scbmtБИОМЕДИЦИНАJournal Biomed2074-59822713-0428Scientific center of biomedical technologies of Federal Medical and Biological Agency10.33647/2074-5982-16-1-56-64scbmt-1175Research ArticleМЕТОДЫ БИОМЕДИЦИНСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙMETHODS OF BIOMEDICAL RESEARCHESАнализ роли ГАМКергических механизмов в регуляции респираторной активности парафациальных структур ствола мозга у крысAnalysis of the Role of GABAergic Mechanisms in Regulation of the Respiratory Activity of Parafacial Structures of the Brainstem in RatsВедясоваО. А.VedyasovaO. A.

Ведясова Ольга Александровна – д.б.н., проф.

443086, Самара, Московское шоссе, д. 34

Olga A. Vedyasova – Dr. Sci. (Biol.), Prof.

443086, Samara, Moscow highway, 34

o.a.vedyasova@gmail.comКовалеваТ. Е.KovalevaT. E.

Ковалева Татьяна Евгеньевна

443068, Самара, ул. Ново-Садовая, д. 154

Tatiana E. Kovaleva

443068, Samara, Novo-Sadovaya str., 154

kovalova.t.e@gmail.comБудаевА. И.BudaevA. I.

Будаев Александр Иванович

443086, Самара, Московское шоссе, д. 34

Alexandr I. Budaev

443086, Samara, Moscow highway, 34

budaev.sasha@mail.ruФГАОУ ВО «Самарский национальный исследовательский университет им. академика С.П. Королева»РоссияSamara National Research UniversityRussian FederationГБУЗ «Самарский областной клинический противотуберкулезный диспансер им. Н.В. Постникова»РоссияN.V. Postnikov Samara Region Clinical Tuberculosis DispensaryRussian Federation2020280220201615664Copyright © Ведясова О.А., Ковалева Т.Е., Будаев А.И., 20202020Ведясова О.А., Ковалева Т.Е., Будаев А.И.Vedyasova O.A., Kovaleva T.E., Budaev A.I.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://journal.scbmt.ru/jour/article/view/1175

В острых экспериментах на наркотизированных уретаном взрослых крысах в условиях дыхания атмосферным воздухом неизмененного газового состава изучали изменения параметров спирограммы и биоэлектрической активности диафрагмы в ответ на микроинъекции агониста ГАМКА -рецепторов мусцимола в регион ретротрапециевидное ядро / парафациальная респираторная группа (РТЯ/ пФРГ). Микроинъекции мусцимола в РТЯ оказывали на дыхание тормозное действие, которое развивалось достаточно быстро. У крыс снижались минутная вентиляция легких и объемная скорость инспираторного потока, что обеспечивалось в первую очередь изменением временных параметров дыхания, в т. ч. уменьшением его частоты. Реакциям внешнего дыхания соответствовало значительное увеличение длительности инспираторных залпов и менее выраженное уменьшение амплитуды осцилляций на электромиограмме (ЭМГ) диафрагмы. Микроинъекции раствора мусцимола в пФРГ также вызывали угнетение дыхания, однако снижение легочной вентиляции и объемной скорости инспираторного потока в данном случае было связано с преимущественным уменьшением дыхательного объема при незначительной пролонгации вдоха и выдоха. На ЭМГ диафрагмы при этом заметно уменьшалась амплитуда осцилляций в сочетании с небольшим увеличением длительности инспираторных залпов и межзалповых интервалов. Полученные экспериментальные данные свидетельствуют о том, что ГАМКА -рецепторы включены в деятельность региона РТЯ/пФРГ и являются важным звеном центральных механизмов респираторного контроля у взрослых крыс при дыхании атмосферным воздухом неизмененного газового состава. При этом ГАМКА -рецепторы РТЯ вносят преимущественный вклад в регуляцию фазовой структуры дыхательного цикла и частоты формирования инспираторных залпов диафрагмы, в то время как ГАМКА -рецепторы пФРГ в большей степени участвуют в тормозной модуляции объемных параметров внешнего дыхания и амплитуды осцилляций диафрагмальной активности.

Acute experiments on anesthetized adult rats breathing atmospheric air of constant gas composition were performed in order to assess changes in the parameters of the spirogram and the bioelectric activity of the diaphragm in response to microinjections of GABAA -agonist muscimol into the retrotrapezoid nucleus/ parafacial respiratory group (RTN/pFRG) region. Microinjections of muscimol into RTN had an inhibitory effect on respiration, which developed sufficiently quickly. The rats demonstrated a decrease in the respiratory minute volume and the inspiratory flow rate, which occurred primarily due to a change in the temporal parameters of respiration, including its reduced frequency. The reactions of external respiration corresponded to а significant increase in the duration of inspiratory bursts and a less pronounced decrease in the amplitude of oscillations on the electromyogram (EMG) of the diaphragm. Microinjections of muscimol into pFRG also caused respiratory depression; however, a decrease in the lung ventilation and inspiratory flow rate was associated predominantly with a decrease in the tidal volume and a slight prolongation of inspiration and expiration. In this case, the diaphragm EMG showed a pronounced decrease in the oscillation amplitude in combination with a slight increase in the duration of inspiratory bursts and interburst intervals. The obtained experimental data indicate that GABAA -receptors contribute to the activity of the RTN/pFRG region and constitute an important link in the central mechanisms of respiratory control in mammals breathing atmospheric air of unchanged gas composition. Thus, GABAA -receptors of RTN make a significant contribution to regulation of the phase structure of the respiratory cycle and the frequency of diaphragmatic inspiratory bursts, while GABAA -receptors of pFRG are more involved in the inhibitory modulation of the volumetric parameters of external respiration and the amplitude of diaphragmatic activity oscillations.

