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编号:10284224
马桑内酯致痫大鼠海马神经细胞外Na+、K+活度的变化
http://www.100md.com 《中国病理生理杂志》 2000年第8期
     作者:邹飞 谢虹 高娜 王阿敬 钟时明 朱长庚

    单位:邹飞(同济医科大学实验医学研究中心,湖北 武汉 430030 现在地址:湖北三峡学院医学院生理教研室, 湖北 宜昌 443003);谢虹 高娜 王阿敬(同济医科大学实验医学研究中心,湖北 武汉 430030);钟时明(环境医学研究所环境检测室);朱长庚(同济医科大学解剖教研室)

    关键词:海马;癫痫;钾;钠;微电极

    中国病理生理杂志000812

    [摘 要] 目的和方法:应用Na+、K+选择性微电极检测马桑内酯致痫大鼠海马及海马脑片神经细胞外Na+、K+活度的改变。结果:海马内注射马桑内酯(5 μL,5×10-4mol/L)致痫大鼠30 s、1 min和2 min后,海马神经细胞外Na+活度分别低于对照组27.7 mmol/L、50.3 mmol/L和57.8 mmol/L,而K+活度则分别高于对照组2.3 mmol/L、2.4 mmol/L和2.9 mmol/L(P<0.01)。3min后,K+活度基本恢复至对照水平,而Na+活度仍持续低于对照水平(P<0.01)。海马脑片的实验结果与在体实验相似。结论:海马神经细胞处于癫痫状态时,存在Na+内流、K+外流现象。
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    [中图分类号] R322.81; R742.1 [文献标识码] A

    [文章编号] 1000-4718(2000)08-0718-04

    The alteration of extracellular sodium and

    potassium ionic activities of hippocampal neurons in

    epileptiform rats kindled by coriaria lactone

    ZOU Fei, XIE Hong,GAO Na,WANG A-jing

    (Research Center of Experimental Medicine,Tongji Medical University, Wuhan, 430030, China)
, 百拇医药
    ZHONG Shi-ming

    (Department of Environmental Monitoring,Tongji Medical University)

    ZHU Chang-geng

    (Department of Anatomy, Tongji Medical University)

    [Abstract] AIM and METHODS: The sodium ion(Na+) and potassium ion(K+) selective microelectrodes were used to measure changes of ionic activity of extracellular sodium and potassium([Na+]o, [K+]o) in hippocampus and hippocampal slice during epieptic seizure induced by intrahippocampal microinjection of coriaria lactone(CL) in rats and perfusing hippocampal slice with CL. RESULTS:30 s, 1min and 2min after injection of CL into hippocampus, the [Na+]o decreased 27.7 mmol/L, 50.3 mmol/L, 57.8 mmol/L respectively and the [K+]o increased 2.3 mmol/L, 2.4 mmol/L, 2.9 mmol/L respectively compared with control values(P<0.01). The [K+]o returned to the control level 3min after local application of CL, but the [Na+]o was still lower than that of control group(P<0.01). The [Na+]o and the[K+]o were measured also in hippocampal silces and results are similar to those of experiments in vivo. CONCLUSION: The influx of Na+ and the flux of K+ occurred during epileptiform discharges of hippocampal neurons induced by administration of CL.
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    [MeSH] Hippocampus; Epilepsy; Potassium; Sodium; Microelectrodes

    致痫动物模型脑电图出现棘波放电期间,癫痫灶神经细胞内记录可见膜电位反复去极化并伴发高频动作电位[1,2]。马桑内酯(coriaria lactone,CL)致痫大鼠,海马及皮层神经细胞外 Ca2+活度下降,证实有 Ca2+ 内流存在[3]。处于癫痫状态的神经细胞是否还存在其它离子如 Na+、K+ 等活度的改变? 本文应用 Na+、K+ 选择性微电极检测了CL致痫的大鼠海马及CL灌流的离体海马脑片神经细胞外 Na+、K+ 活度的改变,以探讨癫痫过程中神经细胞膜离子通透性变化。

    材 料 和 方 法
, 百拇医药
    一、CL致痫海马脑电图记录

    Wistar大鼠(由本校实验动物中心提供),体重180~200 g,雌雄不拘。10%水合氯醛(3 mL/kg,ip)麻醉。于立体定位仪上,按大鼠脑定位图谱[4](海马定位:前囟后 3.2 mm,中线旁开2.5mm,颅骨下3.5 mm)于海马内微量注射5 μL CL(浓度5×10-4 mol/L,华西医科大学生产,批号8338), 于日本光电 RM-600 型多导生理仪记录海马给药前后的海马及感觉运动皮层区域脑电活动,同时应用Na+、K+选择性微电极测定海马神经细胞外 Na+、K+ 活度的改变。

