生理学报, Dec. 2001,
53 (6): 456～460
Acta Physiologica Sinica
糖尿病痛过敏大鼠尾神经中传入单位对交感传出的反应
刘健1，*, 王克模1, 张巧俊2, 曹东元1
(1西安交通大学医学院生理学教研室,
西安 710061; 2西安交通大学第二医院神经病学教研室, 西安
710004)
摘要: 实验观察了刺激交感神经(sympathetic stimulation,
SS)、 静脉注射去甲肾上素(noradrenaline, NA)和酚妥拉明对糖尿病痛过敏大鼠尾神经中各种传入单位的影响。结果发现,
糖尿病痛过敏大鼠的具有自发放电的C单位和Aδ单位在SS后放电频率增加, α受体阻断剂能消除这些自发放电活动; 在无自发放电的C单位和Aδ单位中, SS能使部分C单位和Aδ单位由静息状态转入活动状态;它虽不能诱发C机械感受单位(C
mechanical receptive unit, CM)产生传入放电, 但可诱发部分C机械热单位(C mechanoheat unit, CMH)和C多型单位(C
polymodal unit, CPol)的活动; SS还能使部分Aδ机械单位(Aδ mechanical receptive unit, AδM)和Aδ机械热单位(Aδ
mechanoheat unit, AδMH)产生传入放电; 它所诱发的C单位和Aδ单位反应的潜伏期不等, 但不短于5 s; SS不能引起糖尿病痛过敏大鼠Aβ机械感受性单位和对照组大鼠各类感受性单位产生新的传入活动。静脉注射NA可诱发糖尿病痛过敏大鼠的部分C单位和Aδ单位产生新的传入活动。结果提示,
交感神经末梢释放的NA对糖尿病痛过敏大鼠C单位和Aδ单位的兴奋作用是糖尿病大鼠产生痛过敏和感觉异常的外周因素。
关键词: 交感传出; 痛过敏; 单位放电; 糖尿病
学科分类号: Q429
Responses of afferent unit of the caudal nerve of diabetic hyperalgesic rats to sympathetic efferent stimulation
LIU
Jian1，*, WANG KeMo1, ZHANG QiaoJun2, CAO DongYuan1
(~1Department
of Physiology, School of
Medicine, Xian Jiao Tong
University, Xian 710061;
~2Department of Neurology, the Second Hospital, Xian Jiao Tong University, Xian
710004)
Abstract: Responses of afferent unit to sympathetic stimulation (SS),
intravenous injection of noradrenaline (NA) and phentolamine in the caudal
nerve of diabetic rats were investigated. The results showed that the discharge
frequencies of C and Aδ units with spontaneous discharges were increased in diabetic hyperalgesic rats after
SS, and these spontaneous
discharges were eliminated by
adrenergic antagonist. The C (6/21) and Aδ (19/81) units with no spontaneous
discharges of diabetic hyperalgesic rat turned from silent state into active state during SS; although SS did
not elicit afferent discharges of the C mechanical receptive units (CM), it elicited afferent discharges
of a part of C mechanoheat units (CMH) and C polymodal units (CPol);
afferent discharges of some of the Aδ mechanical receptive units (AδM) and Aδ
mechanoheat units (AδMH) were also elicited by SS. The latencies of the C and
Aδ units responses upon SS were not equal, but no less than 5 s. SS elicited neither
afferent discharges from Aβ mechanical receptive units of diabetic
hyperalgesic rat, nor
receptive units of all types in the control rat. The C(3/8) and Aδ
(4/12) units of diabetic hyperalgesic rat were activated by intravenous
injection of NA. The present data suggest that NA released from sympathetic
nerve terminals excites C and Aδ units of diabetic hypesthesic rat, which may
be a peripheral factor in hyperalgesia and paresthesia of diabetic rats.