ретротрапециевидное ядропарафациальная респираторная группаГАМКА-рецепторымусцимолвнешнее дыханиеэлектромиограмма диафрагмыparafacial respiratory groupretrotrapezoid nucleusGABAA-receptorsexternal respirationelectromyogram of the diaphragmработа выполнена при поддержке гранта РФФИ № 18-29-14073.the work was carried out under the support of the RFBR grant No. 18-29-14073.ReferencesВедясова О.А., Ковалева Т.Е. Роль ГАМКА-рецепторов парафациальной респираторной группы в регуляции дыхания у крыс. Бюллетень экспериментальной биологии и медицины. 2018;165(6):664–668.Vedyasova O.A., Kovaleva T.E. Rol’ GAMKA-retseptorov parafatsial’noy respiratornoy gruppy v regulyatsii dykhaniya u krys. [Role of GABAA -receptors of parafacial respiratory group in control of respiration in rats]. Byulleten’ eksperimental’noy biologii i meditsiny [Bulletin of Experimental Biology and Medicine]. 2018;165(6):664–668. (In Russian)Калуев А.В. Как организован хлорный ионофор ГАМКА -рецептора? Нейронауки. Теоретические и клинические аспекты. 2006;3:31–42.Kaluyev A.V. Kak organizovan khlornyy ionofor GAMKA retseptora? [How is the GABAA receptor chlorine ionophore organized?]. Neyronauki. Teoreticheskiye i klinicheskiye aspekty [Neuroscience. Theoretical and clinical aspects]. 2006;3:31–42. (In Russian)Тараканов И.А., Сафонов В.А. ГАМКергическая система и ее значение для регуляции дыхания. Физиология человека. 1998;24(5):116–128.Tarakanov I.A., Safonov V.A. GAMKergicheskaya sistema i yeye znacheniye dlya regulyatsii dykhaniya. [The GABA-ergic system and its importance for regulating respiration]. Fiziologiya cheloveka. [Human physiology]. 1998;24(5):116–128. (In Russian)Abbott S.B., Stornetta R.L., Coates M.B., Guyenet P.G. Phox2b-expressing neurons of the parafacial region regulate breathing rate, inspiration, and expiration in conscious rats. J. Neurosci. 2011;31(45):16410–16422.Abbott S.B., Stornetta R.L., Coates M.B., Guyenet P.G. Phox2b-expressing neurons of the parafacial region regulate breathing rate, inspiration, and expiration in conscious rats. J. Neurosci. 2011;31(45):16410–16422.Bongianni F., Mutolo D., Cinelli E., Pantaleo T. Respiratory responses induced by blockades of GABA and glycine receptors within the Bötzinger complex and the pre-Bötzinger complex of the rabbit. Brain Res. 2010;1344:134–147.Bongianni F., Mutolo D., Cinelli E., Pantaleo T. Respiratory responses induced by blockades of GABA and glycine receptors within the Bötzinger complex and the pre-Bötzinger complex of the rabbit. Brain Res. 2010;1344:134–147.Cream С., Li А., Nattie Е. The retrotrapezoid nucleus (RTN): local cytoarchitecture and afferent connections. Respir. Physiol. Neurobiol. 2002;130:121–137.Cream С., Li А., Nattie Е. The retrotrapezoid nucleus (RTN): local cytoarchitecture and afferent connections. Respir. Physiol. Neurobiol. 2002;130:121–137.Fortuna M.G., West G.H., Stornetta R.L., Guyenet P.G. Bötzinger expiratory-augmenting neurons and the parafacial respiratory group. J. Neurosci. 2008;28(10):2506–2515.Fortuna M.G., West G.H., Stornetta R.L., Guyenet P.G. Bötzinger expiratory-augmenting neurons and the parafacial respiratory group. J. Neurosci. 2008;28(10):2506–2515.Guyenet P., Bayliss D., Stornetta R., Ludwig M.G., Kumar N.N., Shi Y., et al. Proton detection and breathing regulation by the retrotrapezoid nucleus. J. Physiol. 2016;594(6):1529–1551.Guyenet P., Bayliss D., Stornetta R., Ludwig M.G., Kumar N.N., Shi Y., et al. Proton detection and breathing regulation by the retrotrapezoid nucleus. J. Physiol. 2016;594(6):1529–1551.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.