脊髓背角初級傳入與放電模式關(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)生動作電位，是神經(jīng)元最主要的功能反應(yīng)之一。以往對神經(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)生動作電位具有多種不同排列組合的時間模式，也稱為放電模式。并且證實這種組成序列的動作電位會通過突觸向其它神經(jīng)元進行傳遞，也即是說，神經(jīng)元的放電模式很可能攜帶了傳遞的信息。但是對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。在化學突觸中，突觸前神經(jīng)末梢的遞質(zhì)釋放實質(zhì)上是一個由電信

2、號傳遞向分子信號傳遞的轉(zhuǎn)換過程。突觸前神經(jīng)元接受刺激后產(chǎn)生具有一定時間排列特征動作電位，形成某種放電模式，該放電模式通過軸突傳遞到纖維末梢，引起末梢釋放神經(jīng)遞質(zhì)，完成電信號向化學信號的轉(zhuǎn)換，達到信息傳遞的目的。然而已知的放電模式種類繁多，而且沒有具體的分類標準，神經(jīng)遞質(zhì)的種類也較多，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)系帶來困難。關(guān)于電信號如何轉(zhuǎn)換為化學信號，兩者

3、之間究竟存在什么相互關(guān)系的問題至今尚不清楚。 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引起不同的遞質(zhì)釋放或調(diào)變遞質(zhì)釋放的程度來實現(xiàn)其生理意義。 突觸傳遞效率是指突觸對神經(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，主要是對單個脈沖刺激誘發(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、認為僅通過對單個脈沖刺激誘發(fā)的突觸后電位或電流單一指標的分析不足以真實反映突觸傳遞效率。按照目前的觀點，一系列動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刺激脈沖引起突觸后神經(jīng)元產(chǎn)生EPSC 的情況，以此檢驗突觸前神經(jīng)元不同放電模式對突觸傳遞效率的影響，而不只是考查單個刺激誘發(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)域在軀體感覺系統(tǒng)中起著重要

5、的中繼及處理感覺信息的作用。由于其重要性，所以對該區(qū)域的研究比較深入，使我們對其解剖結(jié)構(gòu)和所包含的中間神經(jīng)元的形態(tài)和纖維聯(lián)系有比較清楚地認識，所以我們選擇脊髓背角作為研究對象。 “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)生機制是由于超極化刺激引起低閾值T 型鈣通道開放，鈣離子內(nèi)流導(dǎo)致的膜去極化，對于神經(jīng)元的放電模式、節(jié)律活動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、海馬和脊髓前角運動神經(jīng)元。但是脊髓背角感覺神經(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，我們對此進行了研究。 研究方法： 用兩周齡SD 大鼠脊髓制備帶背根脊髓薄片標本，利用紅外可視膜片鉗全細胞記錄技術(shù)進行記錄。所用刺激信號由刺激器發(fā)出，通過吸入電極刺激背根，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. 改進了本實驗室以往采用

7、明膠半包埋方法制作帶背根的脊髓薄片的方法，不用明膠進行包埋，直接將獲得的脊髓段嵌入瓊脂塊，更好的保持了細胞活性。 2. 通過背根刺激，于42 個背角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 個脈沖； 串刺激模式則是5 個脈沖為一串，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）的串刺激對突觸后神經(jīng)元產(chǎn)生EPSC 有影響，對應(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。同時在17 個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)到靜息水平的過程中出現(xiàn)一個長時程的

10、對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引起不同數(shù)量的谷氨酸釋放來完成電信息向化學信息的傳遞。 3. 在本實驗條件下，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突觸傳遞效率產(chǎn)生影響。 4. 超極化刺