Key words: sympathetic efferent; hyperalgesia; unitary discharge;
diabetes
在神经病性疼痛的大鼠模型上, 交感神经的兴奋、 循环系统中的肾上腺素或局部应用肾上腺素能受体激动剂, 都能使疼痛加剧, 而阻断交感传出或切除交感神经则能缓解疼痛［1,2］。在损伤的皮肤、
实验性神经瘤和轴突变性的背根神经节(dorsal root ganglion,
DRG)中, 局部或体循环注射肾上腺素能受体激动剂均能影响到感觉神经轴突的活动,
刺激交感神经(sympathetic stimulation,
SS)也能改变损伤轴突的异位放电, 或使原来静息的纤维进入活动状态, 而酚妥拉明则能有效地阻断前述异常电活动, 这些影响被认为是交感神经功能障碍的患者和其它与交感神经有关的慢性神经病性疼痛状态下的一个重要加速因子［2～5］。糖尿病性神经病是糖尿病最常见的慢性并发症之一,
它以多发性周围神经及自主神经损害为主, 这种类型的神经病变通常伴随着对痛刺激的敏感性升高、 感觉异常和其它的神经功能障碍［6］。但是, 有关交感传出对糖尿病痛过敏大鼠各种传入单位的作用,
目前尚无报道。为此, 本文用分离神经细束的方法, 以糖尿病痛过敏大鼠为对象, 通过刺激腰交感链、 静脉注射去甲肾上腺素(noradrenaline, NA)和酚妥拉明来观察它们对尾神经中各种传入单位的影响。
1材料和方法
1.1 大鼠糖尿病模型的建立选用健康雄性SD大鼠66只(200～260 g), 随机分为对照组(n=24)和糖尿病组(n=42),
所有动物给予同样标准的饲料和充足的水分, 实验前大鼠尿糖均为阴性。链脲佐菌素(streptozotocin, STZ) 是目前广泛采用的糖尿病模型化学诱导剂,
它有一高度活性的葡萄糖侧链, 能使胰岛的β细胞对它错误识别而选择性地侵入β细胞, 通过产生氧化和羟基化对β细胞发生毒性作用, 从而使动物产生胰岛素依赖型糖尿病。将STZ(Sigma公司产品)溶于0.1
mol/L枸橼酸枸橼酸钠缓冲液中, pH 4.5, 糖尿病组大鼠按55 mg/kg一次性腹腔注射, 对照组大鼠仅腹腔注射相应容积的缓冲液。2组大鼠在腹腔注射后的第4周,
由眼后眶静脉丛采血, 测餐后2 h血糖(葡萄糖氧化酶法), 将血糖大于11.1 mmol/L［7］者列为实验对象。糖尿病诱导后的第2周, 大鼠的行为伤害性阈值显著降低,
并相对稳定, 说明大鼠已处于痛过敏状态［8,9］。
1.2 手术及传入单位放电的记录大鼠在异戊巴比妥钠(80 mg/kg)腹腔麻醉下行气管及静脉插管术,
腹部正中切口, 分离右侧腰2～5交感链, 切断后将外周端植入埋藏电极内, 并将该电极固定于附近肌肉上, 缝合腹部切口。然后, 沿脊柱切开鼠尾根部背侧皮肤, 游离右侧尾神经,
将手术野皮肤做成油槽, 灌以37℃的液体石蜡。动物恢复清醒状态后, 静脉注射三碘季铵酚(40 mg/kg)松弛肌肉, 维持适量的人工呼吸。实验过程中监测大鼠的心电和直肠温度。分离尾神经细束的方法同文献报道［10］,
记录电极为20 μm的银丝, 参考电极插入附近肌肉。传入单位放电经放大后输入示波器(VC10, Nihon Kohden)显示, 同时送入录音机监听并录音,
以备照相分析。常规法测量传入单位的传导速度(conduction velocity, CV), 电刺激参数为: A类纤维的波宽0.2 ms, C类纤维的波宽0.5
ms, 频率1 Hz, 强度递增至能引出最大的诱发反应。在大鼠腹腔注射STZ或缓冲液后的第7～12周记录传入单位放电。
1.3 刺激种类机械刺激采用一套校正过的弗雷氏毛, 它们的力量从0.09～125 g不等, 有时还用玻璃棒轻触、 压迫及针刺感受野。伤害性刺激是用辐射热照射感受野,
持续15 s, 间隔5 min。化学刺激则是将1滴75%的冰醋酸滴于感受野中心, 作用1 min后, 用生理盐水棉球擦净［11］。SS的参数为: 波宽0.5
ms, 强度10 V, 频率10 Hz, 持续时间5 s～3 min不等。静脉注射NA和酚妥拉明(Sigma产品)的剂量分别为10和100 μg/0.2
ml, 约30 s注完。
1.4 各种传入单位的判断依据Lynn等［12］的分类标准对各种传入单位进行分类。其中C单位的CV低于2 m/s, 根据它们对各种刺激的反应,
分为C机械感受单位(C mechanical receptive unit, CM)、 C机械热单位(C mechanoheat unit, CMH)和C多型单位(C
polymodal unit, CPol); Aδ单位的CV在2～30 m/s之间, 据其对机械刺激和热刺激的反应特征, 分为Aδ机械单位(Aδ
mechanical receptive unit, AδM)和Aδ机械热单位(Aδ mechanoheat unit, AδMH); Aβ机械感受单位的CV大于30
m/s, 分为毛单位(hair unit, H)、 快适应单位(rapidly adapting unit, RA)、 Ⅰ型慢适应单位(slowly
adapting unit type Ⅰ, SAⅠ)和Ⅱ型慢适应单位(slowly adapting unit type Ⅱ, SAⅡ)。实验数据以mean±SD表示。
2结果
在38只糖尿病痛过敏大鼠的尾神经, 共记录到25个C单位,
90个Aδ单位和45个Aβ机械感受性单位。在24只对照组大鼠的尾神经, 观察了119个传入单位, 其中C单位22个, Aδ单位56个, Aβ机械感受性单位41个。
