脑高级排尿中枢的研究进展_cropped

脑高级排尿中枢的研究进展_cropped 综 述 脑高级排尿中枢的研究进展 Ξ 1 2 1 乔 梁 ,谭保斌,卢洪凯1 2 ()潍坊医学院附属潍坊市人民医院泌尿外科 ,山东 潍坊 261041 ;潍坊医学院外科学教研室 [ 关键词 ] 排尿中枢 ;脑功能 ;调控 + [ 中图分类号 ] R 334 . 4 () 文章编号 ] 100423101 20070120088203 [ [ 文献标识码 ] A 在过去 的 一 个 世 纪 里 , 人 们 虽 然 对 下 尿 路 的 整 体 解 剖 结 ,此区被证实对骶髓的 Onuf 抑制逼尿肌自发性活动 。解剖学上 构 、生理以及神经支配的研究取得巨大进展 , 但对脑高级中枢 核发出投射 ,而 Onuf 核是支配盆底肌 、尿道及肛门括约肌的躯 ( 怎样实现排尿活动的精确调控 , 相比之下 , 仍知之甚少 。但随 体运动核 。因此 ,L2region 被看作对排尿活动有抑制性作用 使 ) () 排尿的开关处于离段状态,对膀胱的控尿功能有协助作用 。L2 着正电子发射断层扫描 positron2emission tomography , PET、单光 ( ( 子发射计算机断层扫描 single photon emission computed tomogra2 region 现被 Blok 和 Holstege 称 作 脑 桥 储 尿 中 枢 pontine storage 6 () ) phy ,SPECT以 及 功 能 磁 共 振 成 像 functional magnetic resonance center ,PSC。PSC 双侧损伤能导致严重的逼尿肌活动 亢 进 , 4 ) imaging ,fMRI技术的应用 ,不仅在人体上证实了先前人们在动 同时伴随着膀胱容量减小和急迫性尿失禁 。在脑桥水平 ,M2 物实验的发现 ,而且把人们在脑功能方面的研究带入了一个崭 region 和 L2region 似乎并没有联系 ,这从而使脑桥以上水平存在 新时代 ,人们可以在膀胱储尿和排尿的同时进行脑功能实时成 另外的排尿调控中枢是必要的 ,这个中枢在排尿活动任一时段 7 像 。本文将对新近脑高级中枢对排尿活动的调控的进行综述 。 都应该处于激活状态 。 1 动物研究部分 :脑桥排尿中枢 ———“开Π关”装置 2 动物研究部分 :脑桥上中枢 ———调控排尿开Π关巨人之手 1 大约 80 多年前 ,Barrington首选研究了关于调控膀胱功能先前的研究显示脑桥上中枢对排尿反射的启动并不是必 1 的脊髓上神经系统 。对充盈膀胱的猫行去脑实验 ,他发现在脑 ,实际 上 ,Barrington 的 去 脑 猫 实 验 也 是 反 射 性 排 空 的 。须的 桥的被盖部存在这样一区域 ,当它的两侧都被去掉时 , 能导致 但是 ,脑桥上中枢具有判定在何时 、何地 、合乎社会礼仪适宜的 完全的尿潴留 。随后 , 这一区域被 Langwothy 和 Kolb 的研究证 启动排空的能力 。临床上对脑损伤后急迫性尿失禁的患者的 8 研究证实了这一点 。这一过程看上去很简单 ,但随着我们对 2 ,它确对调控正常膀胱的排空发挥重要作用 。此区以下的 实 其认识的加深 ,它愈加复杂起来 。譬如说 , 为了使调控排尿开 脑损伤能导致膀胱排空功能受损 ; 此区以上的损伤 , 则膀胱逼 关的巨人之手更有效的发挥作用 ,他的每一个手指必须相互合 3 尿肌收缩亢进 。30 多年后 , Kuru 和 Yamamoto对同一区域行电 作 、协调的活动 ,而对其中的确切机制我们几乎一无所知 。动 刺激 ,发现可产生协调的膀胱逼尿肌收缩 。遂他们将该区称作 物实验已经提示多个中脑 、间脑内的脑桥上结构在其中发挥潜 (Barrington 核 ,而现在更普遍的称谓是脑桥排尿中枢 pontine mic2 在的作用 ,当电刺激下丘脑 、杏仁体 、终纹 、中央导水管周围灰 ) turition center ,PMC。已证实 , PMC 和支配膀胱运动的核团有直 () 质 periaqueductal gray , PAG、扣带前回 及 隔 核 皆 能 产 生 或 易 化 4 接的投射关系 。1986 年 Holstege 等人发现 ,电刺激 PMC 不同 9 ( 膀胱的收缩 。然而 ,这些区域中 ,仅有 PAG 和下丘脑 尤其是 的解剖区域 ,有不同的生理反应 。当电刺激脑桥的背外侧盖的 9 ,10 ) 视前区内侧证实和 M2region 有直接的投射关系 。PAG ,除 中间部分时 ,发现盆底肌活动节律 tone 和尿道压降低 , 紧接着 了与 M2region 的直接投射关系外 ,还与骶髓有直接的关系 ,预示 膀胱内压升高 ,产生与一次正常的排尿活动类似的生理反应 ; 它可能 是 两 者 直 接 的“桥 梁” ———传 递 膀 胱 的 容 量 信 息 到 大 当刺激此区的左侧 、右侧有同样的反应 。因而该区被称作 M 区 () M2region,而且发现 ,它直接对骶髓的中间内侧核 、中间外侧核 发出投射 ,骶副交感核从中发出支配膀胱逼尿肌运动的纤维 。 9因此 ,M2region 可被看作排尿活动或打开排尿开关的易化中枢 , 。实际上 ,人们早已发现电刺激猫的 PAG 能导致膀胱的完 脑 5 11 协调性膀胱排空的共同的最终传导通路 。 全排空 。除此之外 ,当 PAG 和 PMC 之间的联系打断时 ,就会12 他们同时发现在脑桥被外侧盖的腹外侧部有区域 ,被称作 出现一“小膀胱”,其在很小的容量时就出现排空 。下丘脑视 () L 区 L2region,它受刺激时 ,盆底肌活动 、尿道压迅速增加 ,同时 (前区内侧 富含雄激素和雌激素受体 ,是边缘系统的一部分 ,因 ) 而又被称作情感运动中枢 ,负责调控性行为,直接向负责排尿 6 的 M2region 发出投射 ,值得进一步研究 。Blok 和 Holstege已指 Ξ () ( ) [ 作者简介 ] 乔梁 1976 年 9 月,,男 汉族,山东省潍坊市人 ,主治医师 ,博士学位 。主要研究方向 :神经泌尿外科学 。 因为排尿行为对动物领地的标定是一重要的工具 , 而且 , 尿的 , 脑 岛 叶 激 动 后 可 使 交 感 神 经 发 放 兴奋性 。据此 人 们 认 为 13 动 ,从而使膀胱壁肌层松弛 ,减弱排尿冲动 、增加膀胱容量 。 气味还有性行为信号的作用 。Blok认为下丘脑视前区可能对 PMC 启动排尿活动传递“安全”可以开始的信号 。 这些表明 ,在人脑干有不同的特定的核团调控排尿活动 并且皮质 、脑 桥 的 这 些 核 团 主 要 位 于 右 半 球 。这 与 临 床 上 ( 134 例慢性偏瘫的统计研究相符 : 尿频 以 24h 中平均 9 次或 3 人排尿活动与脑功能成像 ) 高,左侧偏瘫较右侧偏瘫的病人显著 ; 而且左侧偏瘫的病人 20 容易出现尿急的症状 。Blok 亦应用 PET 对女性控制盆底肌 14 1996 年 ,Fukuyama 等 首次应用脑功能成像技术对人排尿21 动中枢结构进行研究 ,对以下 4 个状态进行了脑扫描 : ? 期大脑核团的活动进行研究 。对 10 名男性志愿者开始排尿后 息时 ; ?间断 、重复的盆底肌收缩 ; ?持续的盆底肌收缩 ; ? ( 和排尿过程进行 SPECT 扫描 ,显示在脑桥中部至中脑 PAG 附 99 ) 近,及额叶有核团激动 。同时应用脑血流的示踪剂mTc 标记 ,在盆底肌收缩时 ,中央前回上内侧 续的腹肌收缩 。结果发现 的 hexamethyl2propyl2eneamine oxide 测量了脑灌注量 。他们的 研 运动皮质中央的大部分活动增加 ,腹肌群收缩时 , 中央前回 究不仅验证了动物实验研究的结论 ———脑桥是一调控排尿活 外侧活动增加 。小脑 ,运动皮质辅助区 , 以及丘脑活动亦有 动的重要核团 ,而且显示了大脑皮质在调控人排尿活动的重要 显增强 。在盆底肌持续性收缩时 ,扣带前回活动增加 。 性 。 