镁离子导致人体对机械刺激以及热辐射刺激感觉异常的研究

魏 巍,初 明,刘 爽

(1.佳木斯大学附属第一医院,黑龙江佳木斯 154003;2.哈尔滨医科大学第一附属医院,黑龙江哈尔滨 150086;3佳木斯大学基础医学院生物教研室,黑龙江佳木斯 154007)

虽然镁离子(magnesium,Mg2+)广泛分布于整个机体,但 Mg2+在神经传导系统中的作用远没有钙离子(calcium,Ca2+)的作用研究的清楚。自从研究发现谷氨酸可兴奋受体(NM DA)定位在中枢神经系统(包括脊髓后角神经元),并且NMDA受体与异常痛觉状态(如痛觉过敏和异常性疼痛 )的形成有关,大多数报道与痛觉相关的基础研究都关注于Mg2+对 NMDA受体的拮抗作用[1]。因此大多数报道都是关于利用 Mg2+阻断脊髓传导 NMDA受体的作用来达到治疗目的。实际上,Mg2+在治疗神经性疼痛、偏头痛以及手术后疼痛方面有很多成功的临床病例。

许多研究报道 Ca2+在细胞分泌与神经传导系统中有重要作用[2]。然而 Mg2+在神经生理传导方面的作用尤其是在外周躯体感觉系统中的作用还了解甚少。Mg2+可能不仅影响机械刺激引起的表皮感觉,而且影响疼痛或非疼痛的热感觉的传导[3]。Bilotto等人[4]报道由高浓度氯化钠 (3M)引起的牙内神经活性可以被氯化镁,硫酸镁与氯化钙溶液抑制。因此要知道在 Mg2+外周给药后感觉实验真正的变化,则在人体上进行研究是必要的。在我们的研究中心对受试者评估疼痛等级,以及实验药物的影响。皮下注射硫酸镁后除了对有害的机械刺激和有害的辐射热刺激进行检测,我们还对无害机械刺激进行了实验评估,例如触觉敏感实验。

1 资料与方法

1.1 一般资料

20名健康志愿者,年龄 26～ 34岁,平均 29岁。自愿参加实验并同意实验程序进行了以下实验。应用双盲的方法,在实验者的前臂尺侧远端位点注射 0.1mL药物溶液形成皮丘:用 0.5M与 0.05M的硫酸镁(M S),渗透压为 524mOSM/337mOSM,pH值为 6.0～ 7.0;对照组是在对应的另一前臂同样位置注射 0.1mL的生理盐水(0.9%氯化钠290mOSM)。 注射后 1min,10min,20min,30min,45min与60min在硫酸镁注射点与氯化钠注射点分别检测影响效应。

1.2 实验过程

1.2.1 触觉评估

用马尾刷来检测触觉,将皮下注射形成皮丘区域与未受影响区域的皮肤触觉进行对比。同一手臂的正常区域的感觉等级定为 100%,皮丘区域的痛觉评定方法与触觉评估方法一样。

1.2.2 触觉压力域值实验

用 Fery氏纤维来测定触觉压力阈值,触觉压力阈值可以转换为数值。

1.2.3 钳夹痛评估实验

在皮下注射形成的皮丘区域和未受影响的正常区域进行钳夹刺激比较。规定以正常皮肤达到同样的结果定为 10,皮丘区域皮肤痛觉评估标准与钳夹痛标准相同。

1.2.4 测定对有害的热辐射刺激引起痛觉反应的潜伏期

热辐射刺激是用灯箱孔(直径 4mm)发出的光束定位照射皮下注射形成的皮丘区域。从开始热辐射开始,如果受试者感到疼痛,可以随时关上灯箱。记录热辐射刺激时间(灯箱由打开到关闭的时间)作为痛觉反应潜伏期时间。

