天麻素對睡眠剝奪大鼠神經遞質的影響及機制研究①

白 禹,陰育紅,王麗華,秦麗紅,金 鑫,吳佳歡,李曦萌,王國輝

(1.佳木斯大學附屬第一醫院神經內科一病區,黑龍江 佳木斯 154003;2.佳木斯市中心醫院神經內二科,黑龍江 佳木斯 154002)

睡眠剝奪(sleep deprivation,SD)是指因某種需要導致睡眠量低于正常生理需要量的一種狀態。長期睡眠剝奪是影響健康的最重要原因之一[1,2]。天麻素別名:4-羥甲基苯基-beta-D-吡喃葡萄糖甙,英文名稱:Gastrodin[3,4]。天麻素從蘭科植物天麻的干燥根塊提取。它具有比較好的鎮靜和安眠效果,對頭痛,失眠等癥狀有緩解作用。臨床工作中,使用制劑天麻治療頭痛眩暈、肢體麻木、驚厥抽搐[5-7]。本研究分析睡眠剝奪對神經系統產生的損害,為探索睡眠剝奪所造成的腦功能損害奠定實驗基礎,通過天麻素進行實驗性干預,探究天麻素對神經遞質的影響及機制。

1 實驗材料

1.1 實驗動物

健康雌性SD大鼠24只,9-10周齡,體質量218～254g,購自長春市億斯實驗動物技術有限責任公司,實驗動物生產許可證編號01021698046019528,實驗前常規適應性飼養5d,后分籠飼養,每籠4只。室溫22～23℃,相對濕度55%～65%,大鼠飼養所需墊料,飼料都由長春市億斯實驗動物技術有限責任公司提供。實驗中應用的所有動物及其飼養按照中國動物保護法相關條例進行。經佳木斯大學科研倫理委員會審核批準。本實驗動物使用許可證編號SYXK(黑)2016-014。

1.2 藥品及試劑

天麻素注射液:選用上?，F代哈森藥業有限公司,規格:2mL:0.2g×10支。大鼠乙酰膽堿酯酶(AchE)、5-羥色胺(5-HT)、多巴胺(DA)、去甲腎上腺素(NE)、ELISA試劑盒均購自上海酶聯生物科技有限公司。

2 實驗方法

2.1 實驗動物分組,模型制作及給藥

大鼠適應性飼養5d后,用excel中隨機發生器將24只鼠隨機分為3組,分別為正常對照組、睡眠剝奪組、睡眠剝奪+天麻素組,每組8只。正常對照組正常飼養,每日腹腔注射生理鹽水20mg/kg, 睡眠剝奪組睡眠剝奪后腹腔注射生理鹽水20mg/kg,睡眠剝奪+天麻素組20mg/kg。慢性睡眠剝奪大鼠模型構建采用自建多平臺水環境法[8]。睡眠剝奪箱采用水迷宮分隔方式,即在水迷宮(高50cm,直徑1.1m,)采用擋板分隔為3個單元,每個單元中間放置8個直徑6cm,高10cm的平臺,分散分布。水迷宮中注水,至平臺下1cm,水溫約為20℃,將大鼠放在實驗平臺上,持續日光燈照射,當大鼠進入睡眠狀態階段會接觸到水而被驚醒,完成睡眠剝奪模型的制作。每日固定時間將大鼠從睡眠剝奪箱中取出,進食,飲水,并給藥,短暫休息后放回睡眠剝奪平臺。持續5d。

2.2 觀察指標及測定方法

2.2.1 行為學觀察:大鼠在持續睡眠剝奪3d后肉眼可見明顯消瘦,第4天開始出現焦躁,并有攻擊行為。

2.2.2 大鼠血清中AchE、5-HT、DA、NE含量的測定 大鼠睡眠剝奪5d后,烏拉坦麻醉,尾靜脈取血,分離血清備用。應用ELISA法測定血清AchE、5-HT、DA、NE含量。

2.3 統計學方法

3 結果

3.1 各組大鼠實驗前后體質量變化

與正常對照組相比,睡眠剝奪組及睡眠剝奪+天麻素組體質量均明顯降低(P<0.01),與睡眠剝奪組相比,睡眠剝奪+天麻素組體質量降低較輕(P<0.01),見表1。

表1 3組大鼠實驗前、后體質量變化

3.2 天麻素對睡眠剝奪大鼠血清AchE、5-HT、DA、NE的影響

與正常對照組相比,睡眠剝奪組AchE,NE顯著升高,DA,5-HT降低(P<0.01),與睡眠剝奪組相比,睡眠剝奪+天麻素組AchE降低,與睡眠剝奪組相比,睡眠剝奪+天麻素組5-HT增高(P<0.01),DA,NE無統計學意義(P>0.05),見表2。

