局部給予5-羥色胺對大鼠舌下神經核興奮性的影響

王偉，王廣發，胡系偉

(1北京航天總醫院，北京 100076；2北京大學第一醫院；3貴陽醫學院附屬醫院)

局部給予5-羥色胺對大鼠舌下神經核興奮性的影響

王偉1，王廣發2，胡系偉3

(1北京航天總醫院，北京 100076；2北京大學第一醫院；3貴陽醫學院附屬醫院)

摘要：目的觀察局部給予5-羥色胺(5-HT)對大鼠舌下神經核興奮性的影響。方法8只成年雄性SD大鼠，置入微透析導管于其舌下神經核，通過微透析導管向舌下神經核泵入新鮮人工腦脊液(ACSF)、新鮮5-HT溶液，監測未給藥、泵入新鮮ACSF、泵入新鮮5-HT溶液時的頦舌肌肌電，利用區間測量方法計算頦舌肌肌電面積。結果未給藥、泵入ACSF、泵入5-HT時大鼠的頦舌肌肌電的面積分別為(0.811±0.122)、(0.859±0.121)、(1.247±0.122)mV·s，前兩者比較，P=0.081；前兩者與后者比較，P=0.003、0.005。結論5-HT可以提高舌下神經核的興奮性。

關鍵詞：5-羥色胺；SD大鼠；舌下神經核；頦舌肌肌電

睡眠呼吸暫停綜合征(SAS)是一組臨床常見疾病，發病機制復雜，涉及上氣道解剖結構的異常、中樞呼吸驅動的降低、上氣道反射機制的受損及中樞呼吸調控的不穩定等多種因素[1,2]。5-羥色胺(5-HT)是一種重要的單胺類神經遞質，有多種受體。5-HT通過與其受體結合對多種生理活動和行為功能進行調控，在呼吸中樞的調控中起重要作用。近年發現，5-HT與睡眠呼吸暫停關系密切。中樞的舌下神經核團控制著維持上氣道開放的主要擴張肌——頦舌肌，且舌下神經核接受多種神經沖動的調控，5-HT能神經纖維可直接投射至舌下神經核。本研究通過微透析方法提高SD大鼠舌下神經核團的5-HT水平，檢測頦舌肌的肌電變化，觀察局部給予5-HT對大鼠舌下神經核興奮性的影響。

1材料與方法

1.1實驗動物8只成年雄性SD大鼠，2.5～3月齡，體質量280～350 g，由北京聯合利華實驗動物中心提供。實驗觀察環境為無噪音，室溫22～25 ℃，12 h光/12 h黑暗(8:00～20:00開燈，20:00～8:00熄燈)，濕度40%，飼養3～5 d后開始實驗。

1.2微透析導管安放、給藥與頦舌肌肌電監測方法以1%戊巴比妥鈉(50 mg/kg)、氯胺酮(1 mL/kg)腹腔注射麻醉大鼠。腹腔注射阿托品(1 mL/kg)、地塞米松(0.2 mg)減少氣道分泌物及腦水腫。當大鼠角膜反射消失，對大鼠顱頂部、項部皮膚剃毛，75%乙醇消毒后，將頭部固定在腦立體定位儀上。從大鼠雙眼連線水平向后剪開顱頂皮膚至暴露頸肌，以3%雙氧水清潔顱骨表面，清楚顯現顱頂及十字縫。按Paxinos和Watson《大鼠腦立體定位儀圖譜》舌下神經核坐標[前囟后(14.0±0.5)mm，俯側(9.5±0.1)mm，中線旁(0.3±0.02)mm]向SD大鼠舌下神經核置入微透析探針。用微型電鉆按以上坐標在顱頂鉆孔，鉆透顱骨即停止。用腦立體定位儀夾持臂夾持外徑為0.6 mm的微透析導管，經開孔按以上坐標垂直插入舌下神經核，移開夾持臂，用自凝牙科粉固定導管。術后大鼠分籠單獨飼養1周(飼養條件同前)，所有大鼠進食、進水、理毛行為無異常后開始肌電監測及給藥：以12%烏拉坦按1 g/kg腹腔麻醉，予阿托品(1 mL/kg)、地塞米松(0.2 mg)[3]腹腔注射后，仰臥位固定在鼠板上，自動呼吸，切斷大鼠頸部雙側迷走神經。將直徑0.4 mm的雙極絕緣銅絲電極(前端裸露0.1～0.2 mm，極間距離1～2 mm)經口途徑插入頦舌肌肌腹內，插入位置與舌中隔平行，旁開1～2 mm。股動脈插管監測血壓，肛溫維持在36～38 ℃。30 min后將上述電極與多導生理儀相連(參數設置為采樣率1 000 Hz，增益1 000，時間常數0.001 s，濾波1 kHz)，觀察頦舌肌肌電圖1 h，之后1 h通過微量泵將新鮮人工腦脊液(ACSF)以2 μL/min勻速泵入舌下神經核團，共120 μL；之后1 h泵入新鮮5-HT溶液。應用成都泰盟公司的BL-420E+生物機能實驗系統，利用區間測量方法計算頦舌肌肌電面積。實驗結束后腹腔注射1%戊巴比妥鈉(50 mg/kg)麻醉大鼠，經微透析導管向舌下神經核團緩慢接續注入中性紅(2 μL/min)15 min進行染色。再采用單盲法，統一冰凍切片，在顯微鏡下判斷舌下神經核位置是否準確。

