鎂離子導致人體對機械刺激以及熱輻射刺激感覺異常的研究

魏 巍,初 明,劉 爽

(1.佳木斯大學附屬第一醫院,黑龍江佳木斯 154003;2.哈爾濱醫科大學第一附屬醫院,黑龍江哈爾濱 150086;3佳木斯大學基礎醫學院生物教研室,黑龍江佳木斯 154007)

雖然鎂離子(magnesium,Mg2+)廣泛分布于整個機體,但 Mg2+在神經傳導系統中的作用遠沒有鈣離子(calcium,Ca2+)的作用研究的清楚。自從研究發現谷氨酸可興奮受體(NM DA)定位在中樞神經系統(包括脊髓后角神經元),并且NMDA受體與異常痛覺狀態(如痛覺過敏和異常性疼痛 )的形成有關,大多數報道與痛覺相關的基礎研究都關注于Mg2+對 NMDA受體的拮抗作用[1]。因此大多數報道都是關于利用 Mg2+阻斷脊髓傳導 NMDA受體的作用來達到治療目的。實際上,Mg2+在治療神經性疼痛、偏頭痛以及手術后疼痛方面有很多成功的臨床病例。

許多研究報道 Ca2+在細胞分泌與神經傳導系統中有重要作用[2]。然而 Mg2+在神經生理傳導方面的作用尤其是在外周軀體感覺系統中的作用還了解甚少。Mg2+可能不僅影響機械刺激引起的表皮感覺,而且影響疼痛或非疼痛的熱感覺的傳導[3]。Bilotto等人[4]報道由高濃度氯化鈉 (3M)引起的牙內神經活性可以被氯化鎂,硫酸鎂與氯化鈣溶液抑制。因此要知道在 Mg2+外周給藥后感覺實驗真正的變化,則在人體上進行研究是必要的。在我們的研究中心對受試者評估疼痛等級,以及實驗藥物的影響。皮下注射硫酸鎂后除了對有害的機械刺激和有害的輻射熱刺激進行檢測,我們還對無害機械刺激進行了實驗評估,例如觸覺敏感實驗。

1 資料與方法

1.1 一般資料

20名健康志愿者,年齡 26～ 34歲,平均 29歲。自愿參加實驗并同意實驗程序進行了以下實驗。應用雙盲的方法,在實驗者的前臂尺側遠端位點注射 0.1mL藥物溶液形成皮丘:用 0.5M與 0.05M的硫酸鎂(M S),滲透壓為 524mOSM/337mOSM,pH值為 6.0～ 7.0;對照組是在對應的另一前臂同樣位置注射 0.1mL的生理鹽水(0.9%氯化鈉290mOSM)。 注射后 1min,10min,20min,30min,45min與60min在硫酸鎂注射點與氯化鈉注射點分別檢測影響效應。

1.2 實驗過程

1.2.1 觸覺評估

用馬尾刷來檢測觸覺,將皮下注射形成皮丘區域與未受影響區域的皮膚觸覺進行對比。同一手臂的正常區域的感覺等級定為 100%,皮丘區域的痛覺評定方法與觸覺評估方法一樣。

1.2.2 觸覺壓力域值實驗

用 Fery氏纖維來測定觸覺壓力閾值,觸覺壓力閾值可以轉換為數值。

1.2.3 鉗夾痛評估實驗

在皮下注射形成的皮丘區域和未受影響的正常區域進行鉗夾刺激比較。規定以正常皮膚達到同樣的結果定為 10,皮丘區域皮膚痛覺評估標準與鉗夾痛標準相同。

1.2.4 測定對有害的熱輻射刺激引起痛覺反應的潛伏期

熱輻射刺激是用燈箱孔(直徑 4mm)發出的光束定位照射皮下注射形成的皮丘區域。從開始熱輻射開始,如果受試者感到疼痛,可以隨時關上燈箱。記錄熱輻射刺激時間(燈箱由打開到關閉的時間)作為痛覺反應潛伏期時間。

2 結果

通過 V AS評估不同強度的自發痛,與注射生理鹽水相比,在注射 MS(0.5M與 0.05M)之后 1～ 20min內用馬尾刷測試發現注射部位的觸覺都有不同程度的下降。用 Fery氏細絲線測試觸壓覺的閾值,發現在 1～ 45min內注射部位的觸壓覺閾值升高。與注射生理鹽水組相比,在注射 0.5M與0.05M的 M S之后 10min內出現觸壓覺閾值升高。用動脈鉗測試鉗夾痛,發現注射 0.5M與 0.05M的 MS之后 1～10min內出現痛覺遲鈍。

實驗結果顯示在注射藥物 1～45min內熱輻射引起的痛覺潛伏期明顯縮短。在注射 0.5M與 0.05M的 M S之后 1～20min內出現痛覺潛伏期縮短 ,注射 M C后 1～ 20min內也出現痛覺潛伏期縮短。見表 1。

