布比卡因對牛蛙坐骨神經干復合動作電位的影響

王敏鑫，金會艷，陳德多，邊 慧

（昆明醫科大學基礎醫學院，云南 昆明 650500）

兩棲類實驗動物不僅容易獲得，且其坐骨神經、心肌及骨骼肌等標本在離體后保存條件易于控制，另外標本離體后保持生理活性的時間較長，因此常用于機能學實驗教學與科學研究[1-4]。局麻藥是一類局部應用于神經末梢或神經干，能可逆性阻斷神經沖動的產生與傳導，在意識清醒的條件下使局部感覺暫時消失的藥物[5]。本研究以牛蛙離體坐骨神經干為研究對象，以坐骨神經干產生所需的閾強度與最大刺激強度、坐骨神經干復合動作電位的傳導速度與復合動作電位幅度、坐骨神經干的興奮不應期等電生理學參數為指標，觀察局麻藥布比卡因對牛蛙坐骨神經干復合動作電位的影響，以期為機能學實驗教學提供參考，還可以為了解布比卡因對神經系統的影響提供實驗依據。

1 材料與方法

1.1 實驗動物

1.2 主要實驗儀器與藥品

BL-420F 生物機能實驗系統（購自成都泰盟科技有限公司）、蛙類手術器械、神經屏蔽盒。0.75%鹽酸布比卡因注射液（購自上海朝暉藥業有限公司）、標準配方任氏液。

1.3 坐骨神經干標本制備

按照常規方法[6-7]制備牛蛙離體坐骨神經干標本，盡可能分離出較長的神經干，在分離過程中需減少對神經干的損傷，避免金屬器械或手觸碰神經干，且在此過程中不斷滴加任氏液以保持神經干的活性。將分離好的牛蛙坐骨神經干置于任氏液中浸泡20 min，當其達到興奮性穩定后分組實驗，其中一組為任氏液對照組，使用任氏液浸泡坐骨神經干（n=8）；另外一組為布比卡因實驗組，使用0.75% 的鹽酸布比卡因浸泡神經干1 min（n=7）。

牛蛙雌雄混用，體重250 ～300 g，由昆明醫科大學實驗動物學部提供，動物實驗設施許可證編號SYXK（滇）K2020-0006。

1.4 坐骨神經干復合動作電位產生所需閾強度與最大刺激強度的測定

將坐骨神經干標本置于神經屏蔽盒，其中坐骨神經干的中樞端接觸刺激電極，外周端接觸記錄電極。設置單脈沖連續刺激，逐漸增加刺激強度，找出剛能引出微小神經干復合動作電位的刺激強度，即為坐骨神經干復合動作電位產生所需的閾強度；繼續增加刺激強度，神經干動作電位幅度相應增大，直至動作電位幅度不能繼續升高為止，此時即為坐骨神經干復合動作電位的最大刺激強度[8]。

1.5 坐骨神經干復合動作電位傳導速度的測定

使用BL-420F 生物機能實驗系統內置的區間測量工具，測量從刺激偽跡至坐骨神經干復合動作電位起點之間的時間，然后測量神經屏蔽盒內刺激電極中點到第一對記錄電極之間的距離，通過公式“速度=距離/ 時間”計算得出坐骨神經干復合動作電位的傳導速度[9]。

1.6 坐骨神經干復合動作電位幅度的測定

使用單脈沖電刺激，設置刺激強度為3 V（此強度需大于坐骨神經干復合動作電位的最大刺激強度）。神經干復合動作電位經第1 對記錄電極引導，使用BL-420F 生物機能實驗系統內置的區間測量工具，測量坐骨神經干復合動作電位上相波頂點與下相波最低點之間的幅度，此值即為坐骨神經神經干復合動作電位的幅度[10]。

1.7 坐骨神經干興奮不應期的測定

設置雙脈沖刺激，起始波間隔時間設定為8 ms，波間隔減量設定為0.1 ms。隨著雙脈沖刺激波間隔逐漸縮短，第二個動作電位不斷向第一個動作電位靠近；當波間隔減小到一定程度時，第二個動作電位幅度開始減小，此時的波間隔代表不應期持續時間；繼續縮短雙脈沖刺激的波間隔，第二個動作電位幅度繼續減小直至消失，此時的波間隔代表絕對不應期持續時間，以不應期減去絕對不應期得出相對不應期[11-12]。

1.8 統計學處理

2 結果

2.1 布比卡因對牛蛙離體坐骨神經干復合動作電位閾強度、最大刺激強度的影響

經非配對t檢驗統計組間差異，結果如圖1 所示，與任氏液對照組比較，布比卡因實驗組牛蛙離體坐骨神經干復合動作電位產生所需的閾強度及最大刺激強度均顯著增加〔（0.31±0.04）V vs.（0.49±0.14）V；（0.55±0.06）V vs.（0.69±0.11）V 〕，差異有統計學意義（P 均＜0.01）。

