https://doi.org/10.23648/UMBJ.2016.24.3984 

УДК 612.751.3

МОДУЛИРУЮЩЕЕ ВЛИЯНИЕ ГАМК И ГАБАЗИНА НА РЕСПИРАТОРНЫЕ РЕАКЦИИ В УСЛОВИЯХ ЭЛЕКТРОСТИМУЛЯЦИИ БОЛЬШОГО ЯДРА СРЕДИННОГО ШВА

А.О. Орлова1,2, А.Н. Инюшкин1

1ФГАОУ ВО «Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королёва»,
г. Самара, Россия;

2ЗАО «Медицинская компания ИДК», г. Самара, Россия

e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

 

Цель работы. Изучить реакции паттерна дыхания и биоэлектрической активности инспираторных мышц у крыс при электростимуляции рострального отдела большого ядра до и на фоне микроинъекции гамма-аминомасляной кислоты (ГАМК) (в первой серии эксперимента) и габазина (во второй серии).

Материалы и методы. Эксперименты проведены на 24 взрослых нелинейных крысах. Животных наркотизировали уретаном (1,5 г/кг внутрибрюшинно). Паттерн дыхания регистрировали методом спирографии. Одновременно с этим записывали биоэлектрическую активность диафрагмы и наружных межреберных мышц.

Результаты. Зарегистрировано сокращение продолжительности вдоха и снижение амплитудных показателей респираторных реакций при электростимуляции большого ядра. Микроинъекции габазина в данную структуру также приводили к уменьшению длительности инспирации, дыхательного объема, биоэлектрической активности наружных межреберных мышц, к небольшому увеличению длительности экспирации. Микроинъекции ГАМК, наоборот, вызывали рост биоэлектрической активности интеркостальных мышц и минутного объема дыхания. При электростимуляции на фоне микроинъекции ГАМК максимальная амплитуда осцилляций в залпах активности инспираторных мышц также повышалась. При этом были зарегистрированы снижение частотных и увеличение амплитудных параметров внешнего дыхания. Электростимуляция большого ядра на фоне введения габазина также вызывала увеличение дыхательного объема, минутного объема дыхания, максимальной амплитуды осцилляций залповой активности диафрагмы и наружных межреберных мышц.

Заключение. Полученные данные указывают на участие ГАМК в модулирующем респираторном влиянии нейронов большого ядра шва, реализующемся через ГАМКА-рецепторы.

Ключевые слова: большое ядро срединного шва, гамма-аминомасляная кислота, габазин, регуляция дыхания.

 

Литература

1. Nichols N.L., Johnson R.A., Satriotomo I., Mitchell G.S. Neither serotonin nor adenosine-dependent mechanisms preserve ventilatory capacity in ALS rats. Respir. Physiol. Neurobiol. 2014; 197: 19–28.

2. Subramanian H.H., Holstege G. The midbrain periaqueductal gray changes the eupneic respiratory rhythm into a breathing pattern necessary for survival of the individual and of the species. Prog. Brain. Res. 2014; 212: 351–384.

3.  Pilowsky P.M. Peptides, serotonin, and breathing: the role of the raphe in the control of respiration. Prog. Brain. Res. 2014; 20: 169–189.

4.  Bagdy E., Kiraly I., Harsing L.G. Reciprocal innervation between serotonergic and GABAergic neurons in raphe nuclei of the rat. Neurochemical Research. 2000; 25 (11): 1465–1473.

5.  Harsing L.G. The Pharmacology of the neurochemical transmission in the midbrain raphe nuclei of the rat. Current Neuropharmacology. 2006; 4: 313–339.

6.  Serrats J., Mengod G., Corte's R. Expression of serotonin 5-HT2° C receptors in GABAergic cells of the anterior raphe nuclei J. Chemical Neuroanatomy. 2005; 29: 83–91.

7.  Инюшкин А.Н., Меркулова Н.А., Орлова А.О., Инюшкина Е.М. Локальная ГАМКергическая модуляция активности серотонергических нейронов большого ядра шва. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2009; 95 (7): 750–761.

8.   Bie B., Fields H.L., Williams J.T., Pan Z.Z. Roles of1- and2-adrenoceptors in the nucleus raphe magnus in opioid analgesia and opioid abstinence-induced hyperalgesia. Neuroscience. 2003; 23 (21): 7950–7957.

