Значение верхних дыхательных путей для организма чрезвычайно разнообразно и заключается в осуществлении дыхательной, обонятельной, защитной, голосообразовательной и других функций. Особо следует подчеркнуть, что слизистая оболочка носа, глотки, гортани, трахеи и бронхов обладает обеззараживающим действием, частично нейтрализуя газообразные (дым) вредные вещества путем связывания их с влагой. При вдыхании загрязненного воздуха за счет рефлекторного сужения носовых ходов, увеличения объема слизистой оболочки и кавернозной ткани замедляется и ослабляется дыхание, что способствует лучшему очищению вдыхаемого воздуха [1]. Экспериментально доказано, что чувствительные нервные окончания полости носа не только обеспечивают реализацию защитных дыхательных рефлексов, но и участвуют в регуляции ритма и амплитуды дыхания. Особую роль в этом процессе играет система тройничного нерва, перерезка которого нарушает указанное влияние, в то время как перерезка обонятельного нерва не изменяет ни частоты, ни глубины дыхания [2]. Этот феномен может объяснять гипотеза, выдвинутая N. Sobel и соавт. [3—5], согласно которой активация мозжечка, обычно наблюдаемая при нейровизуализации (фМРТ, позитронно-эмиссионная томография) тройничного нерва, по механизму обратной связи регулирует интраназальный поток воздуха в зависимости от концентрации запаха. Также доказанным является тот факт, что стимуляция тригеминальной системы в полости носа может вызывать апноэ [6—8].
Важно отметить тесную связь между тригеминальной и обонятельной системами в осуществлении обработки хемосенсорной информации. В то время как обонятельная система обеспечивает качественное восприятие запахов, тройничная передает такие ощущения, как жжение, резкость запахов, покалывание, а также прикосновение, давление и температуру, т.е. первая опосредует обнаружение запахов, вторая — раздражителей [9, 10]. Хотя обработке обонятельных стимулов уделяется большое внимание, неврологический субстрат интраназальной функции тройничного нерва остается недостаточно изученным и требует дальнейших исследований для понимания роли тригеминальной системы в качестве защитника от потенциально токсичных веществ и посредника более живого восприятия запахов и вкусов [11].
Обоняние и головной мозг
Слизистая оболочка, иннервируемая тройничным нервом, обладает чувствительностью по отношению к некоторым химическим веществам. В трудах советского ученого Е.Н. Павловского [12] приведены данные, согласно которым из температурных, механических, химических факторов наиболее сильным раздражающим эффектом обладают последние, например повышенная концентрация углекислоты во вдыхаемом воздухе. В более поздних работах зарубежных коллег, посвященных исследованию влияния диоксида углерода на тригеминальную систему, отмечается вовлечение в обработку интраназальных стимулов под воздействием CO2 областей, лежащих за пределами традиционных представлений о тройничном нерве [13]. Чистые «тригеминальные запахи» обычно активируют ствол мозга, таламус, хвостатое ядро, орбитофронтальную кору, медиальную лобную извилину, покрышку (operculum), верхнюю височную, поясную и постцентральную извилины, а также первичную и вторичную соматосенсорную кору, т.е. вовлекаются зоны, многие из которых участвуют в обработке болевых стимулов, поступающих из области лица [14—18]. На основании этих данных некоторыми авторами было выдвинуто предположение, что для обработки интраназальных стимулов, например CO2, тригеминальная система не использует какую-то уникальную сеть, а скорее, обращается к общему афферентному пути обработки боли, также известному как «болевая матрица» [19—21]. В некоторых работах показано, что хемосенсорные клетки полости носа проецируются на спинномозговые ядра тройничного нерва, например subnucleus caudalis и subnucleus interpolaris [22].
В свою очередь стимуляция «чистыми ольфакторными» веществами вызывает активацию медиальной орбитофронтальной коры, миндалины, парагиппокампальной извилины и мозжечка. Функциональные совпадения между тригеминальной и обонятельной системами наблюдаются в грушевидной коре (амигдала, крючок гиппокампа и парагиппокампальная извилина), медиальной орбитофронтальной коре, периинсулярных ассоциативных областях, а также вторичной соматосенсорной коре [23, 24]. Особый интерес в отношении центральных механизмов обработки информации представляет следующее: стимулы тройничного нерва могут активировать первичную обонятельную кору. Есть данные, свидетельствующие, что приобретенная потеря обоняния приводит к снижению чувствительности тройничного нерва, вероятно, из-за отсутствия взаимодействия в ЦНС [25—30]. В свою очередь снижение чувствительности тройничного нерва вызывают изменения в восприятии воздушного потока, приводящие к ощущению затруднения носового дыхания [31—33].
