Ulyanovsk Medico-biological Journal

NORMAL AND PATHOLOGICAL PHYSIOLOGY

Download article

ROLE OF THE BETZINGER COMPLEX GABAA-RECEPTORS IN RESPIRATORY CONTROL IN RATS

N.G. Manshina, O.A. Vedyasova

Samara State University

 

In adult anaesthetized rats the reactions of breathing and inspiratory muscles activity to microinjections of muscimol (10-6 M) and bicuculline (10-6 M) into the Betzinger complex (BC) were investigated. It was shown, that muscimol microinjections into the BC shortened inspiratory and expiratory time and increased respiratory frequency, under this conditions the tidal volume and lung ventilation were increased. These responses corresponded to responses of temporal and amplitude parameters of electromiogramms of inspiratory muscles activity. Аdministrations of bicuculline into the BC decreased respiratory frequency, while volumetric parameters of breathing was not changed essentially. It is suggested that the reactions observed demonstrate the various contribution of GABAA-receptors within BC, in control of the temporal and volumetric parameters of breathing pattern.

Keywords: Betzinger complex, pattern of breathing, GABAА-receptors, muscimol, bicuculline.

 

References

  1. Александрова Н. П. Влияние гамма-аминомасляной кислоты на инспираторно-тормозящий рефлекс Геринга–Брейера / Н. П. Александрова, В. Г. Александров, Т. Г. Иванова // Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова. – 2008. – Т. 94, № 12. – С. 1356–1364.

  2. Ведясова О. А. Реакции дыхания при микроинъекции ГАМК и пенициллина в различные отделы вентральной респираторной группы / О. А. Ведясова, А. М. Ковалев // Бюл. экспериментальной биологии и медицины. – 2012. – Т. 153, № 2. – С. 137–140.

  3. Калуев А. В. Как организован хлорный ионофор ГАМК-А рецептора? / А. В. Калуев // Нейронауки. – 2006. – № 3 (5). – С. 31–43.

  4. Реакции дыхания на введение агонистов ГАМКергических рецепторов / И. А. Тараканов [и др.] // Бюл. сибирской медицины. – 2005. – Т. 4 (прил. 1). – С. 47–48.

  5. Alheid G. F. The chemical neuroanatomy of breathing / G. F. Alheid, D. R. McCrimmon // Respir. Physiol. Neurobiol. – 2008. – Vol. 164. – P. 3–11.

  6. Association of GABA(B)R1 receptor gene polymorphism with obstructive sleep apnea syndrome / Y. A. Bayazit [et al.] // ORL. J. Otorhinolaryngol. Relat. Spec. – 2007. – Vol. 69, № 3. – Р. 190–197.

  7. Banks M. I. Kinetic differences between synaptic and extrasynaptic GABA(A) receptors in CA1 pyramidal cells / M. I. Banks, R. A. Pearce // J. Neurosci. – 2000. – Vol. 20, № 3. – P. 937–948.

  8. Bianchi M. T. Structural determinants of fast desensitization and desensitization-deactivation coupling in GABAa receptors / M. T. Bianchi, K. F. Haas, R. L Macdonald // J. Neurosci. – 2001. – Vol. 21, № 4. – P. 1127–1136.

  9. Blockade of synaptic inhibition within the pre-Bötzinger complex in the cat suppresses respiratory rhythm generation in vivo / О. Pierrefiche [et al.] // J. Physiol (Lond.). – 1998. – Vol. 509. – Р. 245–254.

  10. Bou-Flores C. Gap junctions and inhibitory synapses modulate inspiratory motoneuron synchronization / C. Bou-Flores, A. J. Berger // J. Neurophysiol. – 2001. – Vol. 85. – P. 1543–1551.

  11. Chitravanshi V. C. Phrenic nerve responses to chemical stimulation of the subregions of ventral medullary neuronal group in the rat / V. C. Chitravanshi, H. N. Sapru // Brain Res. – 1999. – Vol. 821, № 2. – P. 443–446.

  12. Differential ontogeny of GABA(B)-receptor-mediated pre- and postsynaptic modulation of GABA and glycine transmission in respiratory rhythm-generating network in mouse / W. Zhang [et al.] // J. Physiol. – 2002. – Vol. 540. – P. 435–446.

  13. Duffin J. Functional synaptic connections among respiratory neurons / J. Duffin, G.-F. Tian, J. N. Peever // Pespir. Physiol. – 2000. – Vol. 122. – P. 237–246.

  14. Dynamic mobility of functional GABAA receptors at inhibitory synapses / P. Thomas [et al.] // Nat. Neurosci. – 2005. – Vol. 8. – P. 889–897.

  15. Feldman J. L. Looking for inspiration: new perspectives on respiratory rhythm / J. L. Feldman,C. A. Del Negro // Nat. Rev. Neurosci. – 2006. – Vol. 7. – Р. 232–242.

  16. Glycinergic pacemaker neurons in preBötzinger complex of neonatal mouse / C. Morgado-Valle [et al.] // J. Neurosci. – 2010. – Vol. 30. – P. 3634–3639.

