Модуляция усиления двигательной активности двенадцатиперстной кишки блуждающим нервом, осуществляемая серотонинреактивными структурами

МЕДИКО-БМОЛОГИНЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ

Модуляция усиления двигательной активности двенадцатиперстной кишки блуждающим нервом, осуществляемая серотонинреактивными структурами

Д.С.Свешников1, А.П.Эттингер2, М.Д.Поливода2, И.Л.Мясников1

1Российский государственный медицинский университет им. Н.И.Пирогова, кафедра нормальной физиологии, Москва (зав. кафедрой - проф. В.М.Смирнов);

2Российский государственный медицинский университет им. Н.И.Пирогова, НИИ фундаментальных и прикладных биомедицинских исследований, Москва

Цель исследования - изучение взаимодействия серотонинореактивных структур, регулирующих сокращения двенадцатиперстной кишки с парасимпатическим отделом вегетативной нервной системы. Острые опыты поставили на 29 кроликах, в условиях хирургической стадии наркоза, искусственной вентиляции легких, двухсторонней ваготомии. Регистрировали механическую и электрическую активность двенадцатиперстной кишки. В эксперименте раздражали периферический отрезок блуждающего нерва у интактных животных и на фоне продолжающегося действия серото-нина адипината. Установили, что серотонин усиливает вагусные эффекты двенадцатиперстной кишки, увеличивая как выраженность стимуляторных реакций, так и их продолжительность. Сделали вывод о функциональном взаимодействии серотонинореактивных структур, регулирующих моторику двенадцатиперстной кишки с парасимпатическим отделом вегетативной нервной системы.

Ключевые слова: серотонинреактивные структуры, двенадцатиперстная кишка, блуждающий нерв

Modulation of enhancement of duodenal motor vagal responses provided by serotoninergic structures

D.S.Sveshnikov1, A.P.Oettinger2, M.D.Polivoda2, I.L.Myasnikov1

1N.I.Pirogov Russian State Medical University, Department of Normal Physiology, Moscow (Head of the Department - Prof. V.M.Smirnov);

2N.I.Pirogov Russian State Medical University, Institute for Fundamental and Applied Biomedical Research, Moscow

The purpose of the study was to determine interaction between the parasympathetic division of autonomic nervous system and serotoninergic structures that regulate duodenal motility. Acute experiments were performed in 29 Chinchilla rabbits under general anesthesia, mechanical ventilation and bilateral vagotomy. Mechanical and electrical activity of the duodenum was recorded during the electrical stimulation of the peripheral part of the vagus nerve in intact animals and after serotonin adipate injection. It was found out that serotonin enhanced vagal effects of the duodenum increasing the power of reactions as well as their duration. It was concluded that the serotoninergic structures, which controlled duodenal motility, were able to interact to parasympathetic division of the autonomic nervous system. Key words: serotoninergic structures, duodenum,a vagus nerve

Одним из значительных факторов регуляции функций желудочно-кишечного тракта является серотонин, его эффекты на моторику стали известны задолго до выявления участия серотонина в деятельности центральной нервной

Для корреспонденции:

Свешников Дмитрий Сергеевич, кандидат медицинских наук,

доцент кафедры нормальной физиологии Российского государственного

медицинского университета им. Н.И.Пирогова

Адрес: 117997, Москва, ул. Островитянова, 1

Телефон: (495) 434-2511

E-mail: dss@rsmu.ru

Статья поступила 01.03.2011 г., принята к печати 08.06.2011 г.

системы (ЦНС) [1]. Источниками серотонина в кишечнике служат как энтерохромафинные клетки, так и нейроны энте-ральной нервной системы, что убедительно показано рядом авторов [1, 2]. Серотонин участвует во многих процессах, его присутствие необходимо для нормальной пролиферации и функционирования интерстициальных клеток Кахаля, определяющих электрический ритм сократительной активности двенадцатиперстной кишки [3]. В клинической практике серотонин и его агонисты в последнее время находят широкое применение [4-6], что повышает актуальность проведенного нами исследования.