2結果

8只SD大鼠微透析導管安放于舌下神經核位置準確(圖1、2)，均能正常檢測。未給藥、泵入ACSF、泵入5-HT時大鼠的頦舌肌肌電的面積分別為(0.811±0.122)、(0.859±0.121)、(1.247±0.122)mV·s，前兩者比較，P=0.081；前兩者與后者比較，P分別為0.003、0.005。

注：深色部分為中性紅通過導管注入舌下神經核團所致。

圖1大鼠腦組織切片(八倍鏡)

注：4V為第四腦室，XIIth為舌下神經核。

圖2微透析導管在舌下神經核位置

3討論

5-HT是被研究最多的與睡眠呼吸暫停相關的中樞神經遞質。5-HT及其受體參與了興奮呼吸中樞以及調節舌下神經核興奮性的作用，并且這些作用與睡眠—清醒狀態有關。但是由于5-HT不能通過血腦屏障，其在中樞和外周的作用亦不同。腦內的5-HT主要集中在低位腦干中縫核群，從中縫核發出的5-HT能神經纖維可直接投射至舌下神經核[4]，調控上氣道肌肉的開閉(主要是頦舌肌)。中樞的舌下神經核在呼吸調節中具有非常重要的地位，舌下神經核位于延髓下1/3部分第四腦室底中線旁，其纖維向腹外側經下橄欖核和錐體束之間走出延髓，通過顱底的舌下神經管穿出顱腔。舌下神經核控制著對頦舌肌的神經輸出量。動物研究[5]發現，提高舌下神經核5-HT濃度可提高頦舌肌的活動。活體外腦干組織切片研究[6]顯示，5-HT可使舌下神經核運動神經元的興奮性增加，從而發放沖動支配咽部頦舌肌。同樣，在去大腦的貓[7,8]和麻醉的大鼠[9]動物模型中，舌下神經核處的5-HT可增加其對頦舌肌的沖動輸出。這與本實驗所得出的結果一致。同時有研究表明，想通過單一增加舌下神經核處5-HT的濃度來不斷提高頦舌肌的興奮性是不可能的。相反，太高的5-HT濃度只會使頦舌肌的興奮性較低濃度時下降，考慮這可能是由于5-HT受體亞型繁多，不同濃度與不同受體結合，功能不一。

同時本研究存在一定的局限性：本實驗是在SD大鼠麻醉條件下切斷頸部雙側迷走神經下進行的。目前研究[10]顯示，與處于清醒或自然睡眠狀態的動物相比，麻醉或者去大腦動物的中縫核活性是增加的，有更多的5-HT傳遞至舌下神經核。由于迷走神經傳入對大多數延髓中縫核神經元具有抑制作用[11,12]，因此在迷走神經切斷后中縫核的5-HT能神經活性也是增強的。動物研究也證明，與迷走神經完整的動物相比，迷走神經切斷的動物在給予卡巴膽堿后其舌下神經核5-HT的減少更為明顯[13]。由于麻醉、去大腦或迷走神經切斷都可引起中縫核的5-HT能神經活性增強，因此并不能反映自然基礎狀態下5-HT對舌下神經核的調節作用。腦內的透析結果只能反映特定時間范圍內遞質濃度的變化，不能反映神經傳遞過程中突觸間隙的遞質濃度瞬間變化，且腦部探針的埋植對腦組織有一定的損傷性。且本研究以動物為研究對象，研究結果不一定能完全反映人類舌下神經核的情況，還有待進一步研究。

參考文獻：

[1] Young T, Peppard PE, Gottlieb DJ. Epidemiology of obstructive sleep apnea: a population health perspective[J]. Am J Respir Crit Care Med, 2002,165(9):1217-1239.

