中縫背核5-HT神經元在丙泊酚麻醉-覺醒過程中的作用

張鴻磊，李敬，張林勇，鄢貞琦

(遵義醫科大學，貴州遵義563000)

全身麻醉藥物應用臨床已逾百年，但是其具體作用機制現在仍不明。研究顯示，全身麻醉意識消失和恢復時產生的腦電變化與大腦睡眠狀態及覺醒狀態的腦電改變類似[1]。Brown等[2～5]研究中，功能核磁共振顯示,在丙泊酚麻醉狀態和睡眠狀態下，下丘腦和丘腦區域的抑制輸出均增強;且腦電圖也均以慢波節律為主，提示丙泊酚麻醉和睡眠-覺醒過程可能存在共同的神經環路。有研究認為,睡眠-覺醒相關通路可能參與全身麻醉藥物的麻醉作用[3]。中縫背核是腦內合成和釋放5-羥色胺(5-HT)神經元聚集的重要區域，廣泛投射至端腦、中腦和間腦[6]，參與調控多種生理功能如睡眠-覺醒[7]、獎賞行為[8]、覓食行為[9]、疼痛的耐受性[10]以及情緒相關行為等。近年大量研究[11，12]提示，中縫背核內5-HT神經元及其投射區域是腦內的重要覺醒通路，中縫背核的5-HT神經元在覺醒期間釋放的5-HT增加，且其神經元的電活動也明顯增強。丙泊酚為臨床常用麻醉藥物，其主要作用于γ氨基丁酸(GABAA)受體，使細胞內CL-內流產生抑制神經元活動，而中縫背核的5-HT也廣泛分布GABAA受體。以上研究結果提示,中縫背核的5-HT神經元可能參與丙泊酚麻醉-覺醒過程。為進一步探討中縫背核的5-HT神經元在全身麻醉過程中的作用,2017年8月～2018年4月，本研究觀察了激動或抑制中縫背核的5-HT神經元后，丙泊酚麻醉大鼠蘇醒時間及腦電波的變化。

1 材料與方法

1.1 實驗動物、試劑及儀器 健康SPF級成年雄性SD大鼠30只，300～350 g,購自第三軍醫大學實驗動物中心，動物許可證號：SCXK(渝)2007-0005。1%丙泊酚(阿斯利康公司，國藥準字H20030427)、GABAA受體激動劑(蠅蕈醇，Sigma公司，美國)、GABAA受體抑制劑(荷苞牡丹堿，Sigma公司，美國)。大鼠腦立體定位儀(STOELTING公司，美國)、動物保溫系(STOELTING公司，美國)、顱骨鉆(STOELTING公司，美國)、手術顯微鏡(WPI公司，美國)、鎢絲電極(Tungsten Microelectrode，300K-500K：美國)、微量注射泵(史密斯公司，中國)。

1.2 中縫背核微注射模型的建立及分組 按40 mg/kg腹腔注射10%水合氯醛麻醉后，大鼠固定于腦立體定位儀，切開頭皮暴露顱骨，根據大鼠腦立體定位圖譜定位中縫背核：前后：+7.8 mm，深度：6.5 mm，并行顱骨鉆孔術，暴露硬腦膜并輕輕撥開，將套管針放置到中縫背核內；在前額葉運動皮層即M區(前后：+2.0 mm，ML:+1.8 mm,DV：-2.0 mm)左右分別置入2個腦電記錄電極，待術后大鼠恢復1周后進行組織學定位，套管位置位于中縫背核即為模型制作成功。將微注射模型隨機分為激動劑組、拮抗劑組、對照組，各10只。

1.3 丙泊酚麻醉及GABAA受體激動劑、抑制劑給予方法 將各組大鼠置于固定鼠籠中暴露尾靜脈，24 G動物靜脈留置針置入大鼠尾靜脈，固定尾靜脈套管后，待大鼠恢復30 min后丙泊酚麻醉，以11 mg/kg誘導劑量推注丙泊酚，記錄大鼠從開始麻醉給藥到覺醒的時間。大鼠麻醉后即翻正反射消失后，輕柔置入微注射套管內芯，激動劑組、拮抗劑組、對照組分別給予GABAA受體激動劑(蠅蕈醇 0.5 nmol/μL)、GABAA受體抑制劑(荷苞牡丹堿0.5 nmol/μL)、生理鹽水各1 μL，待大鼠蘇醒，記錄麻醉蘇醒時間。

1.4 腦電活動觀察 經尾靜脈推注丙泊酚(11 mg/kg)快速誘導，使大鼠意識消失，取下微注射導管帽，拔出導管芯，連接好注射內管和微量注射泵，尾靜脈連接延長管連續泵注丙泊酚(60 mg/kg·h)維持30 min，用腦電圖連續記錄M區皮層腦電活動。在麻醉維持30 min，三組大鼠中縫背核腦區微注射GABAA受體激動劑、GABAA受體抑制劑和生理鹽水各1 μL。麻醉繼續維持10 min停止微注射，用腦電圖記錄微注射給藥后10 min腦電活動，取出微注射管芯和延長管。

2 結果

2.1 三組麻醉蘇醒時間比較 對照組、激動劑組及抑制劑組麻醉蘇醒時間分別為(844.11±75.66)、(1 167.74±93.95)、(636.44±66.17)s。與對照組相比，激動劑組大鼠麻醉蘇醒時間延長(P<0.05)，抑制劑組麻醉蘇醒時間縮短(P<0.05)。

