红核在肌梭传入抑制伤害性
反应中的作用^*

唐　斌^**　樊小力　汪丛莹　李　强

摘　要　　本实验用玻璃微电极细胞外记录方法, 观察了刺激红核对皮肤强电刺激诱发的大鼠脊髓背角广动力范围(wide dynamic range, WDR)神经元长潜伏期反应(C-反应)的作用, 及红核对琥珀胆碱(succinylcholine, SCH)诱发的肌梭传入抑制WDR神经元C-反应效应的影响。 结果表明: 电刺激红核对WDR神经元C-反应具有抑制作用, 此作用可被静注噻庚啶明显减弱。 静脉注射SCH对WDR神经元C-反应有明显抑制作用, 损毁单侧红核后, SCH对WDR神经元C-反应的抑制效应明显减弱。 结果提示, 5-HT参与红核的痛下行抑制作用, 在肌梭传入镇痛中红核起着一定的作用。
关键词: 红核; 肌梭; WDR神经元; 镇痛
学科分类号: Q426

ROLE OF RED NUCLEUS IN INHIBITING NOCICEPTIVE
RESPONSES OF RAT SPINDLE AFFERENT^*

TANG　BIN,　FAN　XIAO-LI，　WANG　CONG-YING，　LI　QIANG
(Department of Physiology, Xi′an Medical University, Xi′an 710061)

ABSTRACT：Using extracellular recording techniques, the effect of excitation of red nucleus (RN) on C-responses of wide dynamic range (WDR) neurons and the roles of RN in the inhibitory effect of spindle afferent activated by succinycholine (SCH) on C-responses of WDR neurons were studied. Stimulation of RN caused a significant reduction of nociceptive responses of WDR neurons, which was significantly attenuated by intravenous cyproheptadine and contralateral lesion of RN. These results suggest that the inhibitory effect on nociceptive responses of WDR neurons caused by RN stimulation was partly mediated by 5-HT and RN plays an important role in analgesia induced by the muscle spindle afferent activity.
Key words: red nucleus; wide dynamic range neurons; muscle spindle; analgesia

　　长期以来, 人们一直认为肌梭是产生和维持肌紧张、 参与协调随意运动的一个重要感受器。 很少有人把肌梭的活动同镇痛联系在一起进行研究。 大量的形态学和电生理实验资料证实, 肌梭是肌肉丰厚处穴位的针感感受器^［1,2］。 我室首次以实验证实了肌梭的传入活动具有镇痛作用^［3］, 在肌梭传入的镇痛机制中, 还存在脊髓上结构的下行抑制作用^［4］。 有资料表明, 肌梭与红核有密切联系, 来自皮肤和肌肉的感觉传入冲动可以到达红核, 红核参与伤害性信息的处理^［5～7］。 但以上资料多以行为实验为主, 电生理学资料很少, 且不深入。 本研究以大鼠脊髓背角广动力范围(WDR)神经元C-反应为痛指标, 进一步证实红核的镇痛作用及可能参与的中枢神经递质, 旨在初步探讨红核与肌梭传入镇痛效应的关系。

