinner F.K. et al., 1999; Kepler T.B. et al'., 1990).

Представленные данные дают основание предположить, что модулирование уровня электротонического взаимодействия диафрагмальных мотонейронов может оказывать существенное влияние на эффективность контроля дыхательным центром инспираторного усилия в раннем постнатальном периоде у млекопитающих.

Цель исследования. Целью настоящего исследования являлось выявление роли электротонического взаимодействия диафрагмальных мотонейронов в механизмах генерации инспираторного паттерна на ранних этапах онтогенеза дыхательного центра крыс.

Основные задачи исследования.

1. Изучить особенности изменения параметров инспираторной активности буль-боспинальных препаратов мозга новорожденных крыс in vitro при изолированном воздействии блокатора щелевых контактов - галотана на структуры спинного мозга.

2. Провести сравнительный анализ возрастных особенностей влияния изолированного воздействия блокатора щелевых контактов - галотана на структуры спинного мозга бульбоспинального препарата плодов и новорожденных крыс.

3. Исследовать влияние естественных факторов, вызывающих блокаду щелевых контактов (гиперкапния, ацидоз, повышение внутриклеточной концентрации кальция), на параметры инспираторной активности бульбоспинальных препаратов мозга новорожденных крыс in vitro при изолированном воздействии на структуры спинного мозга.

Научная новизна. Впервые установлено, что фармакологическая блокада электрических синапсов в структурах спинного мозга новорожденных крыс in vitro вызывает снижение эффективности процесса передачи инспираторной активности диафрагмальными мотонейронами, которое характеризуется уменьшением амплитуды и продолжительности инспираторных разрядов, а также перераспределением соотношения мощностей осцилляций низко- и среднечастотного диапазонов. Установлено, что в бульбоспинальных препаратах мозга плодов эффективность передачи инспираторной активности мотонейронами на диафрагмальную мышцу в меньшей степени зависит от наличия между ними электротонического взаимодействия, нежели в препаратах мозга новорожденных крыс.

Впервые проведен сравнительный анализ влияния естественных факторов, блокирующих проницаемость щелевых контактов на центральные механизмы формирования инспираторной активности. Установлено, что характер влияния метаболического ацидоза на функционирование диафрагмальных мотонейронов полностью идентичен эффектам фармакологической блокады электротонического взаимодействия диафрагмальных мотонейронов галотаном.

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные данные позволили установить значение электротонических связей между диафрагмальными мотонейронами у новорожденных крыс для процесса генерации паттерна инспираторной активности. Материалы работы расширили существующие теоретические представления о функциональном значении электротонического взаимодействия нейронов в нервной системе млекопитающих. Проведенная в работе оценка возможности естественных факторов, блокирующих щелевые контакты модулировать функциональную активность диафрагмальных мотонейронов, создает теоретическую предпосылку для разработки патогенетических механизмов нарушения вентиляции легких у новорожденных центрального генеза.

Положения, выносимые на защиту

1. Электротоническое взаимодействие диафрагмальных мотонейронов участвует в механизмах формирования амплитудно-временных и частотных характеристик инспираторной активности бульбоспинальных препаратов новорожденных крыс.

2. В перинатальный период роль электротонического взаимодействия диафрагмальных мотонейронов в формировании параметров инспираторной активности расширяется от участия в процессе формирования продолжительности инспиратор-ного разряда до контроля над их амплитудой и частотными характеристиками.

3. Среди естественных факторов, способных оказывать воздействие на проницаемость щелевых контактов (ацидоз, гиперкапния, повышение концентрации внутриклеточного кальция), только ацидоз обладает влиянием наиболее полно соответствующим изменениям инспираторной активности, характерной для блокады электротонического взаимодействия диафрагмальных мотонейронов галотаном.

Апробация работы. Основные положения диссертации обсуждены и изложены на Всероссийской конференции с международным участием «Достижения биологической функциологии и их место в практике образования» (Самара, 2003), II Международной конференции «Патофизиология и современная медицина» (Москва, 2004), XIX Съезде физиологического общества им. И.П. Павлова (Екатеринбург, 2004), 59 научно-практической конференции с международным участием «Актуальные проблемы современной медицины» (Киев, 2005), V межвузовской научной конференции студентов и молодых ученых «Актуальные медико-биологические проблемы» (Ижевск, 2005), Региональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов Оренбургской области (Оренбург, 2005), Всероссийской конференции молодых исследователей (С-Петербург, 2005), I Съезде физиологов СНГ (Сочи, Дагомыс, 2005), XIII Международном совещании по эволюционной физиологии (Санкт Петербург, 2006), Всероссийской научно-практической конференции «Самарская физиологическая школа», посвященной 110-летию со дня рождения М.В. Сергиевского (Самара, 2008).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 работ, из них 2 в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация изложена на 103 страницах машинописного текста, содержит 10 таблиц и 12 рисунков. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, 5 глав с изложением результатов собственных исследований, заключительного обсуждения, выводов и списка литературы, включающего 151 источников, в том числе 14 отечественных и 137 иностранных.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследование выполнено на 82 изолированных бульбоспинальных препаратах мозга (БСП) плодов и новорожденных белых беспородных крыс в условиях in vitro. Препараты были получены из мозга 14 плодов 4 крыс, находившихся на 20 дне беременности и 68 новорожденных крысят в возрасте от 1 до 3 суток.

В экспериментах использовались новорожденные крысы после самопроизвольного рождения. Для получения плодов использовались крысы с датированной бере-

менностью. Перед извлечением плодов беременных крыс наркотизировали путем в/б введения калипсола - 60 мг/кг и нембутала - 20 мг/кг (Hill N.S. et al 1987). После лапаротомии плод вместе с амниотическими оболочками извлекался из матки и помещался в камеру, заполненную оксигенированной искусственной цереброспинальной жидкостью.

Для приготовления бульбоспинального препарата (Пятин В.Ф., 1997) у плодов или наркотизированных эфиром новорожденных крысят путем кранио- и ламинэк-томии обнажались головной мозг и шейный отдел спинного мозга. Ствол мозга пересекался на межколликулярном уровне. Затем препарировались и пересекались черепно- и спинномозговые нервы до уровня С6. Во время препаровки мозг орошали искусственной цереброспинальной жидкостью (ИЦЖ) с температурой +7 °С следующего состава: (ммоль/л) NaCI - 124,0, KCl - 5,0; СаС12 - 2,4; MgS04 - 1,3; NaHC03 - 26,0; КН2Р04 - 1,2; d-глюкоза - 30,0 (Suzue, 1984), насыщенной смесью 5% С02 и 95% 02 pH раствора составлял 7,3-7,4. По окончании препаровки температура перфузата постепенно повышалась до 25°С, после чего спинной мозг пересекался на уровне сегмента Сб, и препарат помещался в регистрационную камеру объемом 3 мл. Перфузию препарата в камере проводили со скоростью 3 мл/мин.

Электрическая активность вентральных корешков сегментов С3-С5 отводилась с помощью всасывающего электрода (внутренний диаметр 100 мкм) и через усилитель переменного тока подавалась на входной канал персонального компьютера, где записывалась на жесткий диск в файлы формата wav.

Блокада щелевых контактов осуществлялась галотаном (10 ммоль/л), который растворялся в ИЦЖ перед началом перфузии препарата. Изолированное воздействие галотана на структуры продолговатого или спинного мозга осуществлялось путем раздельной их перфузии. Для этого поперек камеры устанавливалась герметичная перегородка, в вырез которой помещался препарат таким образом, чтобы перегородка находилась на границе между продолговатым и спинным мозгом. Щель между препаратом и перегородкой заполнялась вазелином. Герметичность проверялась до и после эксперимента с помощью раствора метиленового синего.

Для изучения особенностей функционирования диафрагмальных мотонейронов в условиях измененных параметров кислотно-основного равновесия ИЦЖ использовались 3 модели: первая модель, когда ИЦЖ содержала избыточное количество протонов и углекислого газа; вторая модель, когда ИЦЖ содержала избыточное количество протонов при нормокапнических условиях; третья модель, когда ИЦЖ содержала нормальное количество протонов при избыточной концентрации углекислого газа. Для создания первой модели ИЦЖ насыщалась газовой смесью, состоящей из

10% С02 и 90% 02, рН раствора составлял 6,9-7,0. Для создания второй модели в ИЦЖ уменьшалась концентрация гидрокарбоната натрия до 10 мМ, изменение ос-молярности раствора компенсировалось увеличением концентрации хлористого натрия до 124,5 ммоль/л, после чего ИЦЖ насыщалась газовой смесью 5% С02 и 95% 02, рН раствора составлял 7,0. Для создания третьей модели концентрация гидрокарбонат-анионов в ИЦЖ была увеличена до 35мМ, осмолярность раствора восстанавливалась уменьшением концентрации №С1 до 100,0 ммоль/л. После чего, ИЦЖ насыщалась газовой смесью Ю%С02 и 90%02, рН раствора составлял 7,3-7,4.

Для повышения внутриклеточной концентрации кальция использовался раствор кофеина бензоата натрия, который растворялся в ИЦЖ перед началом перфузии (10 ммоль/л).

При обработке нейрограмм измерялись продолжительность цикла инспиратор-ной активности (с), время (с) и амплитуда инспираторных разрядов (мкВ). Сразу после начала записи файла осуществлялась калибровка входного канала усилителя. Амплитуда разрядов рассчитывалась относительно стандартного сигнала (10 Нг, 100 мкВ).

Спектральный анализ электрических разрядов производился с использованием алгоритма быстрого преобразования Фурье. Для построения спектрограмм использовался 1024-точечный формат при частоте дискретизации 500 Гц. Индивидуальный анализ зарегистрированных сигналов осуществлялся с помощью построения спектра мощности, имеющего размерность спектральной плотности мощности на единицу частоты. Для описания пиков спектра инспираторных разрядов использовались следующие параметры: частота пика (Гц) и мощность пика (относительные единицы). Показатели спектральных характеристик рассчитывались на основании данных, полученных от 10 спектрограмм последовательных инспираторных разрядов.

Полученные данные представлены в виде средних величин и их стандартной ошибки. Анализ статистических различий производился с помощью (.-теста Стью-дента для средних величин. Различия считались достоверными при р<0,05.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Значение электротонического взаимодействия диафрагмальных мотонеПронов в механизмах генерации инспираторной активности у новорожденных крыс in vitro

Для оценки роли электротонического взаимодействия диафрагмальных мотонейронов новорожденных крыс было проведено 3 серии экспериментов, в которых осуществлялись общая перфузия бульбоспиналыюго препарата перфузатом, содержащим галотан (ЮмМ), а также изолированная перфузия спинного и бульбарного отделов препарата.

