股动脉注射琥珀胆碱诱发肌梭传入对延髓呼吸相关神经元活动的影响
http://www.100md.com
邢国刚. 樊小力. 宋新爱.
肌梭.传入纤维.琥珀胆碱.呼吸相关神经元.
参见附件(183kb)。
作者：邢国刚 樊小力 宋新爱
单位：(西安交通大学基础医学院生理学教研室，西安 710061)
关键词：肌梭；传入纤维；琥珀胆碱；呼吸相关神经元
西安医科大学学报000302摘 要：目的 观察肌梭传入对延髓呼吸相关神经元自发放电的影响，从呼吸中枢的途径探明肌梭传入是否对呼吸运动具有反射性调节作用。方法 在氨基甲酸乙酯麻醉、断双侧颈迷走神经、肌松、人工呼吸的家兔上，观察了股动脉注射琥珀胆碱(Sch)诱发肌梭兴奋对延髓呼吸相关神经元自发放电的影响。用双极银丝电极记录膈神经传出放电，用玻璃微电极细胞外记录延髓呼吸相关神经元单位放电，根据神经元放电和膈神经放电的时相关系来确定神经元的性质。记录到的单位放电信号输入示波器显示，并输入计算机处理，绘出序列密度直方图，直接测量并打印图形与数据；同时与膈神经放电同步照像。结果 (1)股动脉注射Sch可明显兴奋延髓吸气神经元而抑制呼气神经元的放电活动。在56个吸气神经元中，呈兴奋反应的37个，抑制反应的11个，双相反应的2个，其余6个无明显反应。在17个呼气神经元中，呈兴奋反应的4个，抑制反应的10个，双相反应的1个，其余2个无明显反应。(2)Sch对吸气神经元的兴奋作用，一般在给药后1～2min即可达高峰；而对呼气神经元的抑制作用则发生较晚，一般在给药后2～3min达高峰。(3)肌注布比卡因破坏肌梭后可明显降低Sch对延髓呼吸相关神经元的影响。较正常侧相比，肌注布比卡因侧肢股动脉注射相同剂量的Sch，吸气神经元放电的增加率可由(56.23±14.45)%降低到(21.94±1.21)%。结论 肌梭的传入活动对呼吸运动具有反射性调节作用。
中图分类号：R332.3；R338.8 文献标识码：A
文章编号：0258-0659(2000)03-0198-04
Effects of muscle spindle afferents invoked by
intraarterial injection of succinylcholine
on discharges of medullary respiratory neurons
Xing Guogang，Fan Xiaoli，Song Xin′ai
(Department of Physiology,Basical Medicine College,Xi′an Jiaotong University, Xi′an 710061,China)
ABSTRACT： Objective Through studying the effects of muscle spindles on discharges of medullary respiratory neurons, to ascertain whether muscle spindle afferents had the regulating effects on respiratory movement by ways of the respiratory center.Methods In urethane-anesthetized, vagotomized, paralyzed, and artificially ventilated rabbits, the effects of muscle spindle afferents invoked by intraarterial injection Succinylcholine(Sch) on discharges of medullary respiratory neurons have been assessed .The phrenic nerve discharges were recorded by biopolar silver electrode, and the discharges of respiratory neurons were recorded by extracellular glass microelectrode,so the types of neurons were determined by the phasic relationship between the discharges of respiratory neurons and phrenic nerve efferents.The discharges of respiratory units were showed on oscilloscope and their histograms were drawed by computer;In the mean time, the discharges of neurons and phrenic nerves were photographed synchronously.Results ①Most of inspiratory neurons(37/56) in the medulla were excited and most of expiratory neurons(10/17) were inhibited by intraarterial injection of Sch;②The excited climax of inspiratory neurons was usually at 1～2min after the injection of Sch, and the inhibited climax of expiratory neurons was usually at 2～3min after the injection of Sch;③The effects of Sch on discharges of respiratory neurons were significantly redcuced by intra-muscular application of bupivacaine to destroy the muscle spindles.The augmental rate of discharges of inspiratory neurons after Sch was reduced from (56.23±14.45)% to (21.94±1.21)% on the bupivacaine applicated limb compared with the normal limb.Conclusion The results suggest that the activities of muscle spindle afferents play an important role in modulation of respiration.
