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貓雙側扣帶回前部神經(jīng)元對電刺激內臟大神經(jīng)的反應

2015-01-22 05:08張勇王媛馬積昊吳敏范
中國醫(yī)科大學學報 2015年1期
關鍵詞:傷害性興奮性雙側

張勇,王媛,馬積昊,吳敏范

(1.遼寧省腫瘤醫(yī)院麻醉科,沈陽110042;2.沈陽醫(yī)學院附屬中心醫(yī)院內科,沈陽110024;3.遼寧何氏醫(yī)學院2011級,沈陽110163;4.沈陽醫(yī)學院生理學教研室,沈陽110034)

貓雙側扣帶回前部神經(jīng)元對電刺激內臟大神經(jīng)的反應

張勇1,王媛2,馬積昊3,吳敏范4

(1.遼寧省腫瘤醫(yī)院麻醉科,沈陽110042;2.沈陽醫(yī)學院附屬中心醫(yī)院內科,沈陽110024;3.遼寧何氏醫(yī)學院2011級,沈陽110163;4.沈陽醫(yī)學院生理學教研室,沈陽110034)

目的 研究貓雙側扣帶回前部(ACG)神經(jīng)元對電刺激內臟大神經(jīng)(GSN)的反應,為闡明雙側ACG在內臟痛感受中的作用提供實驗依據(jù)。方法用在體胞內電位記錄技術研究48只貓中791個對側與312個同側ACG神經(jīng)元對電刺激GSN的反應。結果雙側ACG存有對電刺激GSN產(chǎn)生誘發(fā)反應的GSN刺激相關神經(jīng)元(GSRNs)與不產(chǎn)生誘發(fā)反應的非相關神經(jīng)元。雙側ACG GSRNs分為產(chǎn)生長潛伏期(≥50 ms)GSN誘發(fā)反應的內臟傷害感受神經(jīng)元(VNNs)與產(chǎn)生短潛伏期(<50 ms)GSN誘發(fā)反應的非內臟傷害感受神經(jīng)元(NVNNs);VNNs包括只產(chǎn)生長潛伏期GSN誘發(fā)反應的特異性VNNs(SVNNs)與既產(chǎn)生長潛伏期GSN誘發(fā)反應又產(chǎn)生短潛伏期GSN誘發(fā)反應的非特異性VNNs(NSVNNs)兩種。GSN傷害性長潛伏期誘發(fā)反應閾值為(0.5~0.6)mA;非傷害性短潛伏期誘發(fā)反應閾值為(0.3~0.4)mA。雙側ACG VNNs、NVNNs的誘發(fā)反應形式相同,包括興奮性、抑制性及興奮與抑制或抑制與興奮混合性反應3類,以興奮性誘發(fā)反應為主。與同側ACG相比,對側ACG GSRNs及NSVNNs占觀察神經(jīng)元的比例高(P<0.01),而SVNNs占觀察神經(jīng)元的比例低(P<0.01)。結論貓雙側ACG神經(jīng)元對電刺激GSN的反應以興奮性反應為主。GSN內不同類型的傳入神經(jīng)纖維投射到雙側ACG的不同神經(jīng)元,但是,以投射到對側ACG為主;雙側ACG各類神經(jīng)元所占比例及反應程度不同,為雙側腦的結構和功能不對稱性提供新的實驗依據(jù)。

誘發(fā)反應;細胞內電位;內臟痛;扣帶回前部

扣帶回前部(anterior cingulate gyrus,ACG)是痛覺的重要中樞,在痛覺情緒反應的產(chǎn)生中起重要作用[1~3]。在痛覺的研究中,常用較強傷害性電刺激內臟大神經(jīng)(greater splanchnic nerve,GSN)模擬內臟痛[4]。有人報道,動物雙側大腦半球同源部位間的結構、功能存在差異[5]。本課題組研究發(fā)現(xiàn)雙側ACG內臟傷害感受神經(jīng)元(visceral nociceptive neurons,VNNs)、非內臟傷害感受神經(jīng)元(non-visceral nociceptive neurons,NVNNs)的自發(fā)生物電活動無顯著差異[4]。但是,雙側ACG神經(jīng)元對電刺激GSN的反應是否存有差異尚未見報道。因此,本實驗應用在體胞內電位記錄技術對此進行實驗研究,比較雙側ACG神經(jīng)元對電刺激GSN反應的異同,為闡明雙側ACG在內臟痛感受中的作用提供實驗依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實驗對象