Целью настоящей работы было изучение взаимодействия серотонинореактивных структур, регулирующих сокращения двенадцатиперстной кишки с парасимпатическим отделом вегетативной нервной системы.

Материалы и методы

Исследование проводили в шести сериях на половозрелых кроликах породы «Шиншилла» обоего пола, массой тела 2500-3000 г, общим количеством 29 штук, полученных из питомника «Филиал Андреевка» Научного центра биомедицинских технологий Российской академии медицинских наук. Опыты проводили натощак, последний прием пищи осуществлялся за 12 часов до эксперимента. В день опыта, в виварии, животных вводили в состояние хирургической стадии наркоза (нембутал 60 мг/кг, внутримышечно), после чего животных в транспортировочном вольере доставляли в лабораторию и помещали на операционный стол. При выполнении различных оперативных манипуляций животные не испытывали болевых или иных неприятных ощущений. В течение опытов, средняя продолжительность которых составляла 2,5 ч, наркоз был достаточным и протекал без выраженных осложнений. Контроль деятельности сердца в опыте осуществляли регистрацией электрокардиограммы (ЭКГ) во втором стандартном отведении.

Препаровку начинали с трахеостомии, интубации трахеи и перевода животных на искусственную вентиляцию легких (ИВЛ). Выделяли и максимально близко к нижней челюсти пересекали блуждающие нервы, на рану шеи накладывали окклюзионный покров для предотвращения высыхания тканей. Дистальный конец правого блуждающего нерва раздражали в ходе опытов прямоугольными электрическими импульсами (10 Гц; 1,5 мс; 0,1, 0,3, 0,5 мА) сначала у интактных животных, а затем у этих же особей на фоне действия раствора серотонина адипината в дозе 0,1 мг/кг. В краевую вену уха устанавливали катетер, предназначенный для введения серотонина и физиологического раствора. Инфузию осуществляли в течение 30 с, объем составлял 1 мл. В качестве контроля использовали аналогичное количество физиологического раствора.

О сократительной активности двенадцатиперстной кишки судили по показателям внутриполостного давления и электромиографии (ЭМГ), что повышало надежность получаемых данных.

Для налаживания записи этих показателей брюшную полость вскрывали срединным лапаротомным разрезом. В полость кишки через точечный разрез в каудальном направлении вводили миниатюрный катетер с баллончиком из латексной резины на конце, катетер фиксировали к стенке кишки кисетным швом, баллончик заполняли стандартным объемом (2,5 мл) теплой (37°С) дистиллированной воды, напряжения стенок баллончика и деформаций при

этом не возникало. Катетер соединяли с манометрическим датчиком серии DC ASDXAVX001PG7A5 0-50 мм вод. ст. (Honeywell, США).

Миографический биполярный электрод по М.Папазовой [7] закрепляли на серозной поверхности кишки в бессосудистой зоне в проекции баллончика, параллельно продольному мышечному слою. Провода от электрода соединяли с усилителем Bio Amp ML132 (Adinstruments, Австралия). Исследование моторики начинали не ранее чем через 45 мин после закрытия раны брюшной полости, что обеспечивало стабилизацию деятельности органа.

Моторные реакции двенадцатиперстной кишки в экспериментах исследовали по следующей схеме. Сначала у 29 интактных животных - 1-я группа, изучали реакции на раздражение блуждающего нерва стимулами различной силы; затем этим же животным вводили раствор серотонина ади-пината (0,1 мг/кг), а спустя пять минут после завершения реакций вновь изучали ответы кишки на раздражения блуждающего нерва - 2-я группа животных (табл. 1).

Сигналы от датчика давления и электродов ЭМГ и ЭКГ поступали на три канала компьютерной установки на базе Maclab / 8e (Adinstruments, Австралия), где с помощью программы Chart 4.2.3 вели регистрацию. Обсчет полученных данных учитывал усредненные показатели внутриполостного давления, а также усредненное значение амплитуды медленных электрических волн.