KEY WORDS: muscle spindle；afferent；Succinylcholine(Sch)；respiration-related neuron
大量的资料已经证明，骨骼肌的传入活动能够反射性地引起运动性通气增强反应，尤其是时相I反应[1～3]。但是，引起这种反射活动的机理却不清楚。尽管Koizumi等人认为，源于肌梭或腱器官的Ⅰ、Ⅱ类传入纤维是参与完成这种反射活动的主要传导纤维[1]，但是，完成这种反射性调节的感受器究竟是肌梭还是腱器官?其神经传导通路和作用机制又如何?这些都是有待于进一步解决的问题。肌梭是骨骼肌内的本体感受器，其主要作用是感受肌肉相对长度的变化。因此，我们有理由推测，在呼吸运动或运动性通气增强反应中一定会伴有肌梭的活动。形态学和组织学资料也表明，肌梭传入可与延髓内广泛的核团发生联系，这些核团在解剖位置都临近或存在延髓呼吸相关神经元[4]。Kalia等人用HRP组化法证实，含有HRP颗粒的腓肠肌传入神经末梢在孤束核周围聚集也较稠密[5]。因此，我们进一步推测，肌梭传入有可能通过延髓多个核团的接替，或直接作用于延髓呼吸相关神经元，参与完成运动性通气增强反应的调节。为此，本研究观察了股动脉注射琥珀胆碱(Succinycholine,Sch)诱发肌梭兴奋对延髓呼吸相关神经元放电活动的影响，旨在探讨肌梭传入对呼吸运动的反射性调节作用。
1 材料与方法
1.1 药品与给药方法 氨基甲酸乙酯(西安化学试剂厂)，1g/kg,静脉注射；三碘季铵酚(中国科学院上海生物研究所)，3mg/kg,静脉注射；琥珀胆碱(上海海普制药厂)，4mg/kg，股动脉注射；布比卡因(上海禾丰制药有限公司)，0.5ml/单位肌肉注射。所有药品均用生理盐水配制。
1.2 动物与手术 实验用体重1.5～3.5kg的家兔，雌雄不拘。静脉注射20%氨基甲酸乙酯(1g/kg)麻醉，气管插管，切断双侧颈迷走神经。行一侧股动脉插管(部分肌注布比卡因破坏腓肠肌肌梭的动物为双侧)。将兔头俯屈固定于立体定位仪上，经枕骨大孔暴露延髓第四脑室底及闩区，调整兔头使第四脑室底呈水平位。自颈背部分离一侧膈神经，双极银丝电极引导膈神经放电。实验开始后动物用1%三碘季铵酚(3mg/kg)制动，人工呼吸，连续监测心电，直肠温度维持在37℃～38℃之间。
1.3 延髓呼吸相关神经元单位放电的记录 用玻璃微电极细胞外记录单位放电。微电极内充0.5mol/L的醋酸钠溶液(含2%膀胺天蓝)，电极阻抗为5～15kΩ。呼吸单位的定位都以相对于闩部的位置来表示。根据神经元放电和膈神经放电的时相关系来确定神经元的性质：与膈神经同时放电的为吸气神经元(IN)；在膈神经静息期放电的为呼气神经元(EN)；持续放电的为非呼吸性神经元(non-RRN)。在一部分动物，我们还记录到一种在吸气相放电并延续至呼气相的吸气-呼气神经元(IEN)及在呼气相放电并延续至吸气相的呼气-吸气神经元(EIN)，统称为跨相神经元(PSN)，本文仍归为呼吸相关神经元一类，未作进一步区分。记录到的单位放电信号经微电极放大器输入记忆示波器显示，并输入计算机进行处理，绘出序列密度直方图，直接测量并打印图形与数据；同时与膈神经放电同步照像。
1.4 腓肠肌肌梭的破坏与鉴定 实验开始的前两天，在动物一侧肢体腓肠肌上散在多点注射0.5%的布比卡因(含15个单位的透明质酸酶)0.5ml/单位肌肉以彻底破坏腓肠肌肌梭[6]，两天后开始实验。实验结束时立即取下双侧后肢腓肠肌，标记并固定于酸酒精中，10d后用Fawosky法染色显示肌梭，镜下观察肌梭的坏死变化。
1.5 统计学处理 所有数据都以
±
表示，对给药前后的数据行配对t检验。
2 结果
2.1 股动脉注射Sch对延髓呼吸相关神经元自发放电的影响 在延髓闩前3.5mm～闩后8.0mm，中线旁开0.5～4.0mm，闩部水平以下0.3～5.0mm的范围内共记录到78个呼吸相关神经元，其中吸气神经元(IN)56个(占71.94%)，呼气神经元(EN)17个(占21.80%)，跨相神经元(PSN)5个(占6.41%)。股动脉注射Sch对延髓呼吸相关神经元自发放电的影响可分为兴奋、抑制、双相反应和无作用四种类型。其结果见表1。表中数据表明，股动脉注射Sch诱发的肌梭传入活动，对延髓吸气神经元的作用以兴奋为主(占吸气神经元总数的66.07%)，而对呼气神经元的作用则以抑制为主(占呼气神经元总数的58.83%)。
