氯胺酮對大鼠桶狀皮層神經元動作電位的影響

摘要：目的 探討氯胺酮對大鼠桶狀皮層神經元動作電位幅值及90%復極化時程（APD90）的影響。方法 根據大鼠腦立體定位圖譜切取目標腦區在內的冠狀腦片。大鼠腦片分別灌流不同濃度（30、100、300、1000 μmol/L）氯胺酮后，分別記錄大鼠桶狀皮層神經元動作電位。分別測量不同濃度氯胺酮下動作電位的幅值和APD90。結果 給藥前后比較，氯胺酮（30、100、300、1000 μmol/L）對動作電位幅度的抑制率分別為（4.3±0.63）%（P>0.05）、（25.51±2.85）%（P<0.01）、（37.43±3.14）%（P<0.01）、（70.91±4.41）%（P<0.01），呈濃度依賴性。APD90由（2.39±0.19）ms分別延長為（2.53±0.26）ms（P>0.05）、（2.98±0.28）ms（P<0.05）、（3.25±0.39）ms（P<0.01）和（4.87±0.75）ms（P<0.01）。結論 氯胺酮對桶狀皮層神經元動作電位幅度及APD90均有抑制作用，且呈濃度依賴性。這些結果表明氯胺酮對動作電位幅度及APD90影響可能與其產生的全麻效應有關。

關鍵詞：氯胺酮；動作電位；桶狀皮層

氯胺酮是一種重要的靜脈麻醉藥物，普遍使用于小兒麻醉和圍手術期鎮痛，亞麻醉劑量的氯胺酮具有抗抑郁和迷幻作用[1]。

離子通道是生物體內信息傳遞的基本單位，參與動作電位的形成和擴布，調節神經遞質的釋放，進而經過電信號到化學信號的轉換，控制分泌、代謝、收縮和興奮性變化等重要生命過程[2]。

大腦的初級軀體感覺皮層S1區的桶狀皮層是丘腦-皮層環路中的特異投射區域[3]，桶狀皮層是處理信息的基本功能單元[4]。EEG研究結果顯示，丘腦-皮層系統對全身麻醉藥的敏感性較高，全身麻醉可使丘腦與皮層之間的同步化功能連接減弱或中斷，信息的編碼受到抑制從而產生意識消失[5]。

為此，本文試圖去探討氯胺酮對大鼠桶狀皮層神經元動作電位幅度及90%復極化時程（APD90）的影響，從而為丘腦特異投射的桶狀皮層神經元在全身麻醉中的作用提供一定的電生理水平參考依據。

1資料與方法

1.1主要藥物與試劑 氯胺酮（批號110530，福建古田藥業有限公司），河豚毒素（TTX），EGTA，HEPES，Na2ATP為Sigma公司產品。其余為國產分析純。人工腦脊液（ACSF）含有（mmol/L）：NaCl：126、CaCl2：2、KCl：2.5、NaHCO3：25、MgSO4·7H2O：2、NaH2PO4·2H2O：1.5和Glucose·H2O：10，pH：7.35～7.45。記錄動作電位的電極內液的成分為（mmol/L）：KCl：142，HEPES：10，EGTA：0.5，Na2ATP：2，Na2GTP：0.3，MgCl2：2，pH：7.35～7.45[6]。

1.2腦片制備 SD大鼠，SPF級，鼠齡10～14 d，由第三軍醫大學醫學實驗動物中心提供。SD大鼠在異氟醚麻醉下迅速斷頭取腦，迅速置于0～4℃的ACSF中冰凍1～2 min，并持續通以氧混合氣（95%O2+5%CO2）。將冰凍后的腦組織按大鼠腦立體定位圖譜修切為含目標腦區的方塊。迅速置于通氧ACSF的切片槽中，使用振動切片機（HM650V，Thermo公司，美國）切取厚度為300～350 um的冠狀腦組織腦片。切好的腦片在通氧ACSF中26℃下孵育90 min，以恢復神經元活性。

