刺激大鼠离断背根外周端对相邻
背根电活动的影响^*

张　勇　邓云平　关新民

摘　要　　在切断大鼠左侧L2、L3背根后, 观察电刺激(刺激参数为0.8～1.2 mA,100 Hz,0.5 ms,总时程 2 s)L2背根外周端对 L3 背根放电活动的影响。结果表明: 连续多次刺激L2背根可使L3背根平均放电频率(MDF)逐步增加, 增加量与刺激次数呈明显直线正相关。各次刺激后的时程分析表明, 这种增频作用具有明显的累积效应和后效应, 并与刺激前L3背根的活动状态密切相关, 刺激前放电活动较强者其增频作用更明显。结果提示, 脊神经节细胞外周末梢间存在跨节段的非突触信息传递。
关键词: 背根; 感觉神经末梢; 信息传递; 大鼠
学科分类号: Q424; Q429

EFFECT OF STIMULATING THE PERIPHERAL ENDINGS OF
TRANSECTED DORSAL ROOT ON DISCHARGES OF
NEIGHBOURING DORSAL ROOT IN RATS^*

ZHANG　YONG，　DENG　YUN-PING，　GUAN　XIN-MIN
(Department of Neurobiology, Tongji Medical University, Wuhan 430030)

ABSTRACT：The dorsal roots(DR)of L2～L3 segments on the left side in anesthetized rats (n=28) were exposed and transected. After stimulating the peripheral endings of L2 DR with a train of square waves (0.8～1.2 mA, 100 Hz, 0.5 ms)　for 2 s, the discharges at the distal end of transected L3 DR were recorded for 120 s. We found that the mean discharge frequency　(MDF)　of L3 DR was gradually increased with L2 DR stimulation. Time course analysis showed that the increase in MDF was linearly correlative to the number of stimuli, as well as to the levels of spontaneous discharge of L3 DR. The above results suggest that the transegmental information transmission between peripheral endings of primary sensory neurons may occur through a chemical non-synaptic way.
Key words: dorsal root; sensory nerve endings; information transmission; rat

　　背根神经节(DRG)细胞的外周末梢特化成各种感受器, 接受体内外各种刺激并将信号传递到中枢; 除此之外, 感觉神经外周末梢还可释放多种神经递质, 对支配的器官和组织发挥功能性调节作用, 即还有传出功能^［1］。国内外文献对此已大量报道, 但多着重于研究感觉末梢对其支配器官的效应。至于外周感觉末梢间是否存在信息传递, 则报道极少。本课题组已就相邻皮神经末梢间的信息传递作过细致研究, 发现它们之间可能存在化学性信息传递^［2］。本实验采用切断大鼠L2、L3背根的模型, 电刺激L2背根外周端, 记录L3背根放电变化, 以进一步观察感觉神经外周末梢间是否确实存在跨节段信息传递。

1　材料和方法

　　实验选用健康成年SD大鼠28只(同济医科大学实验动物学部), 体重200～250 g, 雌雄不拘。乌拉坦(1 g/kg)腹腔麻醉后行椎板切除术, 剖开硬脊膜, 暴露腰段脊髓及背根。用背部皮肤构筑油槽并注入液体石蜡。解剖镜下仔细游离左侧L2、L3背根, 在其进入脊髓处剪断, 切断其间可能存在的纤维联系。实验过程中, 动物肛温及油槽中液体石蜡温度均维持在35～37℃。
　　实验前, 先用棉花轻触各背根相应皮肤感受野, 判断神经反应性是否良好,对无反应或反应不佳者弃去不用。刺激与记录均用Ag-AgCl电极。 刺激信号由刺激器发出, 经隔离器施加于L2背根外周端。 在 L3 背根外周端引导的电位经 FZG-81 型前置放大器 (中国科学院上海生理研究所)放大后, 输入装有SMUP-PC生物信号处理系统(上海医科大学研制)的计算机, 用该系统中的“HISTO”程序对背根放电作序列密度直方图分析。剪断背根0.5～1 h后开始观测其放电。待自发放电稳定并记录数分钟后开始电刺激, 每次给予一串方波(强度0.8～1.2 mA, 波宽0.5 ms, 频率100 Hz), 刺激总时间2 s。共10次刺激, 各次间隔120 s。计算120 s内背根平均放电频率(mean discharge frequency, MDF), 或以每5 s为一时段, 计算各时段的平均放电频率。结果以±s表示。