为了进一步对比Sch对延髓呼吸性和非呼吸性神经元的作用差别，我们在15个非呼吸性神经元中观察了股动脉注射Sch对其自发放电的影响。结果发现，兴奋与抑制反应均无明显差别(表1)。
表1 股动脉注射Sch对家兔延髓呼吸性和非呼吸性神经元自发放电的影响 神经元类型
神经元
数目
琥珀胆碱效应
兴 奋
抑 制
双相反应
无作用
吸气神经元
56
37(66.07)
11(19.64)
2(3.57)
6(10.72)
呼气神经元
17
4(23.53)
10(58.83)
1(5.88)
2(11.76)
跨相神经元
5
3(60.00)
1(20.00)
0(0.00)
1(20.00)
非呼吸性神经元
15
6(40.00)
5(33.33)
1(6.67)
3(20.00)
注：括号内数字代表百分比
为了分析股动脉注射Sch对延髓呼吸相关神经元自发放电的作用时程，本实验在21例对Sch发生兴奋反应的吸气神经元和10例对Sch发生抑制反应的呼气神经元上，观察了股动脉注射Sch后1、2、3、5、10、15及20min延髓呼吸相关神经元自发放电频率的变化。结果发现，Sch对吸气神经元的兴奋作用，一般在给药后1～2min即可达高峰，持续约3～5min后开始恢复，10min即可恢复到给药前水平。Sch对呼气神经元的抑制作用发生较晚，一般在给药后2～3min达到高峰，5min后开始恢复，15min恢复到给药前水平(结果见图1)。
图1 Sch对家兔延髓呼吸相关神经元自发放电的作用时程
注：与注药前相比*P<0.01
2.2 肌注布比卡因破坏肌梭传入后股动脉注射Sch对延髓呼吸相关神经元的影响 在11例对正常侧肢体股动脉注射Sch呈兴奋反应的吸气神经元上，我们观察到，肌注布比卡因侧肢体股动脉注射相同剂量的Sch，对延髓吸气神经元的兴奋作用明显减弱，较正常侧相比，股动脉注射Sch后，吸气神经元放电的增加率可由(56.23±14.45)%降低到(21.94±1.21)%。经统计学分析，差异有显著性(P<0.01)，结果见图2。
图2 肌注布比卡因侧肢体与正常侧肢体股动脉注射相同剂量
的Sch引起延髓吸气神经元放电增加变化率的比较
注：肌注布比卡因侧与非肌注布比卡因侧相比
*P<0.05,**P<0.01
3 讨论
来自骨骼肌的感觉传入纤维在呼吸运动，尤其是运动性通气增强反应中的作用，已被大量的研究所证实。然而，受其支配的感受器性质及其传导通路和作用机制却至今不清。肌梭作为骨骼肌内的本体感受器，其主要作用是感受肌肉相对长度的变化，那么，在呼吸运动及运动性通气增强反应中是否有肌梭的参与?为此，我们以延髓呼吸相关神经元自发放电结合膈神经放电(另文待发表)作为呼吸效应的客观指标，观察了股动脉注射琥珀胆碱(Sch)诱发的肌梭传入活动是否对呼吸运动具有反射性调节作用。结果发现，股动脉注射Sch对延髓吸气神经元的作用以兴奋为主，而呼气神经元则主要表现为抑制作用。我们认为这种效应可能是由于Sch诱发的肌梭传入活动引起的，而不是Sch的直接作用。因为Sch虽然在临床上作为一种去极化型肌松剂，但大量的研究表明它对肌梭具有强烈的兴奋作用。它不仅可以阻断梭外肌的神经-肌接头传递，亦可直接作用于梭内肌引起它的收缩，从而使肌梭传入放电增加。目前，Sch已被作为一种兴奋肌梭的工具药广泛地应用于肌梭的研究。它不仅作用迅速，持续时间短，代谢恢复快[7]，而且不能透过血-脑屏障[8]。所以我们可以肯定，Sch本身并不能直接作用于延髓呼吸相关神经元，而由其诱发的肌梭传入活动则是导致延髓呼吸相关神经元出现上述反应的真正原因。
为了进一步证实我们的推论是否正确，我们用布比卡因破坏肌梭的感觉传入末梢后，发现可明显抑制Sch对延髓呼吸相关神经元的兴奋作用，提示肌梭兴奋确实参与了对呼吸运动的反射性调节作用。