    二、Na+、K+ 选择性微电极的制备与检测

    将清洁的玻璃细胚(外径1.5 mm,内径1.0 mm)制备成尖端为1~2 μm 的微电极,经N-二甲基胺三甲基硅烷化处理后,采用背面灌注法将Na+载体(sodium ionophoreⅡ-cocktail A,Fluka)及 K+ 载体(potassium ionophoreⅠ-cocktail A,Fluka)分别充灌于电极尖端,再将电极放入含有Na+(10-2~1mol/L)及K+(10-4~10-1mol/L)标准缓冲液中进行电极检测,参比电极分别为LiAc及Ag-AgCl电极, 缓冲液浓度每10倍变化,电极检测斜率大于40 mV。依据缓冲液 Na+、K+ 系列浓度与测定的相应电位值绘制出标准曲线作为实验数据的换算标准。每次实验前后均需进行电极校正, 其标准曲线斜率相一致者方列入统计(漂移误差允许5 mV)。
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    三、在体海马神经细胞外 Na+、K+ 活度的检测

    水合氯醛腹腔注射麻醉大鼠后,固定于立体定位仪上, 将Na+或K+选择性微电极插入一侧海马CA1 区,应用微量进样器于海马内注入致痫剂CL后,用ISE-1型离子计(中科院上海生理所) 连续测定给药前后的电位值,并换算出相应Na+、K+的活度。

    四、海马脑片的制备

    击打大鼠胸部致昏后快速取出一侧海马,沿海马槽纤维走向切成400 μm薄片,置于界面浴槽尼龙网上。以34℃~35℃ pH7.4的充氧人工脑脊液灌流,孵育60 min后置Na+或K+选择性微电极于海马薄片CA1区锥体细胞层,于灌流液内加入15~30 μL CL(5×10-4mol/L),再用ISE-1型离子计检测给药前后Na+、K+的活度变化。所得数据均经t检验。
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    结 果

    一、CL致痫对海马脑电图的影响

    5只Wistar大鼠, 海马背侧注射5 μL CL,1 min后海马及皮层感觉运动区脑电图可记录到棘慢波综合及痫样放电,可持续峰型放电30 min以上。

    二、CL对在体海马神经细胞外Na+、K+活度的影响

    海马内注射CL前,Na+、K+微电极检测值(参比电极:LiAc)分别为:(-0.6±0.1) mV (±s,下同,n=15)和(-82.2±7.1) mV(n=20)。给药后不同时间Na+电极检测值分别为30 s:(-3.9±0.4) mV;1 min:(-6.7±0.5) mV;2 min:(-7.4±0.4) mV;3 min:(-2.3±0.3) mV;5 min:(-1.5±0.2) mV;10 min:(-1.5±0.1)mV。K+电极检测值分别为:30 s:(-69.9±6.7) mV;1 min:(-69.1±6.4) mV;2 min:(-64.1±5.9) mV,各自相应的离子活度换算值如表1中所示。与给药前对照值比较,差别均极为显著(P<0.01)。3 min后,K+电极检测值与对照值比较无显著差异(P>0.05)(表1)。
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    生理盐水对照: 将5 μL生理盐水注入大鼠海马,注射前后检测值之差为0.025 mV(n=4),相当于细胞外Na+活度下降约0.003 mmol/L,经t检验P>0.05,表明生理盐水海马内注射对细胞外Na+、K+活度无明显影响。

    表1 马桑内酯对大鼠海马神经细胞外 Na+、K+活度的影响

    Tab 1 Effects of CL on the activity of extracellular Na+, K+ of hippocampus in rats(±s,n=10)

    Before injection
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    (control value)

    After injection

    30s

    1min

    2min

    3min

    5min

    10min

    Detection value of

    Na+ electrode(mV)

    -0.6±0.1

, 百拇医药     -3.9±0.4*

    -6.7±0.5*

    -7.4±0.4*

    -2.3±0.3*

    -1.5±0.2*

    -1.5±0.1*

    Na+ activity

    (mmol/L)

    138.6

    110.9
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    88.3

    80.8

    123.0

    126.5

    126.8

    Detection value of

    K+ electrode(mV)

    -82.2±7.1

    -69.9±6.7*

    -69.1±6.4*

    -64.1±5.9*
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    -81.6±7.9

    -84.2±8.5

    -83.2±8.2

    K+ activity

    (mmol/L)

    4.8

    7.1

    7.2

    7.7

    4.9

    4.5

    4.6
, 百拇医药
    * P<0.01,vs control value

    三、CL对海马脑片细胞外 Na+、K+ 活度的影响

    于离体灌流海马脑片的灌流槽内,滴加CL前后动态观察海马CA1、CA2区锥体细胞层细胞外Na+ (n=12)、K+ (n=7)活度的变化,由 Na+、K+选择性微电极(参比电极:Ag-AgCl)记录的电位与给药前的对照值进行统计学比较P<0.01,结果见表2。表2 马桑内酯对大鼠海马脑片细胞外 Na+、K+活度的影响