表 1 生理鹽水組與硫酸鎂組觸覺、痛覺、熱痛覺評估結果比較 (±s)

表 1 生理鹽水組與硫酸鎂組觸覺、痛覺、熱痛覺評估結果比較 (±s)

生理鹽水組 硫酸鎂組 P觸覺評估(%) 93± 4.3 79±5.6 ＜0.05觸覺閾值評估 1.2±0.13 3.0±0.64 ＜0.01鉗夾痛評估 9.1±1.5 7.3±1.1 ＜0.01熱痛覺潛伏期(s) 16.5±2.2 7.2±1.3 ＜0.01

3 討論

研究發現硫酸鎂能抑制有害或無害機械刺激引起的感覺,但都會產生注射后的自發痛,并且會不同程度地上調對熱輻射的敏感性。解釋 Mg2+誘發感覺遲鈍的機制大致如下:因為 Ca2+與 Mg2+都可以影響神經細胞膜的穩定性,高濃度的 Mg2+通過提高膜閾值來直接抑制神經軸突的興奮性。另外,后期研究表明,外周 NM DA受體參與有害機械刺激產生的最初的痛覺傳導,而 Mg2+對 NMDA受體有拮抗作用。最近報道通過研究 Mg2+與 NM DA受體的關系可以評估機械刺激的重要性[5]。現已發現給大鼠皮膚內注射 MK-801(NMDA受體的拮抗劑)也會抑制其對有害或無害刺激的反應。原因是 MK-801可以通過與 Mg2+非競爭性地拮抗中樞NMDA受體,可能 Mg2+通過抑制 NMDA受體,進而抑制皮膚內神經沖動的傳導。只有少數研究者研究 Mg2+對熱刺激的影響。研究表明 Vanilloid受體例如 V R1與 V RL1都是可以接受熱刺激進而激活神經元細胞的受體,VR1受體蛋白體外克隆實驗中發現 V R1是 Ca2+與 Mg2+非選擇性的滲透壓離子通道[6]。根據體外觀察到的這些現象推測 Mg2+可能也抑制 V R1的活性。然而在體內環境中,皮下注射 Mg2+會產生熱痛覺過敏與自發痛。因為在細胞內與細胞外基質中都存在 Ca2+結合蛋白或其他被激活的細胞,這樣 V R1受體的作用應該是被抑制的,但實際上情況并非如此。那么說明熱痛覺過敏可能與其他級聯反應有關。本實驗中還觀察到皮下注射 Mg2+后有紅腫現象。基于先前的研究,神經沖動可以在周圍神經的感覺神經纖維中傳導。這是由于受損傷部位周圍的軸突反射性釋放傳導遞質造成血管擴張形成紅腫。根據我們的觀察 ,由損傷部位產生的紅腫大約擴散 1.5～ 2.0cm,是由于軸突反射使血管擴張造成的。因為本實驗是研究由某一劑量的 Mg2+引起的純感覺的改變。我們沒有用其他溶液調節注射液的 pH值與滲透壓。應該考慮到低 pH值與高滲透壓都會影響神經生理反應。但如果給藥的劑量很小,細胞外液的一些緩沖系統可以立即將藥物中和。本實驗觀察到外周注射 Mg2+后可以引起人體外周神經觸覺與觸壓覺遲鈍,而對熱輻射刺激痛覺過敏。Mg2+的基礎研究目前比較少,希望本實驗可以為神經生理學痛覺基礎研究進行補充,并且有助于臨床應用。

[1]Allen NJ,Karadottir R,Attwell D.A preferential role for glycolysis in preventing the anoxic depolarization of rat hippocampal area CA1 pyramidal cells[J].J Neurosci,2005,25:848-859

[2]Hung YC,Chen CY,Lirk P.Reg Anesth Magnesium sulfate diminishes the effects of amide local anesthetics in rat sciatic-nerve block[J].Pain Med,2007,32(4):288-295

[3]Henrich M,Buckler K J.Effects of anoxia and aglycemia on cytosolic calcium regulation in rat sensory neurons[J].J Neurophysiol,2008,100(1):456-473

[4]Bilotto G,Markowitz K,Kim S.Effects of ionic and non-ionic solutions on intradental nerv e activity in the cat[J].Pain,1988,32(2):231-238

[5]Tursun P,Tashiro M,Konishi M.Modulation of Mg2+efflux from rat ventricular myocytes studied with the fluorescent indicator furaptra[J].Biophys J,2005,88:1911-1924

[6]Michael Henrich and Keith J.Buckler Effects of anoxia,aglycemia,and acidosis on cytosolic Mg2+,ATP,and pHin rat sensory neurons[J].Am J Physiol Cell Physiol 2008,294:280-294