至于Sch诱发的肌梭传入活动是直接作用于延髓呼吸相关神经元或是通过延髓上中枢来参与呼吸运动的反射性调节，情况则比较复杂。从我们的实验结果可以看出，Sch对延髓吸气神经元的兴奋作用，一般在给药后1～2min即可达高峰，几乎与Sch诱发的肌梭兴奋的高峰期同时出现[7]；而对呼气神经元的抑制作用则发生较晚，一般在给药后2～3min达高峰。结合形态学和组织学资料的报道，肌梭传入可投射到延髓和延髓上结构的广泛区域[4]，我们可以推测，Sch诱发的肌梭传入有可能首先直接作用于延髓吸气神经元使之兴奋，转而通过交互抑制的方式来抑制呼气神经元的活动，即肌梭传入在兴奋吸气神经元的同时兴奋某一抑制性中间神经元，再通过该抑制性中间神经元来抑制呼气神经元的活动。由于肌梭传入向延髓上中枢，如脑桥、小脑及大脑皮层感觉运动区的投射也有大量的报道[9～11]，我们也不能排除肌梭的传入首先上行到延髓上中枢，然后通过延髓上中枢的下行作用来调节延髓呼吸相关神经元的活动；或者更大的可能是两种作用途径兼而有之。详细的机制还需我们今后做孤立延髓的实验来进一步探讨。由于呼吸节律的形成和调节是一个复杂的外周和多级中枢神经系统协调活动的过程，延髓呼吸中枢也是由许多广泛而复杂的呼吸相关神经元群(如背侧呼吸组，腹侧呼吸组等)所构成的。因此不同区域的呼吸相关神经元对Sch的反应也就有可能不一样；另外，由于延髓呼吸中枢内在的交互抑制作用以及延髓上中枢的下行调控作用，都有可能影响延髓呼吸相关神经元对Sch反应的差异性(兴奋、抑制或双相反应)，这种差异性作用可能正是肌梭传入调节呼吸运动协调活动的基础。
本研究首次用Sch选择性兴奋肌梭的方法，以延髓呼吸相关神经元放电活动结合膈神经放电作为呼吸效应的客观指标，从中枢探讨了肌梭传入对呼吸的反射性调节作用及其作用机制，为呼吸节律的形成和调节，尤其是运动性通气增强反应的机理研究提供了新的资料；同时为进一步探讨呼吸衰竭的防治方法也开辟了一条新的途径，如研制能适用于临床的兴奋肌梭的药物或仪器作为呼吸衰竭的辅助治疗方法。
基金项目：陕西省卫生厅资助课题
参考文献：
[1] Koizumi K,Ushigama J,Brooks C.Muscle afferents and the activity of respiratory neurons[J].Am J Physiol,1961,200(4)∶679
[2] Persegol L,Palisses R, Viala D.Characterization of hindlimb muscle afferents involved in ventilatory effects observed in decerebrate and spinal preparations[J].Exp Brain Res, 1993,92(3)∶495
[3] Ishida K,Yasuda Y,Miyamura M.Cardiorespiratory response at the onset of passive leg movements during sleep in humans[J].Eur J Appl Physiol,1993,66(6)∶507
[4] 伊滕文雄.筋感觉の科学-运动[M].名古屋(日本)：名古屋大学出版社，1985.209～210
[5] 陈子彬.运动性通气增强反应的机制[J].生理科学进展.1986,17(3)∶217
[6] Milburn A.The effect of the local anesthetic bupivacaine on the adult rat muscle spindle[J].J Physiol(Lond) ,1976，256(1)∶54
[7] 师养荣，樊小力，秦 潮.琥珀酰胆碱引起肌梭传入放电增加的时效关系[J].西安医科大学学报，1996，17(2)∶143
[8] Dalsanto G.Kinetics of distribution of radioactive labeled muscle relaxants,3:Investigaton with 14C-succinyldicholine and 14C-Succinylmocholine during controled conditons[J].Anesthesiology 1968,29(3)∶435
