几种神经递质对大鼠丘脑底核神经元自发放电活动的影响_cropped

几种神经递质对大鼠丘脑底核神经元自发放电活动的影响_cropped ( ) 文章编号 : 100126 3 2 5 2 0 0 2 0 220 1 8 020 4 几种神经递质对大鼠丘脑底核神经元自发放电活动的影响 3 刘 颖 , 高东明 ()锦州医学院 生理教研室 , 锦州 121000 ( ) () () ( ) γ摘要 :采用微电泳法观察了谷氨酸 Glu、乙酰胆碱 Ach、多巴胺 DA和2氨基丁酸 GABA等药物对大鼠 STN 神 () () () 经元自发放电活动的影响 。结果明 :Ach 、Glu 和 DA 分别使 67105 % 59Π88,92194 % 79Π85,90102 % 80Π86神经 元自发放电频率加快 ,它们的作用依赖于电流强度 。GABA 抑制所有神经元的自发放电活动 ,其作用也依赖于电流 () ( ) 强度 。在微电泳 Ach 或 Glu 过程中 ,给予 GABA 可拮抗其兴奋作用 。双钴碱 Bic可使 78179 % 52Π66的神经元自 () ( () ) 发放电频率加快 ,阿托品 ATR可使 60 % 15Π25神经元自发放电减少 ,给药前后放电频率差异显著 P < 0105。而 MK2801 对 STN 自发放电影响较小 ,但能拮抗 Glu 的兴奋作用 。结果表明 : GABA 、Ach 、Glu 和 DA 等递质活动在同一 STN 神经元有重要会聚作用 , GABA 和 Ach 分别对 STN 神经元有紧张性抑制及兴奋作用 。 关键词 : 丘脑底核 ; 微电泳 中图分类号 :Q424 文献标识码 :A ( ) 丘脑底核 STN调节锥体外系运动功能的作用 1 材料与方法 日益引起重视 。因为 STN 与基底神经节各结构间 ( ) 广泛的相互联系以及它在帕金森氏病 PD运动缺 采用 40 只 SD 系雄性大鼠 ,体重 250,350g ,在 ( ) 20 %乌拉坦 112gΠkg腹腔麻醉下行常规开颅 术 及 陷中具有的重要作用 。STN 立体定位术 。微电泳及细胞外采用自制七 目前认为发生帕金森氏病的主要原因是中脑黑 μ管玻璃微电极 ,尖端直径为 4,8m ,中心管灌注 1 % () 质多巴胺 DA功能缺失 ,而从纹体至苍白球内侧部 滂胺天蓝的 310 molΠL NaCl 溶液作为神经元放电活 ( ) Gpi之间的直接通路和间接通路对于 DA 的缺失 Ω 动引导电极 ,外周管电阻为 20,100M,按需要分别 ( ) 充以 ACh : p H 410 , 110molΠL , 硫 酸 阿 托 品 ATR: 有不同反应 。直接通路表现为活动低下 ,而间接通 p H 510 , 012molΠL , GABA : p H 315 , 012molΠL ,荷包牡 路的第一步纹体至 GPe 的投射则表现为活动增强 , () 丹碱 Bic:p H 410 , 0101molΠL ,DA : p H 518 , 015molΠ进而导致 GPe 对 GPi 和 STN 的抑制作用减低 。直接 L ,MK2801 : p H 410 , 0101molΠL , Glu : p H 810 , 110molΠ 和间接通路的活动变化最终都引起 GPi 和黑质网状 L 。用微电极推进器 将 微 电 极 缓 缓 插 入 STN , 探 查 ( ) 部 SNr活动增强 ,从而增加了对丘脑2皮层的抑制 , STN 神经元放电活动 。使用 MIS9401Π9402 微电泳仪 1 ,4 引起 PD 某些症状。根据此模式 ,可以看出 STN () 上海生理研究所进行微电泳 。电泳电流为 10 , 作为基底神经节环路中的一个交结点 ,其活动增强 150nA ,滞流电流为 5,10nA ,除 Glu 外其余皆用正电 在 PD 的病理生理机制中起关键作用 , 它在调整基 流泳 入 , 为 排 除 可 能 发 生 的 电 流 作 用 , 只 要 注 入 底神经节传出信息和控制运动行为上起着重要的整 NaCl 引起任何放电变化 ,该资料则不计入统计 。单 合作用 。所以深入研究 STN 在协调多条传入信息 位放电经微电极放大器引导 、滤波 、显示于示波器 ,中的作用有助于进一步了解 PD 的发病机制 , 同时 并输入计算机作直方图处理 。结果用放电频率序列 为寻求新的治疗途径提供理论依据 。μ密度直方图表示 。实验结束后经中心管给予 20A 收稿日期 :2001 - 03 - 19 修回日期 :2001 - 09 - 11 3 现通讯地址 :中国医学科学院基础医学研究所生理室 ,北京 100005 ) 阴极电流 15min ,电泳滂胺天蓝到记录部位 。10 %甲 0105。其特点为作用迅速 , 几乎无潜伏期 , 但有明 醛灌流心脏后 ,取脑固定于 10 %甲醛溶液内 ,24h 后 显的后作用 。平均后作用时间为 28182 ?4169 ms 。 μ做 30m 冰冻切片 , 焦油紫染色 , 进行组织学鉴定 。 Bic 的兴奋作用依赖于电泳电流强度 ,随着电流强度 取记录位置正确的单位进行统计分析 。 的增加 ,放电频率逐渐加快 。(微电泳前后放电频率的变化以 电泳药物期间放 213 微电泳 Glu 和 M K2801 对 STN 神经元放电活 ) 电频率 - 电泳前的放电频率/ 电泳前放电频率 × 动的影响 100 %表示 。微电泳药物后放电频率变化超过 30 %为() 共观察了 85 个单位神经元 。92194 % 79Π85在 — 有作用临界值 ,数据以 x?s 表示 ,显著性用 t 检验 。() 微电泳 Glu 20,80nA ,20s之后放电频率显著加快 2 实验结果 ( ) P < 0105。1 个单位被抑制 , 5 个单位不受影响 。 Glu 的作用依赖于电泳电流强度 。其特点是作用迅 观察了 166 个 STN 神经元的自发放电活动 。其 速 ,无潜伏期 ,也无明显后作用 ,停止电泳后放电迅 自发放电频率较快且规则 ,多为单个放电 ,几乎没有 速恢复到基础水平 。其作用可被选择性 N2甲基2D2 () 天冬氨酸型 NMDA受体阻断剂 MK2801 所阻断 ,在 爆发性放电 ,可见双向动作电位 ,频率在 0,30 Hz 之 Glu 产生兴奋效应 的 31 个 单 位 中 , 微 电 泳 MK2801 间 ,平均为 9122 ?0167 Hz 。 () () 40,80nA ,30s可使 87110 % 27Π31的神经元放电 211 微电泳 Ach 和 ATR 对 STN 神经元自发放电频率减慢 ,平均放电频率由电泳前 22111 ?2131 Hz 活动的影响( ) 减少到 4110 ?0169 Hz P < 0105。其作用缓慢而持 观察了 88 个 STN 神经元的放电活动 。微电泳 久 ,平均潜伏期为 17133 ?5124 ms 。电泳停止后要 () () Ach 20,80nA ,20s使 67105 % 59Π88神经元自发放 经历较长时间的后抑制 ,放电才逐渐恢复至对照水 平 。平均后作用时间为 4012 ?2166ms 。另在 31 个 ( 电频率 加 快 , 给 药 前 后 放 电 频 率 差 异 显 著 P < ) 神经元中直接注入 MK2801 后 , 80165 % ?25Π31单 ) 0105。Ach 作用迅速 , 无潜伏期且无明显后作用 。位表现为自发放电轻度减慢 ,4 个单位自发放电无 其作用为强度依赖性 ,随着电泳电流的增加 ,神经元 明显变化 ,2 个单位表现为兴奋作用 。 放电频率逐渐加快 。另有 26114 %神 经 元 无 反 应 , 214 微电泳 DA 对 STN 神经元放电活动的影响6181 %神经元表现为抑制作用 。给予 M 受体阻断 ( 共观察了 86 个单位神经元 , 微电 泳 DA 20 ,( ) ( ) 剂 ATR 40nA ,30s使 60 % 15Π25单位自发放电减 ( ) 80nA ,20s使 80 个 单 位 自 发 放 电 频 率 加 快 P <少 ,8 个单位自发放电无变化 ,2 个单位自发放电增 多 。在 Ach 产生兴奋效应的 25 个单位中 ,ATR 可阻 () 断 92 % 23Π25神经元的兴奋作用 。 ) 0105。4 个单位被抑制 ,其余 2 个单位不受其影响 。 212 微电泳 GABA 和 Bic 对 STN 神经元自发放电 DA 作用迅速而持久 ,在给予 DA 后 , 放电频率要数 活动的影响 秒至数分钟才能恢复到基础水平 。DA 的作用依赖 ( 共观察了 58 个单位神经元 。微电泳 GABA 20 () 于电流强度 表 1 ,图 2。 ) ,50nA ,20s使全部神经元自发放电活动几乎完全 ( ) 停止 , 给药前后放电频率差异显著 P < 0105。其 表 1 微电泳 Glu、Ach、GABA 和 DA 等对 STN 神经元 特点是作用迅速 ,几乎无潜伏期 ,也无明显后作用 , 自发放电活动的影响停止电泳后放电迅速恢复到对照水平 。增加电流强 Tabel 1 Effectso f Glu , Ach , DAa nd GABAo n the spontaneoufs 度也不能延长作用时间 。在 GABA 产生抑制效应的 — iring of STN neurons( x?s , Hz ,n = 166) ( 53 个单位中 ,微电泳 GABAA 受体阻断剂 Bic 60nA , The firing frequencies of STN neuron Drug ) 20s,使 52 个单位放电频率加快 , 放电频率由电泳 before drug after drug 3Ach 8157 ?0196 18124 ?1132 ( 前的 2136 ?0126 Hz 增加到 16134 ? 4155 Hz P < 39124 ?0175 1120 ?0125 GABA ) ( 0105。在 66 个单位中 ,直接微电泳 Bic 20,80nA ,38173 ?0177 23112 ?1129 Glu 39147 ?2133 ) 20s,使其中 52 个神经元放电频率增加 ,11 个单位 18134 ?1107 DA 无作用 ,2 个单位受到抑制 ,平均放电频率由电泳前 3 P < 0105 vs before 215 微电泳 Glu 、Ach 、GABA 和 DA 对同一 STN 神 经元放电活动的影响 在 15 个 单 位 观 察 了 先 后 给 予 Glu 、Ach 、GABA 和 DA 的作用 。GABA 可抑制全部神经元自发放电 , Glu 使 14 个单位兴奋 ,Ach 使 13 个神经元自发放电 频率增加 , 而 DA 则使 11 个单位兴奋 。此外 , 在微 () 电泳 Glu 、Ach 和 DA 40,60nA ,60,80s期间分别给 予 GABA 则阻断它们的兴奋作用 ,其作用迅速 ,无后 图 2 Ach , Bic , Glu and DA 以强度依赖方式影响 ( ) ( 作用 ,给药前后放电频率差异显著 P < 0105表 2 , STN 的自发放电活动 ) 图 1。 Effects of Ach , Bic , Glu and DA on f iring rate Fig 2 of STN neuron witthh e intensity dependenmta nner 表 2 微电泳 Glu、Ach、GABA 和 DA 对同一 STN 神经元放电活动的影响 Ta ble 2 Effects of Glu , Ach , DA and GABA on f iring 过作用于各自的受体而影响 STN 的活动 ,提示 STN Activities of the sa me STN Neuron 作为基底神经节环路中的一个枢纽性结构 ,可能通 ( )( )( )Excitatory % Inhibitory % Irresponsive % Drug Summation 过对来自 PPN 的胆碱能 、SNc 的 DA 能 、大脑皮层的 DA ()()()15 11 73133 133 133 2 132 13 ()GABA 0 15 100 0 15 Glu 能和 GPe 的 GABA 能运动传入信息的整合 ,参与 ((15 ))Glu 14 93133 1 6167 0 对躯体运动的调节 。 () () () Ach 13 861661 61671 616715 另外 ,NMDA 受体阻断剂 MK2801 和 M 胆碱受体 阻断剂 ATR 都可使 STN 自发放电频率减低且可分别 拮抗 Glu 及 Ach 的作用 。提示大脑皮层的 Glu 能传入 投射和 PPN 的胆碱能投射对 STN 神经元具有紧张性 影响 。相反 , GABA A 型受体阻断剂 Bic 可使大多数 STN 神经元自发放电活动增多 ,表明来自 GPe 的 GA2 BA 能投射纤维对 STN 实施一个强有力的紧张性抑制 作用 。本研究提示大脑皮层的 Glu 能投射纤维 、PPN 的胆碱能纤维 、SNc 的 DA 能纤维和 GPe 的 GABA 能 纤维在 STN 具有会聚作用 。STN 作为基底神经节环 图 1 Ach , Bic , Glu and DA 对 STN 放电活动的影响 路中的一个枢纽性结构 ,通过对以上四条运动传入信 Fig 1 Effects of Glu , Ach , DA and GABA on f iring 息的整合 ,参与对躯体运动的调节 。rate of STN neurons STN 四条传入通路之间是如何相互影响的呢 ? 有学者发现损毁 GPe 可以提高 STN 对大脑皮层神 经元刺激的兴奋性反应的幅度和持续时间 ,可以诱 3 讨论 发 STN 自发放电频率形式及邻近 STN 细胞的协调 影响 STN 放电活动的投射纤维主要有来自大 9 程度发生改变 。推测 , GPe 的 GABA 能传入除了 5 6 ,7 脑皮层的 Glu 能纤维、PPN 的胆碱能纤维、GPe 对 STN 产生一个紧张性的抑制作用外 ,可能还同时 2 ,3 ( ) 的 GABA 能纤维和黑质致密部 SNc的 DA 能纤 拮抗来自大脑皮层 、PPN 和 SNc 的兴奋性传入 ,阻止 8 维。本结果显示胆碱能 、Glu 能及 DA 能投射纤维 STN 的过度兴奋 。在 PD 时 ,DA 的缺失使间接通路 对 STN 神经元起着兴奋作用 ,而 GABA 能投射纤维 活动增强 , GPe 受到抑制 。因此 ,一方面 STN 可能从 对 STN 神经元则施加一个抑制性影响 。四条传入 GPe 的紧张性抑制作用中被释放出来 ;另一方面 ,来 投射纤维在同一 STN 神经元有会聚作用 。可能的 自大脑皮层等处的兴奋性传入活动增多 ,导致 STN 机制是在 STN 上具有多种受体 ,不同的传入纤维通 活动增强 ,引起 PD 的某些症状 。 参考文献 : () Motor Area J . 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Effect of glutamate neurotransmitter on spontaneous firing activities of STN meurons L IU ying , GAO Dong2ming ()Department of neurophysiology , Jinzhou Medical College , Jinzhou 121000 ,China ( ) () Abstract : To investigate the direct effects of iontophoretic applications of glutamate Glu, acetylcholine Ach, GABA () ( ) () and dopamine DAon the the spontaneous firing activities in subthalamic nucleus STNneurons. 67 . 05 % 59Π88, () () 92 . 94 % 79Π85and 90 . 02 % 80Π86STN neurons were respectively excited by Ach , Glu and DA administered. These effects were intensity2dependent . All 58neurons were almost completely inhibited by GABA. During Glu , Ach and DA ejection , GABA applied iontophoretically suppressed respectively the excitatory effects of them. In addition , bicuculine () () Bicincreased the spontaneous firing rate in 78 . 79 %52Π66of neurons with an intensity2dependent manner . ATR and MK2801decreased the spontaneous firing rate in of STN neurons. These results demonstrated that the GABAergic , dopam2 inergic , cholinergic and glutamatergic activities converge on the same STN neurons. The glutamic , cholinergic and GABAergic input activities might have a tonic influence on STN neurons. Key words : subthalamic nucleus ; microphoresis