Mauthner细胞脊髓EPSP前电位在外侧树突上的分布
作者：高娜 童学红 张淑华 李效义 虞 张茂先 张英才
单位：首都医科大学生理学教研室
关键词：Mauthner细胞；脊髓EPSP前电位；外侧树突；电紧张性扩布；鲫鱼
首都医科大学学报990101 提要：用多点胞内穿刺方法在8个Mauthner细胞(M-细胞)探测了脊髓EPSP前电位(简称前电位)在外侧树突上的空间分布情况。结果表明，前电位的幅度在胞体处最大，沿外侧树突逐渐衰减，其衰减过程与逆向动作电位的衰减过程相似。提示中介前电位的突触集中分布于胞体；前电位与逆向动作电位相同，均以单纯的电紧张性扩布方式沿外侧树突传播。间接表明外侧树突上没有中介前电位的突触。
中图分类号：R426
Distribution of Spinal pre-EPSP on the Lateral Dentrite of the Crucain Carp Mauthner Cell
, 百拇医药
Gao Na, Tong Xuehong, Zhang Shuhua, Li Xiaoyi,Yu Fen, Zhang Maoxian, Zhang Yingcai
Department of Physiology, Capital University of Medical Sciences
Abstract: Spatial distribution of spinal pre-EPSP(pre-EPSP)on the lateral dendrite was explored with multiple intracelluar recording technique in 8 Mauthner cells of the crucian carps. The results showed that pre-EPSP with maximal amplitude was recorded at the soma, from where its amplitude decayed progressively along the lateral dendrite. The style of decay was very comparable to that of antidromic action potential. It is suggested that: ① The synapses mediating pre-EPSP are located densely at the soma; ② As the antidromic action potential, the pre-EPSP propagates along the lateral dendrite simply in the manner of electrotonic spread. It means that no synapses mediating pre-EPSP impinge on the lateral dendrite.
, http://www.100md.com
Key words: mauthner cell; spinal pre-EPSP; lateral dendrite; electrotonic spread; crucain carp
Mauthner细胞(M-细胞)作为指令性神经元，发动惊跳反射(startle reflex)。它接受来自外周的多种兴奋性输入[1～6]，分别投射到外侧树突和腹侧树突，整合M-细胞的活动。来自皮肤和脊髓的传入冲动除集中投射至腹侧树突远端引起高幅度的复合EPSP之外[6]，还有少量突触投射在胞体，也稀疏地分布在腹侧树突，引起低幅度的脊髓EPSP前电位(简称前电位)[7～9]，是迄今所知突触分布范围较广泛的兴奋性传入之一。
前电位是否在外侧树突上亦有分布目前尚无报道。本工作利用多点胞内记录方法探查了前电位沿外侧树突的分布情况。
1 材料和方法
, http://www.100md.com
体长12～15 cm的鲫鱼用0.3%～0.5%乌拉坦溶液浸泡麻醉。以背-腹直立位夹持在灌流槽中。经口用自来水灌流鳃部维持呼吸。肌肉注射三碘季胺酚(1 μg/g)制动。
常规方法暴露脊柱和延髓[10]，分别安置刺激电极和记录电极。刺激参数：单个方波脉冲，波宽40 μs，强度2～4 V，重复刺激间隔1 s。微电极用0.6 mol/L K2SO4灌注，尖端直径1～2 μm,电极电阻4～7 MΩ(1 kHz)。
首先将微电极准确定位于胞体[10]，记录脊髓刺激引起的M-轴突逆向动作电位和后继的前电位[7]。然后由近及远，沿外侧树突走向逐点进行胞内记录，检查逆向动作电位和前电位的空间分布情况。每个记录点均重复记录5次，测量平均反应幅值。以相同标准判定外侧树突穿刺的可靠性[5]。
, 百拇医药
实验结果由计算机实时处理系统记录、贮存和分析。实验安排见图1。
图1 实验安排示意图
1 记录电极，2 刺激器和刺激电极，3 胞体，4 外侧树突，5 腹侧树突，6 轴突，7抵达M-细胞的脊髓传入纤维
共成功记录了8个M-细胞反应，其中左侧细胞6个，右侧细胞2个。两侧反应无差别。
2 结果