2 结果

通过 V AS评估不同强度的自发痛,与注射生理盐水相比,在注射 MS(0.5M与 0.05M)之后 1～ 20min内用马尾刷测试发现注射部位的触觉都有不同程度的下降。用 Fery氏细丝线测试触压觉的阈值,发现在 1～ 45min内注射部位的触压觉阈值升高。与注射生理盐水组相比,在注射 0.5M与0.05M的 M S之后 10min内出现触压觉阈值升高。用动脉钳测试钳夹痛,发现注射 0.5M与 0.05M的 MS之后 1～10min内出现痛觉迟钝。

实验结果显示在注射药物 1～45min内热辐射引起的痛觉潜伏期明显缩短。在注射 0.5M与 0.05M的 M S之后 1～20min内出现痛觉潜伏期缩短 ,注射 M C后 1～ 20min内也出现痛觉潜伏期缩短。见表 1。

表 1 生理盐水组与硫酸镁组触觉、痛觉、热痛觉评估结果比较 (±s)

表 1 生理盐水组与硫酸镁组触觉、痛觉、热痛觉评估结果比较 (±s)

生理盐水组 硫酸镁组 P触觉评估(%) 93± 4.3 79±5.6 ＜0.05触觉阈值评估 1.2±0.13 3.0±0.64 ＜0.01钳夹痛评估 9.1±1.5 7.3±1.1 ＜0.01热痛觉潜伏期(s) 16.5±2.2 7.2±1.3 ＜0.01

3 讨论

研究发现硫酸镁能抑制有害或无害机械刺激引起的感觉,但都会产生注射后的自发痛,并且会不同程度地上调对热辐射的敏感性。解释 Mg2+诱发感觉迟钝的机制大致如下:因为 Ca2+与 Mg2+都可以影响神经细胞膜的稳定性,高浓度的 Mg2+通过提高膜阈值来直接抑制神经轴突的兴奋性。另外,后期研究表明,外周 NM DA受体参与有害机械刺激产生的最初的痛觉传导,而 Mg2+对 NMDA受体有拮抗作用。最近报道通过研究 Mg2+与 NM DA受体的关系可以评估机械刺激的重要性[5]。现已发现给大鼠皮肤内注射 MK-801(NMDA受体的拮抗剂)也会抑制其对有害或无害刺激的反应。原因是 MK-801可以通过与 Mg2+非竞争性地拮抗中枢NMDA受体,可能 Mg2+通过抑制 NMDA受体,进而抑制皮肤内神经冲动的传导。只有少数研究者研究 Mg2+对热刺激的影响。研究表明 Vanilloid受体例如 V R1与 V RL1都是可以接受热刺激进而激活神经元细胞的受体,VR1受体蛋白体外克隆实验中发现 V R1是 Ca2+与 Mg2+非选择性的渗透压离子通道[6]。根据体外观察到的这些现象推测 Mg2+可能也抑制 V R1的活性。然而在体内环境中,皮下注射 Mg2+会产生热痛觉过敏与自发痛。因为在细胞内与细胞外基质中都存在 Ca2+结合蛋白或其他被激活的细胞,这样 V R1受体的作用应该是被抑制的,但实际上情况并非如此。那么说明热痛觉过敏可能与其他级联反应有关。本实验中还观察到皮下注射 Mg2+后有红肿现象。基于先前的研究,神经冲动可以在周围神经的感觉神经纤维中传导。这是由于受损伤部位周围的轴突反射性释放传导递质造成血管扩张形成红肿。根据我们的观察 ,由损伤部位产生的红肿大约扩散 1.5～ 2.0cm,是由于轴突反射使血管扩张造成的。因为本实验是研究由某一剂量的 Mg2+引起的纯感觉的改变。我们没有用其他溶液调节注射液的 pH值与渗透压。应该考虑到低 pH值与高渗透压都会影响神经生理反应。但如果给药的剂量很小,细胞外液的一些缓冲系统可以立即将药物中和。本实验观察到外周注射 Mg2+后可以引起人体外周神经触觉与触压觉迟钝,而对热辐射刺激痛觉过敏。Mg2+的基础研究目前比较少,希望本实验可以为神经生理学痛觉基础研究进行补充,并且有助于临床应用。

[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