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编号:10223958
低强度激光照射对小鼠脑组织单胺类递质含量的影响
http://www.100md.com 《中国激光医学杂志》 1999年第1期
     作者:高惠珍 伍期专 石福明 陈国钱

    单位:高惠珍 伍期专 石福明(北京医科大学第一临床医学院神经内科 100034);陈国钱(青岛市第二人民医院神经科)

    关键词:激光;多巴胺;5-羟色胺;去甲肾上腺素

    中国激光医学杂志990113摘要

    目的 研究低强度激光照射对小鼠脑组织中单胺类神经递质含量的影响。

    方法 将小鼠随机分为5组,每组15只。其中3组麻醉下暴露颅骨后分别接受13.8、27.5、55.0 J/cm2的He-Ne激光局部照射,分别称激光A、B、C组;另2组分别为正常对照组和假照射组(只麻醉后暴露颅骨,不照射激光)。照射后断颈处死小鼠,取全脑。采用高效液相色谱-电化学方法检测脑组织中多巴胺(DA)、5-羟色胺(5-HT)、去甲肾上腺素(NE)、高香草酸(HVA)和5-羟吲哚乙酸(5-HIAA)含量。
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    结果 激光A组脑组织DA、5-HT含量高于正常对照组,DA高于假照射组;激光B组DA、5-HT、NE含量高于正常对照组,DA和5-HT含量高于假照射组;激光C组DA、5-HT、NE均高于正常对照组和假照射组。以上差异均有显著意义(均为P<0.05)。假照射组与正常对照组比较,各项指标间差异均无显著意义(P>0.05)。

    结论 低强度He-Ne激光照射可使小鼠脑组织DA、5-HT、NE含量增加。为激光治疗帕金森病提供了初步的实验依据。

    Effect of Low Power Laser Irradiation on Concentrations of Biogenic Amines in the Brain Tissue in Mice

    GAO Huizhen1, WU Qizhuan1, SHI Fuming1, CHEN Guoqian2
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    1.Department of Neurology, The First Affiliated Hospital of Beijing Medical University, Beijing 100034

    2.The Second Municipal People's Hospital, Qingdao

    ABSTRACT

    Objective To study the changes of concentration of biogenic amines in mouse brain following low power laser irradiation.

    Methods 75 mice were randomly divided into 5 groups, 15 mice each. Group A, Group B and Group C: the brain of experimental mice was irradiated with 13.8 J/cm2, 27.5 J/cm2 and 55.0 J/cm2 He-Ne laser irradiation. Normal control group and pseudo-irradiation group: for the pseudo-irradiation group, the mice received the same treatment but with no irradiation. The brain was removed immediately after decapitation and the homogenate was treated in the homogenizer with ice-cooled standard solution in it. The supernatant was used for HPLC-ECD evaluation of dopamine(DA), serotonin(5-HT), norepinephrine(NE), homovanillic acid(HVA) and 5-hydroxyindole acetic acid(5-HIAA).
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    Results Compared with the control group:increase in DA and 5-HT level in laser A group, increase in DA, 5-HT and NE level in laser B group. Compared with the control group and pseudo-irradiation group: increase in DA, 5-HT, NE level in laser C group. All differences were significant (P<0.05). Pseudo-irradiation group compared with control group: all differences were not significant.

    Conclusions He-Ne laser irradiation to the mouse brain may cause a strong increase of DA, 5-HT and NE concentration. Our findings provided a prelimianary theoretical basis of laser therapy for treament of Parkinson's disease.
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    Key words Lasers; Dopamine; Serotonin; Norepinephrine

    帕金森病的病理特点为选择性中脑黑质多巴胺神经元丧失,纹状体多巴胺含量显著减少。已有文献报道激光照射对递质分泌有影响[1-3],但结果不尽一致。为进一步明确激光对脑内单胺类递质含量的影响,以探索帕金森病治疗的新手段,我们观察了低强度He-Ne激光照射后小鼠脑组织内单胺类递质含量的变化,现报告如下。

    材料和方法

    1、动物分组 昆明种健康小鼠75只,体重17~28 g,由北京医科大学动物中心提供。随机分为5组:正常对照组,假照射组,激光照射A、B、C组,每组15只。后4组小鼠麻醉(戊巴比妥钠每克体重70 μg注射和2%利多卡因头皮局麻联合应用)后,剪开头部皮肤,充分暴露颅骨。假照射组不进行激光照射;激光A、B、C组用激光治疗仪垂直照射脑的顶部。He-Ne激光波长632.8 nm,输出功率5.2 mW,光斑直径3.8 mm,以不同照射时间改变照光剂量,A、B、C三组分别照射5、10、20 min,照光剂量分别为13.8、27.5和55.0 J/cm2,照射后立即断颈处死小鼠。假照射组小鼠于暴露颅骨后处死。正常对照小鼠直接断颈处死。各组均取全脑作测定。
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    2、生物样品制备 将全脑组织冷冻固化后称重,置玻璃匀浆器内。按100 mg脑组织加预冷的内标液〔3,4-双羟基苯胺(DHBA,美国RBI公司生产)0.1 μg/ml,过氯酸0.2 mol/L〕1 ml,快速制成组织匀浆,14 000 g低温离心20 min,取上清液20 μl检

