脊髓背角初級(jí)傳入與放電模式關(guān)系及超極化反跳現(xiàn)象的研究.pdf

1、神經(jīng)元接受刺激后產(chǎn)生動(dòng)作電位，是神經(jīng)元最主要的功能反應(yīng)之一。以往對(duì)神經(jīng)元電生理基本性質(zhì)的研究中，發(fā)現(xiàn)了神經(jīng)元產(chǎn)生動(dòng)作電位具有多種不同排列組合的時(shí)間模式，也稱(chēng)為放電模式。并且證實(shí)這種組成序列的動(dòng)作電位會(huì)通過(guò)突觸向其它神經(jīng)元進(jìn)行傳遞，也即是說(shuō)，神經(jīng)元的放電模式很可能攜帶了傳遞的信息。但是對(duì)于不同放電模式如何參與信息的傳遞還了解得很少。突觸傳遞是中樞神經(jīng)系統(tǒng)神經(jīng)元之間信息傳遞的基本方式。在化學(xué)突觸中，突觸前神經(jīng)末梢的遞質(zhì)釋放實(shí)質(zhì)上是一個(gè)由電信

2、號(hào)傳遞向分子信號(hào)傳遞的轉(zhuǎn)換過(guò)程。突觸前神經(jīng)元接受刺激后產(chǎn)生具有一定時(shí)間排列特征動(dòng)作電位，形成某種放電模式，該放電模式通過(guò)軸突傳遞到纖維末梢，引起末梢釋放神經(jīng)遞質(zhì)，完成電信號(hào)向化學(xué)信號(hào)的轉(zhuǎn)換，達(dá)到信息傳遞的目的。然而已知的放電模式種類(lèi)繁多，而且沒(méi)有具體的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)，神經(jīng)遞質(zhì)的種類(lèi)也較多，而且同一遞質(zhì)有多種不同的受體，遞質(zhì)與受體結(jié)合就會(huì)產(chǎn)生不同的效應(yīng)，這就為研究神經(jīng)元放電模式和神經(jīng)遞質(zhì)釋放之間的關(guān)系帶來(lái)困難。關(guān)于電信號(hào)如何轉(zhuǎn)換為化學(xué)信號(hào)，兩者

3、之間究竟存在什么相互關(guān)系的問(wèn)題至今尚不清楚。 本研究目的在于探索神經(jīng)元放電模式與神經(jīng)纖維末梢遞質(zhì)釋放的關(guān)系，研究放電模式是否通過(guò)引起不同的遞質(zhì)釋放或調(diào)變遞質(zhì)釋放的程度來(lái)實(shí)現(xiàn)其生理意義。 突觸傳遞效率是指突觸對(duì)神經(jīng)信息傳遞能力的大小。目前關(guān)于判定突觸傳遞效率的指標(biāo)，主要是對(duì)單個(gè)脈沖刺激誘發(fā)興奮性和抑制性突觸后電位（EPSPs 和IPSPs）的幅度和斜率，興奮性和抑制性突觸后電流（EPSCs 和IPSCs）的幅度和面積。我們

4、認(rèn)為僅通過(guò)對(duì)單個(gè)脈沖刺激誘發(fā)的突觸后電位或電流單一指標(biāo)的分析不足以真實(shí)反映突觸傳遞效率。按照目前的觀點(diǎn)，一系列動(dòng)作電位才可能真正攜帶信息，所以應(yīng)該綜合考察不同排列組合的多個(gè)刺激脈沖引起突觸后神經(jīng)元產(chǎn)生EPSC 的情況，以此檢驗(yàn)突觸前神經(jīng)元不同放電模式對(duì)突觸傳遞效率的影響，而不只是考查單個(gè)刺激誘發(fā)的突觸后效應(yīng)。 脊髓背角是源于背根結(jié)神經(jīng)元的初級(jí)傳入纖維終止并與位于脊髓背角的中樞神經(jīng)元形成突觸的區(qū)域，這一區(qū)域在軀體感覺(jué)系統(tǒng)中起著重要

5、的中繼及處理感覺(jué)信息的作用。由于其重要性，所以對(duì)該區(qū)域的研究比較深入，使我們對(duì)其解剖結(jié)構(gòu)和所包含的中間神經(jīng)元的形態(tài)和纖維聯(lián)系有比較清楚地認(rèn)識(shí)，所以我們選擇脊髓背角作為研究對(duì)象。 “去極化反跳”是指神經(jīng)元受到超極化脈沖刺激后隨即出現(xiàn)的短暫膜電位去極化反應(yīng)，其產(chǎn)生機(jī)制是由于超極化刺激引起低閾值T 型鈣通道開(kāi)放，鈣離子內(nèi)流導(dǎo)致的膜去極化，對(duì)于神經(jīng)元的放電模式、節(jié)律活動(dòng)和突觸可塑性具有重要的調(diào)節(jié)作用。該現(xiàn)象作為神經(jīng)元的基本膜特性已在許多