В группе препаратов мозга новорожденных крыс, у которых осуществлялась общая перфузия ИЦЖ, содержащей галотан (10ммоль/л), в среднем через 5 мин (317,7±32,0 с) наступало обратимое торможение инспираторной активности (рис. 1, А). В середине временного интервала (Т'/г), в течение которого происходило полное угнетение инспираторной активности, достоверных изменений продолжительности инспираторного цикла не происходило (таб. 1). В то же время отмечалось значительное уменьшение амплитуды и продолжительности инспираторных разрядов (на 20% (р<0,05) и 25% (р<0,01) соответственно). Изменения претерпевали и спектральные характеристики инспираторных разрядов - уменьшалась амплитуда пиков спектральной плотности мощности в низко-(1-10 Гц) и среднечастотном (11-50 Гц) диапазонах спектра на 69% (р<0,001) и 61% (р<0,01) соответственно (таб. 1). При этом не происходило достоверных смещений пиков в другие частоты в пределах диапазона. Снижение спектральной плотности мощности (СПМ) было более выраженным в низкочастотном диапазоне, чем в среднечастотном, о чем свидетельствует достоверное снижение соотношения амплитуды пиков СПМ на 19% (р<0,05). Представленные изменения инспираторной активности доказывают участие механизма электротонического межнейронного взаимодействия в функционировании генератора инспираторного паттерна. Однако подобные изменения могли возникнуть как при блокировании электрических синапсов в нейронных сетях спинного, так и продолговатого мозга.

В экспериментах с изолированной перфузией продолговатого мозга новорожденных крыс ИЦЖ, содержащей галотан (10 мМ), также наблюдалось обратимое торможение инспираторной активности (рис. 1, Б), которое наступало в среднем через 5 мин (295,5±36,6 е.).

Таблица 1

Влияние обшей перфузии и изолированной перфузии продолговатого мозга бульбоспинальных препаратов мозга новорожденных крыс ИЦЖ, содержащей галотан (ЮмМ), на параметры инспираторной активности вентральных корешков СгС., (М±ш)

Параметр галотан ЮмМ

Общая перфузия (п=11) Изолированная перфузия продолговатого мозга (п=6)

фон Т'Л фон Т'Л

Мощность низкочастотного пика, o.e. (МНЧ) 0,03±0,01 0,01±0,001*** 0,03±0,01 0,01±0,003**

Частота низкочастотного пика, Гц 4,80±0,52 4,45±0,63 3,77±0,81 4,04± 1,14

Мощность среднечастотного пика, o.e. (МСЧ) 0,017±0,004 0,007±0,001 ** 0,020±0,002 0,011±0,001***

Частота среднечастотного пика, Гц 16,35±1,72 17,57±1,47 19,38±2,33 17,32±1,67

Соотношение МНЧ/МСЧ 2,29±0,35 1,84±0,39* 1,72±0,40 1,26±0.31*

Продолжительность ин-спираторного разряда, с. 0,858±0,058 0,643±0,045** 0,861 ±0,153 0,781 ±0,085

Амплитуда разряда, мкВ 77,30±9,80 61,75±5,84* 83,98±4,65 78,91±5,76*

Продолжительность респираторного цикла, с. 14,08±1,29 15,20±1,84 13,35±1.05 12,99±1,45

* , **, ***- достоверность различий параметров соответственно р<0,05, р<0,01, р<0,001

Отсутствие достоверных различий по среднему времени наступления полног торможения инспираторной активности в экспериментах с общей перфузией препа рата и изолированной перфузией продолговатого мозга свидетельствует о том, чт торможение респираторной ритмической активности обусловлено влиянием блока тора щелевых контактов галотана на структуры продолговатого мозга. Это согласу ется с ранее полученными данными (ЯекНгщ 1С. е1 а1., 2000) о важности механизме электротонического взаимодействия нейронов в сети генератора дыхательного рит ма.

В Т'Л у БСП мозга новорожденных в экспериментах с изолированной перфузи ей продолговатого мозга ИЦЖ, содержащей галотан (таб. 1), достоверно уменьша лась амплитуда инспираторных разрядов на 6% (р<0,05.). Значительно уменьшалас амплитуда пиков СПМ низко- и среднечастотного диапазонов спектра (на 61° (р<0,01) и 46% (р<0,001) соответственно), наиболее выраженное снижение происхо-

Рисунок 1. Инспираторная активность вентрачьмых корешков С3-С4 бульбоспинальных препаратов новорожденных крыс при: А - общей перфузии, Б - изолированной перфузии продолговатого мозга, В - изолированной перфузии спинного мозга ИЦЖ, содержащей галотан (10ммоль/л). Стрелкой отмечено начало воздействия, Г - спектрограммы инспираторных разрядов при изолированной перфузии продолговатого мозга бульбоспина1ьного препарата

дило в низкочастотном диапазоне на это указывает изменение соотношения амплитуд (МНЧ/МСЧ), которое снижается на 27% (р<0,05). В отличие от экспериментов, в которых осуществлялась общая перфузия БСП мозга новорожденных крыс, в данных экспериментах не происходит достоверного уменьшения продолжительности инспираторных разрядов. Этот факт позволяет предполагать, что уровень электротонического взаимодействия респираторных нейронов, локализованных в продолговатом мозге, не играет существенной роли в механизме выключения инспираторной активности.

фон

щншт

т^т/птгА

фон

^ Галотан 10 мМ

1 с

Рисунок 2. Изменение параметров инспираторных разрядов при изолированной перфузии ИЦЖ, содержащей галотан (10 ммоль/л): А - продолговатого мозга, Б - спинного мозга

В экспериментах с изолированной перфузией спинного мозга ИЦЖ, содержащей галотан (10ммоль/л), полного угнетения инспираторной активности не происходило. Она сохранялась на протяжении всего периода, в течение которого осуще-' ствлялось воздействие (40 мин) (рис. 1, В). Следовательно, блокада электротонического взаимодействия мотонейронов не является критичной для процесса передачи инспираторной активности на диафрагмальную мышцу. В течение первых 10 минут воздействия происходило выраженное прогрессивное снижение амплитуды инспираторных разрядов: на 5 минуте на 19%, (р<0,01) и на 10-ой минуте на 38,6% (р<0,001). Сопоставляя эти данные с результатами, полученными при изолированной перфузии продолговатого мозга, можно отметить, что наиболее выраженное угнетение амплитуды инспираторных разрядов происходит при воздействии галотана на структуры спинного мозга.

Степень снижения амплитуды инспираторных разрядов во время изолированной перфузии спинного мозга в среднем в 2 раза больше по сравнению с наблюдаемым при изолированной перфузии продолговатого мозга (рис. 2). Следовательно, механизм электротонического взаимодействия нейронов в раннем постнатальном периоде имеет большее значение для реализации процессов, обеспечивающих формирование амплитуды инспираторных разрядов на уровне спинного мозга.

Наряду с уменьшением амплитуды инспираторных разрядов, блокирование щелевых контактов структур спинного мозга приводил к уменьшению их продолжительности на 22% (р<0,001) (рис. 2). Подобный эффект наблюдался как при общей перфузии, так и при изолированной перфузии спинного мозга в БСП перфуза-том, содержащим галотан, но отсутствовал в тех экспериментах, когда воздействие осуществлялось изолированно на продолговатый мозг. Анализ этих фактов дает основание высказать предположение, что от функционального состояния диафраг-мальных мотонейронов зависит не только амплитуда разряда, но и его продолжительность. При этом степень электротонического взаимодействия между диафраг-мальными мотонейронами можно отнести к одному из факторов, определяющих продолжительность инспираторных разрядов у новорожденных, крыс.

При воздействии галотана на структуры спинного мозга происходят существенные изменения спектральных характеристик инспираторных разрядов. К 5-ой минуте перфузии на 44% (р<0,05) и на 32% (р<0,05) снижается амплитуда пиков спектральной плотности мощности в низкочастотном (0-10 Гц) и среднечастотном (11-50 Гц) диапазонах спектрограмм инспираторных разрядов соответственно (таб. 2). Подобные изменения наблюдались нами в экспериментах, в которых осуществлялась изолированная перфузия продолговатого мозга ИЦЖ с галотаном. Од-

нако в экспериментах с общей перфузией выраженность угнетающего действия га-лотана на мощность низко- и среднечастотного диапазонов спектра инспираторных разрядов была больше. Это можно связать с суммированием влияния блокады щелевых контактов в структурах продолговатого и спинного мозга. При этом снижение амплитуд пиков спектральной плотности мощности низко- и среднечастотного диапазонов более выражено при действии галотана на структуры продолговатого мозга, что свидетельствует о большей роли бульбарного отдела ннспираторной сети в формировании данных характеристик ннспираторной активности. В то же время соотношение амплитуд низко- и среднечастотных пиков во всех видах экспериментов изменяется в одинаковой степени, что указывает на однотипность характера влияния блокады щелевых контактов на механизмы синхронизации как на уровне продолговатого, так и на уровне спинного мозга.

Таким образом, полученные в нашем исследовании результаты показывают, что у новорожденных крыс электротоническое взаимодействие диафрагмальных мотонейронов играет важную роль в формировании амплитудных, временных и частотных параметров инспираторных разрядов.

Сравнительный анализ возрастных изменений роли электротоиического взаимодействия диафрагмальных мотонейронов в механизмах генерации ннспираторной активности в перинатальном периоде у крыс

Для проведения сравнительного анализа возрастных изменений роли электротонического взаимодействия диафрагмальных мотонейронов в механизмах генерации ннспираторной активности в перинатальном периоде у крыс было поставлено 2 серии экспериментов, в которых производилась изолированная перфузия спинного и продолговатого мозга БСП плодов ИЦЖ с растворенным в ней галотаном (ЮмМ).

При изолированной перфузии продолговатого мозга активность исчезала в среднем через 219,43±13,34 с. В ТА характер изменений ннспираторной активности был несколько иным, нежели у препаратов мозга новорожденных крыс. При блокаде щелевых контактов продолговатого мозга плодов не происходило достоверных изменений амплитуды инспираторных разрядов, при этом значительно уменьшалась их продолжительность - на 14% (р<0,05). На фоне уменьшения мощностей низко- и среднечастотного пиков (38% (р<0,05) и 32% (р<0,05) соответственно), их соотношение (МНЧ/МСЧ) оставалось без изменений. Интересной особенностью изменения ннспираторной активности бульбоспинальных препаратов плодов является то, что уменьшение амплитуды пиков мощности происходит в меньшей степени и равномерно. Как отмечалось выше, при общей или изолированной перфузии у препаратов

новорожденных уменьшалось отношение МНЧ/МСЧ (рис. 1, Г). В результате этог амплитуды данных пиков становились одинаковыми. В то же время при блокад электрических синапсов у плодов этого не происходит и различия в амплитудах пи ков на фоне действия галотана сохраняются.

В экспериментах, в которых осуществлялась изолированная перфузия структу спинного мозга бульбоспинапьного препарата мозга плодов крыс ИЦЖ, содержаще! галотан (10ммоль/л), не происходило полного угнетения электрической активности В течение первых 5 минут действия галотана на структуры спинного мозга плодо достоверно уменьшалась продолжительность инспираторных разрядов (на 13,9°/ (р<0,05), что характерно и для новорожденных (таб. 2). Кроме того, за этот перио не было отмечено сколько-нибудь существенных изменений амплитудных и спек тральных параметров разрядов.