48只成年健康貓,體質量(2.0~3.5)kg,雌雄不限。

1.2 雙側ACG神經(jīng)元GSN誘發(fā)反應的記錄

在2%普魯卡因局麻下行右前肢頭靜脈插管,建立靜脈給藥通路。戊巴比妥鈉(40 mg/kg)靜脈麻醉下,分離、結扎左側GSN外周端,在中樞端放置雙極刺激電極以備電刺激GSN(刺激為方波,單脈沖,刺激波寬0.5 ms,刺激強度由小到大逐漸增加,測定ACG神經(jīng)元產(chǎn)生GSN誘發(fā)反應的閾值,最后采用1.5倍閾電刺激1.0 mA作為引起內臟痛的傷害性刺激),模擬內臟痛。將貓頭部固定在腦立體定位儀上,根據(jù)貓腦圖譜定位、暴露雙側ACG[4]。用推進器逐漸將內充3 mol/L KCl溶液、尖端直徑≤0.5 μm、電極電阻30~50 MΩ的玻璃微電極推入ACG神經(jīng)元,記錄神經(jīng)元GSN誘發(fā)反應,然后輸入MEZ-8201生物電放大器、VC-10示波器進行觀察。并且做磁帶記錄,經(jīng)數(shù)據(jù)處理機ATAC-350處理,由X-Y記錄儀描記神經(jīng)元生物電反應。重復刺激GSN 3次,選靜息電位絕對值≥40 mV、GSN誘發(fā)反應穩(wěn)定的神經(jīng)元進行觀察,不符合上述條件者舍棄。

在實驗過程中補充麻醉藥1%戊巴比妥鈉,靜脈注射1 mL/h以控制動物肢體的活動;應用恒溫電熱毯使動物直腸溫度維持在(37~38)℃之間。

1.3 統(tǒng)計學分析

實驗數(shù)據(jù)均以x±s來表示。數(shù)據(jù)用t檢驗、χ2檢驗進行統(tǒng)計處理,P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

在本實驗記錄的791個對側與312個同側ACG神經(jīng)元中,有些神經(jīng)元對電刺激GSN產(chǎn)生誘發(fā)反應,稱為GSN刺激相關神經(jīng)元(GSN-stimulus-relative neurons,GSRNs);有些神經(jīng)元對電刺激GSN不產(chǎn)生誘發(fā)反應,稱為GSN刺激非相關神經(jīng)元。雙側ACG GSRNs又分為產(chǎn)生長潛伏期(≥50 ms)GSN誘發(fā)反應的VNNs與產(chǎn)生短潛伏期(<50 ms)GSN誘發(fā)反應的NVNNs;VNNs包括只產(chǎn)生長潛伏期GSN誘發(fā)反應的特異性VNNs(SVNNs)與既產(chǎn)生長潛伏期GSN誘發(fā)反應又產(chǎn)生短潛伏期GSN誘發(fā)反應的非特異性VNNs(NSVNNs)兩種。如表1所示,在對側與同側ACG,各類神經(jīng)元占記錄神經(jīng)元的百分比不盡相同。

2.1雙側ACG神經(jīng)元產(chǎn)生GSN誘發(fā)反應的閾值

電刺激GSN的強度為(0.3~0.4)mA時,雙側ACG NSVNNs僅產(chǎn)生短潛伏期的GSN誘發(fā)反應;當刺激強度為(0.5~0.6)mA時,產(chǎn)生長潛伏期的GSN誘發(fā)反應;繼續(xù)增加刺激強度,GSN誘發(fā)反應不再產(chǎn)生變化,說明GSN傷害性長潛伏期誘發(fā)反應閾值為(0.5~0.6)mA;非傷害性短潛伏期誘發(fā)反應閾值為(0.3~0.4)mA。本實驗采用1.5倍閾上電刺激GSN作為引起內臟痛的傷害性刺激。此強度足以使GSN內高閾值的痛覺傳入纖維興奮。如圖1所示。雙側ACG神經(jīng)元產(chǎn)生GSN誘發(fā)反應的閾值相同。

2.2 雙側ACG神經(jīng)元GSN誘發(fā)反應的潛伏期

如表2所示,雙側ACG同一個VNNs的GSN誘發(fā)反應的潛伏期基本恒定,可能有一種潛伏期或多種不同潛伏期的GSN誘發(fā)反應。但是,不同VNNs的GSN誘發(fā)反應的潛伏期不盡相同。雙側ACG VNNs的GSN誘發(fā)反應潛伏期無統(tǒng)計學差異(P>0.05)。