    测。

    3、单胺类递质的检测 采用高效液相色谱-电化学方法[4]检测生物样品中多巴胺(DA)、5-羟色胺(5-HT)、去甲肾上腺素(NE)、高香草酸(HVA)和5-羟吲哚乙酸(5-HIAA)含量。

    (1)标准溶液的配制:取上述5种单胺类递质标准品各10 mg,分别溶于0.1 mol/L高氯酸100 ml中,作为储备液,存放于-20℃冰箱中。取DA、NE、5-HT、HVA、5-HIAA(美国Sigma公司生产)各400 μl放入同一容量瓶中,加0.1 mol/L高氯酸至10 ml,为工作标准溶液。DHBA储备液用0.2 mol/L高氯酸稀释成0.1 μg/ml(含焦亚硫酸钠0.04%和乙二胺四乙酸0.04%)的溶液作为内标溶液和蛋白沉淀剂。内标溶液和工作标准溶液在4℃保存,可用2周。所有溶液均用三蒸水配制。
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    (2)色谱条件:流动相为磷酸盐缓冲液(辛烷磺酸钠0.5 mmol/L,乙二胺四乙酸

    0.22 mmol/L,磷酸氢二钠80 mmol/L,柠檬酸58 mmol/L)与甲醇的混合液(90∶10),pH 4.3,流速为1.0 ml/min,电化学检测工作电压0.7 V,电流检测器的灵敏度在4 mA档;记录纸速为2.5 cm/min;数据处理信号衰减度(ATTEN)为1;柱温为恒温30℃。

    4、结果计算 采用内标量测定法。已知每个样品及标准品内所加内标DHBA含量相等,用样品中每种物质峰高与DHBA峰高之比值与标准品中每种物质峰高与DHBA峰高之比值进行比较,输入标准品中每种物质及DHBA的含量,计算机即可自动计算出生物样品中每种单胺类物质的含量。由此推算出样品每克脑组织中单胺类物质的含量。

    实验结果用xx1.gif (881 bytes)±sxx1.gif (881 bytes)表示,各组数据间的比较用F检验,如P<0.05再进一步采用Q检验。采用SPSS统计软件进行处理。
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    结果

    激光A组脑组织DA、5-HT含量高于正常对照组,DA高于假照射组;激光B组DA、5-HT、NE含量高于正常对照组,DA和5-HT含量高于假照射组;激光C组DA、5-HT、NE均高于正常对照组和假照射组;以上差异均有显著意义(均P<0.05)。假照射组与正常对照组比较,各项指标间差异均无显著意义(P>0.05)。详见表1。

    表1 各组小鼠脑组织单胺递质含量的比较(ng/g ,xx1.gif (881 bytes)±sxx1.gif (881 bytes))
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    Tab.1 Comparisons of biogenic amines concentration in mouse brain tissue in the laser irradiated and control groups(ng/g , xx1.gif (881 bytes)±sxx1.gif (881 bytes)) 动物分组 Animal groups

    鼠数 Mouse number

    DA

    5 - HT
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    NE

    HVA

    5-HIAA

    正常对照 Normal control

    15

    421±11

    1129±25

    34.2±1.6

    269±13

    81±9

    假照射组 Pseudo-irradiation

    15
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    446±7

    1209±26

    36.9±1.5

    242±12

    109±17

    激光A组 Laser A

    15

    492±11

    1284±30*

    38.0±1.9

    243±14

    97±13
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    激光B 组 Laser B

    15

    509±12

    1340±32

    42.3±1.8*

    247±12

    107±12

    激光 C 组 Laser C

    15

    526±12

    1437±36
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    45.0±1.2

    256±15

    131±17

    F值F value

    16.76

    15.76

    7.02

    0.74

    1.71

    P值P value

    <0.0001

    <0.0001
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    <0.0001

    >0.56

    >0.16

    * 与正常对照组比较 Compared with the control group, P<0.05 Δ 与假照射组比较 Compared with the pseudo-irradiated group, P<0.05

