乙酰胆碱对碘缺乏子代大鼠尾核神经元放电的影响
作者：徐国强 庄宗杰 潘贵书 郭兵
单位：徐国强 潘贵书(贵阳医学院 生理教研室，贵州 贵阳 550004)；庄宗杰 郭兵(贵阳医学院 病理生理教研室，贵州 贵阳 550004)
关键词：碘；尾核；乙酰胆碱；电生理学
中国地方病学杂志000303 [摘要] 目的 探讨地方性克汀病智力低下与尾核神经元放电活动及神经递质的关系。方法 复制碘缺乏子代大鼠模型；采用玻璃微电极记录碘缺乏子代大鼠尾核神经元单位自发放电活动，并观察侧脑室注入乙酰胆碱对其影响。结果 碘缺乏子代大鼠尾核神经元自发放电数目稀少，以低、中频率为主，而对照组以中、高频率占优(P<0.01)；注入乙酰胆碱后，对照组55%尾核神经元放电呈兴奋效应，而碘缺乏子代大鼠仅有23%兴奋，58%无明显变化。结论 碘缺乏子代大鼠学习记忆力低下与尾核内乙酰胆碱系统的功能障碍有关。
, http://www.100md.com [中图分类号] O613.44;Q954.52 [文献标识码] A
[文章编号]1000-4955(2000)03-0166-03
Effects of acetylcholine on spontaneous unit discharges of caudate nucleus in the filial generation of iodine deficiency rats
XU Guo-qiang,ZHUANG Zong-jie,PAN Gui-shu,et al
(Department of Physiology,Guiyang Medical College,Guiyang 550004,China)
[Abstract] Objective Study the relationship between poor intelligence and neuron unit discharges and transmitters.Methods The effects of intralateral cerberal ventrical (ICV) injection of acetylcholine (Ach) on neuron unit discharges of Caudate nucleus (CN) in the generation of iodine deficiency rats (GIDR) were recorded by glass microelectrodes.Results In the control group the frequencies of unit discharges were significantly increased and the main response (55%) to Ach was excitatory.Compared with the control group,the frequencies of 58% unit discharges of GIDR Group were unchanged,excitatory units were only 23% (P<0.01).Conclusions The poor learning and memory is related to the dysfunction of cholinergic system of CN in GIDR.
, 百拇医药
[Key words] Iodine;Caudate nucleus;Acetylcholine;Electrophysiology
研究表明，缺碘、甲状腺激素不足可导致中枢神经系统分化、发育障碍，学习记忆力低下。有文献曾报道碘缺乏子代大鼠(generation of iodine deficiency rat,GIDR)逃避防御性条件反射建立障碍，侧脑室及海马注射乙酰胆碱(Ach)和谷氨酸对其海马神经元自发放电活动呈抑制性反应[1，2]。已知尾核除了具有控制运动的功能外，还与复杂的行为调控有关，尾核内乙酰胆碱、谷氨酸、多巴胺等神经递质含量丰富，尾核的乙酰胆碱系统与条件性行为有密切联系[3]。已有学者研究碘缺乏大鼠尾核形态结构和组织化学的变化[4]，但对其神经元单位放电活动，目前尚未见报道。本实验观察旨在探讨GIDR尾核神经元单位自发放电活动及其乙酰胆碱递质对放电活动的影响。
1 材料与方法
, 百拇医药
1.1 实验动物及分组 用Wistar大鼠(贵阳医学院实验动物中心提供)，2月龄，体重110～130g,随机分为2个组。实验组：饲以本室制备的GR-2标准低碘饲料[1]，自由饮用去离子水(阻抗大于108Ω)。对照组：同样饲以GR-2标准低碘饲料，但自由饮用水添加0.3mg/L浓度的碘化钾去离子水，喂养3个月后，抽样检查血清T3、T4，确认实验组大鼠处于明显甲状腺功能低下状态，然后将两组动物分别同时按雌雄2∶1合笼交配，以培养子代大鼠。出生的第1胎仔鼠弃置，取其第2胎仔鼠供实验用，分别列入GIDR组和对照组，饲以和原代鼠相同的饮食至12周龄，按Henry氏改良法测定尿碘含量。实验前，用PEG-双抗放免分析法测定血清T3、T4含量。
1.2 尾核神经元单位放电的引导 取GIDR(实验组)30只及正常大鼠(对照组)20只，雌雄不等，体重250～300g，用25%氨基甲酸乙酯和0.5% a-氯醛糖混合液(氨基甲酸乙酯0.2ml/100g+氯醛糖1ml/100g)经腹腔注射麻醉后，固定在DGY-79A型脑立体定位仪上，参照Pellegrino等图谱，在侧脑室处(AP：1.0mm,RL：1.2mm,H：3.5mm)埋植带芯套管(外管用国产7号针头加工制成)以备微量注射用。套管在颅骨表面处用牙托粉固定。在AP：1.0mm,LR：2～3mm,H：3～5mm范围内，用TJQ-1型微电极推进器，将充满0.5mol/L醋酸钠溶液(内含2%滂胺天蓝)的玻璃微电极(尖径小于2.0μm,电阻为5～20MΩ)，缓慢插入尾核头部，颅窗用2%琼脂生理盐水溶液封闭。然后在步进马达推进下，寻找神经元单位放电，放电信号经106型复合跟随器输入日本产LBO-522型示波器作连续观察，并由示波器输入SHARP-800型录音机进行监听和磁带记录。
, 百拇医药
1.3 实验序列 记录尾核神经元单位自发放电活动5min后,侧脑室微量注入氯化乙酰胆碱(德国进口分装)生理盐水溶液5μl(5μg/μl)，继续观察记录神经元放电变化30min。部分神经元在记录其自发活动后，于侧脑室注入等量生理盐水作为容量对照。实验完毕，常规固定脑组织，定位切片，取定位正确的实验动物数据进行统计分析。
1.4 统计处理 所记录的神经元单位放电信号经117型神经脉冲分析仪进行脉冲计数，按常规分为低频(<1Hz)、中频(1～10Hz)和高频(>10Hz)三类。侧脑室注药后，放电活动的变化以频率增减25%为度，分为兴奋、抑制和不变三种效应。比较实验组和对照组各结果，进行差异显著性检验。
2 结果
2.1 GIDR组甲状腺重量、尿碘和血清T3、T4含量 GIDR组与对照组比较，甲状腺重量明显增大，尿碘和血清T3、T4含量显著降低(P<0.01)，见表1，说明GIDR组已处于碘缺乏和甲状腺机能低下状态。
, http://www.100md.com
表1 GIDR组与对照组甲状腺重量、尿碘和血清T3、T4含量(
±s) 分组
n
甲状腺重量
(mg)△
尿碘
(μg/L)
T3
(nmol/L)
T4
(nmol/L)
, http://www.100md.com
对照组
6
10.87±2.73
213.09±11.52
1.30±0.19
83.26±19.76
GIDR组
6
31.10±11.23*
34.36±7.84*
0.57±0.11*
, 百拇医药
37.83±3.12*
注：*P<0.01(与对照组比较)；△:大鼠每100g体重的相对甲状腺重量(mg)
2.2 大鼠尾核神经元单位自发放电活动 GIDR组和正常对照组大鼠尾核单位自发放电的形式均呈多样性，主要有单个不匀发放、簇状发放和持续高频发放等，两组间无明显差异。但GIDR组放电单位稀少，频率分布以低、中频为主(分别占43%和40%)，正常对照组则以中、高频占优(分别占63%和23%)，两组间差异有显著意义(P<0.01)，见表2。
表2 大鼠尾核神经元单位自发放电频率分布 分组
神经元数
低频
(<1Hz)
, http://www.100md.com
中频
(1～10Hz)
高频
(>10Hz)
n
%
n
%
n
%
对照组
GIDR组
86
, http://www.100md.com 104
12
45
14.0
43.3*
54
42
62.8
40.4*
20
17
23.2
16.3*
, 百拇医药
注：*P<0.01(与对照组比较)
2.3 对大鼠尾核神经元单位放电的影响 侧脑室注射乙酰胆碱后，正常组70%的尾核神经元放电活动受到影响，以兴奋效应为主，占55%。而GIDR组仅有42%产生反应，呈兴奋反应者只占23%，远较正常组减少(P<0.01)，大多数神经元则不受影响。侧脑室注射等量(5μl)生理盐水对正常组大鼠和GIDR组尾核神经元放电没有明显影响(见表3)。
表3 乙酰胆碱对尾核神经元放电的影响 分组
神经元数
兴奋
抑制
无反应
n
, 百拇医药
%
n
%
n
%
对照组
GIDR组
20
26
11
6
55
23*
, 百拇医药 3
5
15
19
6
15
30
58*
注：*P<0.01(与对照组比较)
3 讨论
甲状腺激素对人及动物的生长发育有重要的作用。胚胎期及出生后早期甲状腺激素缺乏可以导致人及动物全身系统的发育障碍，尤其以中枢神经系统的发育分化障碍最为严重，由此导致的学习记忆能力低下成为克汀病和类克汀病的重要特征。
, http://www.100md.com
以我室传统方法复制的GIDR模型，通过血清T3、T4检测及逃避防御性条件反射等行为学测试，表明大鼠处于碘饥饿和甲状腺机能低下状态，学习记忆能力下降[2]。
本实验研究显示GIDR尾核神经元单位自发放电数目稀少，放电频率也以低频为主，与正常大鼠的中、高频放电活动为主有显著差异;侧脑室注入乙酰胆碱后，正常大鼠多数尾核神经元单位放电活动呈兴奋改变，而GIDR则表现为不反应单位占多数，兴奋单位显著减少，抑制单位无明显增减。所述结果表明GIDR尾核神经元活动处于相对抑制状态，对外源性乙酰胆碱刺激不敏感，提示引起GIDR尾核胆碱能神经单位自发放电活动异常，除与脑发育期低碘造成胆碱能神经元不可逆损害，包括乙酰胆碱递质含量下降和胆碱酯酶活性降低有关外[2，5]，也是由于突触联系障碍和有效受体数量减少所致。这与郝钟林、李昭英等[4，5]观察碘缺乏和甲低多数尾核神经元数密度小，脑组织髓化形成障碍，髓鞘发育落后，突触减少，囊泡释放动作缓慢等结果是相一致的。
, http://www.100md.com
[基金来源]国家自然科学基金资助(CO30108)
[作者简介]徐国强(1964-)，男，副教授
[参考文献]
[1] 杨 勤，张 静，殷松生.乙酰胆碱对碘缺乏子代大鼠海马神经元单位放电活动的影响[J].贵阳医学院学报，1993，18(1)：43-48.
[2] 蔡 春，庄宗杰，易必达.乙酰胆碱和谷氨酸对碘缺乏大鼠海马单位放电活动的影响[J].中国病理生理杂志，1998,14(6):681-684.
[3] Eslinger PJ,Gratan LM.Frontal lobe and frontal-striatal substrates for different forms of human cognitive flexibility[J].Neuropsychologia,1993,31:17-28.
[4] 郝钟林，洪 玖，陈祖培，等.碘缺乏大鼠尾状核发育[J].中国地方病防治杂志，1993，8(4)：212.
[5] 李昭英，陈祖培，马 泰.长期低碘与临界期甲状腺激素缺乏对大鼠各脑区乙酰胆碱酯酶及其各类型发育影响的动态观察[A].全国第五届碘缺乏病学术会议论文专辑[C].中国地方病学杂志编辑部，1995，95.
[收稿日期]1999-03-23, http://www.100md.com
单位：徐国强 潘贵书(贵阳医学院 生理教研室，贵州 贵阳 550004)；庄宗杰 郭兵(贵阳医学院 病理生理教研室，贵州 贵阳 550004)
关键词：碘；尾核；乙酰胆碱；电生理学
中国地方病学杂志000303 [摘要] 目的 探讨地方性克汀病智力低下与尾核神经元放电活动及神经递质的关系。方法 复制碘缺乏子代大鼠模型；采用玻璃微电极记录碘缺乏子代大鼠尾核神经元单位自发放电活动，并观察侧脑室注入乙酰胆碱对其影响。结果 碘缺乏子代大鼠尾核神经元自发放电数目稀少，以低、中频率为主，而对照组以中、高频率占优(P<0.01)；注入乙酰胆碱后，对照组55%尾核神经元放电呈兴奋效应，而碘缺乏子代大鼠仅有23%兴奋，58%无明显变化。结论 碘缺乏子代大鼠学习记忆力低下与尾核内乙酰胆碱系统的功能障碍有关。
, http://www.100md.com [中图分类号] O613.44;Q954.52 [文献标识码] A
[文章编号]1000-4955(2000)03-0166-03
Effects of acetylcholine on spontaneous unit discharges of caudate nucleus in the filial generation of iodine deficiency rats
XU Guo-qiang,ZHUANG Zong-jie,PAN Gui-shu,et al
(Department of Physiology,Guiyang Medical College,Guiyang 550004,China)
[Abstract] Objective Study the relationship between poor intelligence and neuron unit discharges and transmitters.Methods The effects of intralateral cerberal ventrical (ICV) injection of acetylcholine (Ach) on neuron unit discharges of Caudate nucleus (CN) in the generation of iodine deficiency rats (GIDR) were recorded by glass microelectrodes.Results In the control group the frequencies of unit discharges were significantly increased and the main response (55%) to Ach was excitatory.Compared with the control group,the frequencies of 58% unit discharges of GIDR Group were unchanged,excitatory units were only 23% (P<0.01).Conclusions The poor learning and memory is related to the dysfunction of cholinergic system of CN in GIDR.
, 百拇医药
[Key words] Iodine;Caudate nucleus;Acetylcholine;Electrophysiology
研究表明，缺碘、甲状腺激素不足可导致中枢神经系统分化、发育障碍，学习记忆力低下。有文献曾报道碘缺乏子代大鼠(generation of iodine deficiency rat,GIDR)逃避防御性条件反射建立障碍，侧脑室及海马注射乙酰胆碱(Ach)和谷氨酸对其海马神经元自发放电活动呈抑制性反应[1，2]。已知尾核除了具有控制运动的功能外，还与复杂的行为调控有关，尾核内乙酰胆碱、谷氨酸、多巴胺等神经递质含量丰富，尾核的乙酰胆碱系统与条件性行为有密切联系[3]。已有学者研究碘缺乏大鼠尾核形态结构和组织化学的变化[4]，但对其神经元单位放电活动，目前尚未见报道。本实验观察旨在探讨GIDR尾核神经元单位自发放电活动及其乙酰胆碱递质对放电活动的影响。
1 材料与方法
, 百拇医药
1.1 实验动物及分组 用Wistar大鼠(贵阳医学院实验动物中心提供)，2月龄，体重110～130g,随机分为2个组。实验组：饲以本室制备的GR-2标准低碘饲料[1]，自由饮用去离子水(阻抗大于108Ω)。对照组：同样饲以GR-2标准低碘饲料，但自由饮用水添加0.3mg/L浓度的碘化钾去离子水，喂养3个月后，抽样检查血清T3、T4，确认实验组大鼠处于明显甲状腺功能低下状态，然后将两组动物分别同时按雌雄2∶1合笼交配，以培养子代大鼠。出生的第1胎仔鼠弃置，取其第2胎仔鼠供实验用，分别列入GIDR组和对照组，饲以和原代鼠相同的饮食至12周龄，按Henry氏改良法测定尿碘含量。实验前，用PEG-双抗放免分析法测定血清T3、T4含量。
1.2 尾核神经元单位放电的引导 取GIDR(实验组)30只及正常大鼠(对照组)20只，雌雄不等，体重250～300g，用25%氨基甲酸乙酯和0.5% a-氯醛糖混合液(氨基甲酸乙酯0.2ml/100g+氯醛糖1ml/100g)经腹腔注射麻醉后，固定在DGY-79A型脑立体定位仪上，参照Pellegrino等图谱，在侧脑室处(AP：1.0mm,RL：1.2mm,H：3.5mm)埋植带芯套管(外管用国产7号针头加工制成)以备微量注射用。套管在颅骨表面处用牙托粉固定。在AP：1.0mm,LR：2～3mm,H：3～5mm范围内，用TJQ-1型微电极推进器，将充满0.5mol/L醋酸钠溶液(内含2%滂胺天蓝)的玻璃微电极(尖径小于2.0μm,电阻为5～20MΩ)，缓慢插入尾核头部，颅窗用2%琼脂生理盐水溶液封闭。然后在步进马达推进下，寻找神经元单位放电，放电信号经106型复合跟随器输入日本产LBO-522型示波器作连续观察，并由示波器输入SHARP-800型录音机进行监听和磁带记录。
, 百拇医药
1.3 实验序列 记录尾核神经元单位自发放电活动5min后,侧脑室微量注入氯化乙酰胆碱(德国进口分装)生理盐水溶液5μl(5μg/μl)，继续观察记录神经元放电变化30min。部分神经元在记录其自发活动后，于侧脑室注入等量生理盐水作为容量对照。实验完毕，常规固定脑组织，定位切片，取定位正确的实验动物数据进行统计分析。
1.4 统计处理 所记录的神经元单位放电信号经117型神经脉冲分析仪进行脉冲计数，按常规分为低频(<1Hz)、中频(1～10Hz)和高频(>10Hz)三类。侧脑室注药后，放电活动的变化以频率增减25%为度，分为兴奋、抑制和不变三种效应。比较实验组和对照组各结果，进行差异显著性检验。
2 结果
2.1 GIDR组甲状腺重量、尿碘和血清T3、T4含量 GIDR组与对照组比较，甲状腺重量明显增大，尿碘和血清T3、T4含量显著降低(P<0.01)，见表1，说明GIDR组已处于碘缺乏和甲状腺机能低下状态。
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表1 GIDR组与对照组甲状腺重量、尿碘和血清T3、T4含量(
±s) 分组n
甲状腺重量
(mg)△
尿碘
(μg/L)
T3
(nmol/L)
T4
(nmol/L)
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对照组
6
10.87±2.73
213.09±11.52
1.30±0.19
83.26±19.76
GIDR组
6
31.10±11.23*
34.36±7.84*
0.57±0.11*
, 百拇医药
37.83±3.12*
注：*P<0.01(与对照组比较)；△:大鼠每100g体重的相对甲状腺重量(mg)
2.2 大鼠尾核神经元单位自发放电活动 GIDR组和正常对照组大鼠尾核单位自发放电的形式均呈多样性，主要有单个不匀发放、簇状发放和持续高频发放等，两组间无明显差异。但GIDR组放电单位稀少，频率分布以低、中频为主(分别占43%和40%)，正常对照组则以中、高频占优(分别占63%和23%)，两组间差异有显著意义(P<0.01)，见表2。
表2 大鼠尾核神经元单位自发放电频率分布 分组
神经元数
低频
(<1Hz)
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中频
(1～10Hz)
高频
(>10Hz)
n
%
n
%
n
%
对照组
GIDR组
86
, http://www.100md.com 104
12
45
14.0
43.3*
54
42
62.8
40.4*
20
17
23.2
16.3*
, 百拇医药
注：*P<0.01(与对照组比较)
2.3 对大鼠尾核神经元单位放电的影响 侧脑室注射乙酰胆碱后，正常组70%的尾核神经元放电活动受到影响，以兴奋效应为主，占55%。而GIDR组仅有42%产生反应，呈兴奋反应者只占23%，远较正常组减少(P<0.01)，大多数神经元则不受影响。侧脑室注射等量(5μl)生理盐水对正常组大鼠和GIDR组尾核神经元放电没有明显影响(见表3)。
表3 乙酰胆碱对尾核神经元放电的影响 分组
神经元数
兴奋
抑制
无反应
n
, 百拇医药
%
n
%
n
%
对照组
GIDR组
20
26
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6
55
23*
, 百拇医药 3
5
15
19
6
15
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注：*P<0.01(与对照组比较)
3 讨论
甲状腺激素对人及动物的生长发育有重要的作用。胚胎期及出生后早期甲状腺激素缺乏可以导致人及动物全身系统的发育障碍，尤其以中枢神经系统的发育分化障碍最为严重，由此导致的学习记忆能力低下成为克汀病和类克汀病的重要特征。
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以我室传统方法复制的GIDR模型，通过血清T3、T4检测及逃避防御性条件反射等行为学测试，表明大鼠处于碘饥饿和甲状腺机能低下状态，学习记忆能力下降[2]。
本实验研究显示GIDR尾核神经元单位自发放电数目稀少，放电频率也以低频为主，与正常大鼠的中、高频放电活动为主有显著差异;侧脑室注入乙酰胆碱后，正常大鼠多数尾核神经元单位放电活动呈兴奋改变，而GIDR则表现为不反应单位占多数，兴奋单位显著减少，抑制单位无明显增减。所述结果表明GIDR尾核神经元活动处于相对抑制状态，对外源性乙酰胆碱刺激不敏感，提示引起GIDR尾核胆碱能神经单位自发放电活动异常，除与脑发育期低碘造成胆碱能神经元不可逆损害，包括乙酰胆碱递质含量下降和胆碱酯酶活性降低有关外[2，5]，也是由于突触联系障碍和有效受体数量减少所致。这与郝钟林、李昭英等[4，5]观察碘缺乏和甲低多数尾核神经元数密度小，脑组织髓化形成障碍，髓鞘发育落后，突触减少，囊泡释放动作缓慢等结果是相一致的。
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[基金来源]国家自然科学基金资助(CO30108)
[作者简介]徐国强(1964-)，男，副教授
[参考文献]
[1] 杨 勤，张 静，殷松生.乙酰胆碱对碘缺乏子代大鼠海马神经元单位放电活动的影响[J].贵阳医学院学报，1993，18(1)：43-48.
[2] 蔡 春，庄宗杰，易必达.乙酰胆碱和谷氨酸对碘缺乏大鼠海马单位放电活动的影响[J].中国病理生理杂志，1998,14(6):681-684.
[3] Eslinger PJ,Gratan LM.Frontal lobe and frontal-striatal substrates for different forms of human cognitive flexibility[J].Neuropsychologia,1993,31:17-28.
[4] 郝钟林，洪 玖，陈祖培，等.碘缺乏大鼠尾状核发育[J].中国地方病防治杂志，1993，8(4)：212.
[5] 李昭英，陈祖培，马 泰.长期低碘与临界期甲状腺激素缺乏对大鼠各脑区乙酰胆碱酯酶及其各类型发育影响的动态观察[A].全国第五届碘缺乏病学术会议论文专辑[C].中国地方病学杂志编辑部，1995，95.
[收稿日期]1999-03-23, http://www.100md.com