本實驗還觀察到電刺激GSN強度為(0.2~0.3)mA時,雙側ACG NVNNs即可產(chǎn)生短潛伏期(<50 ms)的GSN誘發(fā)反應,對側ACG NVNNs的GSN誘發(fā)反應潛伏期為(31.12±2.17)ms(n=48),同側為(34.00±6.15)ms(n=10),雙側ACG NVNNs的GSN誘發(fā)反應潛伏期無顯著性差異(P>0.05)。同一個NVNNs的GSN誘發(fā)反應的潛伏期基本恒定。值得注意的是即使增加電刺激GSN的強度,雙側ACG NVNNs也不能產(chǎn)生長潛伏期的誘發(fā)反應。提示雙側ACG VNNs與NVNNs的功能存在差異,分別接受GSN中傳導痛覺或非痛覺信息的不同類型纖維的投射。

2.3 雙側ACG神經(jīng)元GSN誘發(fā)反應的形式

雙側ACG同一個VNNs或NVNNs的GSN誘發(fā)反應形式基本相同,但是,不同VNNs或NVNNs的GSN誘發(fā)反應形式不盡相同,分為興奮性、抑制性及興奮與抑制或抑制與興奮混合性反應3類,以興奮性誘發(fā)反應為主(P<0.01),雙側ACG VNNs或NVNNs的GSN誘發(fā)反應形式無統(tǒng)計學差異(P>0.05)。見表3。興奮性GSN誘發(fā)反應包括電刺激GSN產(chǎn)生的興奮性突觸后電位(excitatory postsynaptic potential,EPSP)或鋒電位或增頻反應即自發(fā)放電頻率增快。抑制性GSN誘發(fā)反應包括電刺激GSN產(chǎn)生的抑制性突觸后電位(inhibitory postsynaptic potential,IPSP)或減頻反應即自發(fā)放電頻率減慢?;旌闲訥SN誘發(fā)反應包括產(chǎn)生興奮性反應之后產(chǎn)生抑制性反應即EPSP-IPSP序列或產(chǎn)生抑制性反應之后產(chǎn)生興奮性反應即IPSP-EPSP序列等,見圖2。

表2 雙側ACG VNNs的GSN誘發(fā)反應潛伏期Tab.2 Latencies of GSN evoked responses of VNNs in the bilateral ACG

VNNs include SVNNs and NSVNNs.VNNs,visceral nociceptive neurons.

Latency Contralateral ACG Ipsilateral ACG P 10-45 26.94±9.43(n=36)23.33±5.77(n=6)>0.05 50-95 62.11±13.12(n=64)63.96±11.13(n=48)>0.05 100-200 144.08±31.92(n=38)147.08±40.37(n=24)>0.05 205-410 305.32±55.65(n=31)275.63±51.37(n=16)>0.05

3 討論

GSN是上腹腔傷害性痛覺信息傳入的主要神經(jīng)。本實驗觀察到雙側ACG有些神經(jīng)元對電刺激GSN產(chǎn)生誘發(fā)反應,即雙側ACG存有GSRNs,說明GSN投射到雙側ACG;但是,對側ACG GSRNs比例顯著高于同側ACG GSRNs比例,說明GSN投射以對側ACG為主。本實驗結果為雙側腦的結構和功能不對稱性提供新的實驗依據(jù)。本實驗還觀察到雙側ACG有些神經(jīng)元對電刺激GSN不產(chǎn)生誘發(fā)反應,說明ACG并非所有的神經(jīng)元均接受GSN的投射纖維、參與對電刺激GSN的反應。

研究證明,傳導速度不同的GSN纖維在脊髓的不同部位上行,投射到丘腦后腹核的不同單位[6];到達不同的中樞神經(jīng)系統(tǒng)區(qū)域[7]。本實驗在雙側ACG觀察到潛伏期不同的GSN誘發(fā)反應,可能與GSN內不同類型與不同傳導速度的神經(jīng)纖維興奮有關,以及與傳導路中存有不同的突觸有關。雙側ACG有些GSRNs對電刺激GSN只產(chǎn)生長潛伏期的GSN誘發(fā)反應,即雙側ACG存有SVNNs,而有些GSRNs對電刺激GSN只產(chǎn)生短潛伏期的GSN誘發(fā)反應,即雙側ACG存有NVNNs,說明GSN內不同類型的神經(jīng)纖維投射到雙側ACG不同的神經(jīng)元。有些GSRNs對電刺激GSN產(chǎn)生多種長、短不同潛伏期的GSN誘發(fā)反應,例如雙側ACG存有NSVNNs,說明GSN內有些不同類型的神經(jīng)纖維能夠會聚性地投射于ACG同一神經(jīng)元。長潛伏期的GSN誘發(fā)反應可能由痛覺信息傳入纖維Aδ類纖維和C類纖維興奮所產(chǎn)生;而短潛伏期的GSN誘發(fā)反應可能由Aβ類纖維興奮所產(chǎn)生。本實驗結果與有人報道在大腦皮質體感區(qū)的研究結果相似[8]。本實驗還觀察到雙側ACG SVNNs或NSVNNs比例顯著不同,為雙側腦的結構和功能不對稱性提供又一新的實驗依據(jù)。