Таблица

Влияние изолированной перфузии спинного мозга бульбоспинальных препаратов мозга плодов и новорожденных крыс ИЦЖ, содержащей галотан (ЮмМ), на параметры инспираторной активности вентральных корешков С3-С4 (М±т)

Параметр Изолированная перфузия спинного мозга БСП

Плоды (п=7) новорожденные (п=10)

фон 5 мин фон 5 мин

Мощность низкочастотного пика, o.e. (МНЧ) 3,66±0,63 3,25±0,39 0,20±0,05 0,11±0,03**

Частота низкочастотного пика, Гц 2,85±0.15 2,69±0,17 5,06±0,35 4,68±0,50

Мощность среднечастотного пика, o.e. (МСЧ) 0,75±0,12 0,82±0,08 0,08±0,02 0.05±0,01 *

Частота среднечастотного пика, Гц 12,15±1,20 13,15±1,39 17,01±1,76 17,76±2,08

Соотношение МНЧ/МСЧ 4,9 5 ±0,4 5 4,15±0,46 3,23±0,57 2,15±0,29*

Продолжительность инспира-торного разряда, с. 0,738*0,052 0,635±0,057* 0,769±0,040 0,596±0,048***

Амплитуда разряда, мкВ 83,78±12,28 74,85±12,35 119,18±17,64 96,9 5± 14,3 8***

Продолжительность респираторного цикла, с. 23,80±6,16 18,20±4,12 16,43±3,79 19,63±3,07

* , **, ***- достоверность различий параметров соответственно р<0,05, р<0,01, р<0,001

Таким образом, роль электротонического взаимодействия респираторных ней ронов как продолговатого, так и спинного мозга в перинатальном периоде претерпе вает существенные изменения. Полученные результаты позволяют прийти к заклю

чению о расширении роли электротонического взаимодействия диафрагмальных мотонейронов в механизмах формирования инспираторной активности в перинатальном периоде у крыс.

Влияние естественных факторов, модулирующих электротоннческое взаимодействие диафрагмальных мотонейронов на механизм генерации инспираторной активности у новорожденных крыс in vitro

В качестве факторов, способных оказывать влияние на процесс электротонического взаимодействия нейронов в нормальных физиологических условиях, могут выступать колебание внутриклеточной концентрации ионов кальция, а также содержание углекислого газа и протонов водорода.

При развитии в организме некомпенсированного газового ацидоза на электротоническое взаимодействие диафрагмальных мотонейронов одновременно могут оказывать влияние как избыток протонов, так и физически растворенный углекислый газ (Solomon 1., 2002).

* 1 * ин ч ЧНЧ * м 1 * :ч ЧСЧ IV Ks —' * * НЧУМ С1 ш * Тр ■—КЗ КвТр * А * МП 1_р ПРЦ

□ 95%0, 5%СО, сН=7.0 Н Галотан

Рисунок 3. Изменение респираторной активности вентральных корешков С3-С4 БСП новорожденных крыс при изолированном воздействии ацидоза в условиях нормокапнии (95%02 и 5%С02, рН=7,0) и галотана на спинальный отдел бульбоспинального препарата

МНЧ - мощность низкочастотного пика, ЧНЧ - частота низкочастотного пика, МСЧ - мощность среднечастотного пика, ЧСЧ - частота среднечастотного пика, МНЧ/МСЧ - соотношение мощностей низко- и среднечастотного пиков, Тр - средняя продолжительность разрядов, КвТр - коэффициент вариации продолжительности инспнраторных разрядов, Амл- средняя амплитуда инспираторных разрядов, ПРЦ -продолжительность инспираторного цикла

При изолированной перфузии спинномозговых структур ИЦЖ, насыщенной гиперкапнической газовой смесью с рН 6,9-7,0 (модель 1), частота генерации инспи-

раторных разрядов достоверно не изменялась. В то же время уменьшалась продолжительность инспираторных разрядов и их амплитуда на 9,5% (р<0,05) и 12,5% (р<0,05) соответственно.

Уменьшилась на 36,3% (р<0,05) мощность низкочастотного пика осцилляции на фоне не изменяющихся параметров среднечастотного пика. В целом эффект действия комбинации избыточного содержания Н+ в среде и гиперкапнии в значительной степени совпадает с характером изменений инспираторной активности при действии галотана. Для уточнения того, какой из компонентов первой модели: ацидоз или гиперкапния вызывал изменение функциональной активности диафрагмальных мотонейронов, было проведено 2 серии экспериментов с использованием второй (рН 7,0; 5% СО, и 95% 02,) и третьей (рН 7,3-7,4; Ю%С02 и 90%02) модели.

Перфузия спинного мозга ИЦЖ с пониженной концентрацией гидрокарбонат-ионов (рН 7,0), насыщенной газовой смесью 95%02 и 5% С02 (модель 2), оказывала значительное угнетающее действие на амплитудно-временные параметры инспираторных разрядов. Амплитуда и средняя продолжительность разрядов снижались на 47% (р<0,001) и 16%, (р<0,001) соответственно. Отмечалось понижение мощностей низко- и среднечастотного пиков на спектрограммах: 67% и 60% соответственно (р<0,05).

При этом соотношение мощностей данных пиков также значительно уменьшалось (40%, р<0,01), что указывает на более значительное падение МНЧ инспираторных разрядов.

Сопоставление эффектов действия избыточного содержания в среде ЬГ в условиях нормокапнии и фармакологического блокатора щелевых контактов галотана (рис. 3) указывает на их общую схожесть. Это позволяет предположить, что влияние ацидоза на функционирование диафрагмальных мотонейронов может быть обусловлено снижением уровня их электротонического взаимодействия.

Моделирование условий, когда содержание в среде С02 повышено, но при этом концентрация Н+ соответствует нормальной, приводило к противоположно направленным изменениям параметров инспираторной активности БСП по сравнению с тем, что наблюдалось при изолированной перфузии структур спинного мозга ИЦЖ, содержащей избыточное количество Н+ в условиях нормокапнии (рис. 4). Мощность среднечастотного пика осцилляций увеличивалась на 32% (р<0,01), в то же время низкочастотный пик на этом фоне не претерпевал значительных изменений.

мнч

чнч

меч

МНЧ/МСЧ Тр

КвТр

Амп

ПРЦ

□ 95%0: 5%СО,рН=7.0 и 90%02 Ю%С02рН=7,3

Рисунок- 4. Изменение параметров респираторной активности вентральных корешков С.ч-С* БСП новорожденных крыс при изолированном воздействии ацидоза (95%02 5%С02 рН=7,0) и гпперкап-нии при нормальных значениях рН (90%0г 10%С02 рН=7,3) на спинальный отдел бульбоспинального препарата

МНЧ - мощность низкочастотного пика, ЧНЧ - частота низкочастотного пика. МСЧ - мощность среднечастотного пика. ЧСЧ - частота среднечастотного пика, МНЧА1СЧ - соотношение мощностей низко- и среднечастотного пиков. Тр - средняя продолжительность разрядов. КвТр - коэффициент вариации продолжительности инспираторных разрядов, Амп - средняя амплитуда инспираторных разрядов, ПРЦ -продолжительность инспнраторного цикла

При этом амплитуда инспираторных разрядов увеличивалась на 11,9% (р<0,01). Остальные параметры инспираторной активности в условиях данной модели не претерпевали достоверно-значимых изменений.

Столь значительные различия характера влияния избыточного содержания в перфузате физически растворенного углекислого газа и фармакологического блока-тора щелевых контактов галотана дает основание утверждать, что в условиях гипер-капнии изменения в функционировании диафрагмальных мотонейронов не связано со снижением степени их электротонического взаимодействия.

Проведенный анализ полученных результатов позволяет прийти к заключению, что возникающее при комбинированном воздействии ацидоза и гиперкапнии угнетение электрической активности диафрагмальных нейронов БСП мозга новорожденных крысят обусловлено повышением концентрации ионов Н+ и, возможно, вы-

звано блокадой электротонического взаимодействия диафрагмальных мотонейронов.

Другим естественным фактором, вызывающим закрытие щелевых контактов, является повышение содержания в клетке кальция (Noma A., Tsuboi N., 1987). Для того, чтобы проверить способность данного фактора влиять на функциональную активность диафрагмальных мотонейронов, нами была проведена серия экспериментов, в которой осуществлялась изолированная перфузия спинного мозга буль-боспинального препарата перфузатом, содержащим кофеин ЮмМ, который мобилизует Са2+ из внутриклеточного рианодинчувствительного депо.

При изолированной перфузии спинного мозга бульбоспинального препарата кофеином (ЮмМ) происходило значительное увеличение амплитуды тонической электрической активности, регистрируемой в С3-С5, увеличилась частота встречаемости и амплитуда нереспираторных разрядов продолжительностью более 5 сек унд. Однако на фоне общего активирующего эффекта кофеина на электрическую активность БСП происходило достоверное уменьшение амплитуды инспираторных разрядов на 13% (р<0,05). Наблюдающееся на фоне действия кофеина усиление не-инспираторной активности согласуется с литературными данными, согласно которым повышение содержания в возбудимых клетках катионов приводит к повышению их возбудимости (Hodgkin A.L., Huxley A.F., 1952). При этом логично ожидать аналогичные эффекты кофеина на инспираторную активность БСП мозга новорожденных крыс. Однако полученные нами данные свидетельствуют об угнетении ин-спираторной активности. Поскольку электротоническое взаимодействие диафрагмальных мотонейронов принимает участие в формировании амплитудных параметров инспираторных разрядов, можно предположить участие Са~+-зависимых механизмов регуляции проницаемости щелевых контактов в угнетении функциональной активности диафрагмальных мотонейронов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

срезах продолговатого мозга новорожденных мышей, включающих в себя структуры пре-Бётзингерова комплекса. Кроме того ключевое значение электротонического взаимодействия в ритмгенерирующих сетях пейсмекерных нейронов для формирования разрядной формы активности подтверждают и работы, выполненные с использованием математических моделей. В ряде работ на моделях сетей пейсмекерных нейронов было показано, что как устранение межнейронной электрической связи, так и значительное её усиление приводит к изменению режима работы сети - от разрядного осциллирования к тоническому. (Sherman A., Rinzel J., 1991; Komendan-tov A. et al., 2002; Velazquez J.L., 2001). Не менее важную роль электрические синапсы могут играть и в сетевых моделях, где генерация ритма рассматривается как результат тормозных взаимодействий нейронов. В исследованиях F.K. Skinner et al. (1999) было показано, что в сети реципрокно взаимодействующих нейронов для формирования разрядной активности необходимо наряду с тормозными связями присутствие и электрической связи.

