5-HT受体对新生大鼠离体延髓脑片呼吸节律性放电及呼吸神经元电活动的调制

摘要

5-羟色胺(5-hydroxytryptamine；5-HT)在中枢神经系统中的分布十分广泛，它对于呼吸节律的产生，调控发挥着十分重要的作用，而所有这些调节作用都是5-HT与其特异性受体相互作用的结果。本研究旨在探讨5-HT<,1A>受体在新生鼠延髓脑片标本中面神经后核内侧区(the medial region of the nucleus retrofacialis，mNRF)的基本呼吸节律性电活动发生和调节中的可能作用。1)应用新生大鼠离体延髓脑片标本，记录与之相连的舌下神经呼吸节律性放电(respiratoryrhythmical discharge activity,RRDA)，观察5．HTlA受体的特异性激动剂8-羟四氢萘(+/-)-8-hydroxy-2-(di-N-propylamino)tetralin hydrobromide(8-OH-DPAT)和特异性拮抗剂多次甲基多苯基多异氰酸酯[4-iodooN-[2-[4-methoxyphenyl]-1-piperazinyl]ethyl]-N-2-pyridynyl-benzamide hydrochloride](PMPPI)对RRDA的影响，从而探讨5-HT<,1A>受体在节律性呼吸的产生和调节中的作用；2)在新生大鼠离体延髓脑片标本上，同步记录舌下神经根和mNRF区的双相呼气神经元(biphasicexpiratory neurons，BE-neurons)/吸气神经元(inspiratory neurons，Ⅰ-neurons)的放电活动，观察5-HT<,1A>受体的特异性激动剂和拮抗剂对呼吸神经元放电活动的影响，进一步探讨5-HT<,1A>受体对节律性呼吸的调制。 方法 选用新生SD大鼠(0～3d)，雌雄不拘。1)参照并改良Suzue的方法制作离体延髓脑片标本，该脑片结构中主要包含面神经后核内侧区，前包钦格氏复合体(Pre-Botzinger Complex，PBC)，腹侧呼吸组(ventral respiratory group，VRG)以及舌下神经核，并保留舌下神经根。用玻璃吸附电极记录舌下神经放电作为呼吸活动的指标，实验动物分为两组：(1)8-OH-DPAT和PMPPI组(2)8-OH-DPAT和8-OH-DPAT+PMPPI组，每组新生大鼠5只，共10只新生大鼠。通过灌流液给药，观察不同药物对神经根放电活动的影响；2)制备20只新生SD大鼠(0～3d)离体延髓脑片标本，以改良的：Kreb’s液(modified Kreb’s perfusion solution，MKS)恒温灌流，稳定记录到与之相连的舌下神经的呼吸节律性放电活动后，随机分成Ⅰ～Ⅳ组(每组n=5)，Ⅰ～Ⅳ组给予5-HT<,1A>受体的特异性激动剂8-OH-DPAT；浓度分别为别1μmol/L，5μmol/L、10μmol/L、20μmol/L持续灌流10 min，观察给药后1、3、5 min时舌下神经的呼吸节律性放电活动的变化。3)实验动物分为两组：(1)8-OH-DPAT和PMPPI组，此组新生大鼠5只，记录双相呼气神经元的放电活动。(2)8-OH-DPAT和PMPPI组，此组新生大鼠5只，记录吸气神经元的放电活动。为了记录呼吸神经元，以微操纵器固定玻璃微电极，并通过控制微推进器作延髓面神经后核内侧区细胞外记录，记录时，每次移动10}xm直到记录到自主呼吸单元和面神经后核内侧区双相呼气神经元或吸气神经元放电。5-HT<,1A>受体特异性激动剂8-OH-DPAT和其特异性拮抗剂PMPPI分别溶于双蒸水中，进一步在MKS中稀释到20μmol/L和10μmol/L。脑片先以20μmol/L 8-OH-DPAT灌流5 min，洗脱8-OH-DPAT，待放电基本恢复后，再以10μmol/L PMPPI灌流5 min。同步记录舌下神经根和双相呼气神经元或吸气神经元放电。实验中，与舌下神经根的呼吸节律性活动相关联的进行的电活动即为双相呼气神经元或吸气神经元。 结果 1．记录舌下神经根放电的实验部分： 1)8-OH-DPAT和PMPPI对RRDA的影响：给予20 μmol/L的8-OH-DPAT持续灌流1 min时，较MKS灌流对照，呼吸周期(RC)和呼气时程(TE)分别延长30.11％(t=2.709，P=0.027)和32.24％(t=2.676，P=0.028)，放电的积分幅度(IA)降低17.08％但无统计学意义；灌流3 min后，RC和TE继续延长，较对照组分别延长59.23％(t=3.670，P=0.006)和63.44％(t=3.670，P=0.006)，IA降低24.82％ (t=3.406，P=0.009)，在8-OH-DPAT灌流过程中吸气时程(TI)无明显变化。