[9] Marlot D,Macron JM.Duron B.Projection of phrenic afferents to the cerebellar cortex[J].Neurosci Lett,1984,44(1)∶95
[10] Magherini PC,Pompeiano O,Seguin JJ.The response of nucleus Z neurons to sinusoidal stretch of hindlimb extensor[J].Brain Res,1974,73(2)∶343
[11] Gandevia SC,Burke D.Projecton to the cerebral cortex from proximal and distal muscle in the human upper limb[J].Brain,1988,111(pt2)∶389
(收稿日期：1999-10-11 修回日期：1999-12-24)
作者：邢国刚 樊小力 宋新爱
单位：(西安交通大学基础医学院生理学教研室，西安 710061)
关键词：肌梭；传入纤维；琥珀胆碱；呼吸相关神经元
西安医科大学学报000302摘 要：目的 观察肌梭传入对延髓呼吸相关神经元自发放电的影响，从呼吸中枢的途径探明肌梭传入是否对呼吸运动具有反射性调节作用。方法 在氨基甲酸乙酯麻醉、断双侧颈迷走神经、肌松、人工呼吸的家兔上，观察了股动脉注射琥珀胆碱(Sch)诱发肌梭兴奋对延髓呼吸相关神经元自发放电的影响。用双极银丝电极记录膈神经传出放电，用玻璃微电极细胞外记录延髓呼吸相关神经元单位放电，根据神经元放电和膈神经放电的时相关系来确定神经元的性质。记录到的单位放电信号输入示波器显示，并输入计算机处理，绘出序列密度直方图，直接测量并打印图形与数据；同时与膈神经放电同步照像。结果 (1)股动脉注射Sch可明显兴奋延髓吸气神经元而抑制呼气神经元的放电活动。在56个吸气神经元中，呈兴奋反应的37个，抑制反应的11个，双相反应的2个，其余6个无明显反应。在17个呼气神经元中，呈兴奋反应的4个，抑制反应的10个，双相反应的1个，其余2个无明显反应。(2)Sch对吸气神经元的兴奋作用，一般在给药后1～2min即可达高峰；而对呼气神经元的抑制作用则发生较晚，一般在给药后2～3min达高峰。(3)肌注布比卡因破坏肌梭后可明显降低Sch对延髓呼吸相关神经元的影响。较正常侧相比，肌注布比卡因侧肢股动脉注射相同剂量的Sch，吸气神经元放电的增加率可由(56.23±14.45)%降低到(21.94±1.21)%。结论 肌梭的传入活动对呼吸运动具有反射性调节作用。
中图分类号：R332.3；R338.8 文献标识码：A
文章编号：0258-0659(2000)03-0198-04
Effects of muscle spindle afferents invoked by
intraarterial injection of succinylcholine
on discharges of medullary respiratory neurons
Xing Guogang，Fan Xiaoli，Song Xin′ai
(Department of Physiology,Basical Medicine College,Xi′an Jiaotong University, Xi′an 710061,China)
ABSTRACT： Objective Through studying the effects of muscle spindles on discharges of medullary respiratory neurons, to ascertain whether muscle spindle afferents had the regulating effects on respiratory movement by ways of the respiratory center.Methods In urethane-anesthetized, vagotomized, paralyzed, and