2.2 三組腦電波變化情況 丙泊酚麻醉時，激動劑組微注射GABAA受體激動劑前δ波(1～4 Hz)比率為0.292 6±0.142 7、β波(12～25 Hz)比率為0.280 4±0.104 6，注射GABAA受體激動劑后δ波比率為0.459 6±0.223 0、β波比率為0.189 7±0.086 6。與微注射前比較，激動劑組微注射后腦電圖δ波比率增高(P<0.05)、β波比率降低(P<0.05)。丙泊酚麻醉時，拮抗劑組微注射GABAA受體拮抗劑前δ波比率為0.407 0±0.072 8、β波比率為0.215 2±0.033 1，注射GABAA受體拮抗劑后δ波比率為0.210 4±0.096 9、β波比率為0.350 2±0.079 7。與微注射前比較，微注射后拮抗劑組δ波比率降低(P<0.05)、β波比率增高(P<0.05)。丙泊酚麻醉時，激動劑組微注射生理鹽水前δ波比率為0.312 5±0.132 7、β波比率為0.234 6±0.153 2，注射生理鹽水后δ波比率為0.341 2±0.146 8、β波比率為0.245 9±0.124 5。與微注射前比較，對照微注射后腦電圖δ波比率和β波比率比較，P均>0.05。

3 討論

網絡調控學說認為，丙泊酚產生的全麻效應可能與作用于睡眠-覺醒神經環路有關。Purdon等[5]研究認為，丙泊酚麻醉誘導意識消失的特征性腦電圖為睡眠梭形波，而睡眠梭形波也是非快動眼睡眠期(NREMS)的特征腦電。近年研究均提示網狀上行激動系統參與全身麻醉過程[13～15]。網狀上行激活系統是維持機體覺醒的重要通路，而中縫背核是其中的重要核團，越來越多的研究表明中縫背核分泌的5-HT在覺醒過程起著一定的作用。研究[15]發現，中縫背核的5-HT神經元在覺醒期穩定放電，在慢波睡眠期(SWS)和NREMS放電明顯減少，而在快動眼睡眠期(REMS)電活動則完全受到抑制。Mukaida等[16]發現，異氟醚可以減少皮層及海馬中的5-HT水平，而被氟西丁抑制5-HT攝取的大鼠則需增加異氟醚的麻醉濃度,上述研究均提示中縫背核的5-HT神經元可能參與調控麻醉的覺醒過程。

Cui等[17]實驗發現，在中縫背核腦區微注射神經元興奮劑Ca2+，5-HT釋放增加，5-HT神經元的c-fos表達量(反映神經元活動)明顯增加，大鼠覺醒時間增加，而SWS和REMS時間均減少；同時經典促覺醒核團藍斑核(LC)和穹窿周圍區的c-fos表達量也增加，促睡眠核團腹外側視前核(VLPO)的c-fos表達量則減少。Monti等[6]研究認為，GABA可調控中縫背核突觸前膜的興奮性，在中縫背核微注射GABAA受體激動劑可以增加REMS睡眠時間，給予5-HT受體抑制劑則明顯減少REMS睡眠時間。本研究結果提示抑制中縫背核5-HT神經元活動可延遲丙泊酚麻醉大鼠蘇醒，而激活中縫背核的5-HT神經元可加速丙泊酚麻醉大鼠的覺醒，說明中縫背核5-HT神經元可促進丙泊酚麻醉大鼠的蘇醒。

腦電圖能較客觀地反映皮層神經元的興奮性，一般認為睡眠期間是以低頻(<8 Hz)波(δ波、θ波)為主，在清醒期間則是以高頻β波為主。在異氟醚麻醉下，Pillay等[13]電刺激促覺醒核團腦橋網狀核，發現皮層的興奮性增加，且δ波和θ波的比率顯著降低。在丙酚麻醉中，中央內側丘腦微注射去甲腎上腺素可縮短麻醉蘇醒時間，同時皮層的θ波比率也降低[18]。利用光遺傳技術發現，激活中縫背核的多巴胺神經元可以促進受試動物覺醒并且δ波明顯減少，而用藥物遺傳學選擇性抑制中縫背核的多巴胺神經元則受試動物覺醒時間縮短[7]。在中縫背核微注射Ca2+螯合劑乙二醇二乙醚二胺四乙酸可以明顯增加戊巴比妥麻醉期間的慢波頻率[19]。本研究中，大鼠M區皮層腦電圖結果顯示，微注射GABAA受體抑制劑激活中縫背核后δ波比率降低,β波比率增高，皮層興奮性增高，腦電波呈覺醒趨勢改變，麻醉大鼠蘇醒時間縮短；微注射GABAA受體激動劑抑制中縫背核的5-HT，δ波比率增高、β波比率降低，腦電波呈睡眠的趨勢改變，麻醉大鼠蘇醒時間延長。提示中縫背核的5-HT神經元參與丙泊酚麻醉的蘇醒過程中。

綜上所述，網狀上行系統中縫背核的5-HT神經元在丙泊酚麻醉-覺醒過程中發揮著促覺醒作用，但由于麻醉及神經網絡的復雜性，明確中縫背核的5-HT神經元具體作用機制及其調控的通路還有待深入探討。