  17. Haji A. Neuropharmacology of control of respiratory rhythm and pattern in mature mammals / A. Haji, R. Takeda, M. Okazaki // Pharmacol.Ther. – 2000. – Vol. 86. – P. 277– 304.

  18. Iizuka M. GABAA and glycine receptors in regulation of intercostal and abdominal expiratory activity in vitro in neonatal rat / M. Iizuka // J. Physiol. – 2003. – Vol. 551, № 2. – Р. 617–633.

  19. Respiratory responses evoked by blockades of ionotropic glutamate receptors within the Bötzinger complex and the pre-Bötzinger complex of the rabbit / D. Mutolo [et al.] // Eur. J. Neurosci. – 2005. – Vol. 21. – Р. 122–134.

  20. Respiratory responses induced by blockades of GABA and glycine receptors within the Bötzinger complex and the pre-Bötzinger complex of the rabbit / F. Bongianni [et al.] // Brain Res. – 2010. – Vol. 1344. – P. 134–147.

  21. Ritter B. Early postnatal maturation of GABAA-mediated inhibition in the brainstem respiratory rhythm-generating network of the mouse / B. Ritter, W. Zhang // Eur. J. Neurosci. – 2000. – Vol. 12. – P. 2975–2984.

  22. Role of inhibition in respiratory pattern generation / W. A. Janczewski [et al.] // J. Neurosci. – 2013. – Vol. 33, № 13. – P. 5454–5465.

  23. Shao X. M. Respriatory rhythm generation and synaptic inhibition of expiratory neurons in pre-Botzinger complex: differential roles of glycinergic and GABАergic neural transmission / X. M. Shao, J. L. Feldman // J. Neurophysiol. – 1997. – Vol. 77. – P. 1853–1860.

  24. St-Jacques R. Transient, reversible apnoea following ablation of the pre-Botzinger complex in rats / R. St-Jacques, W. M. St-John // J. Physiol. – 1999. – Vol. 520, № 1. – P. 303–314.

  25. Sun Q. Firing patterns of pre-Botzinger and Botzinger neurons during hypocapnia in the adult rat/ Q. Sun, A. K. Goodchild, P. M. Pilowsky // Brain Res. – 2001. – Vol. 903. – P. 198–206.

  26. Tian G.-F. Botzinger-complex, bulbospinal expiratory neurons monosynaptically inhibit ventral-group respiratory neurones in the decerebrate rat / G.-F. Tian, J. H. Peever, J. Duffin // Exp. Brain. Res. – 1999. – Vol. 124. – P. 173–180.

 

Скачать статью

УДК 612.282:612.285

РОЛЬ ГАМКА-РЕЦЕПТОРОВ КОМПЛЕКСА БЕТЦИНГЕРА В РЕГУЛЯЦИИ ДЫХАНИЯ У КРЫС

Н.Г. Маньшина, О.А. Ведясова

Самарский государственный университет

 

В острых опытах на наркотизированных половозрелых крысах изучены изменения паттерна внешнего дыхания и биоэлектрической активности инспираторных мышц при микроинъекциях растворов (10-6 М) мусцимола и бикукуллина в комплекс Бетцингера (КБ). Установлено, что инъекции мусцимола в КБ укорачивают вдох и выдох, повышая частоту дыхания, при этом дыхательный объем и легочная вентиляция увеличиваются, что совпадает с изменениями частотно-амплитудных параметров электромиограмм инспираторных мышц. При введении бикукуллина в КБ частота дыхания снижается, а объемные параметры спирограмм закономерно не меняются. Наблюдаемые реакции свидетельствуют о различной роли ГАМКА-рецепторов области КБ в механизмах регуляции ритма и объемных параметров дыхания.

Ключевые слова: комплекс Бетцингера, паттерн дыхания, ГАМКА-рецепторы, мусцимол, бикукуллин.

 

Литература

  1. Александрова Н. П. Влияние гамма-аминомасляной кислоты на инспираторно-тормозящий рефлекс Геринга–Брейера / Н. П. Александрова, В. Г. Александров, Т. Г. Иванова // Рос. физиол. журн. им. И. М. Сеченова. – 2008. – Т. 94, № 12. – С. 1356–1364.

  2. Ведясова О. А. Реакции дыхания при микроинъекции ГАМК и пенициллина в различные отделы вентральной респираторной группы / О. А. Ведясова, А. М. Ковалев // Бюл. экспериментальной биологии и медицины. – 2012. – Т. 153, № 2. – С. 137–140.

  3. Калуев А. В. Как организован хлорный ионофор ГАМК-А рецептора? / А. В. Калуев // Нейронауки. – 2006. – № 3 (5). – С. 31–43.

  4. Реакции дыхания на введение агонистов ГАМКергических рецепторов / И. А. Тараканов [и др.] // Бюл. сибирской медицины. – 2005. – Т. 4 (прил. 1). – С. 47–48.

  5. Alheid G. F. The chemical neuroanatomy of breathing / G. F. Alheid, D. R. McCrimmon // Respir. Physiol. Neurobiol. – 2008. – Vol. 164. – P. 3–11.