洗脱后改用10μmol/L PMPPI灌流1 min时RC、TE无统计学意义，TI显著缩短(t=3.641，P=0.007)；灌流3 min后，相对于对照组RC下降26.08％(t=3.468，P=0.014)，TI下降26.14％(t=3.532，P=0.008)，TE下降25.99％(t'=3.236，P=0.021)，在PMPPI灌流过程中，IA变化无统计学意义。2)8-OH-DPAT和8-OH-DPAT+PMPPI对RRDA的影响：20μmol/L8-OH-DPAT灌流3 min，RC、TE延长，IA降低；改用20 μmol/L 8-OH-DPAT+10 μmol/LPMPPI灌流3 min，对照改灌流前RC和TE分别缩短23.51％(t=2.802，P=0.023)和23.92％(t=2.793，P=0.023)，TI无显著变化，IA升高11.58％(t=2.453，P=0.040)。 3)不同浓度的8-OH-DPAT对RRDA的影响：给药前后不同时间点之间呼吸周期(respiration cycle，RC)有显著性差异(F=181.219，P<0.001)，各浓度在给药前RC最小，给药后逐渐延长，5min时达到最大。各浓度之间有显著性差异(F=61.675，P<0.001)，给药后各时间点1μmol/L的RC最小，给药浓度增大，RC延长，20μmol/L的RC最大。给药前后和不同浓度之间存在交互效应(F=22.940，P<0.001)。给药前后不同时间点之间积分幅度(integral amplitude，IA)有显著性差异(F=20.949，P<0.001)，在10μmol/L和20μmol/L浓度组中给药前后不同时间点之间有显著性差异，F值分别是5.050，51.389，P值分别是0.017和0.001。各浓度之间有显著性差异(F=41.027，P<0.001)，给药后各时间点1μmol/L的IA最大，给药浓度增大，IA减小，20μmol/L的IA最小。给药前后和不同浓度之间存在交互效应(F=3.483，P=0.002)。 2．同步记录舌下神经根和mNRF区BE-neurons/I-neurons放电活动的实验部分： 1)8-OH-DPAT和PMPPI对双相呼气神经元放电活动的影响：给予20μmol/L8-OH-DPAT持续灌流3min时，较MKS灌流对照，双相呼气神经元放电的RC增加了63．09％(t=763，P=0.001)，TE增加了69.64％(t=4.647，P=0.002)，IA减小了23．63％(t'=2.802，P=0.011)，单位放电的峰频率(the peak dischargefrequency，PFn)下降了45.55％(t=6.315，P<0.001)。冲洗后改灌10μmol/L PMPPI，3min时，RC减小26．33％(t=2.475，P=0.039)，TE减小26.76％(t=2.353，P=0.046)，TI，IA和PFn均无显著性变化。2)8-OH-DPAT和PMPPI对吸气神经元放电活动的影响：对照MKS灌流，给予20μmol/L 8-OH-DPAT灌流后，吸气神经元放电的RC增加78.17％(t=4.775，P=0.001)，TE增加83.01％(t=4.780，P=0.001)，但降低IA 21.78％(t=5.148，P=0.001)，而且PFn下降了43.96％(t=6.455，P<0.001)。冲洗后改灌10μmol/LPMPPI，与对照相比，3min时，RC减小26.35％(t=2.359，P=0.046)，TE缩短27.01％(t=2.334，P=0.048)。吸气时程(TI)，IA和PFn均无显著性变化。 结论 以上结果提示，在新生大鼠离体延髓脑片标本上：1)5-HT<,1A>受体参与了哺乳动物基本节律性呼吸的产生和调节；2)5-HT<,1A>受体可能通过影响双相呼气神经元的电活动参与了呼吸时相的转换；3)5-HT<,1A>体可能介导了吸气神经元的抑制性突触输入。

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论文说明：中英对照缩略词表

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前言

第一部分5-HT1A受体对新生大鼠离体延髓脑片标本中舌下神经根呼吸节律性电活动的调节

材料与方法

结果

第二部分5-HT1A受体对面神经后核内侧区双相呼气神经元和吸气神经元电活动的调节

材料和方法

结果

讨论

一、离体标本在呼吸神经生物学的应用

二、 5-HT1A受体在基本呼吸节律产生和调节中的作用

三、 5-HT1A受体对双相呼气神经元和吸气神经元放电活动的调节

结论

参考文献

综述 5-羟色胺及其1A受体在呼吸节律产生及调控中的作用

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