В наших исследованиях на БСП препаратах мозга плодов и новорожденных крыс ш viíro так же, как и в ранее проведенных с использованием срезов или целых препаратов ствола мозга новорожденных мышей (Bou-Flores С. et al., 2001; Rekling J. et al., 1997) и взрослых крыс (Solomon I. et al., 2003), было показано, что электротоническое взаимодействие между респираторными нейронами играет важную роль в механизмах генерации инспираторного паттерна. Использование методики раздельной перфузии структур продолговатого мозга и спинного мозга позволило выявить участие электротонического взаимодействия нейронов как бульбарного, так и спинномозгового отделов респираторной сети у плодов и новорожденных крыс в механизмах генерации инспираторного паттерна.

Математические модели показывают, что имеется сложный нелинейный характер зависимости между уровнем электрической связи и параметрами разрядной активности ритмгенерирующих нейронных сетей (Sherman A., Rinzel J., 1992). Учитывая это и то, что фармакологические препараты обладают определенной селективностью к разным типам коннексонов и разной степенью выраженности блокирующего действия на щелевые контакты С. Bou-Flores et al. (2003), объясняют полученное в их исследовании при действии отдельных блокаторов щелевых контактов увеличение амплитуды, продолжительности и мощности доминирующих частот инспира-торных разрядов. Однако полное устранение электротонического взаимодействия между нейронами, согласно данным математических моделей приводит к десинхро-низации их электрической активности и угнетению параметров разрядов. Это согласуется с полученными нами результатами в том, что частотные, временные и ампли-

Происходящее в перинатальный период, согласно нашим исследованиям, расширение роли электротонического взаимодействия диафрагмальных мотонейронов в процессах формирования инспираторного драйва, посылаемого к диафрагмальной мышце, не согласуется с ранее полученными данными об уменьшении количества электротонически связанных мотонейронов спинного мозга (Bittman, 2004). В то же время диафрагмальные мотонейроны претерпевают существенные изменения размеров тела, разветвленности и протяженности дендритов, а также изменение их электрофизиологических свойств (Allan D.W., Greer J.J., 1997; Martin-Caraballo M., Greer J.J., 1999 ). Это дает основание предполагать, что происходящее в перинатальном периоде расширение роли электрических синапсов в функционировании диафрагмальных мотонейронов в первую очередь отражает морфофункционапьное развитие клеток данного пула, а не изменение количества щелевых контактов.

Существующие в организме механизмы контроля проницаемости щелевых контактов посредством изменения параметров внутри- и внеклеточной среды играют важную роль в адаптации функций организма к динамично изменяющимся условиям существования. Естественные факторы, способные вызывать закрытие коннек-сонов в щелевых контактах (гиперкания, ацидоз, высокие концентрации цитозоль-ного Са2+), обладают широким спектром влияния на многие внутриклеточные процессы, в том числе и на электрофизиологические свойства нервных клеток (Rozental R. et al., 1998). Поэтому естественно, что их влияние на функцию диафрагмальных нейронов принципиально различается как, например, у гиперкапнии и ацидоза. При этом характер влияния ацидоза на функционирование диафрагмальных мотонейронов полностью совпадает с действием фармакологического блокатора щелевых контактов галотана, что позволяет высказать предположение о едином механизме их воздействия на процесс формирования инспираторной активности.

Наиболее наглядно многокомпонентность характера действия естественных факторов, нарушающих электротоническое взаимодействие клеток, проявляется при действии кофеина - активатора внутриклеточного депо кальция. При локальном воздействии на структуры спинного мозга кофеина происходит угнетение инспираторной и активация неинспираторной электрической активности бульбоспинапьных препаратов мозга новорожденных крыс.

Таким образом, наше исследование позволило установить участие механизма электротонического взаимодействия диафрагмальных мотонейронов в процессе формирования инспираторной активности и возможность его модулирования с помощью естественных факторов.

ВЫВОДЫ

1. Участие щелевых контактов в процессах взаимодействия нейронов респираторной сети продолговатого мозга имеет критическое значение для реализации процесса генерации дыхательного ритма в бульбоспинальных препаратах мозга плодов и новорожденных крыс.

2. Механизм электротонического взаимодействия нейронов респираторной сети продолговатого мозга участвует в процессе генерации инспираторной активности у плодов и новорожденных крыс in vitro.

3. Частотные, временные и амплитудные характеристики инспираторных разрядов бульбоспинальных препаратов мозга новорожденных крыс угнетаются при блокаде проницаемости щелевых контактов между диафрагмальными мотонейронами.

4. В бульбоспинальных препаратах мозга плодов крыс электротоническое взаимодействие диафрагмальных мотонейронов в меньшей степени участвует в формировании инспираторной активности, чем в препаратах мозга новорожденных крыс, оказывая влияние только на продолжительность инспираторных разрядов.

5. Развивающееся при локальном воздействии ацидоза на структуры спинного мозга угнетение инспираторной активности по характеру идентично тому, что наблюдалось при блокаде щелевых контактов галотаном.

6. При локальном воздействии на структуры спинного мозга активатора внутриклеточного депо кальция - кофеина - происходит угнетение инспираторной и активация неинспираторной электрической активности бульбоспинальных препаратов мозга новорожденных крыс.

СПИСОК ОПУБЛИКОВАННЫХ РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Мирошниченко, И.В. Влияние фармакологической блокады щелевых контакггов на спонтанную электрическую активность дыхательного центра новорожденных и плодов крыс in vitro. / И.В. Мирошниченко, Е.А. Зинченко // Вестник Оренбургского государственного университета. - 2005,-№5. - с. 57-61.

2. Зинченко, Е.А. Влияние различных форм ацидоза на функционирование диафрагмальных мотонейронов бульбоспинальных препаратов мозга новорожденных крыс in vitro / Зинченко Е.А., Мирошниченко И.В. // Вестник Тверского государственного университета, серия биология и экология № 20(80). - Тверь, 2008. - с. 19-26.

3. Зинченко, Е.А. Роль С02/Н+ в формировании спектральных характеристик электрической активности дыхательного центра новорожденных крыс in vitro / Е.А. Зинченко, О.В. Якунина, A.C. Алексеева, С.М. Обечкин // Материалы Всероссийской конференции с международным участием «Достижения биологической функциологии и их место в практике образования». Самара, 2003.-с. 9-10.

4. Зинченко, Е.А. Влияние гиперкапнии на функционирование диафрагмальных мотонейронов новорожденных крыс in vitro. / Е.А. Зинченко, O.A. Гущина, A.B. Рагузин, И.В. Мирошниченко // Материалы И Международной конференции «Патофизиология и современная медицина». - Москва, 2004. -с. 160-162.

5. Зинченко, Е.А. Роль электрических синапсов в механизме генерации инспи-раторной активности у плодов и новорожденных крыс in vitro / Е.А. Зинченко, И.В.Мирошниченко, O.A. Гущина // Рос. Физиол. Журн. Им. И.М. Сеченова. - 2004. - т. 90. - №8. - с. 149.

6. Зинченко, Е.А. Влияние гиперкапнии на функционирование диафрагмальных мотонейронов у новорожденных крыс in vitro. / Е.А. Зинченко, O.A. Гущина // Материалы 59 научно-практической конференции с между народным участием «Актуальные проблемы современной медицины». - Ки ев, 2005.-е. 122.

7. Зинченко, Е.А. Значение электротонического взаимодействия диафрагмаль ных мотонейронов в механизмах генерации параметров инспираторной ак тивности в перинатальном периоде у крыс in vitro / Е.А. Зинченко // Мате

риалы региональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов Оренбургской области. Часть 2. Оренбург, 2005 - с. 10-11.

8. Зинченко, Е.А. Исследование влияния рН на электрическую активность диафрагмальных мотонейронов новорожденных крыс in vitro. I Е.А. Зинченко // Вестник молодых ученых «Физиология и медицина». Сборник материалов Всероссийской конференции молодых исследователей С-Петербург - 2005 - с.43.

9. Зинченко, Е.А. Возрастные изменения электротонического взаимодействия диафрагмальных мотонейронов у новорожденных крыс in vitro. / Е.А. Зинченко //«Вестник РГМУ» Журнал Российского государственного медицинского университета № 3 (42) Москва-2005 - с. 167-168.

10. Мирошниченко, И.В. Развитие механизма дыхательного ритмогенеза в перинатальном периоде онтогенеза. / И.В. Мирошниченко, Е.А. Зинченко, А.Р. Ахметзянова // Научные труды I Съезда физиологов СНГ. - Сочи, Дагомыс.-2005. - с 167.

11. Мирошниченко, И.В. Развитие процесса генерации дыхательного ритма и механизмов его регуляции в перинатальном периоде у крыс. / И.В. Мирошниченко, Е.А. Зинченко, А.Р. Ахметзянова // Материалы Х111 Международного совещания по эволюционной физиологии. - С-Петербург, 2006. - с. 143144.

12. Мирошниченко, И.В. Роль электротонического взаимодействия диафрагмальных мотонейронов в механизме генерации инспираторного паттерна у плодов и новорожденных крыс in vitro / И.В. Мирошниченко, Е.А. Зинченко // Сборник статей Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 110-летию со дня рождения М.В. Сергиевского «Современные аспекты клинической физиологи в медицине». - Самара, 2008. - с. 57-60.

Подписано в печать 17.12.2008 г Формат 60x84/16. Усл. печ. л. 1,0 Тираж 120 экз.. Заказ № 676

Издательство «Общий отдел» ГОУ ВПО ОрГМА Росздрава Лицензия 021239 от 22.08.97 г.

QflVfeT)

.................*

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Зинченко, Евгений Анатольевич

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 Роль электрических синапсов в механизмах генерации дыхательного ритма и паттерна (обзор литературы).

1.1 Роль щелевых контактов в осуществлении жизнеобеспечивающих функций организма млекопитающих.

1.1.1 Строение щелевых контактов.

1.1.2 Функции щелевых контактов.

1.2 Роль электрических синапсов в функционировании дыхательного центра.

1.2.1 Электрические синапсы в нервной системе.

1.2.2 Типы конексинов, характерные для нервной системы.

1.3 Электрические синапсы в дыхательном центре млекопитающих.

1.3.1 Роль электрических синапсов в генерации ритма респираторной активности

1.3.2 Роль электрических синапсов в генерации дыхательного ритма.

1.3.3 Роль электрических синапсов в генерации дыхательного паттерна.

1.3.4 Роль электрических синапсов в функционировании дыхательных мотонейронов.1.

ГЛАВА 2 Материалы и методы исследования.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ.

ГЛАВА 3 Значение электротонического взаимодействия диафрагмальных мотонейронов в механизмах генерации инспираторной активности новорожденных крыс in vitro.

3.1 Влияние галотана на электрическую активность БСП мозга новорожденных крыс при общей перфузии препарата.

3.2 Влияние галотана на электрическую активность БСП мозга новорожденных крыс при изолированной перфузии продолговатого мозга.

3.3 Влияние галотана на электрическую активность БСП мозга новорожденных крыс при изолированной перфузии спинного мозга.

3.4 Обсуждение.