Механизмы взаимодействия тригеминальной и обонятельной систем
Из вышеизложенного очевиден факт значительного тригеминального влияния на обонятельное восприятие [34, 35]. Описано по меньшей мере четыре возможных механизма [36]. Во-первых, взаимодействие осуществляется через ЦНС. Например, блокирование системы тройничного нерва облегчает вызванную запахом активность в медиадорсальном таламическом ядре крысы [37]. Во-вторых, тройничный нерв может модулировать активность обонятельной луковицы как в присутствии, так и в отсутствие стимуляции одорантом. Блокирование нерва лидокаином в гассеровом узле в эксперименте снижало фоновую активность в обонятельной луковице кролика и увеличивало отношение сигнал/шум реакций, вызванных запахом [38, 39]. В-третьих, электрофизиологические исследования показывают, что ответ обонятельных рецепторов на химические стимулы может быть изменен путем высвобождения нейропептидов из окончаний n. trigeminus, иннервирующих обонятельный эпителий [40]. И, наконец, активация тройничного нерва может влиять на обонятельное восприятие косвенно через носовые тригеминальные рефлексы, задачей которых является минимизация потенциально вредного воздействия некоторых газообразных веществ. Это может происходить, например, путем изменения проходимости носовых ходов или состава и консистенции интраназального секрета, покрывающего эпителий, в результате стимуляции желез и секреторных клеток. Следовательно, в дополнение к прямому изменению активности рецепторных клеток высвобождение пептидов из волокон тройничного нерва в обонятельном эпителии может влиять на реакцию рецепторов путем изменения физических условий окружающей рецептор среды [40].
Интересно, что в отличие от других сенсорных систем, системы химического восприятия, к которым относят обе системы распознавания запахов, взаимодействуют между собой иначе. В то время как любой сенсорный дефицит (например, слепота) обычно связан с кроссмодальной (кроссмодальное восприятие включает взаимодействия между двумя и более различными сенсорными модальностями) компенсацией (например, повышенной остротой слуха), снижение функции одного из обонятельных органов чувств обычно приводит к снижению чувствительности и в других хемосенсорных системах [41, 42]. С точки зрения химической стимуляции представляется особенно важным, что рецепторы, иннервирующие слизистую оболочку носа, в отличие от таковых в коже, не покрыты плоским эпителием, что дает химическим стимулам почти прямой доступ к свободным нервным окончаниям [40]. Обонятельные нейроны — прямое окно в мозг. Это одни из самых незащищенных нейронов в организме, покрытые лишь небольшим количеством слизи [32, 33].
Не менее любопытно, что химические раздражители воспринимаются примерно на 33% интенсивнее при вдыхании биназально (через обе половины полости носа), нежели мононазально (через одну половину). Связывают это с тем, что двусторонняя стимуляция включает активацию большей площади рецепторного поля, таким образом, рассматривая данный феномен как пример пространственного суммирования [43, 44].
Особо следует подчеркнуть, что отличить обонятельный компонент от тройничного в восприятии химического вещества не так просто. Например, свежесть мяты, которую возможно «услышать» благодаря тригеминальной системе, неразрывно связана с обонятельным компонентом — собственно запахом мяты [45]. Таким образом, хеморецепторы тройничного нерва действуют, скорее, как детектор концентрации, а интенсивность запаха увеличивается в определенных пределах в зависимости от общего количества молекул одоранта, попадающих на эпителий носа [46]. Возрастает она и с увеличением продолжительности стимула. Следует отметить, что тройничная и обонятельная системы вносят отдельный вклад в интенсивность сложного стимула: интенсивность обонятельного компонента бинарных смесей (т.е. содержащих одоранты, воздействующие на обонятельный и тройничный компоненты) оказывается гипоаддитивной (аддитивный от лат. additio — прибавление: получаемый путем сложения), т.е. обонятельный компонент условно «в минусе», тройничный — условно «в плюсе», а в сочетании — интенсивность смеси меньше суммы ее компонентов. Следовательно, тройничный компонент может быть аддитивным или даже гипераддитивным [47].
Факторы, влияющие на обоняние
На обоняние способны влиять генетические/популяционные факторы. Оказывается, этническая принадлежность связана с сильно различающимися способностями обнаружения запаха и его пороговыми значениями [48]. В одном исследовании, сравнивающем способность испытуемых из Японии и Нидерландов определять запах мета-ксилола, сообщалось о десятикратной разнице между группами в обнаружении данного химического вещества [49]. Значительное генетическое влияние на восприятие запахов было подтверждено во множестве сравнений между различными этническими группами, а также в исследованиях близнецов: согласно некоторым источникам, монозиготные близнецы демонстрируют большее сходство по обонятельным порогам, чем дизиготные [50].
Несколько исследований продемонстрировали, что пол является важным фактором, определяющим способность идентифицировать запахи. При этом было показано, что женщины превосходят мужчин, независимо от расы и генетического сходства, в отношении способности воспринимать одоранты [48—51].
По данным некоторых работ, возраст испытуемых коррелирует со способностью к обнаружению и идентификации запаха, причем в исследованиях сообщалось о повышении порога идентификации запаха у испытуемых старше 41 года [52, 53].
Наличие некоторых заболеваний может сопровождаться нарушением обоняния. Например, пациенты с рассеянным склерозом демонстрируют ольфакторные нарушения [54]. Психические заболевания, такие как шизофрения, также могут влиять на способность распознавать запахи. Нарушение обоняния у этой категории пациентов коррелирует с риском стойких негативных и когнитивных симптомов [55—57].
