猫双侧扣带回前部神经元对电刺激内脏大神经的反应

张勇，王媛，马积昊，吴敏范

（1.辽宁省肿瘤医院麻醉科，沈阳110042；2.沈阳医学院附属中心医院内科，沈阳110024；3.辽宁何氏医学院2011级，沈阳110163；4.沈阳医学院生理学教研室，沈阳110034）

猫双侧扣带回前部神经元对电刺激内脏大神经的反应

张勇1，王媛2，马积昊3，吴敏范4

（1.辽宁省肿瘤医院麻醉科，沈阳110042；2.沈阳医学院附属中心医院内科，沈阳110024；3.辽宁何氏医学院2011级，沈阳110163；4.沈阳医学院生理学教研室，沈阳110034）

目的 研究猫双侧扣带回前部（ACG）神经元对电刺激内脏大神经（GSN）的反应，为阐明双侧ACG在内脏痛感受中的作用提供实验依据。方法用在体胞内电位记录技术研究48只猫中791个对侧与312个同侧ACG神经元对电刺激GSN的反应。结果双侧ACG存有对电刺激GSN产生诱发反应的GSN刺激相关神经元（GSRNs）与不产生诱发反应的非相关神经元。双侧ACG GSRNs分为产生长潜伏期（≥50 ms）GSN诱发反应的内脏伤害感受神经元（VNNs）与产生短潜伏期（＜50 ms）GSN诱发反应的非内脏伤害感受神经元（NVNNs）；VNNs包括只产生长潜伏期GSN诱发反应的特异性VNNs（SVNNs）与既产生长潜伏期GSN诱发反应又产生短潜伏期GSN诱发反应的非特异性VNNs（NSVNNs）两种。GSN伤害性长潜伏期诱发反应阈值为（0.5～0.6）mA；非伤害性短潜伏期诱发反应阈值为（0.3～0.4）mA。双侧ACG VNNs、NVNNs的诱发反应形式相同，包括兴奋性、抑制性及兴奋与抑制或抑制与兴奋混合性反应3类，以兴奋性诱发反应为主。与同侧ACG相比，对侧ACG GSRNs及NSVNNs占观察神经元的比例高（P＜0.01），而SVNNs占观察神经元的比例低（P＜0.01）。结论猫双侧ACG神经元对电刺激GSN的反应以兴奋性反应为主。GSN内不同类型的传入神经纤维投射到双侧ACG的不同神经元，但是，以投射到对侧ACG为主；双侧ACG各类神经元所占比例及反应程度不同，为双侧脑的结构和功能不对称性提供新的实验依据。

诱发反应；细胞内电位；内脏痛；扣带回前部

扣带回前部（anterior cingulate gyrus，ACG）是痛觉的重要中枢，在痛觉情绪反应的产生中起重要作用［1～3］。在痛觉的研究中，常用较强伤害性电刺激内脏大神经（greater splanchnic nerve，GSN）模拟内脏痛［4］。有人报道，动物双侧大脑半球同源部位间的结构、功能存在差异［5］。本课题组研究发现双侧ACG内脏伤害感受神经元（visceral nociceptive neurons，VNNs）、非内脏伤害感受神经元（non-visceral nociceptive neurons，NVNNs）的自发生物电活动无显著差异［4］。但是，双侧ACG神经元对电刺激GSN的反应是否存有差异尚未见报道。因此，本实验应用在体胞内电位记录技术对此进行实验研究，比较双侧ACG神经元对电刺激GSN反应的异同，为阐明双侧ACG在内脏痛感受中的作用提供实验依据。

1 材料与方法

1.1 实验对象

48只成年健康猫，体质量（2.0～3.5）kg，雌雄不限。

1.2 双侧ACG神经元GSN诱发反应的记录

在2%普鲁卡因局麻下行右前肢头静脉插管，建立静脉给药通路。戊巴比妥钠（40 mg/kg）静脉麻醉下，分离、结扎左侧GSN外周端，在中枢端放置双极刺激电极以备电刺激GSN（刺激为方波，单脉冲，刺激波宽0.5 ms，刺激强度由小到大逐渐增加，测定ACG神经元产生GSN诱发反应的阈值，最后采用1.5倍阈电刺激1.0 mA作为引起内脏痛的伤害性刺激），模拟内脏痛。将猫头部固定在脑立体定位仪上，根据猫脑图谱定位、暴露双侧ACG［4］。用推进器逐渐将内充3 mol/L KCl溶液、尖端直径≤0.5 μm、电极电阻30～50 MΩ的玻璃微电极推入ACG神经元，记录神经元GSN诱发反应，然后输入MEZ-8201生物电放大器、VC-10示波器进行观察。并且做磁带记录，经数据处理机ATAC-350处理，由X-Y记录仪描记神经元生物电反应。重复刺激GSN 3次，选静息电位绝对值≥40 mV、GSN诱发反应稳定的神经元进行观察，不符合上述条件者舍弃。