artificially ventilated rabbits, the effects of muscle spindle afferents invoked by intraarterial injection Succinylcholine(Sch) on discharges of medullary respiratory neurons have been assessed .The phrenic nerve discharges were recorded by biopolar silver electrode, and the discharges of respiratory neurons were recorded by extracellular glass microelectrode,so the types of neurons were determined by the phasic relationship between the discharges of respiratory neurons and phrenic nerve efferents.The discharges of respiratory units were showed on oscilloscope and their histograms were drawed by computer;In the mean time, the discharges of neurons and phrenic nerves were photographed synchronously.Results ①Most of inspiratory neurons(37/56) in the medulla were excited and most of expiratory neurons(10/17) were inhibited by intraarterial injection of Sch;②The excited climax of inspiratory neurons was usually at 1～2min after the injection of Sch, and the inhibited climax of expiratory neurons was usually at 2～3min after the injection of Sch;③The effects of Sch on discharges of respiratory neurons were significantly redcuced by intra-muscular application of bupivacaine to destroy the muscle spindles.The augmental rate of discharges of inspiratory neurons after Sch was reduced from (56.23±14.45)% to (21.94±1.21)% on the bupivacaine applicated limb compared with the normal limb.Conclusion The results suggest that the activities of muscle spindle afferents play an important role in modulation of respiration.
KEY WORDS: muscle spindle；afferent；Succinylcholine(Sch)；respiration-related neuron