在每个细胞上除胞体记录点外，还包括4～12个外侧树突记录点。最远的外侧树突记录点距胞体260.0～614.5 μm。8个细胞表现类似的前电位和逆向动作电位空间分布趋势。
图2是1次典型实验结果。图2A显示了本次实验所获得的全部穿刺点的胞内记录，包括1个胞体穿刺点和10个外侧树突穿刺点。每条曲线均显示出逆向动作电位和后继的前电位。在胞体(最上边曲线)逆向动作电位和前电位的幅度最高，分别为27.4 mV和6.5 mV(胞体逆向动作电位的幅度较低与胞体穿刺点距轴丘较远有关)。随着记录电极逐渐移向外侧树突远侧，逆向动作电位和前电位的幅度也相应降低。在外侧树突末端(最下方曲线，距胞体614.5 μm)，逆向动作电位和前电位的幅度分别降至2.3 mV和0.5 mV，分别衰减为胞体处的8.4%和7.7%。
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图2 逆向动作电位和脊髓EPSP前电位在外侧树突上的分布
A 由上至下排列的11条曲线依次为胞体和由近及远的10个外侧树突记录点的胞内记录；刺激伪迹后的高耸尖锋形波为逆向动作电位，其后继小波为脊髓EPSP前电位；每条曲线右端的数字为由胞体至记录点的距离(μm)；校准：10 mV，2 ms
B 外侧树突上逆向动作电位和前电位的距离-幅度关系，电位幅度以相对于最大电位的百分数表示，图中虚线根据公式VX=V0e-X/λ标绘，V0为电流注入点的电位，VX为距电流注入点为X的记录点电位，e为自然对数的底，λ为空间常数
图2B标绘出本次实验中逆向动作电位和前电位的距离-幅度关系。为便于2条曲线的比较，逆向动作电位和前电位的幅度均以相对于各自最大幅度的百分数表示。可以看出，逆向动作电位和前电位随距离而衰减的态势是非常相似的。根据2条曲线估测，在胞体-树突方向，外侧树突的空间常数均约为475 μm。
, 百拇医药
本次实验的全部测量数据列于表1。
表1 逆向动作电位和前电位在不同记录点的实测值和计算值 胞体至记录点
距离/μm
逆向动作电位
前电位
实测值
计算值*
实测值
计算值*
mV
%
mV
, 百拇医药
%
mV
%
mV
%
0
27.4
100.0
27.4
100.0
6.5
100.0
6.5
, 百拇医药
100.0
73.5
24.3
88.7
23.5
85.8
5.7
87.7
5.6
85.7
157.8
17.3
63.1
, http://www.100md.com
19.7
71.7
3.6
55.4
4.7
71.7
252.4
16.8
61.3
16.1
58.8
3.7
56.9
, http://www.100md.com
3.8
58.8
333.5
16.0
58.4
13.6
49.6
3.4
52.3
3.2
49.6
419.8
13.9
, 百拇医药
50.7
11.3
41.3
3.2
49.2
2.7
41.3
471.0
11.0
40.1
10.2
37.1
2.7
, 百拇医药
41.5
2.4
37.1
501.4
7.8
28.5
9.5
34.8
1.4
21.5
2.3
34.8
531.8
, 百拇医药
6.1
22.3
8.9
32.6
1.5
23.1
2.1
32.6
581.8
4.9
17.9
8.1
29.4
, 百拇医药
0.8
12.3
1.9
29.4
614.5
2.3
8.4
7.5
27.4
0.5
7.7
1.8
27.4
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*根据公式VX=V0e-X/λ计算， λ=475 μm，X=记录点至胞体的距离
3 讨论
本研究采用多点胞内穿刺方法探查了逆向动作电位和前电位在外侧树突上的分布情况。结果显示前电位的幅度在胞体处最大，沿外侧树突逐渐衰减，而且其衰减的空间过程与逆向动作电位的衰减过程酷似，两者的空间常数估测值均在475 μm左右。
以前许多作者的工作均证实，M-细胞的胞体和2条巨大树突都不具备主动的膜特性[6，11]。逆向动作电位主动传播的终点在轴丘处，由此再以电紧张扩布的方式波及胞体及树突。故逆向动作电位在胞体和树突上进行衰减性扩布的过程可以反映腹侧树突和外侧树突在离心方向上的电缆特性。被动电位沿均质电缆进行电紧张扩布和衰减的态式用公式VX=V0e-X/λ表示。图2 B中的虚线是据该式得出的各记录点的计算值标绘的(按λ=475 μm计算，参见表1)。可以看出，由胞体至外侧树突约500 μm的区段内，多数记录点逆向动作电位和前电位幅度的计算值均与实测值接近。只是在500 μm以远的区段才表现出计算值与实测值的明显分离。这些结果提示：①中介前电位的突触集中分布在胞体区域；②前电位由胞体发源地以相同于逆向动作电位的单纯电紧张扩布方式沿外侧树突传播，间接表明外侧树突上可能不存在中介前电位的突触。在500 μm以远的外侧树突上，逆向动作电位和前电位幅度的计算值与实测值分离显然与外侧树突末段明显变细有关。
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根据本工作估测，外侧树突的空间常数约为475 μm，略高于本实验室以前报告的腹侧树突数值[6，9]。由于外侧树突较腹侧树突粗短，其空间常数略大于腹侧树突似乎是合理的。其他作者曾报告外侧树突的空间常数约为300 μm[12～14]，与本工作有较大差别，其原因有待进一步研究。