在实验过程中补充麻醉药1%戊巴比妥钠，静脉注射1 mL/h以控制动物肢体的活动；应用恒温电热毯使动物直肠温度维持在（37～38）℃之间。

1.3 统计学分析

实验数据均以x±s来表示。数据用t检验、χ2检验进行统计处理，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

在本实验记录的791个对侧与312个同侧ACG神经元中，有些神经元对电刺激GSN产生诱发反应，称为GSN刺激相关神经元（GSN-stimulus-relative neurons，GSRNs）；有些神经元对电刺激GSN不产生诱发反应，称为GSN刺激非相关神经元。双侧ACG GSRNs又分为产生长潜伏期（≥50 ms）GSN诱发反应的VNNs与产生短潜伏期（＜50 ms）GSN诱发反应的NVNNs；VNNs包括只产生长潜伏期GSN诱发反应的特异性VNNs（SVNNs）与既产生长潜伏期GSN诱发反应又产生短潜伏期GSN诱发反应的非特异性VNNs（NSVNNs）两种。如表1所示，在对侧与同侧ACG，各类神经元占记录神经元的百分比不尽相同。

2.1双侧ACG神经元产生GSN诱发反应的阈值

电刺激GSN的强度为（0.3～0.4）mA时，双侧ACG NSVNNs仅产生短潜伏期的GSN诱发反应；当刺激强度为（0.5～0.6）mA时，产生长潜伏期的GSN诱发反应；继续增加刺激强度，GSN诱发反应不再产生变化，说明GSN伤害性长潜伏期诱发反应阈值为（0.5～0.6）mA；非伤害性短潜伏期诱发反应阈值为（0.3～0.4）mA。本实验采用1.5倍阈上电刺激GSN作为引起内脏痛的伤害性刺激。此强度足以使GSN内高阈值的痛觉传入纤维兴奋。如图1所示。双侧ACG神经元产生GSN诱发反应的阈值相同。

2.2 双侧ACG神经元GSN诱发反应的潜伏期

如表2所示，双侧ACG同一个VNNs的GSN诱发反应的潜伏期基本恒定，可能有一种潜伏期或多种不同潜伏期的GSN诱发反应。但是，不同VNNs的GSN诱发反应的潜伏期不尽相同。双侧ACG VNNs的GSN诱发反应潜伏期无统计学差异（P＞0.05）。

本实验还观察到电刺激GSN强度为（0.2～0.3）mA时，双侧ACG NVNNs即可产生短潜伏期（＜50 ms）的GSN诱发反应，对侧ACG NVNNs的GSN诱发反应潜伏期为（31.12±2.17）ms（n=48），同侧为（34.00±6.15）ms（n=10），双侧ACG NVNNs的GSN诱发反应潜伏期无显著性差异（P＞0.05）。同一个NVNNs的GSN诱发反应的潜伏期基本恒定。值得注意的是即使增加电刺激GSN的强度，双侧ACG NVNNs也不能产生长潜伏期的诱发反应。提示双侧ACG VNNs与NVNNs的功能存在差异，分别接受GSN中传导痛觉或非痛觉信息的不同类型纤维的投射。

2.3 双侧ACG神经元GSN诱发反应的形式

双侧ACG同一个VNNs或NVNNs的GSN诱发反应形式基本相同，但是，不同VNNs或NVNNs的GSN诱发反应形式不尽相同，分为兴奋性、抑制性及兴奋与抑制或抑制与兴奋混合性反应3类，以兴奋性诱发反应为主（P＜0.01），双侧ACG VNNs或NVNNs的GSN诱发反应形式无统计学差异（P＞0.05）。见表3。兴奋性GSN诱发反应包括电刺激GSN产生的兴奋性突触后电位（excitatory postsynaptic potential，EPSP）或锋电位或增频反应即自发放电频率增快。抑制性GSN诱发反应包括电刺激GSN产生的抑制性突触后电位（inhibitory postsynaptic potential，IPSP）或减频反应即自发放电频率减慢。混合性GSN诱发反应包括产生兴奋性反应之后产生抑制性反应即EPSP-IPSP序列或产生抑制性反应之后产生兴奋性反应即IPSP-EPSP序列等，见图2。

