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编号:10283722
大鼠下丘脑室旁核大细胞自发电活动及对去甲肾上腺素反应的增龄性变化
http://www.100md.com 《西安交通大学学报(医学版)》 1999年第3期
     作者:纪亚平 梅俊

    单位:纪亚平 梅 俊(生理学教研室 西安 710061)

    关键词:下丘脑;室旁核;衰老;去甲肾上腺素

    西安医科大学学报/990305 摘要 应用神经垂体逆向电刺激,于下丘脑室旁核内用玻璃微电极细胞外记录的方法寻找室旁核神经内分泌大细胞,并观察了3月龄、12月龄及26月龄三组大鼠室旁核大细胞的自发放电及对脑室注射去甲肾上腺素(Norepinephrine ,NE)反应的增龄性变化。结果发现,不同月龄组室旁核大细胞中呈慢不规则、快连续及位相型放电的神经元的比例相似;随增龄室旁核大细胞的自发放电频率增加;室旁核中加压素与催产素神经元对脑室注射NE的反应发生增龄性变化。这些结果提示:下丘脑室旁核大细胞电生理特性发生增龄性变化,并可能因此导致其分泌功能的变化。

    AGING CHANGES OF SPONTANEOUS ELECTRICAL
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    ACTIVITIES AND RESPONSES TO NOREPINEPHRINE OF

    MAGNOCELLULAR PARAVENTRICULAR NUCLEUS

    NEURONS IN RAT HYPOTHALAMUS

    Ji Yaping, Mei Jun

    (Department of Physiology)

    Abstract By antidromic stimulation of neurohypophyseal and microelectrode extracellular recording of action potentials(APs), the magnocellular neurons in paraventricular nucleus (PVN) of hypothalamus in 3,12 ,and 26 months rats were identified, then the spontaneous discharge of these neurons and their responses to intracerebralventricle injected norepinephrine were observed.The results showed that the percentages of neurons displaying slow irregular, fast continuous and physic firing patterns of discharge were similar in different age groups,but the firing frequencies of all three firing patterns in aged group were significantly elevated.In addition ,the responses of oxytocin and vasopressin secreting neurons in PVN to intracerebralventricle injected norepinephrine in different age groups were changed.These findings suggest that the spontaneous discharge characterisitics of magnocellular paraventricular neurons and their responses to norepinephrine changed with aging ,and this may give rise to changes of neurosecreting function of these neurons.
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    Key words paraventricular nucleus;hypothalamus;aging;norepinephrine

    衰老过程中中枢神经系统中一些递质、受体的含量发生明显的变化。这些变化表现在下丘脑中尤以去甲肾上腺素(Norepinephrine,NE)与5-HT的改变最为显著。有研究表明老年鼠下丘脑及中脑等部位的NE含量明显降低[1],皮层及下丘脑细胞上α1与α2受体含量亦下降[2]。下丘脑室旁核(Paraventricular nucleus,PVN)大细胞主要由分泌加压素(Vasopressin, VP)与催产素(Oxytocin, OT)的神经元组成,它接受来源于脑干丰富的NE及5-HT能纤维投射[3,4],NE及其受体含量的增龄性变化对PVN神经分泌大细胞电活动有何影响值得深入探讨。

    我们在应用神经垂体逆向刺激寻找PVN神经内分泌大细胞的基础上,观察了3月龄、12月龄及26月龄三组大鼠PVN大细胞不同放电类型的比例的变化以及对脑室注射NE反应的增龄性变化,为下丘脑PVN神经内分泌大细胞的衰老性变化提供电生理学依据。
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    材料与方法

    1 实验动物 选用3~5月龄健康青年SD大鼠22只、12月龄中年鼠12只、24月龄老年鼠9只。

    2 手术及记录 方法详见以往的报道[5]。乌拉坦(20%,1.1g/kg)腹腔注射麻醉后行气管插管及颈静脉插管术,然后将大鼠俯位固定于脑立体定位仪上。确定下丘脑室旁核、神经垂体及左侧侧脑室位置并在相应部位打开颅骨,分别插入记录电极、刺激电极及给药引导管。刺激神经垂体寻找到PVN逆向激活单位后,将其进一步区分为加压素或催产素神经元[6],然后观察脑室注射NE对其作用。

    3 药品配制及给药方法 间羟胺(Sigma公司产品)用生理盐水配制成10mg/L溶液,用来静注以鉴别催产素及加压素神经元[6];去甲肾上腺素(Sigma公司产品)用生理盐水配成 10-3mol/L溶液备用。 脑室内注药时用微量进样器吸取 5μl 药液,待放电稳定后经给药引导管小心插入侧脑室内,在2min内缓慢匀速推注。对照实验则在相同的时间内注入0.9%生理盐水5μl。 4 刺激、记录及注药部位的组织学鉴定 详见参考文献[5]
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    5 统计学处理 神经元放电频率以均数±标准差表示;在分析药物对神经元放电的影响时,采用t检验进行统计学处理,并以P<0.05作为差异显著的标准。