北京市自然科学基金资助项目
参考文献
1 Eaton R C, Bombardieri R A. Behavioral functions of the Mauthner neuron. In: Faber D S, Korn H， eds. Neurobiology of the Mauthner cell. New York: Raven, 1978.221～244
2 Zottoli S J. Correlation of startle reflex and Mauthner cell auditory responses in unrestrained goldfish. J Exp Biol, 1977,66:243～254
, http://www.100md.com
3 Zottoli S J, Hordes A R, Faber D S. Localization of optic input to the ventral dendrite of the goldfish Mauthner cell. Brain Res, 1987,401:113～121
4 Korn H, Faber D S. Inputs from the posterior lateral line nerves upon the goldfish Mauthner cell. I. Properties and Synaptic localization of the excitatory component. Brain Res, 1975,96:342～348
5 张英才,张淑华,虞
,等.嗅神经兴奋性输入在鲫鱼Mauthner细胞上的定位. 首都医科大学学报,1997,18(4):301～304
, 百拇医药
6 Chang Y T, Lin J W, Faber D S. Spinal inputs to the ventral dendrite of the teleost Mauthner cell. Brain Res, 1987,417:205～213
7 张茂先,虞,张淑华,等.Mauthner细胞脊髓EPSP前电位起源分析.首都医科大学学报,1997,18(3):201～204
8 张淑华,张英才,虞,等.M细胞脊髓EPSP前电位的生理特性.首都医科大学学报,1997,18(2):101～104
9 张英才,李效义,童学红,等.Mauthner细胞脊髓EPSP前电位在腹侧树突上的分布.首都医科大学学报,1998,19(4):305～308
, 百拇医药
10 Furshpan E J, Furukawa T. Intracellular and extracellula responses of the several regions of the Mauthner cell of the goldfish. J Neurophysiol, 1962,25:732～771
11 Fukami Y, Furukawa T, Asada Y. Excitability changes of the Mauthner cell during collateral inhibition. J Gen Physiol, 1965, 48:581～600
12 Furukawa T. Synaptic interaction at the Mauth-ner cell of goldfish. Prog Brain Res,1966,21A:44～70
, 百拇医药
13 Diamond J. The activation and distribution of GABA and L-glutamate receptors on goldfish Mauthner neurons: An analysis of dendritic remote inhibition. J Physiol(London), 1968,194:669～723
14 Faber D S, Kaars C, Zottoli S J. Dual transmission at morphologically mixed synapses: Evidence from postsynaptic Cobalt injections. Neuroscience,1980,5:433～440
收稿日期：1998-06-23, http://www.100md.com
单位：首都医科大学生理学教研室
关键词：Mauthner细胞；脊髓EPSP前电位；外侧树突；电紧张性扩布；鲫鱼
首都医科大学学报990101 提要：用多点胞内穿刺方法在8个Mauthner细胞(M-细胞)探测了脊髓EPSP前电位(简称前电位)在外侧树突上的空间分布情况。结果表明，前电位的幅度在胞体处最大，沿外侧树突逐渐衰减，其衰减过程与逆向动作电位的衰减过程相似。提示中介前电位的突触集中分布于胞体；前电位与逆向动作电位相同，均以单纯的电紧张性扩布方式沿外侧树突传播。间接表明外侧树突上没有中介前电位的突触。
