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丙泊酚通過降低眶額葉皮層神經元興奮性下調大鼠認知功能研究
點擊次數:780 發布時間:2019-08-05

摘要:目的探討丙泊酣對眶額葉皮層興奮性及相關學習記憶功能的影響。方法采用神經藥理學方法在眶額葉皮層微注射丙泊酣,檢 測大鼠在T -迷宮中的反轉學習記憶功能及開場實驗中運動、情緒和探索動機的變化;通過免疫組化檢測c -fos表達,觀測丙泊酣對 眶額葉皮層神經元興奮性的影響。結果眶額葉皮層微注射丙泊酣後,大鼠在T-迷宮中的學習記憶能力下降P< 0.05);開場實驗中 眶額葉微注射丙泊酣未影響大鼠的運功、情緒及探索能力P >0.05);丙泊酣可顯著抑製眶額葉皮層c-fos表達。結論丙泊酣可直接 抑製眶額葉皮層神經元的活動,引起學習記憶能力下調,表明眶額葉皮層是丙泊酣發揮麻醉效應的重要靶區。

關鍵詞:丙泊酣;眶額葉皮層;反轉學習記憶;認知功能;大鼠

 

丙泊酚是臨床常用靜脈麻醉藥物[1-3]。研究表明, 丙泊酚麻醉後受試者不能維持覺醒,表現出學習記憶和 決策等認知功能下調[4-6]。目前,丙泊酚麻醉如何下調 學習記憶功能的神經機製尚不完全清楚。有研究表明, 丙泊酚可直接作用於學習記憶相關的海馬和內嗅皮層 腦區。在海馬區,丙泊酚可抑製神經元興奮性,降低突觸 傳遞效率和可塑性,並抑製乙酰膽堿遞質釋放[7-11];同 時,下調內嗅皮層神經元的活動[12]。眶額葉皮層興奮性 與覺醒程度密切相關,並對學習記憶、決策及執行功能 起重要作用。在靈長類和齧齒類動物中,損毀眶額葉皮層 可損害動物的反轉學習記憶功能和認知的靈活性[13 -16]采用正電子計算機斷層PET)技術監測人腦活動,發現 丙泊酚麻醉使眶額葉皮層活動下降,而對其他新皮 層作用較小[17],提示眶額葉與丙泊酚麻醉密切相關。本 研究中通過神經藥理學、免疫組化及行為學檢測方法, 探討在眶額葉皮層微注射丙泊酚對學習記憶功能及神 經元活動的影響,以期進_步闡明丙泊酚麻醉效應,特 別是麻醉中認知下調的神經機製。現報道如下。

1材料與方法 1.1材料

動物與分組:健康雄性SD大鼠26隻,2個月月齡, 清潔級,體質量250 ~ 300 g,雄性,購於陸junjun醫大學動 物中心,動物合格證號為SCXK(渝)-PLA-20160011, 實驗操作符合陸junjun醫大學動物倫理規範。行為實驗 中,共使用26隻大鼠:14隻大鼠隨機分為2組溶劑對 照組和丙泊酚處理組,各7隻,用於T -迷宮實驗監測 反轉學習記憶;12隻大鼠隨機分為2組(溶劑對照組和 丙泊酚處理組,各6隻,用於開場實驗。

試藥:丙泊酚批號為56931,分析純純度& 98%),多聚甲醛批號為16005,純度>98%),4',6- 二脒基-2 -苯基吲哚DAPI),批號為D9542,純度& 98%),均購於美國Sigma公司;c-fos免疫組化染色的 —抗批號為ab208942)和二抗批號為ab150113)均購 於英國Abcam公司。

儀器IVM - 1000型微量注射泵(英國 T-迷宮行為檢測裝置及配套動物軌跡視頻追蹤係統, 開場行為檢測設備及配套動物軌跡視頻追蹤係統(中國 上海芭乐app最新版下载黄信息科技公司);CM 1900型冰凍切片機(德國 Leica ;腦立體定位儀中國深圳瑞沃德公司