    Tab 2 Effects of CL on extracellular Na+, K+ activities of hippocampal slices(±s,n=10)
, 百拇医药
    Before injection

    (control value)

    After injection

    30s

    1min

    2min

    3min

    5min

    10min

    Detection value of

    Na+ electrode(mV)
, 百拇医药
    -21.3±2.4

    -28.5±2.9*

    -28.3±3.3*

    -28.4±2.6*

    -28.4±3.2*

    -28.4±3.1*

    -28.5±3.1*

    Na+ activity

    (mmol/L)

    136.9
, 百拇医药
    126.3

    127.5

    127.2

    126.8

    127.0

    126.4

    Detection value of

    K+ electrode(mV)

    -6.3±0.7

    -6.8±0.8

    -4.6±0.5*
, 百拇医药
    -3.8±0.2*

    -3.7±0.4*

    -3.0±0.4*

    -1.7±0.2*

    K+ activity

    (mmol/L)

    4.7

    4.0

    8.0

    9.5

    9. 6
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    11.1

    13.5

    * P<0.01, vs control value

    四、CL对Na+、K+选择性微电极的干扰实验

    置Na+、K+选择性微电极于无海马脑片的灌流室内,在同样条件下滴加同量CL以观测对Na+、K+电极记录电位的影响,结果干扰系数仅为0.06~0.09mmol/L(n=8)。表明马桑内酯本身对Na+、K+电极无明显影响。讨 论

    CL是一种常用的致痫剂,无论是在皮层或海马局部还是全身给药,所造成的动物癫痫发作、脑电图等表现均类似人类的癫痫大发作过程。CL可引起神经元爆发电活动及动物癫痫发作伴Ca2+细胞内流[3]。致痫剂(nitrous oxide,NO)可引起神经细胞Na+、Ca2+内流增多,从而出现异常放电并迅速传播导致各种形式的癫痫发作[5]。本实验用Na+、K+选择性微电极检测了CL致痫动物及作用于海马脑片后, 海马神经细胞外Na+、K+活度的改变, 以进一步了解致痫过程中几种主要离子的跨膜流动过程,经换算在海马内给予 CL后半分钟开始至实验观察的时间范围内(10min),细胞外Na+活度持续低于对照水平(P<0.01);K+活度在3min前持续高于对照水平(P<0.01),而3min后K+活度开始逐渐恢复到正常水平。结果表明,在CL所致的癫痫发作过程中,存在中枢神经细胞的跨膜Na+内流和K+外流现象。通过海马脑片实验也获得了基本相同的结果,所不同的是,在脑片实验的观察时间内(10min),未见Na+、K+活度的恢复。我们认为出现此现象的原因可能是离体海马脑片组织代谢率较低, 能量供应不足, 以致依赖于能量而活动的Na+、 K+ 泵活性降低,导致离子转运功能障碍, 故使Na+、K+ 活度不易恢复到给药前状态。从我们的工作综合分析,在癫痫状态下存在神经细胞Ca2+、Na+内流及K+外流现象,这与癫痫的反复发作及持续状态密切相关。癫痫状态下,高度兴奋的神经细胞内Ca2+增高继而引起Na+/K+ 交换,形成Na+ 内流和 K+外流,细胞外K+活度的增加促使细胞除极化及兴奋性提高,细胞外Ca2+活度的降低又可造成周围细胞的兴奋性增加,有利于细胞的同步化活动[3]。 在癫痫的治疗中如何合理地应用钙离子通道阻断剂,是一个值得深入探索的问题。
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    [基金项目] 国家自然科学基金资助 (No.39330210)

    [参 考 文 献]

    [1] 胡谋先,王阿敬,谢 虹,等.马桑内酯致痫大鼠大脑皮层及海马神经元的放电模式[J].同济医科大学学报,1996, 25(6):425~428.

    [2] Dichter MA, Ayala GF. Cellular mechanisms of epilepsy: A status report[J]. Science,1987,237:157~160.

    [3] 谢 虹,郭 斌, 王阿敬,等.马桑内酯致痫大鼠大脑皮层及海马神经元钙离子活度的变化[J]. 同济医科大学学报,1996, 25(4):253~256.

    [4] Pellegrino LJ,Pellegrino AS, Cushman AJ. A stereotaxic atlas of the rat brain[M]. 2nd ed. Plenum Press,1979.81~82.

    [5] Willmott N,Sethi JK, Walseth TF, et al. Nitric oxide-induced mobilization of intracellular calcium via the cyclic ADP-ribose signaling pathway[J]. J Biol Chem,1996,271:3699~3705.

    [收稿日期] 1999-11-04 [修回日期] 2000-04-17, 百拇医药