Центральная организация регуляции висцеральных функций: верно ли утверждение

Центральная организация регуляции висцеральных функций: верно ли утверждение о диффузном характере влияния симпатической системы на органы-мишени? Лекция 8

ФУНКЦИИ СИМПАТИЧЕСКОЙ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ «Экстремальные»: Реакция страха, борьбы или бегства (Fright, fight or flight response) Генерализованное (диффузное) повышение симпатической активности к большинству органов-мишеней «Повседневные»: Поддержание уровня артериального давления (барорефлекс) Избирательная симпатическая регуляция органов-мишеней в зависимости от текущих условий

ПЛАН ЛЕКЦИИ Медуллярный центр сердечно-сосудистой регуляции: локализация и строение Координация симпатических и парасимпатических влияний на сердце Типы вазомоторных симпатических нейронов и регуляция их активности Функциональные блоки симпатической нервной системы

«Прессорные» и «депрессорные» области продолговатого мозга Двойной штриховкой выделены области, при раздражении которых наблюдается повышение АД, одинарной – области, раздражение которых приводит к снижению АД Локализация ядер центра в мозге крысы Центр сердечно-сосудистой регуляции в продолговатом мозге RVLM (rostral ventrolateral medulla) NTS (ядро одиночного пучка) CVLM (caudal ventrolateral medulla) Nucleus ambiguus (обоюдное ядро) Перерезки: I. Снижение АД II. Очень сильное снижение АД III. АД низкое, но немного выше, чем после перерезки II

Chalmers, Pilowsky Journal of Hypertension 1991, 9: 675-694 Связи ростральных и каудальных отделов медуллярного центра сердечно-сосудистой регуляции NTS = Nucleus tractus solitarius RVM = RVLM: rostral ventro(lateral) medulla CVLM: caudal ventrolateral medulla ? Симпато-ингибирующий путь? Симпато-активирующий путь

Chalmers, Pilowsky Journal of Hypertension 1991, 9: 675-694 Связи ростральных и каудальных отделов медуллярного центра сердечно-сосудистой регуляции NTS = Nucleus tractus solitarius RVM = RVLM: rostral ventro(lateral) medulla CVLM: caudal ventrolateral medulla В RVLM лежат т.н. пресимпатические нейроны, обладающие тонической активностью: ? Истинные пейсмекерные нейроны ? «Гипотеза нервной сети»: тоническая активность нейронов RVLM определяется балансом приходящих к ним (+) и (-) синаптических влияний (как в дыхательном центре) ? Симпато-ингибирующий путь? Симпато-активирующий путь

Теория группового пейсмейкера: глутамат, высвобождающийся в возбуждающих синапсах, запускает цепь внутриклеточных процессов и обеспечивает синхронное возбуждение группы инспираторных нейронов дыхательного центра 4 – возникает инспираторный разряд вследствие синхронной залповой активности группы инспираторных нейронов 1 – рефрактерная стадия, возникающая после инспирации (синапсы молчат) 2 – наиболее возбудимые нейроны начинают разряжаться с низкой частотой 3 – клетки с высоким уровнем возбудимости синаптически активируют другие нейроны (положительная обратная связь) Активность XII (подъязычного) нерва Как и в дыхательном центре… После выключения возбуждающих глутаматергических входов активность снижается: для полноценной активности нужна нейронная сеть

ПЛАН ЛЕКЦИИ Медуллярный центр сердечно-сосудистой регуляции: локализация и строение Координация симпатических и парасимпатических влияний на сердце Типы вазомоторных симпатических нейронов и регуляция их активности Функциональные блоки симпатической нервной системы

спинной мозг симп. ганглий От барорецепторов и рецепторов низкого давления К сердцу и крове- носным сосудам NTS Возбуждающие синапсы (основной медиатор – глутамат) CVLM Nucleus ambiguus Блуждающий нерв (вагус) Тормозный синапс (ГАМК-ергический) Тело афферент-ного нейрона RVLM Дорсальное ядро вагуса Схема центральных путей артериального барорефлекса, рефлекса на раздражение кардиопульмонарных рецепторов (низкого давления) Как правило, реципрокные изменения активности СНС и ПСНС

Paton JF, Boscan P, Pickering AE, Nalivaiko E. The yin and yang of cardiac autonomic control: vago-sympathetic interactions revisited. Brain Res Brain Res Rev. 2005 Nov;49(3):555-65. Реципрокные изменения активности в симпатическом и парасимпатическом нервах сердца при повышении АД Симп. активность Парасимп. активность ЧСС АД