ГЛАВА 4 Значение электротонического взаимодействия диафрагмальных мотонейронов в механизмах генерации инспираторной активности у плодов крыс in vitro.

4.1 Влияние галотана на электрическую активность БСП мозга плодов крыс при изолированной перфузии продолговатого мозга.

4.2 Влияние галотана на электрическую активность БСП мозга плодов крыс при изолированной перфузии спинного мозга.

4.3 Обсуждение.

ГЛАВА 5 Участие естественных факторов в регуляции электротонического взаимодействия диафрагмальных мотонейронов и модуляции механизмов генерации респираторной активности у новорожденных крыс in vitro.

5.1 Анализ влияния изменений параметров кислотно-основного равновесия в искусственной цереброспинальной жидкости на параметры инспираторной активности бульбоспинальных препаратов мозга новорожденных крыс.

5.1.1 Изменение инспираторной активности бульбоспинальных препаратов мозга новорожденных крыс на фоне повышенного содержания протонов и углекислого газа в искусственной цереброспинальной жидкости.

5.1.2 Изменение инспираторной активности бульбоспинальных препаратов мозга новорожденных крыс на фоне избыточного содержания протонов в искусственной цереброспинальной жидкости в условиях нормокапнии.

5.1.3 Изменение инспираторной активности бульбоспинальных препаратов мозга новорожденных крыс на фоне избыточного содержания углекислого газа и нормальных значениях рН в искусственной цереброспинальной жидкости.

5.2 Анализ влияния активатора внутриклеточного депо кальция - кофеина - на параметры инспираторной активности бульбоспинальных препаратов мозга новорожденных крыс.

5.3 Обсуждение.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Роль электротонического взаимодействия диафрагмальных мотонейронов в механизме генерации инспираторного паттерна у новорожденных крыс in vitro"

Актуальность исследования

Благодаря развитию и внедрению в нейрологию новых научных технологий, происходит коренное изменение представлений о механизмах, обеспечивающих взаимодействие нейронов в нервной системе. Иммуногистохимические исследования доказывают широкое распространение практически во всех отделах центральной нервной системы млекопитающих коннексинов, образующих межклеточные щелевые контакты, выполняющих функцию электрических синапсов (Dermietzel R. et al., 1989). На всех этапах онтогенеза млекопитающих в нервной системе обнаруживаются нейронные сети, связь в которых осуществляется как через химические, так и электрические синапсы (Kopell N., Ermentrout В., 2004). Интенсивное накопление морфофункциональных данных, подтверждающих широкое распространение электрических синапсов в нервной системе млекопитающих, ставит вопрос об их функциональном назначении.

Морфологическими и электрофизиологическими методами в нейронных сетях продолговатого мозга, осуществляющих генерацию дыхательного ритма и его регуляцию, обнаружены электротонически связанные нейроны (Rekling J.C., Feldman J.L., 1997; Bou-Flores С., Berger J. 2001). С помощью фармакологических блокаторов щелевых контактов (Solomon I.C. et al., 2003; Bou-Flores С., Berger J., 2001) установлено существенное значение электротонического взаимодействия бульбарных дыхательных нейронов для генерации дыхательного ритма у новорожденных и взрослых животных.

До 30% диафрагмальных мотонейронов новорожденных крысят имеют электротоническую связь с 1-2 соседними клетками (Martin-Caraballo М., Greer J.J., 1999). Однако через 10 дней после рождения эти связи полностью исчезают. Традиционно считается, что наличие электротонического взаимодействия между диафрагмальными мотонейронами обеспечивает эффективную синхронизацию электрической активности для формирования адекватного инспираторного усилия у новорожденных (Martin-Caraballo М. et al., 2000). Кроме того, наличие обширных связей мотонейронов посредством щелевых контактов в перинатальном периоде может играть важную роль в осуществлении контроля над процессом формирования нейромышечных связей (Chang Q., 2000). Также установлено, что посредством щелевых контактов пулы мотонейронов спинного мозга образуют нейронные сети, обладающие собственной ритмической активностью и представляющие собой функциональные модули системы,, обеспечивающей координацию двигательной активности (Demir R. et al., 2002).

В настоящее время выявлен ряд факторов, способных вызывать закрытие коннексонов в щелевых контактах. Это могут быть как фармакологические препараты, к которым относятся производные глицирризиновой кислоты (Goldberg G.S. et al., 1996), некоторые высшие спирты (Spray D.C., Bennett M.V., 1985), так и большинство ингаляционных анестетиков (Yasui Y. et al, 2007). Кроме того, существует ряд естественных факторов, способных модулировать проницаемость щелевых контактов: ацидоз, гиперкапния, повышение концентрации кальция внутри клетки (Dean J.B. et al., 2002; Roerig В., Feller M.B., 2000; Scamps F. et al., 2004). Ha математических моделях и в условиях эксперимента доказано, что путем изменения уровня электротонического взаимодействия нейронов в сети можно модулировать электрофизиологические свойства нейронов и трансформировать поведение самой сети в широком диапазоне (Sherman А, Rinzel J., 1992; Skinner F.K. et al., 1999, Kepler T.B. et. al., 1990).

Представленные данные дают основание предположить, что модулирование уровня электротонического взаимодействия диафрагмальных мотонейронов может оказывать существенное влияние на эффективность контроля инспираторного усилия у новорожденных.

1. Изучить особенности изменения параметров инспираторной активности бульбоспинальных препаратов мозга новорожденных крыс in vitro при изолированном воздействии блокатора щелевых контактов - галотана на структуры спинного мозга.

Положения, выносимые на защиту

2. В перинатальный период роль электротонического взаимодействия диафрагмальных мотонейронов в формировании параметров инспираторной активности расширяется от участия в процессе контроля продолжительности инспираторного разряда до контроля их амплитуды и частотных характеристик.

3. Среди естественных факторов, способных оказывать влияние на проницаемость щелевых контактов (ацидоз, гиперкапния, повышение концентрации внутриклеточного кальция), наиболее выраженным угнетающим влиянием на процесс передачи инспираторной активности к диафрагмальной мышце, характерным для блокады электротонического взаимодействия диафрагмальных мотонейронов, обладает ацидоз.

Научная новизна

Впервые установлено, что фармакологическая блокада электрических синапсов в структурах спинного мозга новорожденных крыс in vitro вызывает снижение эффективности процесса передачи инспираторной активности диафрагмальными мотонейронами, которое характеризуется уменьшением амплитуды и продолжительности инспираторных разрядов, а также перераспределением соотношения мощностей осцилляций низко- и среднечастотного диапазонов. Установлено, что в бульбоспинальных препаратах мозга плодов эффективность передачи инспираторной активности мотонейронами на диафрагмальную мышцу в меньшей степени зависит от наличия между ними электротонического взаимодействия, нежели в препаратах мозга новорожденных крыс.

Впервые проведен сравнительный анализ влияния естественных факторов, блокирующих проницаемость щелевых контактов на центральные механизмы формирования инспираторной активности. Установлено, что характер влияния ацидоза на функционирование диафрагмальных мотонейронов полностью идентичен эффектам фармакологической блокады электротонического взаимодействия диафрагмальных мотонейронов галотаном.

Теоретическая и практическая значимость работы

Полученные данные позволили установить значение электротонических связей между диафрагмальными мотонейронами у новорожденных крыс для процесса генерации паттерна инспираторной активности. Материалы работы расширили существующие теоретические представления о функциональном значении электротонического взаимодействия нейронов в нервной системе млекопитающих. Проведенная в работе оценка возможности естественных факторов, блокирующих щелевые контакты, модулировать функциональную активность диафрагмальных мотонейронов создает теоретическую предпосылку для разработки патогенетических механизмов нарушения вентиляции легких у новорожденных центрального генеза.

Апробация работы

Основные положения диссертации обсуждены и изложены на Всероссийской конференции с международным участием «Достижения биологической функциологии и их место в практике образования» (Самара, 2003), II Международной конференции «Патофизиология и современная медицина» (Москва, 2004), XIX Съезде физиологического общества им. И.П. Павлова (Екатеринбург, 2004), 59 научно-практической конференции с международным участием «Актуальные проблемы современной медицины» (Киев, 2005), V межвузовской научной конференции студентов и молодых ученых «Актуальные медико-биологические проблемы» (Ижевск, 2005), Региональной научно-практической конференции молодых ученых и специалистов Оренбургской области (Оренбург, 2005), Всероссийской конференции молодых исследователей (С-Петербург 2005), I Съезде физиологов СНГ (Сочи, Дагомыс, 2005), XIII Международном совещании по эволюционной физиологии (Санкт Петербург, 2006), Всероссийской научно-практической конференции «Самарская физиологическая школа», посвященной 110-летию со дня рождения М.В. Сергиевского (Самара, 2008). 9

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 12 работ, из них 5 - в центральной печати, в том числе 2 - в реферируемых журналах.

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, 5 глав с изложением результатов собственных исследований, заключительного обсуждения, выводов и списка литературы, включающего 151 источников, в том числе 14 отечественных и 137 зарубежных.

Заключение Диссертация по теме "Физиология", Зинченко, Евгений Анатольевич

выводы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведенные нами исследования наглядно продемонстрировали, что электротоническое взаимодействие респираторных нейронов продолговатого мозга играет важную роль в механизмах генерации дыхательного ритма как в пре-, так и в постнатальном периодах. Происходящее после блокады щелевых контактов исчезновение дыхательной ритмической активности свидетельствует о том, что при элиминации электротонического взаимодействия нейронов ритмгенерирующей сети продолговатого мозга генерация дыхательного ритма невозможна. Наши данные согласуются с результатами, полученными J.C. Rekling и соавт. (2000) в экспериментах на срезах продолговатого мозга новорожденных мышей, включающих в себя структуры пре-Бётзингерова комплекса. Кроме того, ключевое значение электротонического взаимодействия в ритмгенерирующих сетях пейсмекерных нейронов для формирования разрядной формы активности подтверждают и работы, выполненные с использованием математических моделей. В ряде работ на моделях сетей пейсмекерных нейронов было показано, что как устранение межнейронной электрической связи, так и значительное её усиление приводит к изменению режима работы сети - от разрядного осциллирования к тоническому (Sherman A., Rinzel J., 1991; Komendantov A. et al., 2002; Perez Velazquez J.L., 2001). He менее важную роль электрические синапсы могут играть и в сетевых моделях, где генерация ритма рассматривается как результат тормозных взаимодействий нейронов. В исследованиях F.K. Skinner и соавт., (1999) было показано, что в сети реципрокно взаимодействующих нейронов для формирования разрядной активности необходимо, наряду с тормозными связями, присутствие и электрической связи.