1　材料和方法

　　实验用SD大鼠, 体重250～350 g, 在戊巴比妥钠麻醉(50 mg/kg)下行椎板切除术暴露脊髓腰膨大部, 将头部和脊柱固定于脑立体定位仪上, 在左侧颅骨钻孔, 将单极不锈钢绝缘电极(尖端直径为15～30 μm, 裸露30～50 μm)按照脑定位图谱^［8］插入红核内, 以备刺激。 实验在箭毒(2 mg/kg)制动人工呼吸的条件下进行, 连续监测动物心电(R-R间期维持在120～160 ms), 用温控仪将动物体温维持在37.5℃左右。
　　在经皮电刺激(transcutaneous electrical stimulation, TES)后爪跟部(1～3 mA, 1 ms, 1 Hz)的同时, 在脊髓腰膨大部右侧用玻璃微电极(电极内充0.5 mol/L醋酸钠溶液, 阻抗为5～15 MΩ)细胞外记录背角神经元放电。 于感受野内施加触、压、动毛、镊夹等自然刺激以鉴定神经元的感受类型。 对伤害性机械刺激呈现明显增频放电并且TES可诱发长潜伏期反应(晚串放电)的神经元被确定为伤害感受性神经元。 实验结果输入计算机, 以TES诱发放电作10次叠加的序列密度直方图, 计算晚串放电数。 红核条件刺激采用负向方波脉冲, 波宽300 μs, 强度40～180 μA, 串长200 ms, 频率250 Hz^［9］, 在外周伤害性刺激前给予。 红核损毁是经刺激电极给以2 mA, 30 s的直流电流, 阳极损毁。 脑内刺激和损毁部位采用电解铁离子沉淀法标记, 在连续冰冻切片上根据蓝点或缺损位置确定。
　　观察不同因素对同一WDR神经元C-反应的影响时,一般以前后放电频率变化超过20%作为显著性变化的标准^［10］。数据以±s表示,用配对资料的t检验进行统计学处理。

2　结果

2.1　电刺激红核对脊髓背角WDR神经元C-反应的影响
　　在选用的42只动物中, 经组织学鉴定刺激电极尖端位于红核内的有31例, 记录到放电的脊髓背角WDR神经元共55个, 电刺激红核对WDR神经元C-反应的作用可分为抑制、兴奋和无作用三种类型, 其中47个(85.5%)神经元的C-反应受到明显抑制, 表现为C-反应放电数减少和放电时程缩短(图1), 2个(3.6%)神经元的C-反应增强, 6个(10.9%)无明显变化。 刺激电极尖端位于红核外的14个神经元中有10个(71.4%)无明显变化。 结果表明, 刺激红核对脊髓背角WDR神经元C-反应的影响以抑制为主。

图　1　刺激红核对脊髓背角WDR神经元C-反应的影响
Fig.1　Effects of RN stimulation on the C-response of a spinal WDR neuron to peripheral electrical stimulation
a and c indicate the A- and C-response respectively. Bin=4 ms. A. Control. B. RN condition stimulation. C. After RN condition stimulation.

2.2　静脉注射噻庚啶对红核抑制WDR神经元C-反应作用的影响
　　在对电刺激红核呈现明显抑制效应的8个WDR神经元上, 观察了静注5-HT 受体阻断剂噻庚啶(3 mg/kg)对电刺激红核抑制效应的影响。 结果发现, 注药后5～20 min, 电刺激红核对WDR神经元C-反应的抑制率明显下降, 与注药前相比有显著性差异, 30 min后基本恢复至给药前水平(见表1)。 在2个WDR神经元上进行了对照实验, 以同样的速度静脉注射相同剂量的溶剂, 未见到对刺激红核的抑制作用有明显的阻断作用。

　表　1　静脉注射噻庚啶对红核抑制WDR神经元C-反应作用的影响
　Table 1　Effects of intravenous cyproheptadine on the inhibition of WDR neurons induced by RN stimulation

Time/min	Inhibitory percentage /%
Before drug	54.43±3.84
5 min after drug	41.11±7.14^*
10 min after drug	40.60±6.75^*
15 min after drug	36.65±6.59^*
20 min after drug	35.00±7.35^*^*
25 min after drug	45.56±6.54^*
30 min after drug	51.52±6.95

　 n=8. ～^*P<0.05, ～^*　*P<0.01 between the effects
before and after intravenous cyproheptadine.

　表　2　损毁红核前后静脉注射SCH对WDR神经元C-反应的影响
　Table 2　Effects of SCH on WDR neurons nociceptive response before and after RN lesion

Time/min	Inhibitory percentage /%
	Before lesion	After lesion
3	34.27±6.72	24.05±5.39^*
5	34.00±6.31	23.23±5.41^*
10	21.54±5.04	15.52±3.55
15	9.80±2.92	8.31±2.21
20	0.81±2.46	0.13±0.57
25	-0.83±2.28	-1.12±1.19

　n=7. ～^*P<0.05 between the two groups.