Барорефлекторная регуляция сердечного ритма: изменения ЧСС при повышении и снижении АД Повышение АД (фенилэфрин): вагусный компонент проявляется раньше, чем симпатический Снижение АД (нитропруссид): торможение вагуса и активация симпатических влияний совпадают во времени

Барорефлекторная регуляция сердечного ритма: ингибирование одного из отделов автономной НС приводит к сужению диапазона регуляции ЧСС и к уменьшению чувствительности барорефлекса После блокады парасимпатических влияний После блокады симпатических влияний

Схема центральных путей артериального барорефлекса и хеморефлекса Дорсальное двигательное ядро вагуса Влияния от ядер ретикулярной формации моста, гипоталамуса (паравентрикулярное ядро) и др. AP, area postrema; CPS, chemoreceptor projection site; CS, calamus scriptorius; CVLM, caudal ventrolateral medullary depressor area; I-NTS, intermediate portion of the nucleus tractus solitarius; IML, intermediolateral cell column of the thoraco-lumbar cord; nA, nucleus ambiguus; NTS, nucleus tractus solitarius; PMN, phrenic motor nucleus; PN, phrenic nerve; rVRG, rostral ventrolateral respiratory group of neurons; SN, sympathetic nerve. + + - + + + + Торможение EAA, excitatory amino acid - глутамат) GABA - ГАМК Реципрокные изменения активности СНС и ПСНС В RVLM cигналы передаются не через CVLM, а прямо из NTS: одновременная активация СНС и ПСНС Активация дыхания

Paton JF, Boscan P, Pickering AE, Nalivaiko E. The yin and yang of cardiac autonomic control: vago-sympathetic interactions revisited. Brain Res Brain Res Rev. 2005 Nov;49(3):555-65. Однонаправленные изменения активности в симпатическом и парасимпатическом нервах сердца у наркотизированной собаки при активации хеморецепторов Симп. активность Парасимп. активность ЧСС АД Активность в диафрагмальном нерве

Paton JF, Nalivaiko E, Boscan P, Pickering AE. Reflexly evoked coactivation of cardiac vagal and sympathetic motor outflows: observations and functional implications. Clin Exp Pharmacol Physiol. 2006 Dec;33(12):1245-50. Свидетельства одновременной активации симпатических и парасимпатических влияний на сердце у бодрствующей крысы при старт-реакции Вагусное торможение Симпатическое ускорение

Paton JF, Boscan P, Pickering AE, Nalivaiko E. The yin and yang of cardiac autonomic control: vago-sympathetic interactions revisited. Brain Res Brain Res Rev. 2005 Nov;49(3):555-65. Реципрокные изменения активности СНС и ПСНС Сонаправленные изменения активности СНС и ПСНС Гомеостатические рефлексы: при активации артериальных барорецепторов и барорецепторов низкого давления Негомеостатические (защитные) рефлексы: Хеморефлекс: - гипоксия – увеличение активности СНС и ПСНС, при умеренной гипоксии преобладает влияние СНС (увеличение ЧСС), при жесткой – ПСНС (СНС тормозится - уменьшение ЧСС); - гиперкапния – также увеличение активности СНС и ПСНС, преобладает влияние СНС; - гипокапния – торможение активности СНС и ПСНС. Нырятельный рефлекс – преобладает влияние ПСНС, уменьшение ЧСС Окулокардиальный рефлекс (рефлекс Даньини-Ашнера) – преобладает влияние ПСНС, уменьшение ЧСС Старт-рефлекс – может преобладать влияние СНС или ПСНС Активация соматических ноцицепторов – преобладает влияние СНС, увеличение ЧСС В зависимости от типа реакции изменения активности в идущих к сердцу симпатических и парасимпатических нервах могут быть как реципрокными, так и сонаправленными Расширение диапазона регуляции ЧСС, повышение эффективности регуляции по принципу отрицательной обратной связи Высокая точность установки значения ЧСС на заданном уровне Увеличение сократимости миокарда (компенсация снижения сократимости из-за уменьшения ЧСС – эффекта Боудича) Расширение коронарных сосудов Парасимпатическая тахикардия - ??? Возможные механизмы: влияние ВИП, стимуляция хромаффинных клеток сердца и адренергических вставочных нейронов в ганглиях (SIF- small intensely fluorescent cells)

ПЛАН ЛЕКЦИИ Медуллярный центр сердечно-сосудистой регуляции: локализация и строение Координация симпатических и парасимпатических влияний на сердце Типы вазомоторных симпатических нейронов и регуляция их активности Функциональные блоки симпатической нервной системы