圖1 布比卡因對牛蛙離體坐骨神經干復合動作電位閾強度、最大刺激強度的影響

2.2 布比卡因對牛蛙離體坐骨神經干復合動作電位幅度、傳導速度的影響

經非配對t檢驗統計組間差異，結果如圖2、圖3 所示，與任氏液對照組比較，布比卡因實驗組牛蛙離體坐骨神經干復合動作電位的幅度及傳導速度均顯著 減 小〔（6.42±2.32）mV vs.（0.60±0.47）mV ；（27.27±1.06）m/s vs.（19.87±2.80）m/s 〕， 差 異有統計學意義（P 均＜0.001）。

圖2 布比卡因對牛蛙離體坐骨神經干復合動作電位幅度的影響

圖3 布比卡因對牛蛙離體坐骨神經干復合動作電位傳導速度的影響

2.3 布比卡因對牛蛙離體坐骨神經干絕對不應期、相對不應期的影響

經非配對t檢驗統計組間差異，結果如圖4 所示，與任氏液對照組比較，布比卡因實驗組牛蛙離體坐骨神經干的絕對不應期及相對不應期均顯著延長〔（1.63±0.17）ms vs.（2.08±0.29）ms；（1.22±0.33）ms vs.（2.52±0.44）ms〕，差異有統計學意義（P＜0.01；P＜0.001）。

圖4 布比卡因對牛蛙離體坐骨神經干絕對不應期、相對不應期的影響

3 討論

神經科學研究表明，神經細胞傳導功能的關鍵是動作電位的產生和傳導，動作電位的產生是神經細胞傳遞信息功能的基礎；而神經細胞動作電位的產生依賴于電壓門控鈉通道大量開放導致的Na+ 內流[13]。迄今為止，很難用一種理論來解釋局麻藥的作用機制，不同局麻藥可能有不同的作用方式。關于局麻藥的作用機制有以下學說：鈣離子學說、表面電荷學說、膜膨脹學說、受體學說等，其中比較公認的是受體學說。該學說認為局麻藥受體可能存在多個部位，一個在鈉通道內口附近，對解離型局麻藥分子有較強親和力，另一個在鈉通道與膜結構交界面，非解離型局麻藥更容易進入[13]。布比卡因是臨床常用的酰胺類局麻藥，該藥主要作用于神經細胞膜電壓門控鈉通道上的一個或多個位點；當其與鈉通道內側受體結合后，導致鈉通道蛋白構象發生改變，鈉通道關閉，阻滯Na+內流，進而阻止動作電位的產生及傳導[5]。本研究中將局麻藥布比卡因作用于牛蛙離體坐骨神經干后，顯示神經干復合動作電位的傳導速度減慢，產生該現象的原因可能是布比卡因導致電壓門控鈉通道構象改變，繼而引起Na+內流減少，動作電位傳導變慢。

神經干動作電位是由許多閾值、傳導速度及幅度不同的神經纖維產生的動作電位疊加形成的綜合性電位變化，稱為復合動作電位[11]。由于組成神經干的神經纖維興奮性高低不盡相同，因此當刺激強度低于閾強度時，沒有復合動作電位產生；當刺激強度較小時，僅可使少數興奮性較高的神經纖維興奮，疊加后產生較小的復合動作電位；隨著刺激強度逐漸增強，興奮的神經纖維數逐漸增加，疊加后的復合動作電位幅度也會相應增大；當刺激強度達到最大值時，會使全部神經纖維都興奮，疊加后的復合動作電位幅度達到最大，即使此時再增加刺激強度，復合動作電位幅度也不會再增加[11]。因此，神經干復合動作電位的幅度在一定范圍內表現為隨刺激強度增加而增加的特征，其幅度取決于興奮的神經纖維數量[14]。閾強度是衡量組織細胞興奮性高低的常用指標，其數值大小與興奮性之間呈反變關系[15]。當局麻藥布比卡因作用于坐骨神經神經干后，因布比卡因可與電壓門控鈉通道內側受體結合，導致Na+ 內流被抑制，神經興奮性降低，因此需要更大強度的刺激才能興奮神經，故此時牛蛙坐骨神經干復合動作電位產生所需的閾強度、最大刺激強度均增大[16]。

單根神經纖維動作電位表現為“全”或“無”的特征，其動作電位升支頂點接近Na+ 平衡電位。當局麻藥與鈉通道內側受體結合后，由于鈉通道阻斷導致單根神經纖維動作電位的幅度下降甚至消失[15]，因此疊加后的坐骨神經干復合動作電位幅度也隨之減小。神經纖維在一次興奮后，需要經過一定時間（不應期）的恢復，然后才能產生第二次興奮。其興奮性恢復時間的長短不僅取決于鈉鉀泵轉運時間，還與電壓門控鈉通道、電壓門控鉀通道開放速度及開放時的電導率有關[17-18]。本研究結果顯示，布比卡因導致牛蛙離體坐骨神經干的絕對不應期、相對不應期均延長，這可能和布比卡因與電壓門控鈉通道的內側受體結合，進而導致鈉通道蛋白構象發生改變有關。

綜上所述，布比卡因可增加神經干復合動作電位的閾強度和最大刺激強度、降低神經干復合動作電位幅度、減慢神經干復合動作電位傳導速度及延長不應期，其具體機制有待進一步研究。