    结果

    1 不同月龄组大鼠PVN大细胞中三种放电类型神经元的比例的变化 三组月龄大鼠PVN神经内分泌大细胞均表现慢不规则型、快连续型及位相型三种放电类型,其特点分别是:位相型放电单位的爆发放电与静息期节律地相间出现,爆发期放电频率一般>3次/s;快连续型放电单位的动作电位连续而有规律地出现,频率>3次/s;慢不规则放电单位的动作电位不规则地间断出现,频率<3次/s[5]。三组大鼠PVN中记录到的各种类型的神经元比例见表1。从表中可以看出,不同年龄大鼠中各种类型放电的神经元比例相似(χ2=0.909,P>0.25),其中快连续型最多,其余两种比例较少。

    表1 不同月龄大鼠PVN大细胞不同放电类型神经元的比例 自发放电
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    类 型

    青年组(%)

    (n=48)

    中年组(%)

    (n=18)

    老年组(%)

    (n=34)

    位相型

    20.8

    11.1

    29.5

    慢不规则型

    29.1
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    16.7

    23.5

    快连续型

    50.0

    66.3

    47.0

    2 不同月龄组大鼠PVN大细胞中三种放电类型神经元放电频率的变化 青年、中年及老年鼠中呈位相型、慢不规则型及快连续型放电的神经元平均放电频率见表2。经统计学t检验分析,中年组大鼠除位相型放电外,其它两种放电频率与青年组相比,有显著性差异(P均<0.05)。老年组大鼠三种自发放电类型神经元的平均放电频率均比青年组高,差异均具显著性(P均<0.05)。表2 不同月龄大鼠PVN大细胞各种放电类型的平均频率 放电类型

    青年组
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    (n=48)

    中年组

    (n=18)

    老年组

    (n=34)

    位相型

    2.94±0.64

    2.87±0.59

    3.79±1.58*

    慢不规则型

    1.58±0.70

    2.70±0.15
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    2.48±1.32*

    快连续型

    5.78±2.80

    4.60±0.87

    8.10±4.40**

    与青年组相比,*P<0.05,**P<0.01

    3 不同月龄组大鼠PVN大细胞对脑室注射NE的反应 本实验按Day等的方法鉴别催产素与加压素神经元,并对三组不同月龄大鼠观察比较了两种不同分泌类型的神经元对脑室内注射NE(10-3mol/L)的反应。

    3.1 不同月龄大鼠PVN中催产素神经元对脑室注射NE的反应 实验分别在青年、中年及老年鼠PVN中15例、8例及12例催产素神经元上进行。在青年组中,根据催产素神经元对脑室注射NE的反应时程不同,又可将其分为长时程反应单位和短时程反应单位。长时程反应单位一般反应时程大于10min,而短时程反应单位的反应时程一般为3~8min。一般情况下,低频放电(慢不规则放电)单位对NE的兴奋性反应较强且常表现为长时程反应,相反,较高频率的放电(快连续型放电)单位对NE的反应较弱且常呈短时程反应。实验发现,中年及老年组大鼠PVN中的催产素神经元对NE的反应亦大致表现上述两种形式(表3)。
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    表3 不同月龄大鼠催产素神经元对NE的反应类型 组 别

    短时程

    兴奋

    长时程兴奋

    单纯

    兴奋

    兴奋后

    抑制

    青年组(n=15)

    10

    5

    0

    中年组(n=8)
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    5

    1

    2

    老年组(n=12)

    7

    2

    3

    对脑室注射NE产生短时程反应的不同月龄大鼠催产素神经元在注射NE后反应强度及时程存在差异。NE使三组不同月龄大鼠催产素神经元平均放电频率分别增加(110±27.3)%、(87±19.6)%及(42±13.7)%(图1)。在三组大鼠中兴奋维持时间分别为(6.2±1.7)min、(7.0±2.3)min及(5.0±1.9)min。老年组大鼠兴奋持续时间缩短,与青年组相比差异有显著性(P<0.05)。此外,中年及老年鼠的长时程反应单位的反应形式出现变化,在中年鼠2例及老年鼠3例催产素神经元上出现兴奋后抑制反应。
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    图1 脑室注射NE对不同月龄组大鼠催产素神经元的兴奋作用

