作者：张作明，顾永昊，龙潭，李莉，郭群
【关键词】 视网膜电图
关键词: 视网膜电图;视网膜退行性变;动物模型;大鼠
摘 要:目的 研究视网膜锥体细胞功能异常大鼠的视觉电生理特点. 方法 按国际临床视觉电生理学会标准化方案，采用RETIport系统和自制的氯化银角膜电极、不锈钢针状电极对成年雄性SD大鼠观察视网膜电图暗适应视网膜电图（ERG）、振荡电位（OPs波）和明适应ERG和颜色光ERG;采用RETIscan系统观察明暗适应条件下的白色和颜色光多焦点视网膜电图（mERG）.颜色光ERG和mERG记录通过在被测眼前分别加红、绿、蓝色滤光片后进行. 结果 大鼠ERG和OPs波形与人类相似.正常大鼠的白色和颜色光mERG均能够记录到.在暗适应条件下，mERG总和反应（n=5大鼠）的b波幅值和潜伏期分别为:（126±41）μV，（44.8±2.4）ms（白）;（104±39）μV，（47.8±0.8）ms（绿）;（86±33）μV，（47.2±1.9）ms（蓝）和（76±21）μV，（65.0±1.9）ms（红）.明适应条件下正常大鼠的mERG仍能够记录到，但是波幅值较低.电生理异常大鼠ERG和OPs波形未见异常，明适应ERG和mERG波形消失.暗适应条件下的白光mERG波形难以辨别，但是颜色光mERG波形可以记录到，其总和反应b波幅值和潜伏期（n=2只眼）分别为:（42±7）μV，（50±7）ms（绿）;（31.1±0.4）μV，（50±8）ms（蓝）;（125±41）μV，（57±3）ms（红）.先天性静止性夜盲大鼠暗适应ERG和mERG异常，其暗适应条件下的白光mERG b波幅值降低，潜伏期明显延长. 结论 白色和颜色光mERG能够在正常大鼠眼角膜上记录，波形特点与光的颜色有关.发现1例先天性视网膜锥体细胞退行性变大鼠，其ERG和mERG波形异常.在暗适应条件下，其对mERG模式下的红光刺激非常敏感.
Keywords:electroretinogram;retinal degeneration;models，animal;rats
Abstract:AIM To investigate the visual electrophysi-ological properties of a SD rat with retinal cone cell degenera┐tion.METHODS According to the International Clinic Vi-sual Electrophysiological Standard Program，five commonly obtained responses（scotopic and photopic electroretinograms and oscillatory potentials）and chromatic stimulus ERG were recorded with RETIport system.Achromatic and chromatic stimuli multifocal retinoelectrograms（mERG）were recorded with RETIport system in dark and light adaptations，respec-tively.The chromatic ERG and mERG were recorded by putting a color filter（Green，Blue and Red）before the test-ing eyes.RESULTS ERGs and OPs waves of the normal rats were similar to those of human.The achromatic and chromatic stimuli multifocal retinoelectrograms could also be recorded in normal rats.In the dark adaptation，the ampli-tude and latency of b waves（sum response）of achromatic and chromatic mERG in normal rats（n=5）were（126±41）μV，（44.8±2.4）ms（white）;（104±39）μV，（47.8±0.8）ms（green）;（86±33）μV，（47.2±1.9）ms（blue）and（76±21）μV，（65.0±1.9）ms（red），respectively.The mERG in the light adaptation could also be recorded，but the ampli-tude was smaller.The cone cell degeneration rat had normal scoptic ERGs and OPs，but the photopic ERG disappeared.In the light adaptation achromatic mERG was extinguished and mERG waves were hard to recognize in the dark adapta-tion.But the chromatic mERG could be recorded in dark adaptation.The total responses were（42±7）μV，（50±7）ms（green）;（31.1±0.4）μV，（50±8）ms（blue）;and（125±41）μV，（57±3）ms（red），respectively.The congenital stationary night blindness rats had abnormal scoptic ERG and mERG.The achromatic mERG b waves declined and latency delayed compare with normal rats and the rats with cone cells degeneration.CONCLUSION The achromatic and chromat-ic mERGs could be recorded in normal rats cornea.The char-acteristic of waves is related to the colors.One case of con-genital cone cells degeneration rat was found.It had abnor-mal photopic ERG and mERG.It was sensitive to red light stimulation on mERG recording model in the dark adapta-tion.
0 引言
人类许多疾病同样可以发生在动物身上，因此关于动物模型的建立和研究具有重要的医学价值.目前关于视网膜退行性病变的实验动物模型很少.皇家外科学院视网膜色素变性大鼠（RCS大鼠）是目前应用比较广泛的视网膜退行性病变的实验动物［1］ .我们曾经报道1例类似人类先天性静止性夜盲电生理改变的大鼠［2］ ，经过传代繁殖和电生理学研究，现已证实该大鼠的基因突变特性能够以性染色体隐性遗传的方式遗传（资料另文发表）.最近我们又发现一只实验大鼠的暗适应视网膜电图（elec-troretinogram，ERG）正常，而明适应ERG消失，与我们先前报道的先天性静止性夜盲大鼠电生理改变相反，提示其病变的发生与视锥细胞功能异常有关.大鼠为夜行性啮齿类动物，其视锥细胞所占比例很少，约占视网膜感光细胞总数的1%［3］ ，因此关于其在大鼠视觉系统中的作用研究比较少［4］ .大鼠是医学研究的重要实验动物，我们已经初步建立了先天性静止性夜盲实验大鼠动物模型，而本例大鼠从另外的角度为我们研究视网膜退行性病变提供了机遇.为此我们比较观察了该视觉电生理异常大鼠与正常大鼠和先天性静止性夜盲实验大鼠的视觉电生理特性.
1 材料和方法
二级SD大鼠由第四军医大学实验动物中心提供.大鼠ERG记录采用RETIport系统（Roland Consult，德国），按本实验室建立的方法进行［2］ .除记录正常大鼠左眼和患病大鼠双眼常规ERG外，我们还测定了颜色ERG，即在暗适应条件下，给予红、蓝和绿光刺激后记录ERG.颜色光刺激通过氙灯光源，分别加红、蓝和绿光滤光片（RETIport配套产品）实现，其光谱主要分布范围分别在390～480nm，505～575nm和610～730nm.为进一步研究大鼠的视觉电生理特点，我们还同时记录了大鼠的多焦点视网膜电图（multifocal ERG，mERG）.具体方法是将大鼠固定于实验台上，采用自制的装置确保被检测眼的角膜缘平行，且角膜顶点与刺激屏幕中心的距离为20cm.采用RETIscan系统（Roland Consult，德国），61点的六角性刺激区域、变形因子（distortion factor）为1的刺激模式，通频带1～300Hz，采样频率1021Hz，分析时间167ms，记录一阶反应（first order kernel）.刺激器为21寸彩色显示器，刷新频率为60Hz，亮度为120cd・m-2 .颜色光mERG记录同上参数，但是利用上述滤光片挡在记录眼前，然后 再进行记录.
为便于比较，我们选5只体质量与患病大鼠相近的正常大鼠和先天性静止性夜盲大鼠作为对照，采用t检验进行统计学分析.
2 结果
常规ERG5种反应波形，包括在暗适应条件下记录到的视杆细胞反应（rod response）、最大混合反应（max response）及振荡电位（OPs），明适应条件下记录的视锥细胞反应（cone response）及闪烁ERG（flicker ERG）均可能够在正常大鼠的角膜上记录出来，特点是视杆细胞反应和最大混合反应波幅值高，OPs波明显，而视锥细胞反应波幅值低.先天性静止性夜盲实验大鼠暗适应ERG b波消失，而a波基本正常，OPs波幅值明显降低，明适应ERG存在［2］ .本例电生理异常大鼠表现为暗适应ERG正常，明适应ERG消失（Fig1）.
图1 略
在暗适应条件下，正常大鼠常规mERG波形非常明显.给予白光模式刺激，并在记录眼前加不同颜色滤光片后仍可以记录到明显的mERG波形.按波幅值排序，绿光&>蓝光&>红光，峰潜时则是绿光和蓝光相似，而红光时间较长.本例电生理异常大鼠暗适应条件下，常规mERG波形消失，颜色光mERG均存在，按波幅值排序，红光&>绿光&>蓝光，与正常大鼠明显不同，且红色光mERG波幅值异常增高，为蓝色光mERG波幅值的约4倍以上，峰潜时则是各种颜色光相似（Fig2，3）.先天性静止性夜盲大鼠的常规mERG仍能够记录出来，b波波形明显，但是峰潜时明显延长.
图2 － 图3 略
3 讨论
眼为重要的感觉器官，其组织结构与其生物习性密切相关.昼间活动的动物其视网膜视锥细胞非常发达，如一些鸟类只有视锥细胞.而昼伏夜出的动物则视网膜视杆细胞非常发达，人类以白天活动为主，视杆细胞和视锥细胞均丰富，且有黄斑和中心凹，对颜色和精细结构的分辨能力较强.大鼠为啮齿类动物，以夜间活动为主，视网膜光感受器细胞主要是视杆细胞，其视锥细胞所占比例很少.在白化大鼠，约为1%，其中7%为对紫外光敏感的UV（S）型锥体细胞，其他为对中长波长光敏感的M型锥体细胞.二者的敏感频率分别为359nm和509nm附近［4］ .大鼠ERG的特点与其视网膜组织结构相吻合，表现为暗适应ERG波幅值高，而明适应ERG和闪烁ERG波幅值低，且对闪烁频率敏感.在人30Hz闪烁刺激是分离视锥细胞的最佳刺激，而10～20Hz的刺激频率对大鼠比较合适.
为探究该例大鼠对红光异常敏感的原因，我们又分别在明、暗适应条件下记录色光ERG.该例大鼠明适应条件下的色光ERG消失，与明适应ERG波形消失的原因是相同的，都与视锥细胞功能异常有关.但是其暗适应条件下的色光ERG存在，与正常大鼠相似，未见其对红光有异常敏感现象.由于mERG和常规ERG的刺激模式不同，因此我们推测该例大鼠视感受器细胞可能发生了某种变异，以弥补其视锥细胞功能的障碍，而对红色光的mERG刺激模式异常敏感.
mERG采用一种m序列（伪随机序列）方式同时对视网膜后极部多个部位进行刺激，它能够将视网膜上的电生理信号（多部位混合）用常规记录电极记录下来，并经过数学变换，将刺激部位和反应信号对应起来，从而可以在同一个记录时间内把后极部视网膜多个区域的电生理功能反应出来.多焦技术是1992年由Sutter等［5］ 发明，1995年起逐步用于临床是视觉电生理检查技术的重大突破，该技术在临床和基础研究中的应用日益受到人们的重视.关于mERG的波形起源一般认为其与明适应ERG相似，因为mERG常规是在明适应条件下记录，反应的是视锥细胞和与之相连的双极细胞功能［5，6］ .我们通过临床观察和动物实验研究等注意到，mERG与常规所反应的视网膜电生理学特点是不完全相同的，因为两者的刺激方式不一致，所以视网膜各种细胞内对刺激的 代谢反应和各种细胞膜电位的综合变化不同.本例所观察的电生理异常大鼠就是一个很好的例子.这也提示我们不能简单对多焦电生理检查结果进行解释.不同厂家的设备之间因为刺激模式的不同，检查结果也不能简单的进行比较.
实验动物是医学研究和生命科学研究的基础和重要支撑条件.本研究发现的视锥细胞功能异常大鼠对红光mERG刺激模式异常敏感，虽然其机制尚不清楚，但其为我们提供了一个很好的动物模型.Biel等［7］ 报道了环核苷酸门控通道CNG3基因缺乏小鼠的电生理特性.该基因缺陷小鼠表现为选择性的视锥细胞功能丧失，而视杆细胞功能存在.与本例大鼠电生理特点相似，但是他们没有对CNG3基因缺陷小鼠的mERG进行观察.另外，本例电生理异常大鼠为自发性基因突变，其突变基因是否就是CNG3基因尚有待于进一步观察.Seeliger等［8］ 报道患有遗传性视杆、视锥细胞退行性变猫的多焦电生理特点，与本例大鼠完全不同.目前只有少数几个实验室能够对动物mERG进行记录，目前仅见Ball和Petry［9］ 关于正常大鼠mERG的研究报道，尚未见到关于大鼠mERG异常的报告.因此我们将进一步对比研究该动物的视觉电生理特性，同时观察其病变特性能否遗传.
参考文献:
［1］Shi XY.The experimental animal science ［M］.Xi’an:the Shan-nxi Science and Technolohy Press，1989:110-148.
［2］Zhang ZM，Gu YH，Li L，Long T，Shi L.A naturally occur-ring retinal hereditary disease rat with similar to congenital sta-tionary night blindness patient’s ERG ［J］.Di-si Junyi Daxue Xuebao（J Fourth Mil Med Univ），2002;23（1）:6-8.
［3］Szel A，Rohlich P.Two cone types of rat retina detected by an-ti-visual pigment antibodies ［J］.Exp Eye Res，1992;55（1）:47-52.
［4］Jacobs GH，Fenwick JA，Williams GA.Cone-based vision of rats for ultraviolet and visible lights ［J］.J Exp Biol，2001;204（Pt14）:2439-2446.
［5］Sutter EE，Tran D.The field topography of ERG components in man I.The photopic luminance response ［J］.Vision Res，1992;32（3）:433-446.
［6］Hood DC.Assessing retinal function with the multifocal tech-nique ［J］.Prog Retin Eye Res，2000;19（5）:607-646.
［7］Biel M，Seeliger M，Pfeifer A，Kohler K，Gerstner A，Ludwig A，Jaissle G，Fauser S，Zrenner E，Hofmann F.Selective loss of cone function in mice lacking the cyclic nucleotide-gated chan-nel CNG3［J］.Proc Natl Acad Sci USA，1999;96（13）:7553-7557.
［8］Seeliger MW，Narfstrom K.Functional assessment of the re-gional distribution of disease in a cat model of hereditary retinal degeneration ［J］.Invest Ophthalmol Vis Sci，2000;41（7）:1998-2005.
［9］Ball S，Petry HM.Noninvasive assessment of retinal function in rats using multifocal electroretinography ［J］.Invest Ophthalmol Vis Sci，2000;41（2）:610-617.