2　结果

2.1　刺激背根外周端可使相邻背根放电频率增加
　　图1显示刺激L2背根前后L3背根放电密度的变化。 刺激前, 28只大鼠L3背根120 s内自发放电的 MDF 为 3.72±0.46 Hz。 刺激后, L3 背根放电频率随刺激次数增加而逐步增加,各次刺激后的MDF与刺激次数呈直线正相关,其回归方程为Y=0.3695X＋3.7176, R²=0.9889, 差异显著(P<0.01); 双因素方差分析(ANOVA)表明, 与刺激前相比, 第5次刺激后的MDF (5.42±0.79 Hz)显著升高(P<0.05), 此后差异更显著(P<0.01), 见图2。

图　1　串脉冲刺激L2背根后L3背根放电序列密度直方图
Fig.1　Histogram of the discharges of L3 DR before and after L2 DR stimulation
A. Spontaneous discharges. B. After the fifth and sixth stimulus. C. After the ninth and tenth stimulus.

图　2　　串脉冲刺激L2背根对L3背根放电频率的影响
Fig.2　Effect of repetitive stimu～la～tions of L2 DR on the MDF of L3 DR
～^*P<0.05, ～^*　*P<0.01 compared to Pre-S(ANOVA). Pre-S: before stimulation; S1～S10: the first to the tenth L2 DR stimulus.

　　若将各次刺激后120 s观测期以每5 s为一时段, 并将其MDF与刺激次数作总体时程相关分析(图3), 可发现: 随刺激次数增加, MDF不断升高, 呈正向变化的二项式抛物线状, 后期升高幅度较前期明显增加, 其相关回归方程为Y=4E－0.5X²＋0.003X＋3.8356, R²=0.9256。
　　结果表明: 重复刺激背根可使其相邻背根放电频率增加。此增频作用具有累积效应。

图　3　　串脉冲刺激L2背根后L3背根放电频率与刺激次数的相关分析
Fig.3　Correlative analysis between MDF of L3 DR and the number of stimuli
Pre-S: before stimulation; S1～S10: the first to the tenth L2 DR stimulus.

图　4　　10次串脉冲刺激L2背根后L3背根MDF均值变化的总体时程分析
Fig.4　Time course of the change in MDF of L3 DR after 10 stimuli

2.2　刺激背根外周端可使相邻背根产生长时程的增频后效应
　　将10次刺激后L3背根每5 s MDF的均值作总体相关拟合分析, 发现: 刺激后在早期呈上升趋势, 增幅较大, 随后进入一平缓期, 后期略有下降, 但到120 s仍高于初始水平(图4)。其回归方程为Y=－0.0025X²＋0.0842X＋4.477, R²=0.8955。
　　将各次刺激后每5 s MDF分别作相关拟合分析(图5), 发现: 刺激前放电频率基本呈一水平直线; 前两次刺激后呈上升斜率很小的直线; 从第3次开始, 刺激后呈抛物线状, 各拟合曲线的起点和峰值随刺激次数增加不断升高, 弧度明显增大, 第8次刺激后变化更明显, 到120 s均未恢复至刺激前水平, 同时曲线下面积也随刺激次数的增加不断明显扩大。

图　5　　各次串脉冲刺激L2背根后L3背根MDF均值变化的时程分析
Fig.5　Time course analysis of MDF of L3 DR after each train stimulus to L2 DR
Pre-S: before stimulation; S1～S10: the first to the tenth L2 DR stimulus.

图　6　　L2背根刺激引起的不同自发放电频率组L3背根MDF的变化
Fig.6　L2 DR stimulation induced changes in MDF of L3 DR with different spon～taneous MDF levels Pre-S: before stimulation; S1～S10: the first to the tenth L2 DR stimulus.