9.  Перфилова В.Н., Тюренков И.Н. ГАМКВ-рецепторы: строение и функции. Экспериментальная и клиническая фармакология. 2010; 73 (11): 44–48.

10. Ковалев А.М., Ведясова О.А., Сафонов В.А., Тараканов И.А. Роль ГАМКВ-рецепторов в регуляции паттерна дыхания структурами вентральной респираторной группы. Вестник Удмуртского университета. 2011; 2: 110–115.

11. Александрова Н.П., Александров В.Г., Иванова Т.Г. Влияние гамма-аминомасляной кислоты на инспираторно-тормозящий рефлекс Геринга-Брейера. Рос. физиол. журн. им. И.М. Сеченова. 2008; 94 (12): 1356–1364.

12. Татаринцева Д.С., Маньшина Н.Г., Ведясова О.А. Реакции дыхания при микроиньекциях ГАМК и пинициллина в область дорсальной респираторной группы у крыс. Ульяновский медико-биологический журнал. 2013; 1: 109–115.

13.  Маньшина Н.Г., Ведясова О.А., Татаринцева Д.С. Изменение паттерна дыхания при микроиньекциях бикукулина в комплекс Бетцингера и комплекс пре-Бетцингера у крыс. Вестник Тверского государственного университета. Биология и экология. 2013; 29: 185–194.

14. Маньшина Н.Г., Ведясова О.А. Роль ГАМКА-рецепторов комплекса Бетцингера в регуляции дыхания у крыс. Ульяновский медико-биологический журнал. 2014; 1: 138–144.

15. Cao Y., Matsuyama K., Fujito Y., Aoki M. Involvement of medullary GABAergic and serotonergic raphe neurons in respiratory control: electrophysiological and immunohistochemical studies in rats. Neuroscience Research. 2006; 56 (3): 322–331.

16.   Paxinos G., Watson. C. The rat brain in stereotaxic coordinates. San Diego: Academic; 1998. 474.

 

 

 https://doi.org/10.23648/UMBJ.2016.24.3984

MODULATORY EFFECTS OF GABA AND GABAZIN ON RESPIRATORY RESPONSES DURING ELECTROSTIMULATION OF NUCLEUS RAPHE MAGNUS

A.O. Orlova1,2, A.N. Inyushkin1

1Academician Korolev Samara National Research University, Samara, Russia;

2Medical Company IDK, Samara, Russia

e-mail: This email address is being protected from spambots. You need JavaScript enabled to view it.

 

Objective. Nucleus raphe magnus, preliminary consisting of serotonergic and GABAergic neurons, is involved in modulation of different respiratory responses. GABA, a neurotransmitter participating in respiratory rhythmogenesis, is known to have inhibitory effects on respiratory parameters.

Materials and Methods. The authors studied the responses of respiratory pattern and bioelectric activity of inspiratory muscles in rats to electrostimulation of the rostral nucleus raphe magnus before and during microinjections of GABA or gabazine. Experiments were conducted on adult rats anaesthetized with urethane.

Results. A decrease both in inspiratory duration and in amplitude parameters during electrical stimulation of the nucleus raphe magnus was found. Gabazine microinjected into the same nucleus induced inhalation shortening, reduction in tidal volume, decrease in bioelectric activity of external intercostal muscles, and uptick in expiratory duration. Microinjections of GABA induced increase in bioelectric activity of external intercostal muscles and minute volume. During electric stimulation after microinjection of GABA, maximal amplitude of oscillations of inspiratory muscles also increased. Besides, breathing frequency reduction and amplitude increase were recorded. Electric stimulation after administration of gabazine also caused increase of the tidal volume, minute volume, maximal amplitude of oscillations of bursting activity of the diaphragm and external intercostal muscles.

Conclusion. The obtained data confirm the involvement of GABA via activation of GABAA receptors in modulation of respiration by neurons of nucleus raphe magnus.

Keywords: nucleus raphe magnus, GABA, gabazin, respiratory control.

 

References

1. Nichols N.L., Johnson R.A., Satriotomo I., Mitchell G.S. Neither serotonin nor adenosine-dependent mechanisms preserve ventilatory capacity in ALS rats. Respir. Physiol. Neurobiol. 2014; 197: 19–28.

2. Subramanian H.H., Holstege G. The midbrain periaqueductal gray changes the eupneic respiratory rhythm into a breathing pattern necessary for survival of the individual and of the species. Prog. Brain. Res. 2014; 212: 351–384.