Статистическую обработку начинали с проверки нормальности распределения признаков по критерию Колмогорова-Смирнова. Степень достоверности оценивали с помощью Т-теста Стьюдента в зависимой и независимой выборках. Критическое значение уровня значимости принималось равным 5% (р < 0,05). Для вычислений использовали бесплатную компьютерную программу Plainstat для Mac OS X.

Результаты исследования и их обсуждение

На контрольном этапе у животных 1-й группы исследовали 87 реакций двенадцатиперстной кишки на раздражение блуждающего нерва. У всех зарегистрировали сти-муляторные ответы: использование стимула 0,1 мА сопровождалось увеличением гидростатического давления от 2,54 ± 0,19 мм рт. ст. до 7,42 ± 0,63 мм рт. ст. (p < 0,05). Амплитуда медленных волн возрастала от 0,26 ± 0,04 мВ до 0,42 ± 0,05 мВ (p < 0,05). Стимул 0,3 мА сопровождался увеличением гидростатического давления от 2,44 ± 0,24 мм рт. ст. до 10,70 ± 0,67 мм рт. ст. (p < 0,05). Электрическая активность изменялась с 0,25 ± 0,05 мВ до 0,48 ± 0,06 мВ (p < 0,05). Затем блуждающий нерв раздражали стимулом 10 Гц, 1,5 мс, 0,5 мА: давление увеличивалось от 2,43 ± 0,23 мм рт. ст. до 12,7 ± 1,28 мм рт. ст. (p < 0,05); амплитуда медленных волн возрастала с 0,26 ± 0,06 мВ до 0,59 ± 0,04 мВ (p < 0,05) (рисунок, А).

Таблица 1. Характеристика экспериментальных групп, в которых проводилось изучение реакций двенадцатиперстной кишки в ответ на раздражение блуждающего нерва

Наименование группы Используемые фармакологические агенты Число особей Число раздражений блуждающего нерва (мА) 0,1 0,3 0,5

1-я группа (контрольная) Наркоз - нембутал (60 мг/кг) 29 29 для каждого параметра раздражения

2-я группа (опытная) Наркоз - нембутал (60 мг/кг), серотонина адипинат (0,1 мг/кг) 29 29 для каждого параметра раздражения

Д.С.Свешников и др. / Вестник РГМУ, 2011, №4, с. 68-71

Рисунок. Реакция двенадцатиперстной кишки на раздражение периферического отрезка правого блуждающего нерва стимулом

10 Гц, 1,5 мс, 0,5 мА: А - у интактных животных; Б - на фоне продолжающегося действия серотонина. Верхняя кривая - гидростатическое давление в полости двенадцатиперстной кишки, нижняя кривая - электромиография. Шкалы: 0-5 мм рт. ст. и 0,5 мВ соответственно. Жирная линия внизу - отметка раздражения (отметка времени - 30 с).

Средняя продолжительность реакций по результатам всех раздражений составила 66,54 ± 10,32 с (р < 0,05).

После выполнения контрольных раздражений, животным вводили раствор серотонина адипината (0,1 мг/кг). У 23 животных инфузия сопровождалось стимуляторными реакциями: их продолжительность, по данным механо-граммы, составила 94,7 ± 34,9 с, гидростатическое давление в полости кишки возрастало с 2,68 ± 0,9 мм рт. ст. до 29,24 ± 5 мм рт. ст. (р < 0,05), электрическая активность возрастала с 0,26 ± 0,053 мВ до 0,7 ± 0,055 мВ (р < 0,05). У шести животных реакция отсутствовала, показатели внутри-полостного давления и ЭМГ существенно не отличались от фоновых, составляя соответственно от 2,54 ± 0,21 мм рт. ст. до 2,53 ± 0,18 мм рт. ст. (р > 0,05) и от 0,23 ± 0,05 мм рт. ст. до 0,22 ± 0,04 мВ (р > 0,05).