[2] 張慶,何權瀛,杜秋艷,等.承德市區居民睡眠呼吸暫停低通氣綜合征患病率入戶調查[J].中華結核和呼吸雜志,2003,26(5):273-275.

[3] Sood S, Liu X, Liu H, et al. 5-HT at hypoglossal motor nucleus and respiratory control of genioglossus muscle in anesthetized rats[J]. Respir Physiol Neurobiol, 2003,138(2-3):205-221.

[4] Jacobs BL, Azmitia EC. Structure and function of the brain serotonin system[J]. Physiol Rev, 1992,72(1):165-229.

[5] Berger AJ, Bayliss DA, Viana F. Modulation of neonatal rat hypoglossal motoneuron excitability by serotonin[J]. Neurosci Lett, 1992,143(1-2):164-168.

[6] Roda F, Pio J, Bianchi AL, et al. Effects of anesthetics on hypoglossal nerve discharge and c-Fos expression in brainstem hypoglossal premotorneurons[J]. J Comp Neurol, 2004,468(4):571-586.

[7] Kubin L, Tojima H, Davies RO, et al. Serotonergic excitatory drive to hypoglossal motoneurons in the decerebrate cat[J]. Neurosci Lett, 1992,139(2):243-248.

[8] Blair RW, Evans AR. Responses of medullary raphespinal neurons to electrical stimulation of thoracic sympathetic afferents, vagalafferents, and to other sensory inputs in cats[J]. J Neurophysiol, 1991,66(6):2084-2094.

[9] Jelev A, Sood S, Liu H, et al. Microdialysis perfusion of 5-HT into hypoglossal motor nucleus differentially modulates genioglossus activity across natural sleep-wake states in rats[J]. J Physiol, 2001,532(Pt 2):467-481.

[10] Behan M, Zabka AG, Mitchell GS. Age and gender effects on serotonin-dependent plasticity in respiratory motor control[J]. Respir Physiol Neurobiol, 2002,131(1-2):65-77.

[11] Evans AR, Blair RW. Responses of medullary raphe neurons to electrical and chemical activation of vagal afferent nerve fibers[J]. J Neurophysiol, 1993,70(5):1950-1961.

[12] Kubin L, Reignier C, Tojima H, et al. Changes in serotonin level in the hypoglossal nucleus region during carbachol-induced atonia[J]. Brain Res, 1994,645(1-2):291-302.

[13] Kubin L, Tojima H, Reignier C, et al. Interaction of serotonergic excitatory drive to hypoglossal motoneurons with carbachol-induced, REM sleep-like atonia[J]. Sleep, 1996,19(3):187-195.

Effect of local 5-hydroxytryptamine on neuronal excitability of rat hypoglossal nucleus

WANGWei1,WANGGuang-fa,HUXi-wei

(1BeijingAerospaceGeneralHospital,Beijing100076，China)

Abstract:ObjectiveTo observe the effect of local 5-hydroxytryptamine (5-HT) on neuronal excitability of rat hypoglossal nucleus. MethodsEight adult male SD rats were selected. Micro dialysis catheter was placed into the hypoglossal nucleus, through which, we pumped the fresh artificial cerebrospinal fluid (ACSF), fresh 5-HT solution into the hypoglossal nucleus. Then we monitored genioglossus electromyography at the moment of no drug delivery, pumping fresh ACSF, and pumping fresh 5-HT solution. The genioglossus electromyography area was calculated by interval measurement method. ResultsThe genioglossus electromyography chin area at the time of no medicine administration, pumping ACSF, and pumping into 5-HT was respectively (0.811±0.122), (0.859±0.121), (1.247±0.122) mV·s, when we compared the former two, P=0.081; when we compared the first two with the latter two, P=0.003, 0.005. Conclusion5-HT can improve the excitability of hypoglossal nucleus.

Key words:5-hydroxytryptamine; SD rats; hypoglossal nucleus; genioglossus electromyography

(收稿日期：2014-09-09)

通信作者簡介：王廣發(1963-)，男，主任醫師，主要研究方向為呼吸睡眠暫停發病機制。E-mail:wangguangfa@china.com

作者簡介：第一王偉(1982-)，男，住院醫師，主要研究方向為呼吸睡眠暫停發病機制。E-mail:zijianww@163.com

基金項目：國家自然科學基金資助項目(81241004)。

中圖分類號：R741

文獻標志碼：A

文章編號：1002-266X(2015)07-0014-03

doi：10.3969/j.issn.1002-266X.2015.07.005