В наших исследованиях на БСП препаратах мозга плодов и новорожденных крыс in vitro так же, как и в ранее проведенных с использованием срезов или целых препаратов ствола мозга новорожденных мышей (Bou-Flores С. et al., 2001; Rekling J.C. et al., 1997) и взрослых крыс (Solomon I.C. et al., 2003), было показано, что электротоническое взаимодействие между респираторными нейронами играет важную роль в механизмах генерации инспираторного паттерна. Использование методики раздельной перфузии структур продолговатого мозга и спинного мозга позволило выявить участие электротонического взаимодействия нейронов как бульбарного, так и спинномозгового отделов респираторной сети у плодов и новорожденных крыс в механизмах генерации инспираторного паттерна.

Математические модели показывают, что имеется сложный нелинейный характер зависимости между уровнем электрической связи и параметрами разрядной активности ритмгенерирующих нейронных сетей (Sherman A., Rinzel J., 1992). Учитывая это и то, что фармакологические препараты обладают определенной селективностью к разным типам конексонов и разной степенью выраженности блокирующего действия на щелевые контакты, С. Bou-Flores et al. (2003) объясняют полученное в их исследовании при действии отдельных блокаторов щелевых контактов увеличение амплитуды, продолжительности и мощности доминирующих частот инспираторных разрядов. Однако полное устранение электротонического взаимодействия между нейронами, согласно данным математических моделей, приводит к десинхронизации их электрической активности и угнетению параметров разрядов. Это согласуется с полученными нами результатами в том, что частотные, временные и амплитудные характеристики инспираторных разрядов бульбоспинальных препаратов мозга новорожденных крыс угнетаются при блокаде галотаном проницаемости щелевых контактов между диафрагмальными мотонейронами. Аналогичные данные были получены в работе I.C. Solomon (2003) in vitro на артериально-перфузируемых препаратах мозга взрослых крыс.

Происходящее в перинатальный период, согласно нашим исследованиям, расширение роли электротонического взаимодействия диафрагмальных мотонейронов в процессах формирования инспираторного драйва, посылаемого к диафрагмальной мышце, не согласуется с ранее полученными данными об уменьшении количества электротонически связанных мотонейронов спинного мозга (Bittman K.S. et al., 2004). В то же время диафрагмальные мотонейроны претерпевают существенные изменения размеров сомы, разветвленности и протяженности дендритов, а также изменение их электрофизиологических свойств (Allan D.W., Greer J.J., 1997). Это дает основание предполагать, что происходящее в перинатальном периоде расширение роли электрических синапсов в функционировании диафрагмальных мотонейронов отражает морфофункциональное развитие данного пула.

•Л I ацидоз, высокие концентрации интрацитоплазматического Са ), обладают широким спектром влияния на многие внутриклеточные процессы, в том числе и на электрофизиологические свойства нервных клеток (Rozental R. et al., 1998). Поэтому естественно, что их влияние на функцию диафрагмальных нейронов принципиально различается как, например, у гиперкапнии и ацидоза. При этом характер влияния ацидоза на функционирование диафрагмальных мотонейронов полностью совпадает с действием фармакологического блокатора щелевых контактов галотана, что позволяет высказать предположение о едином механизме их воздействия на процесс формирования инспираторной активности.

Наиболее наглядно многокомпонентность характера действия естественных факторов, нарушающих электротоническое взаимодействие

84 клеток, проявляется при действии кофеина - активатора внутриклеточного депо кальция. При локальном воздействии кофеина на структуры спинного мозга происходит угнетение инспираторной и активация неинспираторной электрической активности бульбоспинальных препаратов мозга новорожденных крыс.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Зинченко, Евгений Анатольевич, Оренбург

1. Зинченко, В.П. Внутриклеточная сигнализация Электронный ресурс. / В.П. Зинченко, Л.П. Долгачева // «Аналитическая микроскопия» Пущино, 2003. Электронные данные. - Режим доступа: http://www.inventors.ru/index.asp?mode=4918

2. Бреслав, И.С. Регуляция дыхания / И.С. Бреслав, В.Д. Глебовский. Л. -1981.-280 с.

3. Глебовский, В.Д. Центральные механизмы, определяющие и регулирующие периодическую деятельность дыхательных мышц / В. Д. Глебовский//Физиология дыхания. СПб.: Наука. - 1994.- С. 355-415.

4. Голубева Е.Л. Формирование центральных механизмов регуляции дыхания в онтогенезе / Е.Л. Голубева : Наука. М., 1971.

5. Дыбан, А.П. Раннее развитие млекопитающих / А.П. Дыбан. Наука, -Ленинград, 1988.

6. Моторина, М.В. Структурная организация синаптических связей моторных нейронов спинного мозга млекопитающих / М.В. Моторина // Морфология . 1993. - том. 105. - №11-12. - С. 9-36.

7. Ю.Пятин, В.Ф. Влияние микроионтофоретического воздействия Н^ и НСОз' на биоэлектрическую активность и редокс-состояние нейронов бульбарных хемочувствительных зон / В.Ф. Пятин, М.О. Самойлов // Физиол. ж. СССР. Т.70.- 1984. - С. 1442-1447.

8. Пятин, В.Ф. Ростральные вентромедуллярные отделы: дыхательный ритмогенез и центральная хемочувствительность дыхания / В.Ф. Пятин B.C. Татарников, O.JI. Никитин, А.Н. Государев, С.В. Улышн // Успехи физиологических наук. -1994. Т.25. - №4.- С. 33.

9. Сафонов, В.А. Нейрофизиология дыхания / В.А. Сафонов, В.Н. Ефимов, А.А. Чумаченко // М.: Медицина. 1980. - 224 с.

10. Сергиевский, М.В. Структура и функциональная организация дыхательного центра / М.В. Сергиевский, Р.Ш. Габдрахманов, A.M. Огородов, В.А. Сафонов, В.Е. Якунин // Новосибирск, изд-во НГУ. -1993.- 192 с.

11. Физиология плода и детей / Под ред. В.Д. Глебовского // М.: Медицина.- 1988. 297 с.

12. Abbott, L.F., Oscillating networks: control of burst duration by electrically coupled neurons / L.F. Abbott, E. Marder and S.L. Hooper // Neural Comput.- 1991. vol. 3. -p.487-497.

13. Allan, D.W., Development of phrenic motoneuron morphology in the fetal rat / D.W. Allan, J.J. Greer // J. Сотр. Neurol.- 1997b. vol. 381. - p.469-479.

14. Balis, U.J., Simulations of a ventrolateral medullary neural network for respiratory rhythmogenesis inferred from spike train cross-correlation. / U.J. Balis, K.F. Morris, J. Koleski, B.G. Lindsey // Biol. Cybern. 1994. - vol. 70(4).-p.311-327.

15. Ballanyi, K. Respiratory network function in the isolated brainstem-spinal cord of newborn rats / K. Ballanyi , H. Onimaru , I. Homma // Prog. Neurobiol. 1999 Dec. - vol. 59(6): p.583-634.

16. Baron, A. Acid sensing ion channels in dorsal spinal cord neurons / A. Baron, N. Voilley, M. Lazdunski, E. Lingueglia // J. Neurosci. 2008 Feb 6. -vol. 28(6).- p.1498-1508.

17. Beck, A. Calcium release from intracellular stores in rodent astrocytes and neurons in situ / A. Beck , R.Z. Nieden, H.P. Schneider, J.W. Deitmer // Cell Calcium. 2004 Jan. - vol. 35(1).- p.47-58.

18. Becker, D.L. Role of gap junctions in the development of the preimplantation mouse embryo / Becker D.L., Davies C.S. // Microsc. Res. Tech. 1995 Aug 1. - vol. 31(5).- p.364-74.

19. Bern, T. Electrical coupling can prevent expression of adult-like properties in an embryonic neural circuit / T. Bern, Y. Le Feuvre, J. Simmers, P. Meyrand // J. Neurophysiol. 2002 Jan. - vol. 87(1). - p.538-547.

20. Bennett, M.V. Electrical synapses, a personal perspective (or history) / M.V. Bennett // Brain Res. Brain Res. Rev. 2000 Apr. - vol. 32(1).- p. 16-28.

21. Bennett, M.V. Gap junctions as electrical synapses / M.V. Bennett // J. Neurocytol.- 1997.- vol. 26. p.349-366.

22. Bennett, M.V. Gap junctions: new tools, new answers, new questions. / M.V. Bennett, L.C. Barrio, T.A. Bargiello, D.C. Spray, E. Hertzberg, J.C. Saez // Neuron. 1991 Mar. - vol. 6(3).- p.305-320.

23. Bonnet, U. C02/HC03"-withdrawal from the bath medium of hippocampal slices: biphasic effect on intracellular pH and bioelectric activity of CA3-neurons / U. Bonnet, M. Wiemann, D. Bingmann // Brain Res. 1998 Jun 15. - vol. 796(1-2).-p. 161-170.

24. Botros, S.M. Neural network implementation of a three-phase model of respiratory rhythm generation / S.M. Botros, E.N. Bruce // Biol. Cybem.-1990.-vol. 63(2).-p.143-153.

25. Bou-Flores, C. Gap junctions and inhibitory synapses modulate inspiratory motoneuron synchronization / Celine Bou-Flores, Albert J. Berger. // J. Neurophysiol. -2001.-vol. 85. p. 1543-1551.

26. Bowman, P. Viability and growth of mouse embryos after in vitro culture and fusion / P. Bowman, A J. McLaren // Embryol. Exp. Morphol. 1970 Jun.-vol. 23(3).-p.693-704.

27. Bruehl, C. Concentration dependence of bicarbonate-induced calcium current modulation / C. Bruehl, W.J. Wadman, O.W. Witte // J. Neurophysiol. 2000 Nov. - vol. 84(5).- p.2277-2283.

28. Bruzzone, R. Connections with connexins: the molecular basis of direct intercellular signaling / R. Bruzzone, T.W. White, D.L. Paul // Eur. J. Biochem. 1996 May 15. - vol. 238(1).- p.1-27.

29. Butera, R.J. Models of respiratory rhythm generation in the pre-Botzinger complex. I. Bursting pacemaker neurons / R.J. Butera, J. Rinzel, J.C. Smith // J. Neurophysiol.- 1999a. vol. 81. - p.382-397.

30. Buzsáki, G. High-frequency network oscillation in the hippocampus / G. Buzsáki, Z. Horváth, R. Urioste, J. Hetke, K. Wise // Science.- 1992 May 15. vol. 256(5059).- p.1025-1027.

31. Buzsaki, G. Temporal structure in spatially organized neuronal ensembles: a role for interneuronal' networks / G. Buzsaki, J J. Chrobak // Curr. Opin. Neurobiol. -1995 Aug. vol. 5(4).- p.504-510.

32. Cameron, W.E. Electrophysiological properties of developing phrenic motoneurons in the cat / W.E. Cameron, , J.S. Jodkowski, H. Fang, R.D. Guthrie // J. Neurophysiol. 1991. - vol. 65. - p.671-679.

33. Caveney, S. The role of gap junctions in development / S. Caveney // Annu. Rev. Physiol. 1985. - vol. 47. -p.319-335.