  • 方法

1.2. 1埋置給藥導管及微量給藥

將大鼠用3%戊巴bi妥鈉進行麻醉(每100 g體質 量0. 25 mL,腹腔注射),置腦立體定位儀,用酒精和碘 伏消毒後,剪開顱骨表麵皮膚及去除軟組織,暴露顱骨。 用過氧化氫擦拭顱骨表麵,暴露前囟和後囟點。明確眶 額葉額葉皮層定位坐標(anteroposterior: + 3. 7 mm, mid-dle - lateral. ± 2. 5 mm, dorsoventral. - 4. 0 mm) 。 根據上 述坐標用牙科鑽製作下導管的骨孔,在骨孔周圍安裝 固定螺絲,完成後用微推將導管(中國深圳瑞沃德公司) 埋植於眶額葉皮層。用牙科水泥將固定螺絲和導管固 定。手術完成後,將大鼠置飼養籠恢複,恢複5 ~7d後 進行T-迷宮或開場實驗檢測。

采用微量注射泵進行微量給藥,在眶額葉給藥體積 為0.5 pL,丙泊酚的濃度為50pmol/L[1218]。微量給藥 速度為每2 min 0. 5 pL,給約完成後留針2 min,使約物擴 散。給藥後15 min進行T -迷宮或開場實驗檢測。

  • T-迷宮檢測反轉學習記憶能力

限食:訓練前4 d進行食物攝取限製(每天給予大 鼠約10 ~ 15 g食物),使大鼠體質量降至85%。

環境適應:在動物進行限食過程中,同時讓大鼠在 T迷宮中適應,讓動物在撒有食物粒的T -迷宮中自由 探索 8 ~ 10 min

T-迷宮測試:T-迷宮主要由1個中心臂及2個選擇 臂構成(各臂長50 cm,寬20 cm)。共訓練10 d前6 d將 食物固定於T -迷宮的左側,每天進行10次訓練,每次 間隔30 s訓練時讓大鼠從中央臂的起點出發到左右的 選擇臂尋找食物(放於選擇臂末端訓練6 d將食 物放於T -迷宮的右側繼續訓練4 d每次訓練前眶 額葉皮層給予溶劑或丙泊酚,給藥15 min後進行訓練。 動物若能準確找到食物,記錄1次正確的選擇;反之,則 記錄為1次錯誤的選擇。

  • 開場實驗

開場為1 mx1 mx1 m的盒子(開口、黑色。每隻

大鼠僅接受1次測試,測試前15 min在眶額葉皮層給 藥。大鼠放於入開場的中心區域,自由探索5 min利用 視頻追蹤係統檢測大鼠在開場中的運動距離、站立次 數、進入中心區域的次數及距離。

  • 導管埋置位點檢測

完成行為檢測後,采用生理鹽水(37 °C) +4%多聚 甲醛(4  )進行灌注和固定。灌注固定後取腦組織。大 腦在4%多聚甲醛中固定,完成後轉移至30%蔗糖+ 4%多聚甲醛溶液中進行脫水。腦組織沉底後,進行冰凍 切片(厚度40 pm)。按冠狀麵對眶額葉皮層連續切片, 對切片進行DAPI染色。完成後進行封片,在熒光顯微 鏡下檢測導管埋置位置是否位於眶額葉皮層。導管埋置 不準大鼠不納入統計。

  • c-fos免疫組織化學熒光染色

按照1. 2. 1項下方法操作,在眶額葉皮層微量注射 溶劑和丙泊酚。為排除眶額葉皮層自身晝夜節律影響, 注射溶劑和丙泊酚在固定時間點(19:00)。完成注射90min 後,按照1.2.4項下方法進行灌注固定。將腦組織置 4%多聚甲醛外固定過夜,30 %蔗糖[磷酸緩衝鹽溶液 (PBS)配置]脫水過夜。切片30 pm,PBS中保存。一抗染 色,濃度 1 : 200, 4 C 24 h,室溫 2 h, PBS 漂洗 10 min, 共3次。DAPI染色5 min, 1 xPBS漂洗10 min 1次,二抗 避光染色,濃度為1 : 200, 2 h, 1 X PBS漂洗10 min 3次。貼片後80%甘油封片,顯微鏡下觀察眶額葉皮層 c - fos的表達。