По данным литературы, у работников, которые имеют длительный контакт с относительно высокими концентрациями химического вещества, меняется чувствительность к этому конкретному одоранту, изменяя последующие пороговые значения обнаружения на три порядка [58]. Повторное вдыхание любого химического вещества приводит к утомлению обоняния в течение коротких временных интервалов, что приводит к снижению способности точно определять запах. Обонятельную усталость можно противопоставить временному суммированию, при котором ощущение раздражения из-за воздействия раздражителя нарастает с увеличением продолжительности стимула. Взаимосвязь между обонятельной усталостью и временны`м суммированием варьирует в зависимости от рассматриваемого соединения [59].
В нескольких исследованиях описано нарушение обоняния у лиц, страдающих алкоголизмом, которое сохраняется, даже несмотря на отказ от употребления алкоголя [60—62]. Продемонстрировано и влияние табакокурения на пороги обнаружения запаха [63].
Нарушения обоняния и неинвазивные способы стимуляции черепных нервов
В контексте эволюции уместно вспомнить, что обоняние у человека уступает животным. Однако особенности развития рекламного мира создают то, что можно назвать обонятельным поведением человека с учетом разнообразия парфюмерно-гигиенической продукции, призванной обеспечить «личный букет» каждого конкретного индивида. Нельзя недооценивать запахи в стимуляции питания и получения удовольствия от пищи, воспроизведения и связи «мать—дитя» [64, 65]. Кроме того, различные одоранты способны пробуждать эмоции и извлекать из недр памяти давно забытые воспоминания. Но не следует забывать, что наиболее важной задачей обоняния является обнаружение опасности отравления в потенциально токсичной среде [66].
В свете последнего утверждения особый интерес представляют пациенты с различными нарушениями обоняния, затрагивающими значительный процент населения в целом. По данным литературы, распространенность гипосмии в популяции около 15%, в то время как аносмией страдают примерно 5% людей [66, 67]. Потеря обоняния снижает качество жизни, вызывая трудности с восприятием пищи, личной гигиеной, социальным взаимодействием, и, следовательно, повышает как риск развития депрессии, так и вероятность возникновения опасных событий [68, 69]. Пациенты с аносмией не могут обнаружить непригодность пищи или утечку газа [70]. Таким образом, потеря обоняния — это критический сенсорный дефицит, связанный с повседневными опасностями в виде неспособности чувствовать запах испорченной или подгоревшей пищи, психосоциальных проблем, включая социальную изоляцию, трудности в отношениях, ангедонию, а также нервно-психические расстройства и повышенный риск смертности [71].
Неудивительно, что в настоящее время ольфакторным нарушениям, важность наличия которых была недооценена до пандемии COVID-19, начали уделять прицельное внимание. Однако на сегодняшний день рычагов терапевтического воздействия на обонятельную дисфункцию существует крайне ограниченное количество. Именно поэтому особое значение приобретает включение в лечебные схемы воздействия и на тригеминальную систему. И хотя обонятельная и интраназальная тройничная системы играют разные роли в восприятии одорантов, они тесно взаимодействуют между собой, потенцируя активность друг друга [72—74]. Это свидетельствует в пользу предположения, что стимуляция тройничного контура потенциально может улучшить обонятельную функцию у пациентов за счет снижения порогов обнаружения и, таким образом, повышения чувствительности к запахам. Хорошо зарекомендовали себя в этом вопросе неинвазивные методы стимуляции черепных нервов, в том числе тройничного нерва (TNS), представляющие новую форму методов транскраниальной электростимуляции «снизу вверх» [75]. При TNS стимуляция происходит электрическим током низкой интенсивности (<5 мА), подаваемым на специальные электроды, расположенные в области надглазничного нерва [76, 77]. Предполагается, что TNS активирует тройничный афферентный сенсорный путь, опосредованный ядрами ствола мозга, включая спинномозговое ядро тройничного нерва, после чего сигнал распространяется до ключевых мишеней ЦНС — таламуса и островковой доли [78]. На сегодняшний день неинвазивная электростимуляция показала себя как многообещающий метод лечения некоторых нервно-психических заболеваний, таких как депрессия, посттравматическое стрессовое расстройство, эпилепсия, мигрень и др. [79—83]. Благодаря своей доказанной безопасности, относительной простоте применения и экономической доступности TNS как метод лечебного воздействия имеет высокий потенциал масштабирования.
Подводя итог всему вышеизложенному, взаимосвязь обонятельной и тригеминальной систем в сенсорной дифференциации запахов несомненна, однако не является прямой и зачастую труднопрогнозируема. Учитывая ограниченный резерв лечебных манипуляций, направленных на восстановление обоняния через воздействие на I черепной нерв, необходимо дальнейшее изучение возможностей терапевтического воздействия на тригеминальный контур с целью коррекции ольфакторных нарушений.
Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов.