電刺激大鼠海馬CA1區的生理學效應

為探討強直電刺激大鼠一側海馬(hippocampus，HPC)可否誘導雙側HPC癲癇電網絡形成，通過對一側HPC CA1區施加強直電刺激建立HPC癲癇模型，同步記錄同側或對側前背HPC電圖和單個神經元電活動，分別觀察雙側HPC網絡癲癇電活動和單個細胞癲癇相關性電活動，分析HPC電圖癲癇電活動形式，探討HPC癲癇電網絡形成過程中的細胞和網絡電生理機制。

1材料與方法

1.1材料成年雄性大鼠14只，體重180～220g，隨機分為強直電刺激右后背HPC(acute tetanization of the posterior dorsal hippocampus，ATPDH)組和同步記錄同側前背HPC電圖與單位放電組（施加AT-PDH，同步記錄對側前背HPC電圖與單位放電），各7只。

1.2動物手術及電刺激方法 將麻醉大鼠的顱骨打開，挑開硬腦膜，用4%生理鹽水瓊脂封閉骨窗。實驗用不銹鋼雙極同心電極絲直徑0.1mm，間距0.1mm，阻抗0.2～0.3M8，用于施加電刺激或HPC電圖記錄。將刺激電極和玻璃微電極分別置于HPC。玻璃微電極內充灌含有0.5mol/L醋酸鈉的2%滂胺天藍溶液，，電極尖端直徑約1Lm，阻抗10～20M8。電極尖端位置具體如下：刺激電極置于右后背HPC，P：-4.8mm，R:-2.5mm，H：-3.0mm；不銹鋼雙極記錄電極分別置于右前背HPC CA1基樹突區P：-3.0mm，R：-2.5mm，H：-3.0mm；左前背CA1基樹突區：P：-3.0mm，L：2.5Mm，H：-3.0mm。玻璃微電極尖端盡可能靠近深部電圖記錄電極尖端，間隔約200～300Lm[1]。

1.3分析方法采用視覺分析法對HPC電圖與單位放電形式進行定性分析，對特征性單位放電的形式進行定量分析。采用雙通道HPC電圖和細胞單位同步記錄的方法觀察網絡和單個神經元電活動。所得數據經SPSS 20.0版統計軟件進行處理，文中的實驗數據為(x±s)，檢測各項指標的差別是否具有顯著的統計學意義，運用Sigmaplot軟件作圖。

2結果

施加刺激之前，觀察自發電活動時發現:雙側HPC電圖呈現15～20Hz節律性生物電振蕩，偶見少量尖波。神經元單位放電形式主要為不規則節律性放電。施加ATPDH之后，可以誘導出現雙側HPC電圖和神經元出現癲癇相關性電活動。重復施加ATPDH誘導出現的HPC網絡和細胞的電活動特征具體描述如下。

ATPDH可以分別誘導出現同側或對側HPC神經元出現原發性單位后放電。施加第6串ATPDH后約10s時出現了同側HPC神經元的原發性單位后放電，持續約36s。而對側HPC神經元的原發性單位后放電出現的潛伏期約46s，持續時間約37s。ATPDH誘導同側或對側HPC神經元出現的原發性單位后放電與刺激之間形成了明顯時間關系，潛伏期明確。但是ATPDH誘導同側HPC神經元出現該效應的潛伏期短，而ATPDH引起對側HPC神經元出現該效應的潛伏期長。

出現同側及對側爆發式HPC單位放電神經元。ATPDH可以調制同側HPC爆發式放電神經元的電活動:施加第3個刺激串后約10min，同側HPC神經元出現了非規則爆發式放電;第4個ATPDH串促使該神經元的放電節律更加規則。ATPDH也可以誘導對側HPC爆發式放電神經元出現原發性單位后放電:第1串ATPDH后約10min，該神經元出現了不規則節律性爆發式放電;施加第2串ATPDH后，在爆發式單位放電的基礎上產生了持續約14s的原發性單位后放電，并具有潛伏期短的特點。

大鼠出現了同側或對側原發性網絡后放電。第1串ATPDH誘導同側HPC電圖出現的高達80Hz高頻原發性網絡后放電，其潛伏期約8s左右，持續時間約8s以上，可謂ATPDH誘導出現的高頻網絡發作樣電振蕩(seizure-like oscillations)，其網絡發作樣電振蕩的頻率可達約80Hz。施加第1串ATPDH之后約1s時，對側HPC電圖出現了原發性誘發生物電反應，頻率約14Hz左右。

3討論

HPC是一個癲癇發生的低閾值腦區，與海馬結構的功能異常有關。在海馬結構的內在網絡中，癲癇電網絡的形成往往涉及不同亞區局部網絡和神經元的異常。CA1區與HPC癲癇的發生密切相關。在雙側HPC CA1區觀察到synapsin I水平增加，而GABA的受體m-RNA表達下調[2]，提示HPC癲癇的發生增強了CA1區神經元的興奮性和突觸信息輸入。強直電刺激schaffer側支和細胞外的高鉀誘發了大鼠CA1區錐體細胞突觸傳遞的長時程增強[3]。缺血性CA1錐體神經元的壞死可以降低癲癇敏感豚鼠的癲癇易感性，4-AP可以誘發癲癇大鼠EC-HPC腦片CA1區產生回返性癲癇樣放電[4]。說明CA1區神經元的異常活動參與了HPC癲癇電活動的發生。

電刺激一側HPC可以引起雙側HPC癲癇樣點燃效應，說明一側HPC癲癇可以跨半球構建雙側HPC癲癇電網絡。HPC內神經生物化學失衡和神經元功能異常是誘發網絡癲癇的重要因素，故雙側HPC癲癇的形成也是一個跨越大腦半球的神經電化學網絡功能失衡的過程[5]。本實驗中ATPDH誘發的同側HPC原發性網絡后放電潛伏期短；而對側HPC出現網絡后放電潛伏期較長。施加刺激的同側HPC網絡發作樣電振蕩可達80Hz，而對側HPC的癲癇樣電活動頻率在30Hz以下。提示ATPDH可以構建雙側HPC癲癇網絡，形成長路徑病理性神經網絡信息的跨越大腦半球特征，連接雙側HPC的神經結構很可能起著\"高頻濾波器\"的作用。這種雙側HPC網絡癲癇的形成是具有雙側HPC神經元的原發性單位后放電基礎的。ATPDH誘導出現的HPC網絡原發性后放電具有明顯的特征性分布。高頻網絡原發性后放電出現在施加刺激的同側HPC，而低頻網絡誘發反應出現在施加電刺激的對側HPC。

綜上所述，HPC網絡癲癇的形成與細胞癲癇相關性電活動的發生是相互作用而平行發生的，跨越大腦半球的雙側HPC網絡癲癇電活動與HPC癲癇的發生、發展和擴布密切相關。

參考文獻：

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編輯/哈濤