2.3　损毁红核前后静脉注射SCH对WDR神经元C-反应的影响
　　在7例对琥珀胆碱(succinylcholine, SCH) 5 mg/kg呈明显抑制效应的WDR神经元上, 观察了单侧损毁红核前后SCH对WDR神经元C-反应抑制作用的影响。 结果发现, 损毁红核后SCH的抑制效应明显减弱, 同损毁红核前相比具有显著性差异(P<0.05)(见表2)。

3　讨论

　　机体对肌紧张和屈肌运动的调节是经红核脊髓束实现的, 但只有与动物经受的不同感觉刺激引起的感觉环境联系起来, 这种调节才有效。 红核脊髓束起源于红核尾侧大细胞部, 在被盖腹侧交叉下行至整个脊髓, 终止于接受初级传入纤维的脊髓Rexed 5层和与骨骼肌感觉信息有关的6层细胞以及中间带7层^［11,12］, 这样的终末分布提示红核脊髓神经元可能调节与上行中继躯体感觉信息有关的背角神经元的反应。 另外红核接受从PAG来的输入纤维, 发出纤维到外侧网状核、中缝大核^{［13, 14］}。 在以前的研究中, 认为脑和脊髓的这些区域和伤害性信息处理有关。 本实验以大鼠脊髓背角WDR神经元C-反应为痛指标, 证实了电刺激红核具有镇痛作用。 这与刘敏芝等^{［5, 6］}及Prado WA等^［7］以甩尾反射为痛指标所得结论相一致。
　　红核有传出纤维直接到达中缝大核, 中缝大核在机体内源性镇痛和针刺镇痛中起着重要的作用。 5-HT是中缝脊髓系统的重要递质, 本实验发现静注5-HT受体阻断剂噻庚啶可以部分阻断红核的下行抑制作用, 说明5-HT部分参与了电刺激红核对WDR神经元C-反应的下行抑制作用, 提示在刺激红核对痛觉的下行抑制通路中, 中缝大核可能起着重要的作用。 刘佰运等发现, 中缝大核微量注射利多卡因进行阻断, 可以使兴奋红核升高痛阈的作用明显减弱^［5］。 这与本实验结果相似。
　　综上所述, 红核不仅调节肌肉运动与肌紧张, 而且与感觉活动有关。 红核对躯体感觉信息的控制很可能发生在运动时, 红核通过直接或间接途径作用于脊髓, 控制外界感觉信息的传入, 特别是抑制伤害性信息的传递, 这种调节可以排除由运动产生的不重要的躯体感觉传入, 以便传递更重要的信息, 确保躯体运动的准确和协调。
　　SCH是一种去极化型骨骼肌松弛剂, 它对肌梭具有兴奋作用, 可以阻断梭外肌的神经传递, 亦可直接作用于梭内肌纤维引起它的收缩, 从而使肌梭传入放电增多。 樊小力等发现, 静注SCH诱发的肌梭传入活动对脊髓背角WDR神经元C-反应具有明显的抑制作用, 这一结果与牵拉腓肠肌诱发的肌梭传入对脊髓背角WDR神经元C-反应的影响相一致^［4］。 肌梭的上行通路与红核有密切联系, 来自外周皮肤和肌肉的感觉传入冲动可以到达红核。 本实验发现, 单侧损毁红核后, SCH对WDR神经元C-反应的抑制效应明显减弱。 说明SCH对WDR神经元C-反应的抑制作用, 部分是通过红核实现的。
　　损毁红核前后, 静注SCH引起WDR神经元C-反应的变化并不是因为WDR神经元C-反应对SCH的耐受所致。 我室以往的研究证明, 以25～35 min为间期, 反复应用SCH(2～5 mg/kg)不会出现蓄积作用或快速耐受性^［15］。 本实验前后两次给药间隔为40～50 min。 因此, SCH引起WDR神经元C-反应抑制效应的变化正是实验条件所引起的。
　　上述结果提示, 电刺激红核具有镇痛作用, 5-HT参于了这一作用的实现, 在肌梭传入镇痛的中枢机制中红核起一定的作用。