    3.2 不同月龄大鼠PVN中加压素神经元对脑室注射NE的反应 不同月龄大鼠加压素神经元对脑室注射NE的反应形式亦相似,均主要表现为抑制性反应。但NE对中年及老年组大鼠PVN的加压素神经元抑制程度有减低的趋势。青年组的8例位相型神经元中,对NE呈抑制性反应的7例,其发生最大抑制时自发放电频率为零(完全抑制);兴奋后抑制者1例。中年组大鼠5例位相型放电神经元对NE均呈抑制性反应,最大抑制率平均为(69.6±18.3)%,而老年组4例中3例对NE呈抑制性反应,其最大抑制性反应时抑制率平均为(73±26.1)%,另1例呈轻微的兴奋后抑制(图2)。由于NE的抑制作用持续时间在同一组动物上差别较大,因而未对其进行比较。

    图2 脑室注射NE对不同月龄组大鼠加压素神经元的抑制作用
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    讨论

    机体在衰老过程中外周及中枢神经系统无论在形态或机能上都发生变化。下丘脑作为连接神经系统及内分泌系统功能的高级植物神经中枢,可能在衰老过程中起着极其重要的作用。虽然在衰老过程中室旁核神经细胞在数量上没有明显的丢失现象[7],但其功能仍然存在变化[8],但是迄今为止引起其功能变化的机制仍不清楚。由于下丘脑神经分泌功能总是与神经分泌细胞的电活动相耦联,因而有必要从电生理学变化的角度探讨神经分泌功能增龄性变化的机制。

    本研究结果表明,老龄大鼠与年青鼠相比,PVN神经内分泌大细胞三种类型放电形式的比例相似,即连续型放电最多,其它两种放电的神经元比例相似,但老年大鼠各种放电类型神经元的平均放电频率升高。神经内分泌大细胞的放电形式与其本身的性质及各种传入因素对其的支配密切相关[9]。已知在老年鼠下丘脑中NE含量及其受体密度减小,而5-HT含量增高,致使NE/5-HT比例失调[1],而这些纤维向PVN神经内分泌大细胞投射较多[3,4]。此外,近年来的研究表明,位于PVN核团周围区域的谷氨酸能及GABA能神经元可能对位于其内的神经内分泌大细胞的自发电活动有紧张性调控作用[10,11]。虽然尚无这些神经元变化方面的资料,但其它递质及激素随增龄出现的变化可能会对其活动产生影响转而影响其对PVN大细胞的活动的调控。另外,神经内分泌大细胞分泌的激素所作用的靶器官功能的变化亦可反馈性影响神经元的活动[12]。上述因素共同作用的结果可能引起PVN大细胞自发放电频率增高并可能因此导致这些神经元分泌功能的改变[8]。但是,由于神经细胞采取何种放电形式可能最终取决于其自身的分泌性质及膜电位的水平等多种因素,因而其自发放电的形式可能并不因衰老产生较大改变。
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    我们的研究结果发现,老龄大鼠与青年组大鼠对脑室注射NE的反应不同。其主要表现在:①老龄大鼠的催产素神经元中对NE呈短时程反应的单位其兴奋性反应的程度降低,且时程缩短;②随增龄出现催产素神经元对NE产生兴奋后抑制反应,而这种现象在青年鼠未曾观察到;③随增龄NE对加压素神经元的抑制作用的程度及时程有降低趋势。由于老龄大鼠无论从NE合成分泌还是NE受体含量上都趋于减少,NE对两种神经内分泌大细胞的作用减低可能是二者共同作用的结果。此外,由于在同组动物中具较高放电频率的催产素神经元对NE的反应降低,因而老年大鼠神经元自发放电频率普遍提高也可能导致老年鼠催产素神经元对NE反应降低这一结果。但是,在中、老年鼠中催产素神经元何以对NE的反应性质发生改变(由单纯兴奋变成兴奋后抑制,且抑制性作用持续相当长的时间)尚不清楚。Perego等[13]应用推挽灌流方法测定了6月、18月及24月三组不同月龄大鼠束缚应激后下丘脑室旁核灌流液中的去甲肾上腺素含量后发现:老龄大鼠PVN中NE增高的恢复时间长于青年组(60mis vs.40min),因而推测老年鼠NE的分解或重摄取可能发生障碍。该结果提示,我们在实验中观察到的老龄鼠催产素神经元对NE的长时程反应形式发生变化也可能是由于在反应后期NE不能及时被分解或重摄取而扩散到室旁核邻近部位,从而使NE的直接作用部位发生变化。而该部位的神经元活动可能对OT神经元产生抑制作用。
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    (1998-12-25收稿 1999-03-04修回), 百拇医药