新生児マウスの吸気バーストのタイミングと構造を制御するd-セリン

d-serine regulation of the timing and architecture of the inspiratory burst in neonatal mice.

• S Beltrán-Castillo
• M J Olivares
• M Ochoa
• J Barria
• M Chacón
• R von Bernhardi
• J Eugenín

抄録

d-セリンは、CO濃度の上昇に反応してマウスの髄質アストロサイトから放出され、呼吸回数を増加させて生理的な要求に呼吸を適応させる。マウス新生児を対象に、pwelchのパワースペクトル密度(PSD)解析と連続ウェーブレット変換(CWT)解析により、d-セリンが吸気/呼気の持続時間と吸気バーストの構造に与える影響を解析した。吸引電極の記録は、腹側呼吸柱（VRC）、呼吸リズムの生成のサイト、および脳幹-脊髄（enブロック）の準備で、C5腹側根からのスライスで実行された、生体内で横隔膜、主な鼓腸筋を神経伝達し、駆動フレンス線維を含む。en blocおよびスライス標本では、d-セリン（100μM）は、呼気を減少させたが、吸気持続時間は減少せず、呼吸リズムの周波数と規則性を増加させた。また、d-セリン(100μM)は呼吸リズムの周波数を増加させ、呼吸リズムの規則性を向上させた。時間-周波数解析の結果、d-セリンはフレニック根のバースト構造を変化させ、周波数スペクトルを広げ、鼓舞性バーストの開始に向けて発射周波数のコアの位置をシフトさせることが明らかになった。VRCでは、d-セリンによる周波数-時間領域での明確な変化は認められなかった。これらの結果から、d-セリンは呼吸周期のタイミングを制御しているだけでなく、鼓膜バースト内でのフレニク運動ニューロンのリクルート戦略をも制御していることが明らかになった。

d-serine, released from mouse medullary astrocytes in response to increased CO levels, boosts the respiratory frequency to adapt breathing to physiological demands. We analyzed in mouse neonates, the influence of d-serine upon inspiratory/expiratory durations and the architecture of the inspiratory burst, assessed by pwelch's power spectrum density (PSD) and continuous wavelet transform (CWT) analyses. Suction electrode recordings were performed in slices from the ventral respiratory column (VRC), site of generation of the respiratory rhythm, and in brainstem-spinal cord (en bloc) preparations, from the C5 ventral roots, containing phrenic fibers that in vivo innervate and drive the diaphragm, the main inspiratory muscle. In en bloc and slice preparations, d-serine (100 μM) reduced the expiratory, but not the inspiratory duration, and increased the frequency and the regularity of the respiratory rhythm. In en bloc preparations, d-serine (100 μM) also increased slightly the amplitude of the integrated inspiratory burst and the area under the curve of the integrated inspiratory burst, suggesting a change in the recruitment or the firing pattern of neurons within the burst. Time-frequency analyses revealed that d-serine changed the burst architecture of phrenic roots, widening their frequency spectrum and shifting the position of the core of firing frequencies towards the onset of the inspiratory burst. At the VRC, no clear d-serine induced changes in the frequency-time domain could be established. Our results show that d-serine not only regulates the timing of the respiratory cycle, but also the recruitment strategy of phrenic motoneurons within the inspiratory burst.

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