中图分类号：R426
Distribution of Spinal pre-EPSP on the Lateral Dentrite of the Crucain Carp Mauthner Cell
, 百拇医药
Gao Na, Tong Xuehong, Zhang Shuhua, Li Xiaoyi,Yu Fen, Zhang Maoxian, Zhang Yingcai
Department of Physiology, Capital University of Medical Sciences
Abstract: Spatial distribution of spinal pre-EPSP(pre-EPSP)on the lateral dendrite was explored with multiple intracelluar recording technique in 8 Mauthner cells of the crucian carps. The results showed that pre-EPSP with maximal amplitude was recorded at the soma, from where its amplitude decayed progressively along the lateral dendrite. The style of decay was very comparable to that of antidromic action potential. It is suggested that: ① The synapses mediating pre-EPSP are located densely at the soma; ② As the antidromic action potential, the pre-EPSP propagates along the lateral dendrite simply in the manner of electrotonic spread. It means that no synapses mediating pre-EPSP impinge on the lateral dendrite.
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Key words: mauthner cell; spinal pre-EPSP; lateral dendrite; electrotonic spread; crucain carp
Mauthner细胞(M-细胞)作为指令性神经元，发动惊跳反射(startle reflex)。它接受来自外周的多种兴奋性输入[1～6]，分别投射到外侧树突和腹侧树突，整合M-细胞的活动。来自皮肤和脊髓的传入冲动除集中投射至腹侧树突远端引起高幅度的复合EPSP之外[6]，还有少量突触投射在胞体，也稀疏地分布在腹侧树突，引起低幅度的脊髓EPSP前电位(简称前电位)[7～9]，是迄今所知突触分布范围较广泛的兴奋性传入之一。
前电位是否在外侧树突上亦有分布目前尚无报道。本工作利用多点胞内记录方法探查了前电位沿外侧树突的分布情况。
1 材料和方法
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体长12～15 cm的鲫鱼用0.3%～0.5%乌拉坦溶液浸泡麻醉。以背-腹直立位夹持在灌流槽中。经口用自来水灌流鳃部维持呼吸。肌肉注射三碘季胺酚(1 μg/g)制动。
常规方法暴露脊柱和延髓[10]，分别安置刺激电极和记录电极。刺激参数：单个方波脉冲，波宽40 μs，强度2～4 V，重复刺激间隔1 s。微电极用0.6 mol/L K2SO4灌注，尖端直径1～2 μm,电极电阻4～7 MΩ(1 kHz)。
首先将微电极准确定位于胞体[10]，记录脊髓刺激引起的M-轴突逆向动作电位和后继的前电位[7]。然后由近及远，沿外侧树突走向逐点进行胞内记录，检查逆向动作电位和前电位的空间分布情况。每个记录点均重复记录5次，测量平均反应幅值。以相同标准判定外侧树突穿刺的可靠性[5]。
, 百拇医药
实验结果由计算机实时处理系统记录、贮存和分析。实验安排见图1。
图1 实验安排示意图
1 记录电极，2 刺激器和刺激电极，3 胞体，4 外侧树突，5 腹侧树突，6 轴突，7抵达M-细胞的脊髓传入纤维
共成功记录了8个M-细胞反应，其中左侧细胞6个，右侧细胞2个。两侧反应无差别。
2 结果
在每个细胞上除胞体记录点外，还包括4～12个外侧树突记录点。最远的外侧树突记录点距胞体260.0～614.5 μm。8个细胞表现类似的前电位和逆向动作电位空间分布趋势。
图2是1次典型实验结果。图2A显示了本次实验所获得的全部穿刺点的胞内记录，包括1个胞体穿刺点和10个外侧树突穿刺点。每条曲线均显示出逆向动作电位和后继的前电位。在胞体(最上边曲线)逆向动作电位和前电位的幅度最高，分别为27.4 mV和6.5 mV(胞体逆向动作电位的幅度较低与胞体穿刺点距轴丘较远有关)。随着记录电极逐渐移向外侧树突远侧，逆向动作电位和前电位的幅度也相应降低。在外侧树突末端(最下方曲线，距胞体614.5 μm)，逆向动作电位和前电位的幅度分别降至2.3 mV和0.5 mV，分别衰减为胞体处的8.4%和7.7%。