　　结果表明: 短时程(2 s)、间断(120 s)、多次刺激背根外周端可使相邻背根产生长时程增频作用, 它呈先逐步增加后又渐落的二项式抛物线状, 直到120 s仍未恢复至刺激前水平, 并有随刺激次数增加而不断增强的趋势。
2.3　诱发相邻背根长时程增频作用与刺激前记录背根的活动状态密切相关
　　按刺激前L3背根自发放电频率分为高(>4 Hz)、中(2～4 Hz)、低(<2 Hz)三个小组, 分别分析刺激后电活动的时程(图6), 发现: (1)低水平组(n=8)刺激后基本无变化; (2)中等水平组(n=10)刺激后, 各时程的变化呈二项式正向曲线; (3)高水平组(n=10)刺激后, 各时程MDF呈直线正相关状上升。结果表明: 刺激L2背根诱发L3背根的增频作用与刺激前L3活动状态密切相关。刺激前L3背根放电水平较高者在刺激其相邻背根后的增频作用更明显。

3　讨论

　　早在1950年, Habgood就曾利用蛙离体皮瓣, 首先发现刺激皮神经干可诱导相邻皮神经放电增加^［3］。1986年, 汪桐发现: 切断大鼠腓浅、腓深神经后, 刺激腓浅神经干的外周端可在腓深神经干上记录到电活动增加^［4］; 近期王军、赵晏又报道, 切断大鼠背部皮神经干, 刺激其外周端可诱发相邻皮支放电增加^［2,5］。这些结果均提示, 外周感觉神经末梢间可能存在信息传递, 但它们均属混合神经, 故用此结果论证外周感觉末梢间的信息传递尚欠确切。本实验用背根进一步研究初级感觉神经末梢间的信息传递, 发现: 短程(2 s)、间断(120 s)、多次刺激背根外周端可在相邻背根上产生持续长达120 s的增频作用, 此作用可随刺激次数增加而不断增强, 这种增强的显著性变化需有一定诱导时程, 即在第5次刺激后才达到显著性差异。证明感觉神经外周末梢间确实有信息传递, 其特征提示它绝非简单的电传导。
　　脊神经节细胞外周突末梢常特化成各种感受器, 负责感受多种刺激。一般认为, 游离神经末梢常特化成伤害性感觉器参与伤害性刺激的感受和传入。这类体感神经的树突末梢(外周末梢)除具有感受信息向中传入的功能外, 还可通过分叉投射, 将信息传到附近微小血管, 以末梢释放的信息物质(SP、CGRP、SOM等)发挥调制小血管的功能, 使血管扩张、通透性增加, 缓激肽、5-HT等致痛物质释出, 进一步刺激游离神经末梢^［6,7］。将SP和组胺直接注射到皮下可使相应皮神经放电增加^［8］。近来本课题组又发现: 刺激背根外周端可促使相应皮区SP释放增多^［9］; 用辣椒素损毁坐骨神经的SP能纤维后, 刺激穴位激发皮下肥大细胞云集和脱颗粒反应受到明显抑制(待发表资料);不同节段的脊神经节外周末梢可交叉重叠投射到同一皮区^［10］。本研究在此基础上进一步用电生理的方法证明: 刺激背根外周端诱发相邻背根电活动增加具有明显的后效应和叠加效应, 此反应之大小还与刺激前记录背根的活动状态密切相关。提示这种跨节段信息传递的基础是不同节段体感神经树突末梢间存在有多种信息物质参与的非突触信息传递。体感神经树突末梢区可进行信息传递, 是一个崭新的概念, 探明其具体活动规律和机制尚需进行大量工作。
　　虽然刺激切断与中枢联系的背根及皮支外周端均可使相邻背根及皮支放电增加, 但两者间有完全不同的时程变化规律。在后者, 仅需一次串刺激即可产生一个时程较短、后效应非常显著的增频反应, 刺激后第4 s达到峰值, 第5 s后即开始下降, 25 s后恢复至刺激前水平, 呈指数衰减^［2］。而在本实验中, 必须经过连续多次刺激后方可在相邻背根出现有统计学差异的增频作用, 其后效应长而持久, 且叠加效应明显。此种差异的机制比较复杂。笔者以为, 这至少与本实验所用的刺激和记录的神经均属初级感觉神经元的轴突, 信息往返均需通过脊神经节细胞, 而不是仅涉及树突和树突末梢区的信息传递有关。其间很多问题尚待深入研究。

^*国家攀登计划经络研究资助项目 (No.93JL0106)生理学报，1999年8月，51（4），371～376
作者单位：同济医科大学神经生物学教研室, 武汉 430030

参　考　文　献

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^*Supported by the National Climbing Plan Foundation of China (No.93JL0106)

1998-10-02收稿　　1998-12-29修回