    讨论

    Vizi等[1]于1977年报告波长694 nm的红宝石激光照射豚鼠Auerbach神经丛10 min,观察到乙酰胆碱含量增加162%,认为激光照射增加了神经丛细胞的活性。1982年Shen-Zheng等[2]在立体定向下,把激光束耦合好的光导纤维通过大鼠颅骨上已埋好的两个尼龙套管插入预先选定的脑结构中,藉此将激光束导入所感兴趣的靶结构中,用输出功率为20 mW的He-Ne激光和输出为紫外光的氮分子激光照射大鼠的额叶皮层和尾状核头部,结果显示He-Ne激光降低了纹状体内DA、5-HT和5-HIAA的浓度,增加了纹状体γ氨基丁酸的浓度。1993年Cassone等[3]研究He-Ne激光对大鼠脑内单胺类递质的作用,将大鼠分为正常对照组、激光照射组和应激组,以功率密度为1.08 J/cm2的激光直接照射大鼠前顶部,总剂量为1.08 J,结果显示激光照射组纹状体和海马区5-HT含量高于应激组(P<0.01),皮层区NE含量低于应激组(P<0.05),各脑区DA含量与应激组比较差异无显著意义。由于以上学者所用方法和所检脑组织部位不同,所以得出的结果不尽一致。为进一步明确激光对脑内单胺类递质含量的影响,并考虑到“不同的神经组织对不同的激光反应阈值不同”[5],我们设立了3个不同剂量的激光照射组,并采用高效液相色谱-电化学方法进行脑组织内单胺类递质的检测。结果显示激光照射3个组与对照组比较,DA、5-HT含量均明显增加,NE只在激光B、C两个组显著升高,这可能与激光A组剂量较小有关。
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    有报道[6,7],不同的应激条件可引起单胺类递质不同的代谢改变,应激使下丘脑DA含量发生变化。为了解麻醉对单胺类递质的影响,本研究设立了假照射组,只切开头皮麻醉而不作激光照射。结果显示,假照射组DA及5-HT含量轻度升高,但与对照组比较,差异无统计学意义(P>0.05),表明麻醉对单胺类递质含量没有明显影响。

    帕金森病是发生于中老年人的一种常见的缓慢进展的神经系统变性病,由于黑质多巴胺能神经元变性造成纹状体系统DA含量下降,伴随5-羟色胺能、去甲肾上腺素能等神经元减少,导致震颤、肌强直和运动减少等临床症状,严重影响患者的生活质量。自60年代以来左旋多巴替代疗法一直是治疗本病的主流,但是外源性DA只能控制症状而无法阻止疾病的发展,并有难以耐受的副作用,因此对帕金森病非药物疗法的探讨受到重视。已有应用脑深部电刺激、丘脑切断术、苍白球切断术与胎脑移植术等治疗帕金森病的报道[8]。我们的研究结果表明,He-Ne激光脑部照射可使小鼠脑组织DA、5-HT的含量明显增加,为激光治疗帕金森病提供了初步的实验依据。激光照射脑组织可使单胺类递质含量变化,其机制可能是低强度激光的生物效应刺激多巴胺能和5-羟色胺能神经元,使其突触前膜释放DA、5-HT增加,或刺激这些递质的合成酶,使其活性增加,促进递质合成。确切的机制有待今后进一步的研究。
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    我们的研究只反映了小鼠正常脑组织受激光照射后脑内单胺类递质变化的情况。在病理情况下能否使单胺类递质DA、5-HT、NE含量增加,以及动物实验的结果是否也能在帕金森病的临床治疗中得到验证与实际应用等许多问题,均有待于进一步的研究。

    参考文献

    [1]Vizi ES, Mester E, Tisza S, et al. Acetylcholine releasing effect of laser irradiation on Auerbach's plexus in guinea pig ileum. J Neural Transm, 1977, 40:305-308.

    [2]Shen-Zheng, Xiao-Jian, Lin Shu-Zhi, et al. Effects of a low power laser beam guided by optic fiber on rat brain striatal monoamines and amino acids. Neurosci Lett, 1982, 32:203-208.
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    [3]Cassone MC, Lombard A, Rosseti V, et al. Effect of in vivo He-Ne laser irradiation on biogenic amine levels in rat brain. J Photochem Photobiol. B, 1993, 18:291-294.

    [4]程彤,阮金秀,袁淑兰,等. 绞股蓝皂甙对正常及利血平化小鼠脑单胺递质量和体征的影响. 中国药理学与毒理学杂志,1994, 8: 34-36.

    [5]Palkovitz M, Kobayashi RM, Kizer JS, et al. Effect of stress on catecholamines and tyrosine hydroxylase activity of individual hypothalamic nuclei. Neuroendocrinology, 1975, 18:144-153.
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    [6]Fadda F, Argiolas A, Melis MR, et al. Stress-induced increase in 3,4-dihydroxyphenylacetic acid (DOPAC) levels in the cerebral cortex and in accumbens:reversal by diazepam. Life sci, 1978, 26:2219-2224.

    [7]Rounds DE, Olson RS, Johnson FM. The effect of the laser on cellular respiration. Z Zellforsch Mikrosk Anat, 1968, 87:193-198.

    [8]刘道宽. 帕金森病新疗法的研究动态. 中华神经科杂志,1997,30:242-246.

    (收稿日期:1998-09-24), http://www.100md.com