表2 双侧ACG VNNs的GSN诱发反应潜伏期Tab.2 Latencies of GSN evoked responses of VNNs in the bilateral ACG

VNNs include SVNNs and NSVNNs.VNNs，visceral nociceptive neurons.

Latency Contralateral ACG Ipsilateral ACG P 10-45 26.94±9.43（n=36）23.33±5.77（n=6）＞0.05 50-95 62.11±13.12（n=64）63.96±11.13（n=48）＞0.05 100-200 144.08±31.92（n=38）147.08±40.37（n=24）＞0.05 205-410 305.32±55.65（n=31）275.63±51.37（n=16）＞0.05

3 讨论

GSN是上腹腔伤害性痛觉信息传入的主要神经。本实验观察到双侧ACG有些神经元对电刺激GSN产生诱发反应，即双侧ACG存有GSRNs，说明GSN投射到双侧ACG；但是，对侧ACG GSRNs比例显著高于同侧ACG GSRNs比例，说明GSN投射以对侧ACG为主。本实验结果为双侧脑的结构和功能不对称性提供新的实验依据。本实验还观察到双侧ACG有些神经元对电刺激GSN不产生诱发反应，说明ACG并非所有的神经元均接受GSN的投射纤维、参与对电刺激GSN的反应。

研究证明，传导速度不同的GSN纤维在脊髓的不同部位上行，投射到丘脑后腹核的不同单位［6］；到达不同的中枢神经系统区域［7］。本实验在双侧ACG观察到潜伏期不同的GSN诱发反应，可能与GSN内不同类型与不同传导速度的神经纤维兴奋有关，以及与传导路中存有不同的突触有关。双侧ACG有些GSRNs对电刺激GSN只产生长潜伏期的GSN诱发反应，即双侧ACG存有SVNNs，而有些GSRNs对电刺激GSN只产生短潜伏期的GSN诱发反应，即双侧ACG存有NVNNs，说明GSN内不同类型的神经纤维投射到双侧ACG不同的神经元。有些GSRNs对电刺激GSN产生多种长、短不同潜伏期的GSN诱发反应，例如双侧ACG存有NSVNNs，说明GSN内有些不同类型的神经纤维能够会聚性地投射于ACG同一神经元。长潜伏期的GSN诱发反应可能由痛觉信息传入纤维Aδ类纤维和C类纤维兴奋所产生；而短潜伏期的GSN诱发反应可能由Aβ类纤维兴奋所产生。本实验结果与有人报道在大脑皮质体感区的研究结果相似［8］。本实验还观察到双侧ACG SVNNs或NSVNNs比例显著不同，为双侧脑的结构和功能不对称性提供又一新的实验依据。

不同神经元具有不同生物电活动的原因可能与其所存在的神经网络不同有关［9］。本实验观察到双侧ACG GSRNs对电刺激GSN主要产生兴奋性、抑制性和混合性诱发反应，诱发反应形式复杂。说明双侧ACG GSRNs所存在的神经网络较躯体伤害感受神经元所存在的神经网络复杂。本实验结果与陈京红报道的皮层体感区神经元的诱发反应形式相似［8］。这可能是大脑皮质神经元对刺激产生诱发反应的主要形式。

［1］Boccard SG，Pereira EA，Moir L，et al.Deep brain stimulation of the anterior cingulate cortex：targeting the affective component of chronic pain［J］.Neuroreport，2014，25（2）：83-88.

［2］银欢，陈奎敏，马积昊，等.GR82334对电刺激大鼠隐神经增加扣带回前部多巴胺含量的影响［J］.中国医科大学学报，2014，43（5）：426-428.

［3］Li J，Wu M，Zhuo M，et al.Alteration of neuronal activity after digit amputation in rat anterior cingulate cortex［J］.Int J Physiol Pathophysiol Pharmacol，2013，5（1）：43-51.