2.1 SS对糖尿病痛过敏大鼠尾神经中传入单位的作用
观察了SS对自发放电的影响, 在SS前, 先监测自发放电情况2
min; SS 2 min后, 再观察放电情况5 min。糖尿病痛过敏大鼠的25个C单位中, 有4个单位(4/25)具有自发放电, 其中CMH单位1个, CPol单位3个,
放电频率为0.6～3 imp/min(1.4±1.0)。在这组大鼠的90个Aδ单位中有9个单位(9/90)出现自发活动, 包括AδM单位2个, AδMH单位7个,
放电频率为0.5～5 imp/min (2.1±1.5)。糖尿病痛过敏大鼠的Aβ机械感受性单位和对照组的各类传入单位均无自发活动。SS后具有自发放电的C单位和Aδ单位的放电频率增加,
分别增至1～6.5 imp/min (2.5±3.0)和0.7～8 imp/min (2.5±2.4)(图1A, B)。
图1.糖尿病痛过敏大鼠尾神经中有自发放电的单位和无自发放电的单位对SS的反应
Fig. 1.Responses of the units with
spontaneous discharges and the units
without spontaneous discharges to SS in the caudal nerve of
diabetic hyperalgesic rats. A, B. A CPol unit and a AδMH unit with
spontaneous discharges. a,
b: control; a′, b′:
spontaneous discharge frequencies of the units were increased after SS. C, D. A CPol unit and a AδMH
unit without spontaneous discharges. c, d: controll;
c′, d′: afferent discharges of the units were elicited by SS. The bar indicates the time of
SS.
在糖尿病痛过敏大鼠无自发放电的21个单位中,
CM单位4个, CMH单位5个, CPol单位12个。有6个单位(6/21)在SS作用下由静息状态转入活动状态,
分别是CMH单位1个, CPol单位5个。被兴奋的1个CMH单位从SS开始到引起传入放电的潜伏期是15 s, SS停止后放电持续10 s, 在被兴奋的5个CPol单位中,
从SS开始到引起传入放电的潜伏期是5～20 s, 有1个CPol单位传入放电持续240 s。 在糖尿病痛过敏大鼠无自发放电的81个Aδ单位中, AδM单位71个, AδMH单位10个。有19个单位(19/81)在SS作用下由静息转入活动, 其中包括15个AδM单位和4个AδMH单位。
在被兴奋的15个AδM单位中, 从SS开始到引起传入放电的潜伏期是7～17 s, 平均潜伏期是21 s, SS停止后传入放电一般持续20～30 s (图1C, D)。SS不引起对照组大鼠的所有C单位、 Aδ单位和 Aβ机械感受性单位由静息状态进入放电活动。
2.2 NA和酚妥拉明对糖尿病痛过敏大鼠尾神经中传入单位的作用
为了验证SS的效应, 我们观察了静脉注射NA对糖尿病痛过敏大鼠C单位和Aδ单位的作用,
这些单位均无自发活动。糖尿病痛过敏大鼠的8个C单位中, CM单位1个, CMH单位2个, CPol单位5个。在开始静脉注射NA后20～55 s, 有3个C单位(3/8)在静息状态下产生新的传入放电,
包括1个CMH单位和2个CPol单位。在这组大鼠的12个Aδ单位中, 包括AδM单位7个和AδMH单位5个, 在静脉注射NA后经过15～40 s的潜伏期,
有4个Aδ单位(4/12)转入活动状态, 分别是1个AδM单位和3个AδMH单位(图2A,B)。在糖尿病痛过敏大鼠的具有自发活动的C单位(4/25)和Aδ单位(9/90)中,
观察了静脉注射α受体阻断剂酚妥拉明对自发电活动的影响, 在注射后监测自发放电5 min, 所有单位的自发活动都消失了(图2C,D)。
图2.糖尿病痛过敏大鼠尾神经中无自发放电的单位和有自发放电的单位对静脉注射NA和酚妥拉明的反应
Fig. 2.Responses of the units without
spontaneous discharges and the units with spontaneous discharges of the caudal
nerve of diabetic hyperalgesic rats to intravenous injection of NA and
phentolamine. A, B． A CMH unit and a AδM unit without spontaneous discharges;
a, b: control; a′, b′: afferent discharges of the
units elicited by intravenous injection NA. C, D. A CPol unit and a AδMH unit with
spontaneous discharges; c, d:
control; c′, d′: spontaneous discharges of the units eliminated by intravenous injection of
phentolamine. The bar indicates the time of intravenous injection.