大量的资料已经证明，骨骼肌的传入活动能够反射性地引起运动性通气增强反应，尤其是时相I反应[1～3]。但是，引起这种反射活动的机理却不清楚。尽管Koizumi等人认为，源于肌梭或腱器官的Ⅰ、Ⅱ类传入纤维是参与完成这种反射活动的主要传导纤维[1]，但是，完成这种反射性调节的感受器究竟是肌梭还是腱器官?其神经传导通路和作用机制又如何?这些都是有待于进一步解决的问题。肌梭是骨骼肌内的本体感受器，其主要作用是感受肌肉相对长度的变化。因此，我们有理由推测，在呼吸运动或运动性通气增强反应中一定会伴有肌梭的活动。形态学和组织学资料也表明，肌梭传入可与延髓内广泛的核团发生联系，这些核团在解剖位置都临近或存在延髓呼吸相关神经元[4]。Kalia等人用HRP组化法证实，含有HRP颗粒的腓肠肌传入神经末梢在孤束核周围聚集也较稠密[5]。因此，我们进一步推测，肌梭传入有可能通过延髓多个核团的接替，或直接作用于延髓呼吸相关神经元，参与完成运动性通气增强反应的调节。为此，本研究观察了股动脉注射琥珀胆碱(Succinycholine,Sch)诱发肌梭兴奋对延髓呼吸相关神经元放电活动的影响，旨在探讨肌梭传入对呼吸运动的反射性调节作用。
1 材料与方法
1.1 药品与给药方法 氨基甲酸乙酯(西安化学试剂厂)，1g/kg,静脉注射；三碘季铵酚(中国科学院上海生物研究所)，3mg/kg,静脉注射；琥珀胆碱(上海海普制药厂)，4mg/kg，股动脉注射；布比卡因(上海禾丰制药有限公司)，0.5ml/单位肌肉注射。所有药品均用生理盐水配制。
1.2 动物与手术 实验用体重1.5～3.5kg的家兔，雌雄不拘。静脉注射20%氨基甲酸乙酯(1g/kg)麻醉，气管插管，切断双侧颈迷走神经。行一侧股动脉插管(部分肌注布比卡因破坏腓肠肌肌梭的动物为双侧)。将兔头俯屈固定于立体定位仪上，经枕骨大孔暴露延髓第四脑室底及闩区，调整兔头使第四脑室底呈水平位。自颈背部分离一侧膈神经，双极银丝电极引导膈神经放电。实验开始后动物用1%三碘季铵酚(3mg/kg)制动，人工呼吸，连续监测心电，直肠温度维持在37℃～38℃之间。
1.3 延髓呼吸相关神经元单位放电的记录 用玻璃微电极细胞外记录单位放电。微电极内充0.5mol/L的醋酸钠溶液(含2%膀胺天蓝)，电极阻抗为5～15kΩ。呼吸单位的定位都以相对于闩部的位置来表示。根据神经元放电和膈神经放电的时相关系来确定神经元的性质：与膈神经同时放电的为吸气神经元(IN)；在膈神经静息期放电的为呼气神经元(EN)；持续放电的为非呼吸性神经元(non-RRN)。在一部分动物，我们还记录到一种在吸气相放电并延续至呼气相的吸气-呼气神经元(IEN)及在呼气相放电并延续至吸气相的呼气-吸气神经元(EIN)，统称为跨相神经元(PSN)，本文仍归为呼吸相关神经元一类，未作进一步区分。记录到的单位放电信号经微电极放大器输入记忆示波器显示，并输入计算机进行处理，绘出序列密度直方图，直接测量并打印图形与数据；同时与膈神经放电同步照像。
1.4 腓肠肌肌梭的破坏与鉴定 实验开始的前两天，在动物一侧肢体腓肠肌上散在多点注射0.5%的布比卡因(含15个单位的透明质酸酶)0.5ml/单位肌肉以彻底破坏腓肠肌肌梭[6]，两天后开始实验。实验结束时立即取下双侧后肢腓肠肌，标记并固定于酸酒精中，10d后用Fawosky法染色显示肌梭，镜下观察肌梭的坏死变化。
1.5 统计学处理 所有数据都以
±表示，对给药前后的数据行配对t检验。2 结果
2.1 股动脉注射Sch对延髓呼吸相关神经元自发放电的影响 在延髓闩前3.5mm～闩后8.0mm，中线旁开0.5～4.0mm，闩部水平以下0.3～5.0mm的范围内共记录到78个呼吸相关神经元，其中吸气神经元(IN)56个(占71.94%)，呼气神经元(EN)17个(占21.80%)，跨相神经元(PSN)5个(占6.41%)。股动脉注射Sch对延髓呼吸相关神经元自发放电的影响可分为兴奋、抑制、双相反应和无作用四种类型。其结果见表1。表中数据表明，股动脉注射Sch诱发的肌梭传入活动，对延髓吸气神经元的作用以兴奋为主(占吸气神经元总数的66.07%)，而对呼气神经元的作用则以抑制为主(占呼气神经元总数的58.83%)。
为了进一步对比Sch对延髓呼吸性和非呼吸性神经元的作用差别，我们在15个非呼吸性神经元中观察了股动脉注射Sch对其自发放电的影响。结果发现，兴奋与抑制反应均无明显差别(表1)。
表1 股动脉注射Sch对家兔延髓呼吸性和非呼吸性神经元自发放电的影响 神经元类型
神经元
数目
琥珀胆碱效应
兴 奋
抑 制
双相反应
无作用
