Основные нейромедиаторы дыхательного центра

Автоматическое и ритмичное дыхание у млекопитающих возникает в результате сложной интеграции нейрональных сетей в стволе мозга — преимущественно в продолговатом мозге и мосту. Эти сети, составляющие дыхательный центр, обеспечивают непрерывное чередование вдоха и выдоха, адаптацию частоты и глубины дыхания к метаболическим требованиям организма, и интеграцию сенсорной информации от периферических и центральных хеморецепторов и механорецепторов.

Наиболее важными для понимания этой системы являются процессы нейротрансмиссии и нейромодуляции — то есть химическая передача сигналов между нейронами дыхательного генератора. Рассмотрим основные нейромедиаторы и их функциональное значение.

1. Основные нейромедиаторы дыхательного ритма

1.1 Экзитаторная передача — глутамат

Глутамат — главный возбуждающий нейромедиатор дыхательного центра, особенно важный для генерации и поддержания ритма вдоха:

· Он опосредует возбуждающую синаптическую передачу через AMPA и NMDA-рецепторы на нейронах ритмогенераторных сетей, таких как pre-B?tzinger complex — ключевой генератор импульсов вдоха.

· Глутаматергическая передача обеспечивает пространственно-временную синхронизацию возбуждения большого числа нейронов, что критично для стабильности дыхательного ритма.

1.2 Ингибиторная передача — ГАМК и глицин

Чтобы сформировать фазовый цикл вдох–выдох, необходимо не только возбуждение, но и фазное торможение:

· ГАМК (?-аминомасляная кислота) через GABA_A-рецепторы обеспечивает сильное быстрое торможение, особенно на различных этапах дыхательного цикла, регулируя переходы между фазами.

· Глицин также служит быстрым ингибирующим медиатором в дыхательных ядрах, особенно в вентральной части дыхательного центра, увеличивая точность фазирования дыхательных актов.

Таким образом, соотношение возбуждающих (глутамат) и тормозных (ГАМК, глицин) влияний формирует базовый центральный паттерн генератора дыхания (CPG — central pattern generator).

2. Нейромодуляторы дыхательного центра — аминергические и пептидергические системы

Помимо классических возбуждающих/тормозных медиаторов, дыхательный центр получает многочисленные модулирующие влияния от моноаминергических и пептидергических систем. Эти нейромодуляторы не являются основными передатчиками ритма, но отличаются важной ролью в адаптации дыхания к состоянию организма:

2.1 Серотонин (5-HT)

· Серотонинергические проекции из ядер шва (raphe nuclei) модулируют активность дыхательных нейронов и влияют на высоту и стабильность дыхательного ритма.

· Установлено, что серотонин способствует усилению активности мотонейронов дыхательных мышц и участвует в ответах на гиперкапнию.

2.2 Норадреналин и дофамин

· Норадреналин из локуса церулеус и других стволовых структур оказывает влияния на частоту дыхания и его регулярность, особенно во время стрессов или изменения уровня бодрствования.

· Дофамин также может влиять на дыхательные сети, хотя его точная роль всё ещё уточняется и, возможно, проявляется через модуляцию чувствительности рецепторных входов.

2.3 Ацетилхолин, ATP, пептиды (Substance P, CCK и др.)

· Ацетилхолин влияет на дыхательные ядра через холинергические механизмы, участвуя в адаптационных ответах.

· ATP, Substance P, холецистокинин (CCK) и другие пептиды способны повышать частоту, амплитуду и регулярность дыхания через различные рецепторные механизмы.

3. Интеграция нейротрансмиссии и нейромодуляции

Ритм дыхания не является простым «автономным осциллятором»: он постоянно адаптируется по входным сигналам:

· Центральные хеморецепторы регистрируют изменения pH/CO? в спинномозговой жидкости и передают сигналы в дыхательный центр.

· Периферические хеморецепторы (каротидные и аортальные тельца) информируют о PO? и CO?, влияя на частоту и глубину дыхания через аксоны черепных нервов.

На уровне нейрональных сетей эти сенсорные входы интегрируются с внутренними медуллярными и понтинными модуляторами, что позволяет оптимально координировать дыхание под влиянием метаболических, эмоциональных и поведенческих факторов.

Основные нейромедиаторы дыхательного центра включают:

Классические возбуждающие и тормозные медиаторы:

· Глутамат — главный медиатор возбуждения, критически важный для генерации ритма.

· ГАМК и глицин — тормозные медиаторы, формирующие точные фазовые переходы вдох–выдох.

Нейромодуляторы, влияющие на адаптацию дыхания:

· Серотонин, норадреналин, дофамин, ацетилхин, пептиды (Substance P, CCK), ATP — адаптируют дыхательный генератор к условиям изменения метаболических потребностей, уровня бодрствования, физической нагрузки и др.

Понимание этих нейрохимических механизмов критично для изучения как нормальной физиологии дыхания, так и патологических состояний (например, нарушений ритма дыхания при гиперкапнии, апноэ сна, SIDS и др.) и разработки терапевтических подходов на основе нейромодуляции.

Источник: vk.com

Комментарии: