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过度通气对在体大鼠脊髓背角WDR神经元兴奋性影响的实验研究

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・46・ 虫国痉瘟医学杂志Chinese Journal of Pain Medicine 2012.18.f 1 doi:10.3969 ̄.issn.1006—9852.2012.01.017 过度通气对在体大鼠脊髓背角WDR神经元 兴奋性影响的实验研究 卢悦淳 刘庆兰 高春霖 吕国义郑宝森 (天津医科大学第二医院麻醉科,天津30021 1) 摘要 目的:考察过度通气对大鼠脊髓背角广动力范围(Wide dynamic range,WDR)神经元自发和 疼痛诱发放电频率的影响。方法:将25只SD大鼠随机分为N(正常通气)和H(过度通气)两组。 两组均在吸入麻醉下行椎板切除,记录与大鼠后足掌部皮肤感觉对应的脊髓背角WDR神经元放电 频率百分比。N组正常通气120分钟,旨在排除手术创伤对WDR神经元的影响;H组实施过度通 气60分钟后,恢复正常通气继续观察6O分钟,目的为考察过度通气对该神经元电活动的影响。结 果:(1)N组各采样点间WDR神经元自发和诱发放电频率百分比均无显著性差异。(2)H组过度 通气后WDR神经元自发和疼痛诱发放电频率百分比较对照值显著降低,并随正常通气的恢复而恢 复。(3)H组过度通气期间WDR神经元自发 诱发放电频率百分比均较N组相应时间点显著降低。 结论:过度通气可使大鼠脊髓背角WDR神经元兴奋性降低。 关键词大鼠;脊髓背角;过度通气;WDR神经元;疼痛 _l。HE E ’ 。EC’I S U ’HYPERVE .1’lLA IlIU U 1 HE EXCl’lABlLI I Y o ’R I’S SPl AL C0RD DoRSAL HORN WDR NEURoN IN VIVO LU Yue—Chun,LIU Qing—Lan,GAO Chun—Lin,LV Guo—Yi,ZHENG Bao—Sen (The Second Hospital of Tianjin Medical University,Tianjin 3002 1 1) Abstract 0bjective:To observe the effects of hyperventi1ati0n on rat’S spinal cord dorsal horn WDR neurons excitability in vivo.Methods:25 adult Sprague—Dawley rats were randomly divided into two groups,group N(normal ventilation,n=10)and H(hyperventilation,n=15).The rats of both groups were undergone vertebral arch resection under inhalational anesthesia.Single unit extra—cellular recordings of spontaneous and pitch induced activities were taken every ten minutes on spinal cord dorsal hom WDR neurons corresponding to hinder palm in each group.1 20 minutes normal ventilation was given in N group, which aimed at the exclusion of operation influence.60 minutes hyperventilation and 60 minutes normal ventilation were given in H group,to observe the effects of hyperventilation.Results:(1)No significant difference was found among each time point within N group;(2)In H group,the spike feque—ncy rate of both spontaneous and pitch induced activity of WDR neurons were decreased from about 20 minutes after the induction of hyperventilation;(3)In H group,the spike frequency rate of both spontneo—USa and pitch induced activity were significantly decreased during hyperVenti1ation compared with that of N group.Con— clusion:Hyperventilation Can inhibit the WDR neurons excitability in vivo. Key words Rat;Spinal cord;Hyperventilation;WDR neuron;Pain 有研究表明过度通气具有镇痛作用 ,但其作 用机理尚不明确 。脊髓背角深层广动力范围fwide 关。本研究旨在通过观察过度通气对脊髓背角深层 WDR神经元自发和疼痛诱发放电频率的影响,来考 察过度通气的镇痛作用是否有脊髓水平的参与。 dynamic range,WDR)神经元被认为与密切疼痛相 中国痉痛医学杂志Chinese Joumal ofPain Medicine 2012.18,f1 +诱发 0 ,J>uc0:口aJ-m).一a" 卜H 0_ -I ucm:口aJ.1 0Y—a" ——._N ∞g} 舛 舌}暑8:8 跎∞ {宝 ∞g;{;; 吾; 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 TIME(min) 图1 N组WDR神经元平均自发和诱发放电频率比值 Fig.1 Spontaneous and pitch induced spike frequency rate of WDR neurons in N group +诱发 m _,J uc∞r'F— .I 0)l一△∞ 1 1 1 O 9 8 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 1O0 110 120 TlME(min) 图2 H组WDR神经元平均自发和诱发放电频率比值。 :与对 照仇相比P<0.05 Fig.2 Spontaneous and pitch induced spike frequency rate of WDR neurons in H group. P<0.05.compared with control value 疼痛诱发放电频率比值的比较(见图3和4)。H组在 过度通气开始后20分钟起,wDR神经元自发及疼痛 诱发放电频率比值均较N组相应采样点有显著降低 (P<0.05),恢复正常通气后失去显著性差异。 讨 论 正常生理状态下,给予大鼠后足掌部皮肤的钳 夹刺激经南伤害性感受器传人冲动,在中枢第一站 脊髓背角神经元经初步整合后由脊髓丘脑束传递到 丘脑进行加工,最后到大脑皮层产生痛觉。与其他 感觉显著不同,痛觉有很大的变异性,伤害性信息的 变异性在脊髓水平就开始产生。脊髓背角由初级感 觉传人末梢、脊髓中间神经元、脊髓投射神经元和 脊髓上结构的下行纤维组成,构成复杂的神经网络, 是感觉信息传人的门户和整合的初级中枢。脊髓背 0 10 2O 30 40 50 60 70 80 90 10O 110 120 TlME(m_n) 图3 N和H两组WDR神经元平均自发放电频率比值。 :与N 组比较P<0.05 Fig.3 Spontaneous spike frequency rate of WDR neurons in N and H groups. P<0.05.compared with H group I H 0_ ,J oc0:口aJ-0)I一△鼢 0 20 40 60 80 100 120 TIME(min) 图4 N和H两组WDR神经元平均诱发放电频率比。 :与N组 比较P<O.05 Fig.4 Pitch induced spike frequency rate of WDR neurons in N and H groups. P<O.05.compared with N group 角深层WDR神经元被认为与疼痛关系密切,故该实 验以WDR ̄ ̄经元白发和疼痛刺激诱发放电活动的 情况来了解过度通气在脊髓水平的作用。 以往有研究表明过度通气具有镇痛作用,其作 用机理尚不完全明确。而在临床实践中,一些疼痛 本身也可诱发过度通气。以往曾有一些研究者致力 于过度通气对哺乳动物脊神经元兴奋性影响的实验 研究,结果也是众说纷纭 ’ 。 虽然无论离体或在体细胞外记录实验均证实吸 入麻醉剂可抑制伤害性刺激所致背角神经元神经传 导 ,但在此实验中,由于吸入麻醉气体的浓度在 整个观察过程中保持不变,并且采样开始于稳定的 麻醉建立之后,故可以将氟烷与过度通气的效应区 分出来。此外,中枢神经系统内有以脑干中线结构 中国疼痛医学杂志Chinese Jouma1 of Pain Medicine 2O12,18.(1 为中心,由许多脑区组成的痛觉调制的下行抑制系 统,对脊髓背角痛觉信息传递产生抑制性调制。此 外还有与下行抑制系统并存的下行易化系统。在该 实验中高位脊髓横断可以排除脊上因素的影响,避 免脊上水平神经系统对疼痛调制的影响。 本研究结果如表1所示,H组过度通气2O分钟 后,PaCO,数值与对照值相比有显著性降低,说明已 达到过度通气的目的,恢复通气20分钟后PaCO 与对 照值相比失去显著性差异。如图1和2所示,N组各 采样时间点之间WDR神经元自发和诱发放电频率 没有显著性差异,说明在2小时之内麻醉和手术等因 素并末对脊髓背角WDR神经元的兴奋性产生有意 义的影响。而如图3和4所示,在H组,与对照值相 比,过度通气开始2O分钟后wDR神经元的自发和疼 痛诱发放电频率较对照值有显著性降低,停止过度 通气后放电频率与对照值相比失去显著性差异;自 过度通气开始后20分钟起,与正常通气组相比,过度 通气期间WDR神经元自发及疼痛诱发放电频率比 值均有显著降低,说明过度通气可以抑制大鼠脊髓 背角WDR ̄0经元的自发和疼痛诱发放电频率,或称 该神经元的兴奋性可被呼吸性碱中毒所减弱,这一 结果与以往一些离体研究的结果相类似 。其可 能的原因为:第一,呼吸性碱中毒引起低钾,而低钾 可导致神经肌肉的兴奋性降低。第二,pH值的升高 减少或阻断了酸敏离子通道的开放数量,从而减轻 疼痛。第三,过度通气导致血及神经元周围细胞外 液中溶解c0,的减少而使pH值上升,机体为恢复正 常的pH值而向下调节HCO 一,而这种HCO 一的向下 调节又会导致钙离子内流增加,而钙电流的变化会 对神经细胞的兴奋性产生重要影响 o'“】,如ca 激 活的K通道,可动作电位的问隔。H组0分和10 分两个采样点间自发和疼痛诱发放电频率并没有差 异,可能的原因为过度通气对wDR神经元的抑制效 应与pH变化相关,而不是CO,直接作用的结果。因 为很多的细胞过程,包括细胞膜通道的功能都严格 依赖于pH值[1 , ],而由于机体发挥代偿功能,足以引 起神经细胞兴奋性变化的低钾或呼吸性碱中毒在过 度通气10分钟内尚末形成。 综上所述,过度通气可使大鼠脊髓背角wDR神 经元兴奋性降低,因脊髓背角深层WDR神经元与疼 痛关系密切,故该实验结果提示过度通气的镇痛作 用可能有脊髓水平的参与。 参考文献 1 Gray TC,Rees GJ.The Role ofApnoea in Anesthe- sia for Major Surgery.Br Med J 1952,12:891~ 892. 2 Clarkson W.B,John S.Robinson Deliberate hyper- ventilation in the treatment of a crush injury of the chest.A Case Report.Br J Aneasth,1 962;34:47 1 ~475. 3 Geddes IC,Gray TC.Hyperventilation for the mai— ntenance of anesthesia.Lancet,1 959,2:4~6. 4 Bridges BE Jr,Eger EI 2nd,The effect of hypocap- nia on the level of halothane anesthesia in man. 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