3.  Pilowsky P.M. Peptides, serotonin, and breathing: the role of the raphe in the control of respiration. Prog. Brain. Res. 2014; 20: 169–189.

4.  Bagdy E., Kiraly I., Harsing L.G. Reciprocal innervation between serotonergic and GABAergic neurons in raphe nuclei of the rat. Neurochemical Research. 2000; 25 (11): 1465–1473.

5.  Harsing L.G. The Pharmacology of the neurochemical transmission in the midbrain raphe nuclei of the rat. Current Neuropharmacology. 2006; 4: 313–339.

6. Serrats J., Mengod G., Corte's R. Expression of serotonin 5-HT2° C receptors in GABAergic cells of the anterior raphe nuclei. J. Chemical Neuroanatomy. 2005; 29: 83–91.

7. Inyushkin A.N., Merkulova N.A., Orlova A.O., Inyushkina E.M. Lokal'naya GAMKergicheskaya modulyatsiya aktivnosti serotonergicheskikh neyronov bol'shogo yadra shva [Local GABAeric modulation of the activity of serotonergic neurons in nucleus raphe magnus]. Rossiyskiy fiziologicheskiy zhurnal im. I.M. Sechenova. 2009; 95 (7): 750–761 (in Russian).

8. Bie B., Fields H.L., Williams J.T., Pan Z.Z. Roles of a1- and a2-adrenoceptors in the nucleus raphe magnus in opioid analgesia and opioid abstinence-induced hyperalgesia. Neuroscience. 2003; 23 (21): 7950–7957.

9. Perfilova V.N., Tyurenkov I.N. GAMKV-retseptory: stroenie i funktsii [GABAB-type receptors: structure and functions]. Eksperimental'naya i klinicheskaya farmakologiya. 2010; 73 (11): 44-48 (in Russian).

10. Kovalev A.M., Vedyasova O.A., Safonov V.A., Tarakanov I.A. Rol' GAMKV-retseptorov v regulyatsii patterna dykhaniya strukturami ventral'noy respiratornoy gruppy [Role of GABAB-type receptors in breathing pattern regulation by means of ventral respiratory group]. Vestnik Udmurtskogo universiteta. 2011; 2: 110–115 (in Russian).

11. Aleksandrova N.P., Aleksandrov V.G., Ivanova T.G. Vliyanie gamma-aminomaslyanoy kisloty na inspiratorno-tormozyashchiy refleks Geringa-Breyera [Effects of CABA on the Hering-Breuer inspiratory-inhibitory reflex]. Ros. fiziol. zhurn. im. I.M. Sechenova. 2008; 94 (12): 1356–1364 (in Russian).

12. Tatarintseva D.S., Man'shina N.G., Vedyasova O.A. Reaktsii dykhaniya pri mikroin'ektsiyakh GAMK i pinitsillina v oblast' dorsal'noy respiratornoy gruppy u krys [Respiratory responses under microinjections of GABA and penicillin into dorsal respiratory group in rats]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2013; 1: 109–115 (in Russian).

13. Man'shina N.G., Vedyasova O.A., Tatarintseva D.S. Izmenenie patterna dykhaniya pri mikroin'ektsiyakh bikukulina v kompleks Bettsingera i kompleks pre-Bettsingera u krys [Reactions of the breathing pattern to microinjections of bicuculline into the Bötzinger and pre-Bötzinger complex in rarts]. Vestnik Tverskogo gosudarstvennogo universiteta. Biologiya i ekologiya. 2013; 29: 185–194 (in Russian).

14.  Man'shina N.G., Vedyasova O.A. Rol' GAMKA-retseptorov kompleksa Bettsingera v regulyatsii dykhaniya u krys [Role of GABAα-type receptors of the Bötzinger complex in respiratory regulation in rats]. Ul'yanovskiy mediko-biologicheskiy zhurnal. 2014; 1: 138–144 (in Russian).

15. Cao Y., Matsuyama K., Fujito Y., Aoki M. Involvement of medullary GABAergic and serotonergic raphe neurons in respiratory control: electrophysiological and immunohistochemical studies in rats. Neuroscience Research. 2006; 56 (3): 322–331.

16.   Paxinos G., Watson. C. The rat brain in stereotaxic coordinates. San Diego: Academic; 1997.