34. Cell Biology / Ed. S. Bolsover, J.S. Hyams, E.A. Shephard, H.A. White, C.G. Wiedemann // John Wiley & sons, inc. 2004. - 465 p.

35. Chang, Q. Developmental regulation of connexin expression in motor neurons / Q. Chang, R.J. Balice-Gordon // Soc. Neurosci. Abstr. 1997. -vol. 23.-p.1677.

36. Chang, Q. Gap junctional communication» among developing and injured motor neurons / Qiang Chang, R.J. Balice-Gordon- // Brain Research Reviews. 2000. - vol. 32. - p. 242-249.

37. Chang, Q. Transient gap junction mediated coupling among developing motor neurons / Q. Chang, M. Gonzalez, M.J. Pinter, R.J. Balice-Gordon // Soc. Neurosci. 1998. - vol. 24. - p. 1040.

38. Christie, M.J. Williams Electrical Coupling Synchronizes Subthreshold Activity in Locus Coeruleus Neurons from Neonatal Rats in vitro / M.J. Christie, J.T. Williams, R.A. North. // The Journal of Neuroscience.-October 1989. vol. 9(10). - p.3584-3589.

39. Chrobak, J.J. High-frequency oscillations in the output networks of the hippocampal-entorhinal axis of the freely behaving rat / Chrobak J.J.,

40. Buzsaki G. // J. Neurosci. 1996 May 1. - vol. 16(9). - p.3056-3066.91

41. Cohen, M.I. High-frequency and medium-frequency components of different inspiratory nerve discharges and their modification by various inputs / M.I. Cohen, W.R. See, C.N. Christakos, A.L. Sica // Brain Res.- 1987.- vol. 417. -p.148-152.

42. Cohen, M.I. Models of respiratory phase-switching / M.I. Cohen, J.L. Feldman // Fed. Proc. 1977 Sep. - vol. 36(10).- p.2367-2374.

43. Cohen, M.I. Neurogenesis of respiratory rhythm in the mammal / M.I. Cohen // Physiol. Rev.- 1979 Oct. vol. 59(4).- p.l 105-1173.

44. Davis, J. Diaphragm function and alveolar hypoventilation / J. Davis, M. Goldman, L. Loh , M. Casson // Q. J. Med. 1976 Jan. - 45(177).- p.87-110

45. Dean, J.B. Cell-cell coupling in CO(2)/H(+)-excited neurons in brainstem slices / J.B. Dean, E.A. Kinkade, R.W. Putnam // Respir. Physiol. 2001 Dec. - vol. 129(1-2).-p.83-100.

46. Dean, J.B. Role of gap junctions in CO2 chemoreception and respiratory \c0ntr0l / J.B. Dean, D. Ballantyne, D.L .Cardone, J.S. Erlichman, I.C. Solomon // Am. J. Physiol. Lung Cell Mol. Physiol. 2002. - vol. 283. -p.665-670.

47. Demir, R. Interactions between multiple rhythm generators produce complex patterns of oscillation in the developing rat spinal cord / R. Demir, B.X. Gao, M.B. Jackson, L. Ziskind-Conhaim // J. Neurophysiol. 2002 Feb. -vol. 87(2) - p.1094-105.

48. Dermietzel, R. Gap junctions in the brain: where, what type, how many and why? / R. Dermietzel, D.C. Spray, // Trends Neurosci. 1993 May. - vol. 16(5).-p. 186-92.

49. Di Pasquale, E. Perinatal developmental changes in respiratory activity of medullary and spinal neurons: an in vitro study on fetal and newborn rats / Di Pasquale E., Tell F., Monteau R., Hilaire G. // Dev. Brain Res. 1996.- vol. 91. -p.121-130.

50. Draguhn, A. Electrical coupling underlies high-frequency oscillations in the hippocampus in vitro / A. Draguhn, R.D. Traub, D. Schmitz, J.G. Jefferys. // Nature. 1998 Jul 9. - vol. 394(6689). -p.189-192.

51. Fedorovich, S.V. Effect of low pH on glutamate uptake and release in isolated presynaptic endings from rat brain / S.V. Fedorovich, G.V. Kaler, S.V. Konev. // Neurochem Res. 2003 May. - vol. 28(5). - p.715-721.

52. Feldman J.L. Neurogenesis of respiratory rhythm and pattern: emerging concepts / J.L. Feldman, J.C. Smith, H.H. Ellenberger, C.A. Connelly, G.S. Liu, J.J. Greer, A.D. Lindsay, M.R. Otto // Am. J. Physiol. 1990 Nov. - vol. 259(5 Pt 2). - p.879-886.

53. Fulton, B.P. Electrical synapses between motoneurons in the spinal cord of the newborn rat / B.P. Fulton, R. Miledi, T. Takahashi // Proc. R. Soc. Lond. B. Biol. Sci. 1980 Jun. 23. - vol. 208(1170). - p. 115-120.

54. Furicchia, J.V. Dendritic organization of phrenic motoneurons in the adult rat / J.V. Furicchia, H.G. Goshgarian // Exp. Neurol. 1987 Jun. - vol. 96(3). - p.621-634.

55. Galarreta, M. A network of fast-spiking cells in the neocortex connected by electrical synapses / M. Galarreta, S. Hestrin. // Nature. 1999. - vol. 402. -p. 72-75.

56. Geman, S. Computer simulation of brainstem respiratory activity / Geman S., Miller M. // J. Appl. Physiol. 1976 Dec. - vol. 41(6). - p.931-938.

57. Getting, P.A. Modification of neuron properties by electrotonic synapses. II. Burst formation by electrotonic synapses / P.A. Getting, A.O. Willows // J. Neurophysiol. 1974 Sep. - vol. 37(5) - p.858-68.

58. Gibson, J.R. Two networks of electrically coupled inhibitory neurons in neocortex / J.R. Gibson, M. Beierlein, B.W. Connors // Nature. 1999 Nov 4.-vol. 402(6757). - p.75-79.

59. Goldman, M. Mechanical interaction between diaphragm and rib cage / M. Goldman // Boston view. Am. Rev. Respir. Dis. 1979 Feb. - 119(2 Pt 2) -p.23-26.

60. Grace A.A. Intracellular and extracellular electrophysiology of nigral dopaminergic neurons 3 : Evidence for electrotonic coupling / A.A. Grace, B.S. Bunney//Neuroscience. - 1983 Oct. - vol. 10(2). - p.333-348.

61. Haji, A. Ryanodine receptor/Ca(2+) release mechanisms in rhythmically active respiratory neurons of cats in vivo / A. Haji, Y. Ohi // Neuroscience. -2006 Jun 19.-vol. 140(1).-p.343-354.

62. Herlenius, E. Adenosinergic modulation of respiratory neurones in the neonatal rat brainstem in vitro / E. Herlenius, H. Lagercrantz // J. Physiol. -1999 Jul 1. vol. 518 ( Pt 1). - p. 159-72.

63. Hilaire, G. Central respiratory drive and recruitment order of phrenic and inspiratory laryngeal motoneurones / G. Hilaire, P. Gauthier, R. Monteau // Respir. Physiol. 1983 Mar. - vol. 51(3). - p.341-359.

64. Hilaire, G. Maturation of the mammalian respiratory system / G. Hilaire, B. Duron // Physiol. Rev. 1999 Apr. - vol. 79(2). - p.325-360.

65. HÍ11, N.S. Time course of cardiopulmonary responses to high altitude in susceptible and resistant rat strains / N.S. Hill, L.C. Ou, C.D. Thron, R.P. Smith // Respir. Physiol. 1987 Nov. - vol. 70(2). - p.241-249.

66. Hodgkin, A.L. A quantitative description of membrane current and its application to conduction and excitation in nerve / A.L. Hodgkin, A.F. Huxley // J. Physiol.- 1952. vol. 117 - p.500-544.

67. Iscoe, S. Recruitment and discharge frequency of phrenic motoneurones during inspiration / S. Iscoe, J. Dankoff, R. Migicovsky, C. Polosa // Respir. Physiol. 1976 Feb. - vol. 26(1). - p. 113-128.

68. Jacobson, M. Developmental neurobiology / M. Jacobson // New York, 1970.-465 p.

69. Johnson, M.D. Spatiotemporal pH dynamics following insertion of neural microelectrode arrays / M.D. Johnson, O.E. Kao, D.R. Kipke // J. Neurosci. Methods. 2007 Mar 15. - vol. 160(2). - p.276-287.

70. Josenhans, W.T. Measurement of the diaphragmatic contribution to a breath / W.T. Josenhans, C.S. Wang, R.E. Weaver // N. S. Med. Bull. 1969 Oct. -vol.48(5).-p. 152.

71. Kepler, T.B. The effect of electrical coupling on the frequency of modelneuronal oscillators / T.B. Kepler, E. Marder and L.F. Abbott // Science. -1990.-vol. 248. -p.83-85.

72. Komendantov, A.O. Electrical coupling between model midbrain dopamine neurons: effects on firing pattern and synchrony. Alexander O. Komendantov, Carmen C. Canavier// J. Neurophysiol. 2002. - vol. 87. - p.1526-1541.

73. Kopell, N. Chemical and electrical synapses perform complementary roles in the synchronization of interneuronal networks / N. Kopell, B. Ermentrout //PNAS. 2004. - vol. 101. -p.15482-15487.

74. Koshiya, N. Neuronal pacemaker for breathing visualized in vitro / N. Koshiya, J.C. Smith // Nature. 1999. - vol. 400. - p.360-363.

75. Kulik, A. Role of bicarbonate and chloride in GAB A- and glycine-induced depolarization and Ca2+.i rise in fetal rat motoneurons in situ / A. Kulik, H. Nishimaru, K. Ballanyi // J. Neurosci. 2000 Nov 1. - vol. 20(21).- p.7905-7913.

76. Kumar, N.M. Molecular biology and genetics of gap junction channels / N.M. Kumar, N.B. Gilula // Semin. Cell Biol.- 1992. vol. 3. - p.3-16.

77. Lewis, T.J. Dendritic effects in networks of electrically coupled fast-spiking interneurons / T.J. Lewis J. Rinzel // Neurocomputing. 2004. - vol. 58-60. -p.145-150.

78. Lindsay, A.D., Phrenic motoneuron morphology in the neonatal rat / A.D. Lindsay, J.J. Greer, J.L. Feldman // J. Comp. Neurol. 1991 Jun 8. - vol. 308(2).-p. 169-79.

79. Lipski, J. Is there electrical coupling between phrenic motoneurons in cats? / J. Lipski // Neurosci. Lett. 1984. - vol. 46.- p.229-234.

80. Lo Turco, J.J. Clusters of coupled neuroblasts in embryonic neocortex / J. J. Lo Turco, A.R. Kriegstein, // Science 1991 Apr 26. - vol. 252(5005). -p.563-566.

81. MacBain, C.J. N-Methyl-D-aspartic acid receptor structure and function / C.J. MacBain, M.L. Mayer // Physiol. Rev. 1994. - vol. 74.- p.723-760.