  6. Association of GABA(B)R1 receptor gene polymorphism with obstructive sleep apnea syndrome / Y. A. Bayazit [et al.] // ORL. J. Otorhinolaryngol. Relat. Spec. – 2007. – Vol. 69, № 3. – Р. 190–197.

  7. Banks M. I. Kinetic differences between synaptic and extrasynaptic GABA(A) receptors in CA1 pyramidal cells / M. I. Banks, R. A. Pearce // J. Neurosci. – 2000. – Vol. 20, № 3. – P. 937–948.

  8. Bianchi M. T. Structural determinants of fast desensitization and desensitization-deactivation coupling in GABAa receptors / M. T. Bianchi, K. F. Haas, R. L Macdonald // J. Neurosci. – 2001. – Vol. 21, № 4. – P. 1127–1136.

  9. Blockade of synaptic inhibition within the pre-Bötzinger complex in the cat suppresses respiratory rhythm generation in vivo / О. Pierrefiche [et al.] // J. Physiol (Lond.). – 1998. – Vol. 509. – Р. 245–254.

  10. Bou-Flores C. Gap junctions and inhibitory synapses modulate inspiratory motoneuron synchronization / C. Bou-Flores, A. J. Berger // J. Neurophysiol. – 2001. – Vol. 85. – P. 1543–1551.

  11. Chitravanshi V. C. Phrenic nerve responses to chemical stimulation of the subregions of ventral medullary neuronal group in the rat / V. C. Chitravanshi, H. N. Sapru // Brain Res. – 1999. – Vol. 821, № 2. – P. 443–446.

  12. Differential ontogeny of GABA(B)-receptor-mediated pre- and postsynaptic modulation of GABA and glycine transmission in respiratory rhythm-generating network in mouse / W. Zhang [et al.] // J. Physiol. – 2002. – Vol. 540. – P. 435–446.

  13. Duffin J. Functional synaptic connections among respiratory neurons / J. Duffin, G.-F. Tian, J. N. Peever // Pespir. Physiol. – 2000. – Vol. 122. – P. 237–246.

  14. Dynamic mobility of functional GABAA receptors at inhibitory synapses / P. Thomas [et al.] // Nat. Neurosci. – 2005. – Vol. 8. – P. 889–897.

  15. Feldman J. L. Looking for inspiration: new perspectives on respiratory rhythm / J. L. Feldman,C. A. Del Negro // Nat. Rev. Neurosci. – 2006. – Vol. 7. – Р. 232–242.

  16. Glycinergic pacemaker neurons in preBötzinger complex of neonatal mouse / C. Morgado-Valle [et al.] // J. Neurosci. – 2010. – Vol. 30. – P. 3634–3639.

  17. Haji A. Neuropharmacology of control of respiratory rhythm and pattern in mature mammals / A. Haji, R. Takeda, M. Okazaki // Pharmacol.Ther. – 2000. – Vol. 86. – P. 277– 304.

  18. Iizuka M. GABAA and glycine receptors in regulation of intercostal and abdominal expiratory activity in vitro in neonatal rat / M. Iizuka // J. Physiol. – 2003. – Vol. 551, № 2. – Р. 617–633.

  19. Respiratory responses evoked by blockades of ionotropic glutamate receptors within the Bötzinger complex and the pre-Bötzinger complex of the rabbit / D. Mutolo [et al.] // Eur. J. Neurosci. – 2005. – Vol. 21. – Р. 122–134.

  20. Respiratory responses induced by blockades of GABA and glycine receptors within the Bötzinger complex and the pre-Bötzinger complex of the rabbit / F. Bongianni [et al.] // Brain Res. – 2010. – Vol. 1344. – P. 134–147.

  21. Ritter B. Early postnatal maturation of GABAA-mediated inhibition in the brainstem respiratory rhythm-generating network of the mouse / B. Ritter, W. Zhang // Eur. J. Neurosci. – 2000. – Vol. 12. – P. 2975–2984.

  22. Role of inhibition in respiratory pattern generation / W. A. Janczewski [et al.] // J. Neurosci. – 2013. – Vol. 33, № 13. – P. 5454–5465.

  23. Shao X. M. Respriatory rhythm generation and synaptic inhibition of expiratory neurons in pre-Botzinger complex: differential roles of glycinergic and GABАergic neural transmission / X. M. Shao, J. L. Feldman // J. Neurophysiol. – 1997. – Vol. 77. – P. 1853–1860.

  24. St-Jacques R. Transient, reversible apnoea following ablation of the pre-Botzinger complex in rats / R. St-Jacques, W. M. St-John // J. Physiol. – 1999. – Vol. 520, № 1. – P. 303–314.

  25. Sun Q. Firing patterns of pre-Botzinger and Botzinger neurons during hypocapnia in the adult rat/ Q. Sun, A. K. Goodchild, P. M. Pilowsky // Brain Res. – 2001. – Vol. 903. – P. 198–206.

  26. Tian G.-F. Botzinger-complex, bulbospinal expiratory neurons monosynaptically inhibit ventral-group respiratory neurones in the decerebrate rat / G.-F. Tian, J. H. Peever, J. Duffin // Exp. Brain. Res. – 1999. – Vol. 124. – P. 173–180.