作者单位：西安医科大学生理学教研室, 西安 710061
^*国家自然科学基金项目 (No.39070334)^*Supported by the National Science Foundation of China (No.39070334)
^**广州医学院生理学教研室, 广州 510182　386　

参　考　文　献

　［1］　Hou ZL　(候宗濂). A study on the histologic structure of acupuncture points and types of fibers conveying needling sensation. Chin Med J (中华医学杂志英文版), 1979, 92 (4): 223～232.
　［2］　Fan XL (樊小力), Liu GB (刘广斌), Huang LX (黄洛秀), et al. Further&127;research on the probability of the muscle spindle to be&127;considered as a receptor of acupuncture sensation. Acupunct Res (针刺研究), 1989, 14 (1-2): 131～132 (in Chinese with English abstract).
　［3］　Fan XL (樊小力), Wei JY (魏继业), Zhu H (朱 衡), et al. The effects of spindle afferents on nociceptive responses of convergent neurons in spinal dorsal horn of rats. J Xi′an Med Univ　(西安医科大学学报), 1992, 13 (4): 299～302 (in Chinese with English abstract).
　［4］　Fan XL (樊小力), Wang CY (汪丛莹). The influences of spindle afferent activated by succinycholine (SCH) on nociceptive responses of convergent neurons in spinal dorsal horn of rats. CAPS News Commun (生理通讯), 1994, 13 suppl, 113～114 (in Chinese).
　［5］　Liu BY (刘佰运), Liu MZ (刘敏芝). The effect of exciting red nucleus (RN) on the pain-threshold of tail flick reflex and its mechanism. J N Bethune Univ Med Sci, (白求恩医科大学学报) 1990, 16 (2): 124～127 (in Chinese with English abstract).
　［6］　Liu MZ (刘敏芝), Liu XG (刘先国), Liu BY (刘佰运). The analgesia effect of red nucleus and strengthening effect thereof to the acupunture analgesia. Acupunct Res (针刺研究), 1991, 1: 48～53 (in Chinese with English abstract).
　［7］　Prado WA, Raghubir R, Roberts MHT. Long duration antinociception induced by red nuceleus stimulation in the rat. Pain, 1984, suppl 2: 329.
　［8］　Paxions G, Watson C. The Rat Brain in Stereotoxic Coordinates. New York: Academic Press, 1986.
　［9］　Gray BG, Dostrovske JO. Red nucleus modulation of somatsensory response of cat spinal cord dorsal horn neurons. Brain Res, 1984, 311 (1): 171～175.
［10］　Yuan B (袁 斌), Wang GX (王歌昕), Pang TC (庞天赐), et al. Effects of stimulation of SI cortex and cerebral peduncle on the nociceptive responses of spinal dorsal horn neurons in the rat. Acta Physiol Sin　(生理学报), 1993, 45 (1): 26～35 (in Chinese with English abstract).
［11］　Edwards SB. The ascending and descending projections of red nucleus in the cat: an experiment study using an autoradiographic method. Brain Res, 1972, 48: 45～63.
［12］　Shinoda Y, Yokota JI, Futami T. Morphology of physiologically identified rubrospinal axons in the spinal cord of the cat. Brain Res, 1982, 242 (2): 321～325.
［13］　Bernays RL, Heeb L, Cuenod M, et al. Afferent to rat red nucleus studied by means of D-［³H］aspartate［³H］ choline and non-selective tracers. Neuroscience, 1988, 26 601～619.
［14］　West DC, Lovick TA, Wolsterncroft JIF. An&127;excitatory input&127;to nucleus raphe magnus from the red nucleus in the cat. Neurosci Lett, 1982, 29 (1): 31～34.
［15］　Shi YR (师养荣), Fan XL (樊小力), Qin C (秦 潮).　Time-effect relationship of succinylcholine causing the increase of afferent discharge from muscle spindle in rat. J Xi′an Med Univ (西安医科大学学报), 1996, 17 (2): 143～146 (in Chinese with English abstract).

1998-09-06收稿　　1998-12-07修回