82. Mann-Metzer, P. Electrotonic coupling interacts with intrinsic properties to generate synchronized activity in cerebellar networks of inhibitory interneurons / P. Mann-Metzer, Y. Yarom // J. Neurosci. 1999 May 1. vol. 19(9).- p.3298-2306.

83. Marlot, D. Postnatal development of the discharge pattern of phrenic motor units in the kitten / D. Marlot, B. Duron // Respir. Physiol. 1981 Nov. - vol. 46(2).-p.125-136.

84. Martin-Caraballo, M. Contractile and fatigue properties of the rat diaphragm musculature during the perinatal period / M. Martin-Caraballo, P.A. Campagnaro, Y. Gao, J.J. Greer // J. Appl. Physiol. 2000 Feb. - vol. 88(2) . - p.573-580.

85. Martin-Caraballo, M. Electrophysiological properties of rat phrenic motoneurons during perinatal development / M. Martin-Caraballo, J.J. Greer // J. Neurophysiol. 1999.-vol. 81. - p. 1365-1378.

86. Mazza, E. Anatomical and electrotonic coupling in developing genioglossal motoneurons of the rat. E. Mazza, P.A. Nunez-Abades, J.M. Spielmann, W.E. Cameron Brain Res. 1992. - vol. 598.- p. 127-137.

87. Michelson, H.B. Synchronization of inhibitory neurones in the guinea-pig hippocampus in vitro / H.B. Michelson, R.K. Wong // J. Physiol. 1994 May 15.-vol. 477 (Pt 1).- p.35-45.

88. Nadarajah, B. Differential expression of connexins during neocortical development and neuronal circuit formation / B. Nadarajah, A.M. Jones, W.H. Evans, J.G. Parnavelas // J. Neurosci. 1997 May 1. - vol. 17(9). -3096-3111.

89. Nagy, J.I. Update on connexins and gap junctions in neurons and glia in the mammalian nervous system / J.I. Nagy, F.E. Dudek, J.E. Rash // Brain Res. Brain Res. Rev. 2004 Dec. - vol. 47(1-3)- p.191-215.

90. Naslonska, E. Subgroups of phrenic motoneurons and their reactions to stimulation of vagal input / E. Naslonska // Acta Physiol. Pol. 1980 Sep-Oct.-vol. 31(5).-p.501-511.

91. Nattie, E.E. CO2, brainstem chemoreceptors and breathing / E.E. Nattie // Prog Neurobiol. 1999. - vol. 59.- p.299-331.

92. Noma, A. Dependence of junctional conductance on proton, calcium and magnesium ions in cardiac paired cells of guinea-pig / A. Noma, N. Tsuboi // J. Physiol. 1987 Jan. - vol. 382. - p. 193-211.

93. Ogilvie ,M.D. A network model of respiratory rhythmogenesis / M.D. Ogilvie, A. Gottschalk, K. Anders, D.W. Richter, A.I. Pack // Am. J. Physiol. 1992 Oct. - vol. 263(4 Pt 2). - 962-975.

94. Onimaru, H. Neuronal mechanisms of respiratory rhythm generation: an approach using in vitro preparation / H. Onimaru, A. Arata, I. Homma // Jpn. J. Physiol. 1997 Oct. - vol. 47(5). - p.385-403.

95. Perez Velazquez, J.L. Artificial electrotonic coupling affects neuronal firing patterns depending upon cellular characteristics / J.L. Perez Velazquez, P.L. Carlen, F.K. Skinner // Neuroscience. 2001,- vol. 103(3). -p.841-849.

96. Purvis, L.K. Ionic current model of a hypoglossal motoneuron / L.K. Purvis, R.J. Butera // J. Neurophysiol- 2005. vol. 93. - p.723-733.

97. Rabbah, P. Effect of electrical coupling on ionic current and synaptic potential measurements / P. Rabbah, J. Golowasch, F. Nadim // J. Neurophysiol. 2005. - vol. 94. - p.519-530.

98. Rekling, J.C. Bidirectional electrical coupling between inspiratory motoneurons in the newborn mouse nucleus ambiguus. / J.C. Rekling, J.L. Feldman // J. Neurophysiol. -1997. vol. 78. -p.3508-3510.

99. Rekling, J.C. Electrical coupling and excitatory synaptic transmission between rhythmogenic respiratory neurons in the prebotzinger complex / J.C. Rekling, X.M. Shao, J.L. Feldman // The Journal of Neuroscience2000.-vol. 20 RC113. -p.l -5.

100. Rekling, J.C. PreBotzinger complex and pacemaker neurons: hypothesized site and kernel for respiratory rhythm generation / J.C. Rekling, J.L. Feldman // Annu. Rev. Physiol.- 1998. vol. 60. - p.385-405.

101. Richter, D.W. Studying rhythmogenesis of breathing: comparison of in vivo and in vitro models / D.W. Richter, K.M. Spyer // Trends Neurosci.2001.-vol. 24.-p. 464-472.

102. Rorig, B. Intracellular acidification reduced gap junction coupling between immature rat neocortical pyramidal neurons / B. Rorig, G. Klausa, B. Sutor // J. Physiol. (Lond.) 1996. - vol. 490.- p. 31-49.

103. Rorig, B. Neurotransmitters. and gap junctions in developing neural circuits / B. Rorig, M.B. Feller // Brain Res. Rev. 2000 Apr. - vol. 32(1). -p.86-114.

104. Rubio, J.E. A new mathematical model of the respiratory center / J.E.

105. Rubio // Bull Math. Biophys. 1972 Dec. - vol. 34(4). - p.467-481.99

106. Sherman, A. Rhythmogenic effects of weak electrotonic coupling in neuronal modelsand / A. Sherman, J. Rinzel // Neurobiology March 1992. -vol. 89.-p. 2471-2474.

107. Skinner, F.K. Bursting in inhibitory intemeuronal networks: a role for gap-junctional coupling / F.K. Skinner, L. Zhang, J.L. Velazquez, P.L. Carlen // J. Neurophysiol 1999. - vol. 81. - p. 1274-1283.

108. Smith, J.C. New computational models of the respiratory oscillator in mammals / J.C. Smith // Adv. Exp. Med. Biol.- 1995. vol. 393. - p.7-13.

109. Smith, J.C. Pre-Bôtzinger Complex: a brainstem region that may generate respiratory rhythm in mammals / J.C. Smith, H.H. Ellenberger, K. Ballanyi, D.W. Richter, J.L. Feldman // Science- 1991. vol. 254. - p.726-729.

110. Sôhl, G. The murine gap junction gene connexin36 is highly expressed in mouse retina and regulated during brain development / G. Sôhl, J. Degen, B. Teubner, K. Willecke // FEBS Lett. 1998 May 22. - vol. 428(1-2). - p.27-31.

111. Solomon, I.C. Blockade of brain stem gap junctions increases phrenic burst frequency and reduces phrenic burst synchronization in adult rat /I.C. Solomon, K.H. Chon, M.N. Rodriguez // J. Neurophysiol. 2003 Jan. - vol. 89 (1) . - p.135-149.

112. Soto-Trevino, C. Computational model of electrically coupled, intrinsically distinct pacemaker neurons / C. Soto-Trevino, P. Rabbah, E. Marder, F. Nadim // J. Neurophysiol.- 2005. vol. 94. - p. 590-604.

113. Spray, D.C Gap junctional conductance: comparison of sensitivities to H+ and Ca2+ ions / D.C. Spray, J.H. Stern, A.L. Harris, M.V.L. Bennett // Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1982. - vol. 79.- p. 441-445.

114. Spray, D.C. Physiology and pharmacology of gap junctions / D.C. Spray, M.V. Bennett // Annu. Rev. Physiol. 1985. - vol. 47.- 281-303.

115. Stauffer, K.A. Structure of gap junction channels / K.A. Stauffer, N. Unwin, // Semin. Cell Biol. 1992. - vol. 3.- p. 17-20.

116. Suzue, T. Respiratory rhythm generation in the in vitro brain stem-spinal cord preparation of the neonatal rat / T. Suzue // J. Physiol. 1984. - vol. 354.-p. 173-183.

117. Tombaugh, G.C. Differential sensitivity to intracellular pH among highland low-threshold Ca2+ currents in isolated rat CA1 neurons / G.C. Tombaugh, G.G. Somjen // J. Neurophysiol. 1997 Feb. - vol. 77(2). - p.639-653.

118. Torikai, H. Recruitment order and dendritic morphology of rat phrenic motoneurons / H. Torikai, F. Hayashi, K. Tanaka, T. Chiba, Y. Fukuda, H. Miriya. // J. Comp. Neurol.- 1996. vol. 366. - p.231-243.

119. Wang, X.J. Spindle rhythmicity in the reticularis thalami nucleus: synchronization among mutually inhibitory neurons / X.J. Wang, J. Rinzel // J. Neuroscience. 1993 Apr. - vol. 53(4). - p.899-904.

120. Warner, A. Gap junctions in developmental perspective / A. Warner // Semin. Cell Biol. 1992. -vol. 3. -p.81-91.

121. Warner, A.E. The role of gap junctions in amphibian development / A.E. Warner // J. Embryol. Exp. Morphol. Suppl.- 1985. vol. 89. - p.365-380.

122. Wolpert, L. Positional information and pattern formation in development / L. Wolpert//Dev. Genet.- 1994. vol. 15. - p.485-490.

123. Wolpert, L. Positional information and the spatial pattern of cellular differentiation / L. Wolpert // J. Theor. Biol. 1969 Oct. - vol. 25(1). - p.l-47.

124. Wu, L.J. Characterization of acid-sensing ion channels in dorsal horn neurons of rat spinal cord / L.J. Wu, B. Duan, Y.D. Mei, J. Gao, J.G. Chen, M. Zhuo, L. Xu, M. Wu, T.L. Xu // J. Biol. Chem. 2004 Oct 15. - vol. 279(42).-p.43716-43724.

125. Yasui, Y. Sevoflurane directly excites locus coeruleus neurons of rats / Y. Yasui, E. Masaki, F. Kato // Anesthesiology. 2007 Dec. - vol. 107(6). -p.992-1002.

126. Ying, W. Acidosis potentiates oxidative neuronal death by multiple mechanisms / W. Ying, S.K. Han, J.W. Miller, R.A. Swanson // J. Neurochem. 1999. - vol. 73(4)Oct. - p. 1549-1556.

127. Ylinen, A. Intracellular correlates of hippocampal theta rhythm in identified pyramidal cells, granule cells, and basket cells / A. Ylinen, I. Soltesz, A. Bragin, M. Penttonen, A. Sik, G. Buzsaki. // Hippocampus.-1995.-vol. 5(1). -p.78-90.

Информация о работе

Зинченко, Евгений Анатольевич
кандидата биологических наук
Оренбург, 2008
ВАК 03.00.13

Диссертация

Роль электротонического взаимодействия диафрагмальных мотонейронов в механизме генерации инспираторного паттерна у новорожденных крыс in vitro - тема диссертации по биологии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы