关于黑质致密部神经元对去甲肾上腺素的敏感性与其放电型式的关系

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论文字数:**** 论文编号:lw202397314 日期:2025-03-18 来源:论文网
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       作者:刘国鹏 胡三觉 韩晟 王晓斌 杨红军


【关键词】 去甲肾上腺素
  关键词: 黑质致密部;自发放电;去甲肾上腺素;敏感性;非稳定周期轨道
  
  摘 要:目的 研究黑质致密部(SNc)神经元的放电型式与其对去甲肾上腺素(NE)敏感性的关系,探讨“非周期敏感”现象的普遍性. 方法 在幼鼠的脑片胞外记录SNc神经元的自发放电.比较周期与非周期放电神经元对NE反应的敏感性,对非周期放电神经元的放电进行非线性动力学分析. 结果 NE对18个周期及12个非周期放电神经元呈现兴奋作用,对16个周期及12个非周期放电神经元呈现抑制作用.无论兴奋或抑制作用,非周期放电神经元对不同浓度NE的反应程度均比周期放电神经元大(P&<0.01);NE的兴奋及抑制作用可分别被酚妥拉明(20μmol L-1 )及舒必利(1μmol L-1 )阻断;在非周期放电神经元的放电序列中测出非稳定周期轨道. 结论 SNc的非周期放电神经元比周期放电神经元对NE更敏感,这种敏感性可能与非周期放电的混沌特性有关.
  Keywords:substantia nigra compacta;spontaneous activity;norepinephrine;sensitivity;unstable period or-bits
  
  Abstract:AIM To study relationship between the firing pattern and sensitivity of substantia nigra compacta neurons to norepinephrine,to certify universality of“non-period sensitivity”in nervous system.METHODS Spontaneous ac-tivities of substantia nigra compacta neurons in brain slice of young rats were recorded extracellularly,which were pided into periodic and non-periodic firing patterns.The sensitivity of two firing pattern to norepinephrine were compared.Fur-ther,we performed the non-linear dynamic analysis of time series of non-periodic firing.RESULTS Among neurons that responded to norepinephrine,18periodic firing and12non-periodic firing neurons showed excitation,16periodic firing and11non-periodic firing neurons displayed suppres-sion.No matter excitation and suppression,greater response of non-periodic firing to norepinephrine with different concen-tration was found than that of periodic firing neurons(P&<0.01).The excitatory effect and suppressive effect of nore-pinephrine was blocked byαadrenoceptor antagonists regitine(20μmol L-1 )and D2receptor antagonists sulpiride(1μmol L
-1 )respectively.Unstable period orbits were identified successfully in time series of non-periodic firing neurons.CONCLUSION The non-periodic firing neuons are more sensitive to norepinephrine than periodic firing neurons in SNc,this sensitivity may depend on chaotic characteristic of non-periodic firing.
  
  0 引言
  
  我们发现受损的背根节神经元对四乙基铵、钙离子、去甲肾上腺素(norepinephrine,NE)和交感神经刺激反应的敏感性与其自发放电型式密切相关,非周期放电神经元的反应比周期放电神经元更为敏感,并推测这种“非周期敏感”现象可能是可兴奋细胞的一种普遍反应特性[1,2] .为了论证这种“非周期敏感”现象在神经系统的普遍性,探讨中枢神经元反应特性与放电型式的关系.我们在幼鼠脑薄片记录黑质致密部(substantia nigra compacta,SNc)神经元的自发放电,观察神经元对NE的敏感性与其放电型式之间的关系,并检测非周期放电时间序列的混沌特性.
  
  1 材料和方法
  
  1.1 材料 出生10d的SD幼鼠,由第四军医大学实验动物中心提供.蔗糖ACSF的成分为(mmol L-1 ):蔗糖250,KCl2.5,CaCl2 2,MgSO4 2,Nah3 PO4 1.25,NaHCO2 25.ACSF的成分为(mmol L-1 ):NaCl125,KCl3,CaCl2 2,MgSO4 2,Nah3 PO4 1.25,NaHCO2 25,葡萄糖10.
  
  1.2 方法 幼鼠断头并迅速取脑,快速置于冰冷的0~4℃经950mL L-1 O2 和50mL L-1 CO2 饱和的蔗糖人工脑脊液中(artificial cerebrospinal fluid,ACSF).待脑完全冷却后,对所在脑区进行修块,然后用震动切片机(美国Campden公司)制备厚度为300μm的含SNc的水平中脑脑片,并置于26℃的充以950mL L-1 O2 和50mL L-1 CO2 的ACSF中孵育.脑片孵育2h后,移至记录槽,用尼龙网及U形铂丝框加以固定,并以1~2mL min
-1 的速度灌流33℃的充以950mL L-1 O2 和50mL L-1 CO2 的AS-CF.根据大鼠脑图谱在解剖镜下分辨SNc[4] ,对SNc神经元进行胞外记录.记录电极由PP-83电极拉制器(日本Narishige公司)拉制,尖端开口约2μm,电极内充以ACSF,电极阻抗为3~7MΩ,单细胞的胞外放电信号经膜片钳放大器Axopatch300A放大并输入到计算机,利用生物电信号采集程序记录动作电位的峰峰间期(interspike interval,ISI)序列及放电频率直方图(第四军医大学物理学教研室提供).
  
  1.2.1 放电型式的判定 以ISI序列的特征、ISI序列中ISI数值变异程度即变异系数(vary coefficient)区别神经元放电型式.ISI变异系数的计算公式如下:变异系数=标准差/平均值.标准差及平均值为加药前5min ISI序列的统计量.
  
  1.2.2 对NE反应敏感性的判定 以放电频率增大或减少百分数作为分析指标,其计算公式如下:放电频率增大或减少百分数=(最大反应频率-基础频率)/基础频率×100%.基础频率为加药前3min放电的平均频率,最大反应频率为加药期间放电数增加或减少到最大值1min放电的平均频率[1] .
  
  1.2.3 非线性动力学分析 利用现有的SoUPO程序对非周期放电的ISI序列进行非稳定周期轨道(unstable period orbits,UPO)的检测,以确定非周期放电是否存在确定性[5] ,即非周期放电是否具有混沌特性.
  
  统计学处理:数据以x ±s表示,进行t检验.
  
  2 结果
  
  2.1 自发放电型式 在25只幼鼠脑片的SNc胞外记录了280个神经元的自发放电.放电型式有两类:①周期放电(period),其ISI基本相等,分布较集中,序列的平均变异系数小于0.10,占放电神经元总数的 89%.②非周期放电(non-period),其ISI显著不等,分布分散,序列平均变异系数大于0.50,占放电神经元总数的11%(Fig1).
  
  图1 黑质致密部神经元的放电型式 略
  
  2.2 NE对神经元的兴奋作用 55%周期放电神经元、48%非周期放电神经元对10μmol L-1 NE产生兴奋反应.观察了17个周期及13个非周期放电神经元对0.1,1和10μmol L-1 NE的兴奋反应,其放电频率随NE浓度升高而增大.但是,非周期放电神经元对不同浓度NE的反应程度均比周期放电神经元大,其浓度-效应曲线相对于周期放电神经元显著左移(P&<0.01,Fig2),表明非周期放电神经元比周期放电神经元对NE的兴奋作用更敏感.
  
  2.3 NE对神经元的抑制作用 35%周期放电神经元、44%非周期放电神经元对10nmol L-1 NE产生抑制反应.观察了18个周期及12个非周期放电神经元对1,10和100nmol L-1 NE的抑制反应,其放电频率随NE浓度升高而减少.对于非周期放电神经元来说,一般1nmol L-1 NE即可使放电减少达到完全抑制的程度,随着NE浓度的逐步增加,完全抑制时间也逐步延长.而对于周期放电神经元,虽然随着NE浓度的增加,抑制程度也相应加强,但即使NE浓度达到100nmol L-1 也不出现完全抑制.统计处理表明,非周期放电神经元比周期放电神经元对NE的抑制作用更敏感(P&<0.01,Fig3).
  