Спустя 5 мин после введения серотонина и завершения реакций, у животных 2-й опытной группы изучили 87 ответов на электрическую стимуляцию блуждающего нерва. Использование аналогичных параметров раздражения, что и у животных 1-й группы, во всех случаях сопровождалось стимуляторными реакциями.

Использование стимула 0,1 мА сопровождалось повышением гидростатического давления с 2,52 ± 0,29 мм рт. ст. до 12,48 ± 1,23 мм рт. ст. (р < 0,05). Амплитуда медленных волн возрастала с 0,22 ± 0,058 мВ до 0,39 ± 0,042 мВ (р < 0,05). Стимул 0,3 мА вызывал увеличение внутриполостного давления с 2,55 ± 0,31 мм рт. ст. до 14,85 ± 1,6 мм рт. ст. (р < 0,05). Амплитуда медленных волн возрастала с 0,23 ± 0,033 мВ до 0, 40 ± 0,04 мВ (р < 0,05). Стимул 0,5 мА также у всех животных вызывал усиление моторики: гидростатическое давление увеличивалось с 2,59 ± 0,42 мм рт. ст. до 18,45 ± 1,50 мм рт. ст. (р < 0,05). Амплитуда медленных волн возрастала с 0,24 ± 0,076 мВ до 0, 71 ± 0,04 мВ (р < 0,05) (рисунок, Б).

Средняя продолжительность стимуляторных реакций по результатам всех раздражений составила 93,08 ± 16,2 с (р < 0,05), что превышало показатели у интактных животных.

Совокупные данные, отражающие относительный прирост внутриполостного давления, приведены в табл. 2.

Роль блуждающих нервов как стимуляторов двигательной активности желудочно-кишечного тракта хорошо изучена, материал изложен в фундаментальных руководствах и учебниках [7]. Однако действие экстраорганных нервов на моторику в конечном итоге определяется состоянием энтеральных нейронов, в частности серотонинер-гических [1, 6]. Используемый нами методический подход позволил выявить новые аспекты в хорошо изученной проблеме взаимодействия холинергических и серотони-нергических механизмов в регуляции моторной активности двенадцатиперстной кишки.

Раздражение блуждающих нервов у интактных животных, как видно из табл. 2, вызывало хорошо выраженные стиму-ляторные реакции, которые подчинялись закону силы. При этом необходимо отметить, что использование стимулов 0,3 и 0,5 мА вызывало выраженные ответы, однако относительные приросты давления отличались незначительно, что можно было истолковать как достижение максимальных значений моторики данного отдела кишечника. Однако это предположение не подтвердилось: введение экзогенного серотонина увеличивало моторную активность почти в девять раз, по сравнению с фоновыми показателями. Экзогенный серотонин реализует свое влияние на моторику, действуя на гладкие мышцы, энтеральные нейроны, а также клетки Кахаля [3].

У животных 2-й группы на фоне продолжающегося действия серотонина, как видно из табл. 2, абсолютный прирост

Таблица 2. Прирост гидростатического давления при раздражении правого блуждающего нерва в различных условиях, %*

Сила раздражающего

стимула

0,1 мА

0,3 мА

0,5 мА

1-я группа животных (контрольная) 93,02 ± 62,67 209,98 ± 29,76 321,67 ± 50,95

2-я группа животных (опытная) 295,31 ± 53,48 381,52 ± 69,65 511,63 ± 69,62

*за 100% принимали фоновые значения гидростатического давления.

А

внутриполостного давления превышал величину фоновых показателей в 3; 3,8 и 5,1 раза, что было выше, чем у животных в 1-й группе. Однако действие серотонина не нарушало закона силы: чем интенсивнее стимул, тем выраженней была амплитуда ответа.

Сравнение приростов гидростатического давления в ответ на электрическую стимуляцию блуждающего нерва у интактных животных и на фоне продолжающегося действия серотонина показало, что серотонин способствовал увеличению данных показателей в среднем в 1,5 раза, а в отдельных случаях, при использовании слабого стимула 0,1 мА, различия в 3,17 раза были максимальными.