不同神經(jīng)元具有不同生物電活動的原因可能與其所存在的神經(jīng)網(wǎng)絡不同有關[9]。本實驗觀察到雙側ACG GSRNs對電刺激GSN主要產(chǎn)生興奮性、抑制性和混合性誘發(fā)反應,誘發(fā)反應形式復雜。說明雙側ACG GSRNs所存在的神經(jīng)網(wǎng)絡較軀體傷害感受神經(jīng)元所存在的神經(jīng)網(wǎng)絡復雜。本實驗結果與陳京紅報道的皮層體感區(qū)神經(jīng)元的誘發(fā)反應形式相似[8]。這可能是大腦皮質神經(jīng)元對刺激產(chǎn)生誘發(fā)反應的主要形式。

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[3]Li J,Wu M,Zhuo M,et al.Alteration of neuronal activity after digit amputation in rat anterior cingulate cortex[J].Int J Physiol Pathophysiol Pharmacol,2013,5(1):43-51.

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(編輯 裘孝琦)

Response of Neurons in the Bilateral Anterior Cingulate Gyrus to Electrically Stimulation of Greater Splanchnic Nerve in Cats

ZHANG Yong1,WANG Yuan2,MA Ji-hao3,WU Min-fan4
(1.Department of Anesthesiology,Liaoning Cancer Hospital,Shenyang 110042,China;2.Department of Internal Medicine,The Center Hospital of Shenyang Medical College,Shenyang 110024,China;3.Grade 2011,He University,Shenyang 110163,China;4.Department of Physiology,Shenyang Medical College,Shenyang 110034,China)

ObjectiveTo study the response of neurons in the bilateral anterior cingulate gyrus(ACG)of cats to electric stimulation of greater splanchnic nerve(GSN),so as to provide experimental data for exploring the bilateral ACG mechanisms of visceral nociceptive sensation.MethodsResponse of 791 neurons in the contralateral ACG and 312 neurons in the ipsilateral ACG to electrically stimulating GSN in 48 cats were recorded with intracellular recording techniques in vivo.ResultsThere were GSN-stimulus-relative neurons(GSRNs)with evoked responses to electric stimulation ofGSN,and GSN-stimulus-irrelative neurons didn′t show any GSN evoked response in the bilateral ACG.The GSRNs can be divided into visceral nociceptive neurons(VNNs),which have the long latency(≥50 ms)GSN evoked response,and non-visceral nociceptive neurons(NVNNs)with the short latency(<50 ms)GSN evoked response.VNNs,including the specific VNNs(SVNNs),only showed long latency GSN evoked response,but the non-SVNNs(NSVNNs)showed both long and short latencies GSN evoked response.The threshold intensities for evoking the long latency noxious response to stimulate GSN in the bilateral ACG were(0.5-0.6)mA.Those for evoking the short latency innocuous response to stimulate GSN in the bilateral ACG were(0.3-0.4)mA.The GSN evoked response patterns of both VNNs and NVNNs in the bilateral ACG were the same,which included excitatory response,inhibitory ones,and mixed ones of both excitation and inhibition or inhibition and excitation.The excitatory evoked response were main observed during these responses.Compared with those in the ipsilateral ACG,the percentages of GSRNs and NSVNNs in the contralateral ACG were significantly higher,but the percentage of SVNNs in the contralateral ACG was significantly lower(P<0.01).ConclusionOur results indicate that the response of neurons in the bilateral ACG of cats to electric stimulation of GSN are mainly excitatory.Theafferent fibers of different types of GSN project to different neurons in the bilateral ACG,but mainly to the contralateral ACG.The percentages and reaction degrees of various types of neurons between the bilateralACG are different,which provides new experimental evidence for asymmetry of structures and functions in the bilateral brain.

evoked response;intracellular potential;visceral pain;anterior cingulate gyrus

Q424

A

0258-4646(2015)01-0042-04

遼寧省教育廳科學研究一般項目(L2012376),教育部留學回國人員科研啟動基金(教外司留[2008]101號),沈陽市科學技術局計劃項目(F10-205-1-42)

張勇(1973-),男,副主任醫(yī)師,碩士.

吳敏范,E-mail:minfanwu0594@sina.com.cn

2014-09-22

網(wǎng)絡出版時間:

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