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图2 逆向动作电位和脊髓EPSP前电位在外侧树突上的分布
A 由上至下排列的11条曲线依次为胞体和由近及远的10个外侧树突记录点的胞内记录；刺激伪迹后的高耸尖锋形波为逆向动作电位，其后继小波为脊髓EPSP前电位；每条曲线右端的数字为由胞体至记录点的距离(μm)；校准：10 mV，2 ms
B 外侧树突上逆向动作电位和前电位的距离-幅度关系，电位幅度以相对于最大电位的百分数表示，图中虚线根据公式VX=V0e-X/λ标绘，V0为电流注入点的电位，VX为距电流注入点为X的记录点电位，e为自然对数的底，λ为空间常数
图2B标绘出本次实验中逆向动作电位和前电位的距离-幅度关系。为便于2条曲线的比较，逆向动作电位和前电位的幅度均以相对于各自最大幅度的百分数表示。可以看出，逆向动作电位和前电位随距离而衰减的态势是非常相似的。根据2条曲线估测，在胞体-树突方向，外侧树突的空间常数均约为475 μm。
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本次实验的全部测量数据列于表1。
表1 逆向动作电位和前电位在不同记录点的实测值和计算值 胞体至记录点
距离/μm
逆向动作电位
前电位
实测值
计算值*
实测值
计算值*
mV
%
mV
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%
mV
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0
27.4
100.0
27.4
100.0
6.5
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100.0
73.5
24.3
88.7
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85.8
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3.8
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13.6
49.6
3.4
52.3
3.2
49.6
419.8
13.9
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50.7
11.3
41.3
3.2
49.2
2.7
41.3
471.0
11.0
40.1
10.2
37.1
2.7
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41.5
2.4
37.1
501.4
7.8
28.5
9.5
34.8
1.4
21.5
2.3
34.8
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6.1
22.3
8.9
32.6
1.5
23.1
2.1
32.6
581.8
4.9
17.9
8.1
29.4
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0.8
12.3
1.9
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614.5
2.3
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27.4
0.5
7.7
1.8
27.4
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*根据公式VX=V0e-X/λ计算， λ=475 μm，X=记录点至胞体的距离
3 讨论
本研究采用多点胞内穿刺方法探查了逆向动作电位和前电位在外侧树突上的分布情况。结果显示前电位的幅度在胞体处最大，沿外侧树突逐渐衰减，而且其衰减的空间过程与逆向动作电位的衰减过程酷似，两者的空间常数估测值均在475 μm左右。
以前许多作者的工作均证实，M-细胞的胞体和2条巨大树突都不具备主动的膜特性[6，11]。逆向动作电位主动传播的终点在轴丘处，由此再以电紧张扩布的方式波及胞体及树突。故逆向动作电位在胞体和树突上进行衰减性扩布的过程可以反映腹侧树突和外侧树突在离心方向上的电缆特性。被动电位沿均质电缆进行电紧张扩布和衰减的态式用公式VX=V0e-X/λ表示。图2 B中的虚线是据该式得出的各记录点的计算值标绘的(按λ=475 μm计算，参见表1)。可以看出，由胞体至外侧树突约500 μm的区段内，多数记录点逆向动作电位和前电位幅度的计算值均与实测值接近。只是在500 μm以远的区段才表现出计算值与实测值的明显分离。这些结果提示：①中介前电位的突触集中分布在胞体区域；②前电位由胞体发源地以相同于逆向动作电位的单纯电紧张扩布方式沿外侧树突传播，间接表明外侧树突上可能不存在中介前电位的突触。在500 μm以远的外侧树突上，逆向动作电位和前电位幅度的计算值与实测值分离显然与外侧树突末段明显变细有关。