Механизм усиления моторики может объясняться как наличием 5-НТ рецепторов на пресинаптических окончаниях холинергических энтеральных нейронов, облегчающих си-наптическую передачу [1], так и вовлечением серотонинер-гических нейронов в процесс активации гладких мышц стенки двенадцатиперстной кишки [2, 3].

Полученные нами данные существенно дополняют представления о синергизме серотонинореактивных структур и различных отделов вегетативной нервной системы [6, 7], что необходимо принимать во внимание при медикаментозной коррекции расстройств моторно-эвакуаторной функции двенадцатиперстной кишки, в частности, в раннем послеоперационном периоде, когда активно используются средства, обладающие свойствами блокировать холинергические и серотонинергические механизмы регуляции моторики.

Исходя из вышеизложенного, можно сделать следующие выводы.

1. Парасимпатический отдел вегетативной нервной системы имеет функциональную связь с серотонинореактивными структурами пищеварительного канала, которые оказывают облегчающее действие на вегетативную регуляцию моторики.

2. Введение экзогенного серотонина способствует реализации вагусных эффекторных реакций на моторную активность двенадцатиперстной кишки, увеличивая как амплитуду, так и продолжительность стимуляторных ответов.

3. Серотонинергические влияния увеличивают возбудимость парасимпатических структур, обеспечивающих усиле-

ние моторной активности кишки при раздражении блуждающих нервов.

Литература

1. Gershon M.D., Tack J. The serotonin signaling system: from basic understanding to drug development for functional GI disorders // Gastroenterol. - 2007. - V.132. -№1. - P.397-414.

2. Neal K.B., Parry L.J., Bornstein J.C. Strain-specific genetics, anatomy and function of enteric neural serotonergic pathways in inbred mice // J. Physiol. - 2009. - V.587 (Pt. 3). - P.567- 586.

3. Wouters M.M., Farrugia G., Schemann M. 5-HT receptors on interstitial cells of Cajal, smooth muscle and enteric nerves // Neurogastroenterol. Motil. - 2007.-V.19 - Suppl. 2. - P.5 -12.

4. Симоненков А.П., Федоров В.Д. Профилактика и лечение серотониновой недостаточности у хирургических больных // Хирургия. - 2003. - №3.-С.76-80.

5. Gershon M.D., Liu M.-T. Serotonin and neuroprotection in functional bowel disorders // Neurogastroenterol. Motil. - 2007. - V.19 - Suppl 2. - P.19-24.

6. Talley N. Serotoninergic neuroenteric modulators // Lancet. - 2001. - V.358. -P.2061- 2068.

7. Feldman M.L., Friedman L.S., Brandt LJ. Sleisenger and Fordtran's Gastrointestinal and Liver Disease, 9 ed. - Philadelphia, Saunders, 2010. - 2480 p.

Информация об авторах:

Эттингер Александр Павлович, доктор медицинских наук, профессор, директор НИИ фундаментальных и прикладных биомедицинских исследований Российского государственного медицинского университета им. Н.И.Пирогова Адрес: 117997, Москва, ул. Островитянова, 1 Телефон: (495) 434-1401 E-mail: oett@rsmu.ru

Поливода Михаил Дмитриевич, кандидат медицинских наук,

ведущий научный сотрудник отдела экспериментальной хирургии

НИИ фундаментальных и прикладных биомедицинских исследований

Российского государственного медицинского университета им. Н.И.Пирогова

Адрес: 117997, Москва, ул. Островитянова, 1

Телефон: (495) 434-1401

E-mail: oett@rsmu.ru

Мясников Игорь Леонидович, кандидат медицинских наук,

доцент кафедры нормальной физиологии Российского государственного

медицинского университета им. Н.И.Пирогова

Адрес: 117997, Москва, ул. Островитянова, 1

Телефон: (495)434-2511

E-mail: physiol@rsmu.ru