1.3全細胞膜片鉗記錄 將孵育好的腦片移入腦片記錄浴槽中，灌注ACSF（持續通入95%O2+5%CO2的混合氣）。根據大鼠腦立體定位圖譜將目標腦區移至視野中央，選擇S1區細胞較密集的桶狀皮層神經元，在IR-1000紅外攝像頭監視器下尋找呈錐形、有較長的軸突和樹突、外形飽滿、表面光潔的神經元進行實驗。記錄用玻璃微電極（Sutter，美國）由水平微電極拉制儀（Sutter，美國）5步拉制法，充灌相應電極內液后電極阻抗為4～5 MΩ。在浴槽中，灌注細胞外液，形成全細胞記錄模式后，常規補償慢電容、串聯電阻和漏電流。在電流鉗模式，分別記錄灌流不同濃度氯胺酮（30、100、300、1000 μmol/L）下神經元單個動作電位的發放。實驗電信號由膜片鉗放大器（HEKA，EPC10，Germany）采集。本實驗均在20℃～25℃室溫下完成。

1.4統計學處理 使用Clampfit9.2軟件、SPSS 17.0統計軟件進行數據提取、統計分析，所得數據均用均數±標準差（x±s）表示。不同濃度氯胺酮與給藥前比較采取單因素方差分析（ANOVA），P<0.05為差異有統計學意義。

2結果

不同濃度氯胺酮對大鼠桶狀皮層神經元單個動作電位的影響。記錄單個動作電位，通過輸入去極化電流使膜電位保持在-70 mV，再給予一個20 ms時程的50 pA的電流刺激引發出一個單個的動作電位。記錄不同濃度氯胺酮對大鼠桶狀皮層神經元單個動作電位特性的影響。給藥前后比較，氯胺酮（30、100、300、1000 μmol/L）對動作電位幅度的抑制率分別為（4.3±0.63）%、（25.51±2.85）%、（37.43±3.14）%、（70.91±4.41）%，呈濃度依賴性；APD90由（2.39±0.19）ms分別延長為（2.53±0.26）ms（P>0.05）、（2.98±0.28）ms（P<0.05）、（3.25±0.39）ms（P<0.01）和（4.87±0.75）ms（P<0.01）。可見100 μmol/L氯胺酮能使APD90顯著延長；當氯胺酮為300、1000 μmol/L時，APD90延長更為明顯。

3討論

大腦皮質是腦電波活動的主要解剖基礎。腦電波的波幅代表腦電活動的大小和強度，神經元興奮性與波幅有密切的關系。氯胺酮麻醉的動物會出現顯著的腦電圖慢波（δ波和θ波），該慢波由皮層誘發，并伴隨神經元膜超極化，是平衡皮質內所有神經元興奮性和抑制性突觸傳遞的結果[7]。動作電位（AP）是一切可興奮細胞興奮的標志，藥物對神經元動作電位波形改變，從而導致具有不同生理意義。

氯胺酮在中樞神經系統貯留的藥物較血漿多，兩者之比為6.5∶1（鼠）[8]，而且有研究表明，大鼠氯胺酮血漿濃度>20 μmol/L才產生全麻效應[9]，因此推測相當于氯胺酮在ACSF中濃度>130 μmol/L（在大鼠）才產生全麻效。

本實驗通過對動作電位的研究發現，當氯胺酮濃度>100 μmol/L時，動作電位的幅值降低和APD90延長。臨床麻醉濃度氯胺酮對大鼠大腦桶狀皮層神經元單個動作電位幅度的抑制呈濃度依賴性；隨著氯胺酮濃度的增加APD90的延長也越顯著，說明氯胺酮能夠延長動作電位復極化時程、改變其形態，從而降低動作電位的頻率。

神經元動作電位的產生受各種離子通道開放特性和神經元間信息整合影響，從實驗結果來看，當氯胺酮>100μmol/L時后，桶狀皮層神經元動作電位幅值與發放頻率被抑制，從而在很大程度上降低了大腦桶狀皮層神經元的興奮性和電信號的傳遞。

由神經元產生的興奮、動作電位抵達神經末梢，促使突觸前膜釋放谷氨酸等興奮性神經遞質。谷氨酸等神經遞質能夠激活突觸后膜，使其產生興奮性突觸后電流。由于氯胺酮抑制了神經元的興奮性，從而抑制其興奮性突觸后電流，引發一系列事件，最終導致細胞功能紊亂。

總之，盡管氯胺酮的麻醉作用大部分來自于與NMDA受體的相互作用，然而在桶狀皮層神經元，本研究證明了氯胺酮對感覺信息靶位動作電位幅值和APD90也起著重要的調節作用。這些作用說明，氯胺酮產生的麻醉效應可能與動作電位的抑制有密切聯系。

參考文獻：

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編輯/肖慧