表2 3組AchE、5-HT、DA、NE水平影響

4 討論

當今社會,生活節奏越來越快,工作壓力越來越大,從事科學研究的知識分子、中高級管理人員等腦力勞動者經常處于睡眠剝奪狀態,醫療工作者更是如此,常年值班過程中被強制喚醒[9,10]。睡眠剝奪導致的危害已經引起了全社會的廣泛關注。

睡眠剝奪對中樞神經系統功能,包括對學習記憶的影響非常明顯,已經獲得很多研究印證[11,12]。但是睡眠剝奪所引起的神經細胞凋亡的作用機制仍不確切。目前研究發現,膽堿能系統的異常變化與記憶障礙相關[13,14]。腦內乙酰膽堿(acetylcholine,Ach)含量的減少,是認知和記憶功能障礙的直接原因。Ach是腦內的重要的神經遞質,參與調節認知功能和學習記憶的過程。腦內的Ach被AchE迅速分解,研究發現,抑制AchE可以增加突觸間隙中的 Ach含量,繼而改善認知功能[15,16]。乙酰膽堿酯酶抑制劑也是現階段相對有效的治療手段[17,18]。本研究結果表明,與睡眠剝奪組比較,天麻素可以使睡眠剝奪+天麻素組大鼠的AchE活性降低。天麻素能明顯的提高大鼠的學習記憶水平。天麻素能夠減輕多種因素造成的神經組織損傷,抑制神經細胞凋亡。降低腦內(AchE) 的活性,降低谷氨酸( Glu) 含量。由此可以看到天麻素影響睡眠剝奪大鼠神經遞質的代謝,參與抑制神經細胞的凋亡,影響單胺類遞質的含量,明確的作用機制仍需在今后的研究中去探索。

神經調節遞質5-HT由位于腦干中的神經元合成,這些神經元密集地投射到整個中樞神經系統[19,20]。5-HT調節多種生理功能,包括攝食、獎賞、繁殖、睡眠-覺醒周期、記憶、認知和情緒。5-HT能系統的功能障礙與精神障礙的發生或進展有關,包括自閉、失眠、焦慮、抑郁、精神分裂、帕金森病或阿爾茨海默病。5-HT能夠將身體產生的疲勞信息在腦內放大,導致身體產生疲勞感覺和睡眠意愿。持續睡眠剝奪對大鼠行為學影響是由興奮抑制的轉換過程。短程睡眠剝奪(1～2d) ,腦內的5-HT含量逐漸增加,大鼠產生疲勞感和睡眠意愿,持續睡眠剝奪的大鼠腦內單胺氧化酶活性的增高,增加了腦內5-HT的降解,減少5-HT含量,維持覺醒的狀態[21,22]。本研究結果表明,睡眠剝奪組大鼠5-HT減少與焦躁行為、體質量下降相關。

中樞神經系統腦組織在不同腦區的5-HT與各種神經系統功能的調節相關, 例如睡眠、學習、記憶、頭痛、情感行為、性行為等。與睡眠剝奪組比較,大鼠在睡眠剝奪+天麻素組的5-HT含量明顯增高, 增加了5-HT的合成或分泌,睡眠剝奪可影響腦內5-HT的含量, 提示大鼠睡眠剝奪對其學習、記憶能力有影響,作用機制中應該與5-HT神經元有關, 但是,具體作用機制還有待于將來進一步研究進行證實。多項研究表明,天麻素對神經系統具有保護作用,可減輕腦缺血再灌注的損傷,應用于中樞神經系統退行性疾病,對神經性疼痛有抑制作用,還有鎮靜、催眠和抗衰老等多種作用,對神經元的保護作用機制具有多重性[23-25]。天麻素是一種比較安全、經濟、有效的選擇,具有廣闊的前景。在睡眠剝奪所致中樞神經系統損害的防治中提供了一個很好的選擇。由于目前關于天麻素藥理作用的研究大多數仍處于動物實驗階段,還需要進一步深入臨床研究,為天麻素的臨床使用奠定科學的基礎。為睡眠剝奪人群找到一種理想的藥物干預,為探索睡眠剝奪所造成的腦功能損害奠定實驗基礎和理論依據。