这与临床上仅有基底节或丘脑损伤的病人有正常的括 许多我们目前所获得的关于大脑对排尿活动的调控知识 15 ,16 肌功能的发现基本一致 。这种病人能自主收缩尿道外括约 来源于 Blok 等人的 PET 研究 。1997 年 ,他们第一次发表了 16 () 横纹肌, 能 抑 制 或 相 当 程 度 上 减 弱 使 膀 胱 无 抑 制 性 收 缩 关于排尿活动的 PET 研究。在这最初的研究中 ,他们试图证 生 。而对脑血管意外后损伤大脑皮质和Π或内囊的病人 ,并不 实脑干区是否像在猫身上那样 ,对人的排尿调控起重要作用 , 有效搭搭地自主收缩尿道外括约肌 。因为他们损伤了正常 尤其是脑桥被盖区 、PAG、下丘脑视前区 。对参与此项研究的 17 22 尿活动所必需的大脑 - 皮质脊髓通路 。 名志愿者在如下 4 个时期进行了脑 PET 扫描 : ?在储尿期 、排 23 16 ,17 尿前 15min ; ?排尿期 ; ?排尿后 15min ; ?排尿后 30min 。结果 : 2000 年 ,Nour 等 对 男 性 志 愿 者 做 了 和 Blok相 似 17 名志愿者中有 10 名在 PET 扫描过程中实现自主排尿 ,排尿 PET 实验 ,他们应用了尿动力膀胱测压来证实排尿过程中膀 时 ,右半脑桥被盖内侧 ,中脑导水管周围灰质 ,下丘脑以及右半 的收缩 。他们的结果不仅验证了 Blok 等人的发现 ,譬如排尿 额下回的脑血流增加 ;在储尿期 ,右半扣带前回脑血流下降 。7 ) ( 脑桥 、额下回 、下丘脑和 PAG盖部等核团的激动 ,而且还发 名志愿者没能在 PET 扫描时实现自主排尿 ,虽然他们的膀胱已 了许多其他核团的激动 , 包括中央后回 、额上回 、丘脑 、脑岛 涨满 ,而且尽力排尿 。此组中 , 在他们试图排尿时 , 观察到 : 右 半脑桥腹侧 盖 脑 血 流 增 加 , 这 与 对 猫 的 动 物 实 验 研 究 结 果 一 苍白球 。这预示在排尿时 ,有更复杂的皮质和皮质下结构网 致 ,此区被认为控制着盆底肌群的运动 。 参与调控 。而且 ,排尿活动时调控随意运动的大脑功能区 , 对未能成功自主排尿过程扫描时 ,亦观察到右半额下回血 扣带前回 、小脑蚓部 、小脑 ,亦被激动 ,遂 Nour 等人认为 ,像在 流增加 ,此区 ,先前被认为参与注意力机制及根据外界环境做 意呼吸中发现的一样 ,这预示随意运动系统对自主运动的潜 出反应 ,在此被认为可能与决定何时何地开始排尿活动有关 。 16 影响作用 。而在其涨满期 ,右半扣带前回血流下降 。Blok 等 认为此举对 多个实验应用 PET 对膀胱充盈时大脑对膀胱感觉的感 抑制膀胱充盈状态时上传感觉信号及下传运动信号 、减弱排尿 24 区进行了研究 。2001 年 ,Athwal 等 人研究了膀胱不同程度 冲动发挥潜在的作用 。扣带前回已被证实能易化上传的感觉 被动充盈的感觉及排尿欲对大脑活动的影响 。用导尿管充 11 名健康男性志愿者的膀胱 ,在 6 个不同的充盈水平行 PET 描 ,并且让受 试 者 分 别 在 PET 扫 描 前 、后 评 价 膀 胱 充 盈 感 觉 17 ,大脑的激动区与膀胱的被动充盈 、及排尿欲之间 他们发现 ,它在膀胱充盈期Π涨满期活动受抑制可能会阻止排尿 信号 有关联 。随着膀胱充盈的体积增大 , PAG、脑桥中部 、扣带皮 ,1998 年 Blok 对 18 名女志 的冲动的发放 。作为一个系列研究 17 中部及两侧的额叶神经活动增强 。排尿欲增强 ,伴随着扣带 愿者进行了类似的试验 。同样对其涨满期 、排尿期 、储尿期 质 、运动前皮质 、下丘脑神经活动降低 , 因而作者认为 , 这代 进行 PET 扫描和比较 。与男性受试者类似 ,女性在排尿期亦有 大脑中枢对排尿欲的动态的抑制性作用 。并没有证据表明 () 脑桥被盖区 M2region,PAG 及下丘脑头部核团的激动 ,但与男 18 性相比 ,女性 PAG 仅有较弱激动 , Fowler认为这种差异可以 体感觉皮质 中 枢 的 激 动 与 膀 胱 体 积 的 改 变 或 排 尿 欲 相 关 联 ( ) 从排尿的情感因素来解释 PAG 是其中一部,当紧张和焦虑时 9 它会变得异 常 显 著 , 它 对 男 性 的 影 响 要 比 对 女 性 的 影 响 大 的 Blok 和 Holstege的观点 ,认为 PAG 接他们的研究支持先前 发自骶髓的有关膀胱的感觉信号 ,并在膀胱储尿期的神经调 多 。与男性中不能成功排空的相似 ,不能排空的女性受试者亦 活动中充当处理信号传入和传出的“平台”。而且 ,他们还发 () 有脑桥腹侧盖 L2region核团的激活 。与排空期相比 ,此区在膀 大脑对排尿欲的感受区与对膀胱涨满感觉的感受区是不一 胱涨满期亦是显著激活 。 16 的 。 Blok 等 还发现 ,在男性和女性的膀胱涨满期 ,右半球岛 25 在一相似的 PET 研究中 ,Matsuura 等 人发现 ,当向膀胱 盖额部 frontal operculum 或右半球脑岛前区 anterior insula 亦有激 灌注温水时 ,PAG、脑桥头部 、扣带回前端 、脑岛前端 、壳核 、丘 9 Blok BF , Holstege G. Direct projections from the periaqueductal gray to the 及小脑的神经活动增强 ; 当向膀胱内灌注冰水时 , 额叶和顶叶 的神经活动增强 。而且这两个区域并没有重叠 ,这提示传导膀 () pontine micturition center M2region:an anterograde and retrograde tracing 胱涨感和冷感的神经通路是不同的 。 study in the cat J . Neurosci Lett ,1994 ,166 :93,96. 10 Ding YQ ,Wang D ,Xu JQ ,et al . Direct projection from the medial preoptic area to spinally2projecting neurons in Barrington ’s nucleus : an electron 4 脑高级中枢对排尿的调控 nicroscope study in the rat J . Neurosci Lett ,1999 ,271 :175,178. 11 Skultety FM. Relation of periaqueductal gray matter to stomach and blad2 ) ( 在膀胱充盈Π储尿期 ,L2region PSC 脑桥储尿中枢兴奋 ,并 der motilityJ . Neurology ,1959 ,9 :190,198. 向骶髓的 Onuf 核团持续发放兴奋性冲动 ,辅助维持尿道的节律 12 Tang PC ,Ruch TC. Localization of brain stem and diencephalic areas con2 性和尿液的可控性 ,同时抑制逼尿肌的自主性收缩 。膀胱传入 trolling the micturition reflexJ . J Comp Neurol ,1956 ,106 :213,245. 神经将膀胱容量状态由盆神经上传至腰骶脊髓中枢 ,并由其内 13 Blok BF. Brain control of the lower urinary tract J . Scand J Urol Neph2 中间神经 元 发 出 轴 突 直 接 投 射 至 上 传 至 脑 干 信 息 的 接 收 站 ) ( ———PAG。显然多个研究已证实 , PAG 在排尿反射通路中的重 rol ,2002 ,210 suppl :11,15. 14 Fukuyama H ,Matsuzaki S ,Ouchi Y ,et al . Neural control of micturition in 14 ,26man examined with single photon emission computed tomography using 要作用。由于 PAG 与 M2region 解剖上的直接投射关系 ,很 99mTc2HMPAOJ . Neuroreport ,1996 ,7 :3009,3012. 大程度上 ,PAG 扮演着将“储尿”转变为“排尿”的“巨人之手”。 然而 ,PAG 是否能将“储尿”转变为“排尿”,启动排尿 ,还要依赖 Blok BF ,Willemsen AT , Holstege G. A PET study on brain control of mic2 15 turition in humansJ . B rain ,1997 ,120 :111,121. 于膀胱的涨满程度及更高一级中枢的调控 。经由脑功能显像 研究证实的与排尿调控密切相关的高级中枢核团有前额叶皮 Blok BF , Sturms LM , Holstege G. Brain activation during micturition in 16 14 ,17 womenJ . B rain ,1998 ,121 :2033,2042. 质 、下丘脑以及扣带回 。前额叶皮质能判定排尿活动的社 会礼仪可行性 ;作为情感运动中枢一部分的下丘脑能判定启动 Jenkins IH ,Brooks DJ ,Nixon PD ,et al . Motor sequence learning : a study 17 with positron2emission tomography J . J Neurosci , 1994 , 14 : 3775 , 排尿是否安全 ;扣带回 ,人们已知其有多种功能如调控活动的 路线 ,对外界刺激的自主和情感的反应等 。在此 , 可能处理来 3790 . 25 ,26 自膀胱对排空的反应信息 ,以及维持对尿液的可控性 。一 Fowler CJ . Brain activation during micturitionJ . B rain ,1998 ,121 :2031 18 旦膀胱排空是必须的 、安全的 、社会礼仪可行的 ,与 PMC 的 M2 ,2032. region 有直接解剖投射关系的 PAG 和下丘脑视前区核团 ,就会 Aziz Q ,Andersson JL ,Valind S ,et al . Identification of human brain loci 19 将膀胱由“储尿”转变为“排尿”。M2region 激动 , 将导致盆底肌 processing esophageal sensation using positron emission tomography J . 群松弛 ,尿道括约肌松弛以及逼尿肌收缩 , 从而产生协调性的 Gastroenterology ,1997 ,113 :50 259. 膀胱排尿活动 。 Kuroiwa Y ,Tohgi H ,Ono S ,et al . Frequency and urgency of micturition in 20 hemiplegic patients : Relationship to hemisphere laterality of lesionsJ . J Neurol ,1987 ,234 :100,102. Blok BF , Sturms LM , Holstege G. A PET study on subcortical control of 21 pelvic floor musculature in womenJ . J Comp Neurol ,1997 ,389 : 535, [ 参考文献 ] 544 . Yokoyama O , Yoshiyama M , Namikim M , et al . Role of the forebrain in 1 B rain , Barrington FJ . 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