  2.4 α┐肾上腺素受体及DA受体拮抗剂的作用 应用α-肾上腺素受体拮抗剂酚妥拉明(20μmol L-1 )预孵育脑片,观察对8例NE兴奋作用的影响,结果8例NE兴奋作用均被阻断.8例神经元中5例周期放电神经元,3例非周期放电神经元.用酚妥拉明(20μmol L-1 )预孵育脑片,观察对7例NE抑制作用的影响,抑制作用未被阻断,而应用DA受体拮抗剂舒必利(1μmol L-1 )预孵育脑片,NE的抑制作用被阻断.

 7例神经元中4例周期放电神经元,3例非周期放电神经元.
  
  图2 不同浓度去甲肾上腺素对周期与非周期放电神经元兴奋作用的比较 略
  
  2.5 放电序列的UPO检测 对5例非周期放电神经元的ISI序列进行UPO检测.在3例ISI序列中检测到了非稳定周期1、周期2及周期3轨道,在2例ISI序列中检测到了非稳定周期1、周期2轨道.在二维空间中所有周期1轨道都位于对角线上,周期2轨道是以对角线呈镜像对称的一对点,周期3轨道是呈三角对称的三重点(Fig4).对于UPO的成功检测说明非周期放电神经元的放电序列具有确定性的动力学机制,既非周期放电具有混沌特性.
  
  3 讨论
  
  大鼠SNc神经元以DA神经元为主,在DA神经元胞体上存在D2 受体,此受体是DA自身受体,NE通过D2 受体抑制神经元的自发电活动3] .另外,电刺激蓝斑可在SNc记录到兴奋性反应,此兴奋反应可被α1受体拮抗剂阻断,表明NE还可通过α1受体兴奋SNc神经元.在我们的实验中,NE的兴奋作用被α受体拮抗剂酚妥拉明阻断,抑制作用不能被酚妥拉明阻断,但可被D2 受体拮抗剂舒必利阻断,这些都与文献报道相一致[3] .离体的SNc神经元有丰富的自发放电,并且放电型式各不相同[4] .我们比较了周期与非周期两种不同型式放电神经元对NE的反应敏感性.结果表明,无论是NE的兴奋或抑制反应,非周期放电神经元都要比周期放电神经元对NE更敏感.很多证据显示神经元的放电型式与反应敏感性存在密切的关系[1,2] .我们曾根据非周期放电的受损初级感觉神经元对四乙基铵、钙离子、NE和交感神经刺激反应敏感的现象提出了非周期敏感假说[2] .本实验又在正常的中枢神经元再次证明这一现象,提示非周期敏感现象可能是神经元活动的一个普遍特征.当然,要肯定这一现象的普遍性,还需在多种神经元分析刺激反应与放电型式的动力学关系.
  
  图3 不同浓度去甲肾上腺素对周期与非周期放电神经元抑制作用的比较 略
  
  另外,对SNc神经元的非周期放电进行非线性动力学分析显示,非周期放电的时间序列具有混沌动力学的骨架 UPO,提示SNc神经元的非周期放电具有混沌特性[1,2,6] .混沌是指貌似随机的动力学系统中存在着确定性因素,因为混沌的特性之一是初始条件的敏感性,即微小的扰动可产生巨大的响应[5] ,推测正是因为混沌的敏感性决定了具有混沌特性的非周期放电神经元的敏感性.由于混沌现象广泛地存在于生物组织中[6] ,非周期敏感现象是否具有生物普遍性,我们将进一步的探索和研究.
  
  图4 对非周期放电进行非稳定周期轨道的检测 略
  

参考文献


  
  [1]Yang HJ,Hu SJ,Jian Z,Wan YH,Long KP.Relationship be-tween the sensitivity to tetraethylammonium and firing pattern of injured dorsal root ganglion neurons [J].Shengli Xuebao(Acta Physiol Sin),2000;52(5):395-401.
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