1.3 統計學處理

采用SPSS 18. 0和Sigma Plot軟件分析。計量資料 用X± s表示,采用獨立樣本t檢驗。P< 0.05為差異 有統計學意義。

2 結果

2.1引起大鼠反轉學習能力受損

采用T -迷宮檢測大鼠反轉學習記憶能力(圖1 A)。 前6 d,將食物固定於T -迷宮的左側臂,隨著訓練的 天數增加,大鼠在T-迷宮中選擇正確率亦逐漸增加; 第6天,兩組動物選擇的正確率均達到80% (圖1 B); 隨後,檢測大鼠反轉學習記憶能力,在眶額葉皮層給藥 後,大鼠在反轉學習過程中選擇正確率顯著低於對照組 動物(圖1 B),表明丙泊酚可作用於眶額葉皮層損害大 鼠的反轉學習記憶能力。

2.2 對大鼠運動、探索動機和情緒行為無明顯效應 反轉學習也可能受到非特異性因素的幹預,如情緒 和探索動機。眶額葉皮層微注射丙泊酚對大鼠在開場中 的運動距離和站立次數無明顯效應(圖2 A至圖2 C), 表明丙泊酚在眶額葉皮層並不影響大鼠的運動功能和 探索行為。同時,眶額葉皮層給予丙泊酚不影響大鼠進入開場中心區域的次數和運動距離(圖2D至圖2 E), 可直接作用於

表明大鼠的焦慮情緒行為未受到影響。 眶額葉皮層,通 本欄目由

2.3 可降低眶額葉皮層神經元的興奮性 過抑製該腦區宙八=1

采用免疫組化檢測c - fos蛋白表達,分析給藥後眶活動進而下調 額葉皮層神經元興奮性的變化。給藥後眶額葉皮層熒光 學習記憶功能, 協辦

信號較弱c-fos陽性神經元的數量顯著減少(圖3), 表明眶額葉皮

 

表明丙泊酚可直接抑製眶額葉皮層神經元的興奮性。

3 討論

丙泊酚麻醉導致覺醒不能維持,表現為認知功能嚴 重下調。在眶額葉局部微注射丙泊酚引起大鼠在T-迷 宮中的正確選擇率嚴重下降;開場實驗中,眶額葉皮層 微注射丙泊酚對大鼠的運動、情緒和探索動機無明顯效 應,可引起c -fos陽性神經元數量減少。結果表明,丙泊 酚可直接抑製眶額葉皮層興奮性,引起警覺及認知功能 下調。

眶額葉皮層主要接受體感皮層、背縫核、邊緣皮層 和海馬的輸入,主要投射至前額葉和腹側被蓋區[19-21]。 靈長類動物中,損毀眶額葉皮層動物在學習記憶任務中 選擇的錯誤次數增多。齧齒類動物中,抑製或損毀眶額 葉皮層可造成反轉學習記憶或認知的靈活性受損 反轉學習與眶額葉皮層神經元放電編碼模式和神經元 集群網絡振蕩密切相關。采用多通道記錄技術監測眶額 葉皮層神經元的放電,發現在反轉學習過程中,眶額葉 皮層神經元放電能表征環境信號所預測的結果[23 -24]通過c - fos標記技術發現,丙泊酚可能是通過下調眶額 葉皮層的神經元興奮,抑製神經元的特定編碼模式,進 而造成反轉學習功能受損。

在新皮層及皮層下區域,丙泊酚可直接作用於神經 元的胞體,增強神經元的鉀通道或抑製超極化激活非選 擇性陽離子通道,產生外向電流,導致神經元發生超極 化,引起興奮性下降。丙泊酚同時可增強GABAA型受體 介導的抑製性輸入,間接地抑製神經元活動[12,8,5-27]。但 本研究側重於行為學和形態學的觀察,丙泊酚調控眶額 葉皮層的離子通道機製尚不清楚,還需進一步研究。

丙泊酚作為常用麻醉藥物,具有起效快、蘇醒快的 特點,其麻醉的顯著特征為認知功能下調[4-5]。丙泊酚

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