6、不同腦區(qū)的神經(jīng)元上記錄到，包括丘腦、小腦、海馬和脊髓前角運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元。但是脊髓背角感覺(jué)神經(jīng)元是否具有去極化反跳的性質(zhì)或者新的反跳現(xiàn)象尚不清楚，我們對(duì)此進(jìn)行了研究。 研究方法： 用兩周齡SD 大鼠脊髓制備帶背根脊髓薄片標(biāo)本，利用紅外可視膜片鉗全細(xì)胞記錄技術(shù)進(jìn)行記錄。所用刺激信號(hào)由刺激器發(fā)出，通過(guò)吸入電極刺激背根，記錄電極記錄脊髓背角突觸后神經(jīng)元的興奮性突觸后電流。 主要研究結(jié)果： 1. 改進(jìn)了本實(shí)驗(yàn)室以往采用

7、明膠半包埋方法制作帶背根的脊髓薄片的方法，不用明膠進(jìn)行包埋，直接將獲得的脊髓段嵌入瓊脂塊，更好的保持了細(xì)胞活性。 2. 通過(guò)背根刺激，于42 個(gè)背角II 層神經(jīng)元上記錄到Aβ、Aδ和C 纖維誘發(fā)的單突觸反應(yīng)，主要記錄了突觸后神經(jīng)元的EPSC。其中C 纖維誘發(fā)的有11 例。 3. 從背根輸入兩種不同的刺激模式，連續(xù)刺激模式為間隔相等的25 個(gè)脈沖； 串刺激模式則是5 個(gè)脈沖為一串，串內(nèi)刺激頻率為2Hz，每串間隔10

8、S，輸入5 串25 個(gè)脈沖為一次刺激。每種刺激模式共重復(fù)5 次，平均頻率均為0.5Hz，保證了總頻率一致。記錄神經(jīng)元產(chǎn)生的EPSC 的平均幅值發(fā)現(xiàn)，連續(xù)單個(gè)刺激引起的EPSC 的幅值明顯大于串刺激引起的EPSC 的幅值。 4. 在灌流液中加入谷氨酸NMDA 受體阻斷劑AP－5（50μM）后，串刺激引起的EPSC 的幅值減小程度明顯大于連續(xù)單個(gè)刺激引起的EPSC 的幅值減小程度。 5. 三種不同串間間隔（1s，500ms，

9、200ms）的串刺激對(duì)突觸后神經(jīng)元產(chǎn)生EPSC 有影響，對(duì)應(yīng)輸入的刺激脈沖數(shù)目，串間間隔越短，產(chǎn)生的EPSC數(shù)目越少。相同頻率下連續(xù)刺激和串刺激引起突觸后神經(jīng)元產(chǎn)生EPSC 不同，對(duì)應(yīng)輸入的刺激脈沖數(shù)目，連續(xù)刺激引起的EPSC 數(shù)目較多，串刺激引起的EPSC 數(shù)目較少。 6. 記錄了背角II層神經(jīng)元的去極化反跳現(xiàn)象。同時(shí)在17 個(gè)II層神經(jīng)元上發(fā)現(xiàn)了膜電位在超極化刺激結(jié)束后，從超極化電位水平恢復(fù)到靜息水平的過(guò)程中出現(xiàn)一個(gè)長(zhǎng)時(shí)程的

10、對(duì)抗回到靜息水平的現(xiàn)象，我們把它定義為“超極化反跳”。記錄到與超極化反跳對(duì)應(yīng)的超極化激活的外向流。1 mM NiCl2（T型鈣通道阻斷劑）能完全阻斷超極化反跳和該外向流，阻斷超極化反跳后，具有超極化反跳性質(zhì)的緊張性放電神經(jīng)元放電模式發(fā)生改變。外液中5mM的K+也能阻斷超極化反跳和外向流。 主要結(jié)論： 1. 從背根輸入連續(xù)刺激和串刺激誘發(fā)突觸后神經(jīng)元產(chǎn)生了不同幅值大小的EPSC。 2. 加入谷氨酸NMDA 受體阻斷

11、劑AP－5 后，連續(xù)刺激和串刺激誘發(fā)突觸后神經(jīng)元產(chǎn)生EPSC 的改變量不同，提示放電模式可能通過(guò)引起不同數(shù)量的谷氨酸釋放來(lái)完成電信息向化學(xué)信息的傳遞。 3. 在本實(shí)驗(yàn)條件下，串刺激的串間間隔頻率與突觸后神經(jīng)元產(chǎn)生EPSC 的數(shù)目成反比。相同的平均頻率下，連續(xù)刺激引起突觸后神經(jīng)元產(chǎn)生EPSC 的穩(wěn)定性較大，而串刺激引起突觸后神經(jīng)元產(chǎn)生EPSC 的穩(wěn)定性較小。提示放電頻率和放電模式共同對(duì)突觸傳遞效率產(chǎn)生影響。 4. 超極化刺