ВАЗОМОТОРНЫЕ СИМПАТИЧЕСКИЕ НЕЙРОНЫ Вазодилятаторы Холинергические симпатические волокна, иннервирующие артериальные сосуды скелетных мышц у человека и некоторых млекопитающих (нет тонической активности, активируются в предстартовой ситуации) Вазоконстрикторы Обладают тонической активностью, но ее паттерн различается в нервных волокнах, иннервирующих сосуды разных органов

Вазоконстрикторы Скелетных мышц Внутренних органов (в т.ч. почек) Кожи Выраженная пульсовая модуляция активности Пульсовая модуляция слабее Пульсовая модуляция отсутстствует Активируются во время вдоха Также активируются во время вдоха, но слабее, чем мышечные Модуляция отсутстствует или же качественно иная (активация вовремя выдоха)

Изменения симпатической активности, АД и ЧСС при измерении АД незнакомым врачом White coat effect) Grassi et al. Circulation 1999, 100, 222-225 При ориентировочной реакции активность вазоконстрикторов кожи повышается, а вазоконстрикторов скелетных мышц – тормозится К сосудам мышц К сосудам кожи АД (мм рт.ст.) ЧСС (уд/мин) К сосудам мышц К сосудам кожи

К сосудам мышц К сосудам кожи АД (мм рт.ст.) Активность синокаротидного нерва Гиперкапния Болевое воздействие При гиперкапнии и болевом воздействии активность вазоконстрикторов скелетных мышц повышается, а вазоконстрикторов кожи – тормозится

При стимуляции телец Пачини вибрацией активность вазоконстрикторов кожи тормозится, а судомоторных нейронов - повышается Кожный гальванический потенциал К сосудам кожи Температура Судо-моторный нейрон Вазо-моторный нейрон При повышении температуры гипоталамуса активность вазоконстрикторов кожи тормозится

Раздражение нервных центров гипоталамуса с помощью микроэлектродов сопровождается возникновением у животных поведенческих реакций: пищевого поведения, оборонительного поведения или бегства, полового поведения, терморегуляторных реакций и др. На уровне гипоталамуса происходит сопряжение регуляции вегетативных функций и поведения: разнонаправленные изменения скорости кровотока в разных органах

Guyenet Nature Reviews Neuroscience 7, 335–346 (May 2006) | doi:10.1038/nrn1902 Функциональная организация симпатического выхода к сосудам и надпочечникам

Guyenet Nature Reviews Neuroscience 7, 335–346 (May 2006) | doi:10.1038/nrn1902 Функциональная организация симпатического выхода к сосудам и надпочечникам Снижение АД Гипо-гликемия Адрена-лин Нор-адреналин Стимулы, активирующие разные типы клеток в мозговом веществе надпочечников

ПЛАН ЛЕКЦИИ Медуллярный центр сердечно-сосудистой регуляции: локализация и строение Координация симпатических и парасимпатических влияний на сердце Типы вазомоторных симпатических нейронов и регуляция их активности Функциональные блоки симпатической нервной системы

Specialized functional pathways are the building blocks of the autonomic nervous system Janig, W, and McLachlan EM. J Auton Nerv Syst 41: 3-13, 1992

Паравентрикулярное ядро гипоталамуса Расположение симпатических премоторных нейронов для разных функциональных блоков СНС Ядра шва RVLM RVMM (медиально от RVLM) Зона А5 (ростально от RVLM) Вазокон-стрикторы мышц Мозговое вещество надпочеников (А и НА) Вазокон-стрикторы висцеральных органов Судомоторы Бурая жировая ткань СЕРДЦЕ Вазокон-стрикторы кожи Почки McAllen RM., 2013

Разные «команды» к органам-мишеням (паттерн команд формируется гипоталамусом) Разная плотность иннервации Разные медиаторы (НА, АЦХ), наличие/отсутствие котрансмиттеров Разные типы пре- и постсинаптических рецепторов Модуляция местными механизмами например, функциональный симпатолиз при рабочей гиперемии) ЗАКЛЮЧЕНИЕ: дифференцированная регуляция органов-мишеней СНС может быть обусловлена многими причинами

1. Разные «команды» к сосудам (паттерн команд формируется гипоталамусом) 2. Разная плотность иннервации, разный набор медиаторов рецепторов на постсинаптических клетках 3. Модуляция местными механизмами Неодинаковые изменения тонуса сосудов в разных органах при активации СНС могут быть обусловлены несколькими причинами