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根据本工作估测，外侧树突的空间常数约为475 μm，略高于本实验室以前报告的腹侧树突数值[6，9]。由于外侧树突较腹侧树突粗短，其空间常数略大于腹侧树突似乎是合理的。其他作者曾报告外侧树突的空间常数约为300 μm[12～14]，与本工作有较大差别，其原因有待进一步研究。
北京市自然科学基金资助项目参考文献
1 Eaton R C, Bombardieri R A. Behavioral functions of the Mauthner neuron. In: Faber D S, Korn H， eds. Neurobiology of the Mauthner cell. New York: Raven, 1978.221～244
2 Zottoli S J. Correlation of startle reflex and Mauthner cell auditory responses in unrestrained goldfish. J Exp Biol, 1977,66:243～254
, http://www.100md.com
3 Zottoli S J, Hordes A R, Faber D S. Localization of optic input to the ventral dendrite of the goldfish Mauthner cell. Brain Res, 1987,401:113～121
4 Korn H, Faber D S. Inputs from the posterior lateral line nerves upon the goldfish Mauthner cell. I. Properties and Synaptic localization of the excitatory component. Brain Res, 1975,96:342～348
5 张英才,张淑华,虞
,等.嗅神经兴奋性输入在鲫鱼Mauthner细胞上的定位. 首都医科大学学报,1997,18(4):301～304, 百拇医药
6 Chang Y T, Lin J W, Faber D S. Spinal inputs to the ventral dendrite of the teleost Mauthner cell. Brain Res, 1987,417:205～213
7 张茂先,虞
,张淑华,等.Mauthner细胞脊髓EPSP前电位起源分析.首都医科大学学报,1997,18(3):201～2048 张淑华,张英才,虞
,等.M细胞脊髓EPSP前电位的生理特性.首都医科大学学报,1997,18(2):101～1049 张英才,李效义,童学红,等.Mauthner细胞脊髓EPSP前电位在腹侧树突上的分布.首都医科大学学报,1998,19(4):305～308
, 百拇医药
10 Furshpan E J, Furukawa T. Intracellular and extracellula responses of the several regions of the Mauthner cell of the goldfish. J Neurophysiol, 1962,25:732～771
11 Fukami Y, Furukawa T, Asada Y. Excitability changes of the Mauthner cell during collateral inhibition. J Gen Physiol, 1965, 48:581～600
12 Furukawa T. Synaptic interaction at the Mauth-ner cell of goldfish. Prog Brain Res,1966,21A:44～70
, 百拇医药
13 Diamond J. The activation and distribution of GABA and L-glutamate receptors on goldfish Mauthner neurons: An analysis of dendritic remote inhibition. J Physiol(London), 1968,194:669～723
14 Faber D S, Kaars C, Zottoli S J. Dual transmission at morphologically mixed synapses: Evidence from postsynaptic Cobalt injections. Neuroscience,1980,5:433～440
收稿日期：1998-06-23, http://www.100md.com