3讨论
Burchiel等［13］曾在糖尿病BB/Wistar大鼠隐神经中观察到C单位的自发放电增多,
我们也证实糖尿病痛过敏大鼠的部分C单位(4/25)和Aδ单位(9/90)具有自发放电, 而对照组大鼠的这些单位均无自发活动。C单位和Aδ单位自发活动的出现与糖尿病所造成的周围神经损伤有关,
这可能是糖尿病性神经病引起的自发性疼痛的一个原因。在SS后这些具有自发活动单位的放电频率增加, 说明神经损伤引起的自发放电又与交感神经的活动有联系。
本实验中观察到SS可使糖尿病痛过敏大鼠部分无自发放电的C单位(6/21)和Aδ单位(19/81)由静息状态转入活动状态,
这种效应在它们各自的亚单位中表现不尽相同。SS不能诱发CM单位产生传入放电, 但可诱发部分CMH单位和CPol单位产生传入放电。在Aδ单位中, SS使部分AδM单位和AδMH单位产生传入放电。这种反应可能与糖尿病性神经病时神经纤维的损害程度不同有关［6,14］。在SS作用下,
各种感受单位产生传入放电的潜伏期不等, 通常为5～20 s, 但不短于5 s, 当SS停止后, 传入放电一般持续10～30 s。实验发现, SS不能诱发糖尿病痛过敏大鼠的Aβ机械感受单位和对照组大鼠的各类感受单位产生新的传入活动。
正常组织以及在病理情况下, 存在交感感觉耦合(sympatheticsensory
coupling), 交感神经纤维能延伸到几种神经末梢附近, 少数交感神经纤维则能进入到神经纤维的末梢小体内。这样, 当交感神经兴奋时就能调制传入神经纤维对施加刺激的反应,
虽然这种影响是轻微的, 在整体情况下可能只有微弱的作用, 但是当组织或神经损伤时, 交感感觉耦合的作用被大大增强, 并且在感觉的病理生理中起重要作用［3～5,
15］。形态学研究也证实, 在正常奶山羊的DRG中, 初级传入神经元的轴突侧支与交感神经节主细胞之间有中枢外的短反射环路存在［16］。当结扎大鼠坐骨神经后第4天,
在其相应的DRG中即有交感神经轴突芽枝的形成, 而切断坐骨神经后第14天, 尚未发现有交感神经轴突芽枝的存在［17］。在糖尿病性神经病时是否有这种变化, 目前还没有证据。糖尿病性神经病时周围神经的主要病理变化是C纤维和Aδ纤维轴突的变性和再生,
而再生轴突的芽枝上具有高度敏感的α受体［6,14,18］, 且糖尿病时血浆中去甲肾上腺素的浓度是增高的。 去甲肾上腺素浓度的增高与糖尿病性神经病性疼痛具有相关性［6,14,18,19］。因此,
我们认为SS对糖尿病痛过敏大鼠C单位和Aδ单位的兴奋作用, 是SS后交感神经末梢释放的去甲肾上腺素作用于再生轴突芽枝上敏感的α受体, 导致伤害性传入冲动增加,
从而引起痛过敏。从SS开始到引起传入冲动间所存在的潜伏期, 推测是去甲肾上腺素从交感神经末梢释放后扩散到它的作用部位, 以及在感受器后细胞内信息传递过程所占的时间。
我们还观察了NA对糖尿病痛过敏大鼠的无自发放电的8个C单位和12个Aδ单位的作用,
发现在静脉注射NA后部分C单位(3/8)和12个Aδ单位(4/12)产生新的传入活动, 从而证实了SS对C单位和Aδ单位的兴奋作用。我们以前的研究表明, 糖尿病痛过敏大鼠和糖尿病性神经病患者外周神经中的C单位对阈上机械刺激呈增频效应,
撤除阈刺激和阈上刺激后后放电显著增多, 并且在兴奋支配皮肤的交感传出后, 糖尿病性神经病患者桡神经浅枝中部分Aδ单位的机械阈值降低或产生新的传入放电［20～22］。所以有理由认为,
糖尿病引起的周围神经中C纤维和Aδ纤维损伤而产生的异常电活动及交感神经释放的NA对这些纤维的兴奋作用, 是糖尿病大鼠产生痛过敏和感觉异常的外周因素。
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Received 20010315Accepted 20010528
*Corresponding author. Tel: 0295275160; Fax: 0295267364; Email: physix@xjtu.edu.cn