［4］吴敏范，姚阳，李玉芳，等.猫双侧扣带回前部内脏伤害感受神经元自发电活动特性的差异［J］.生理学报，2010，62（5）：450-454.

［5］Zhou HY，Zhang HM，Chen SR，et al.Increased nociceptive input rapidly modulates spinal GABAergic transmission through endogenously released glutamate［J］.J Neurophysiol，2007，97（1）：871-882.

［6］Mcleod JG.The representation of the splanchnic afferent pathways in the thalamus of the cat［J］.J Physiol，1958，140（3）：462-478.

［7］Amassian VE.Fiber groups and spinal pathways of cortically represented visceral afferents［J］.J Neurophysiol，1951，14（6）：445-460.

［8］陈京红，滕国玺.胞内记录猫皮层体感区内脏伤害感受神经元电生理特性［J］.生理学报，1999，51（1）：31-37.

［9］Jahnsen H，Llinás R.Electrophysiological properties of guinea-pig thalamic neurons：an in vitro study［J］.J Physiol，1984，349（1）：205-226.

（编辑 裘孝琦）

Response of Neurons in the Bilateral Anterior Cingulate Gyrus to Electrically Stimulation of Greater Splanchnic Nerve in Cats

ZHANG Yong1，WANG Yuan2，MA Ji-hao3，WU Min-fan4
（1.Department of Anesthesiology，Liaoning Cancer Hospital，Shenyang 110042，China；2.Department of Internal Medicine，The Center Hospital of Shenyang Medical College，Shenyang 110024，China；3.Grade 2011，He University，Shenyang 110163，China；4.Department of Physiology，Shenyang Medical College，Shenyang 110034，China）

ObjectiveTo study the response of neurons in the bilateral anterior cingulate gyrus（ACG）of cats to electric stimulation of greater splanchnic nerve（GSN），so as to provide experimental data for exploring the bilateral ACG mechanisms of visceral nociceptive sensation.MethodsResponse of 791 neurons in the contralateral ACG and 312 neurons in the ipsilateral ACG to electrically stimulating GSN in 48 cats were recorded with intracellular recording techniques in vivo.ResultsThere were GSN-stimulus-relative neurons（GSRNs）with evoked responses to electric stimulation ofGSN，and GSN-stimulus-irrelative neurons didn′t show any GSN evoked response in the bilateral ACG.The GSRNs can be divided into visceral nociceptive neurons（VNNs），which have the long latency（≥50 ms）GSN evoked response，and non-visceral nociceptive neurons（NVNNs）with the short latency（＜50 ms）GSN evoked response.VNNs，including the specific VNNs（SVNNs），only showed long latency GSN evoked response，but the non-SVNNs（NSVNNs）showed both long and short latencies GSN evoked response.The threshold intensities for evoking the long latency noxious response to stimulate GSN in the bilateral ACG were（0.5-0.6）mA.Those for evoking the short latency innocuous response to stimulate GSN in the bilateral ACG were（0.3-0.4）mA.The GSN evoked response patterns of both VNNs and NVNNs in the bilateral ACG were the same，which included excitatory response，inhibitory ones，and mixed ones of both excitation and inhibition or inhibition and excitation.The excitatory evoked response were main observed during these responses.Compared with those in the ipsilateral ACG，the percentages of GSRNs and NSVNNs in the contralateral ACG were significantly higher，but the percentage of SVNNs in the contralateral ACG was significantly lower（P＜0.01）.ConclusionOur results indicate that the response of neurons in the bilateral ACG of cats to electric stimulation of GSN are mainly excitatory.Theafferent fibers of different types of GSN project to different neurons in the bilateral ACG，but mainly to the contralateral ACG.The percentages and reaction degrees of various types of neurons between the bilateralACG are different，which provides new experimental evidence for asymmetry of structures and functions in the bilateral brain.

evoked response；intracellular potential；visceral pain；anterior cingulate gyrus

Q424

A

0258-4646（2015）01-0042-04

辽宁省教育厅科学研究一般项目（L2012376），教育部留学回国人员科研启动基金（教外司留［2008］101号），沈阳市科学技术局计划项目（F10-205-1-42）

张勇（1973-），男，副主任医师，硕士.

吴敏范，E-mail：minfanwu0594@sina.com.cn

2014-09-22

网络出版时间：