吸气神经元
56
37(66.07)
11(19.64)
2(3.57)
6(10.72)
呼气神经元
17
4(23.53)
10(58.83)
1(5.88)
2(11.76)
跨相神经元
5
3(60.00)
1(20.00)
0(0.00)
1(20.00)
非呼吸性神经元
15
6(40.00)
5(33.33)
1(6.67)
3(20.00)
注：括号内数字代表百分比
为了分析股动脉注射Sch对延髓呼吸相关神经元自发放电的作用时程，本实验在21例对Sch发生兴奋反应的吸气神经元和10例对Sch发生抑制反应的呼气神经元上，观察了股动脉注射Sch后1、2、3、5、10、15及20min延髓呼吸相关神经元自发放电频率的变化。结果发现，Sch对吸气神经元的兴奋作用，一般在给药后1～2min即可达高峰，持续约3～5min后开始恢复，10min即可恢复到给药前水平。Sch对呼气神经元的抑制作用发生较晚，一般在给药后2～3min达到高峰，5min后开始恢复，15min恢复到给药前水平(结果见图1)。
图1 Sch对家兔延髓呼吸相关神经元自发放电的作用时程
注：与注药前相比*P<0.01
2.2 肌注布比卡因破坏肌梭传入后股动脉注射Sch对延髓呼吸相关神经元的影响 在11例对正常侧肢体股动脉注射Sch呈兴奋反应的吸气神经元上，我们观察到，肌注布比卡因侧肢体股动脉注射相同剂量的Sch，对延髓吸气神经元的兴奋作用明显减弱，较正常侧相比，股动脉注射Sch后，吸气神经元放电的增加率可由(56.23±14.45)%降低到(21.94±1.21)%。经统计学分析，差异有显著性(P<0.01)，结果见图2。
图2 肌注布比卡因侧肢体与正常侧肢体股动脉注射相同剂量
的Sch引起延髓吸气神经元放电增加变化率的比较
注：肌注布比卡因侧与非肌注布比卡因侧相比
*P<0.05,**P<0.01
3 讨论
来自骨骼肌的感觉传入纤维在呼吸运动，尤其是运动性通气增强反应中的作用，已被大量的研究所证实。然而，受其支配的感受器性质及其传导通路和作用机制却至今不清。肌梭作为骨骼肌内的本体感受器，其主要作用是感受肌肉相对长度的变化，那么，在呼吸运动及运动性通气增强反应中是否有肌梭的参与?为此，我们以延髓呼吸相关神经元自发放电结合膈神经放电(另文待发表)作为呼吸效应的客观指标，观察了股动脉注射琥珀胆碱(Sch)诱发的肌梭传入活动是否对呼吸运动具有反射性调节作用。结果发现，股动脉注射Sch对延髓吸气神经元的作用以兴奋为主，而呼气神经元则主要表现为抑制作用。我们认为这种效应可能是由于Sch诱发的肌梭传入活动引起的，而不是Sch的直接作用。因为Sch虽然在临床上作为一种去极化型肌松剂，但大量的研究表明它对肌梭具有强烈的兴奋作用。它不仅可以阻断梭外肌的神经-肌接头传递，亦可直接作用于梭内肌引起它的收缩，从而使肌梭传入放电增加。目前，Sch已被作为一种兴奋肌梭的工具药广泛地应用于肌梭的研究。它不仅作用迅速，持续时间短，代谢恢复快[7]，而且不能透过血-脑屏障[8]。所以我们可以肯定，Sch本身并不能直接作用于延髓呼吸相关神经元，而由其诱发的肌梭传入活动则是导致延髓呼吸相关神经元出现上述反应的真正原因。
为了进一步证实我们的推论是否正确，我们用布比卡因破坏肌梭的感觉传入末梢后，发现可明显抑制Sch对延髓呼吸相关神经元的兴奋作用，提示肌梭兴奋确实参与了对呼吸运动的反射性调节作用。
至于Sch诱发的肌梭传入活动是直接作用于延髓呼吸相关神经元或是通过延髓上中枢来参与呼吸运动的反射性调节，情况则比较复杂。从我们的实验结果可以看出，Sch对延髓吸气神经元的兴奋作用，一般在给药后1～2min即可达高峰，几乎与Sch诱发的肌梭兴奋的高峰期同时出现[7]；而对呼气神经元的抑制作用则发生较晚，一般在给药后2～3min达高峰。结合形态学和组织学资料的报道，肌梭传入可投射到延髓和延髓上结构的广泛区域[4]，我们可以推测，Sch诱发的肌梭传入有可能首先直接作用于延髓吸气神经元使之兴奋，转而通过交互抑制的方式来抑制呼气神经元的活动，即肌梭传入在兴奋吸气神经元的同时兴奋某一抑制性中间神经元，再通过该抑制性中间神经元来抑制呼气神经元的活动。由于肌梭传入向延髓上中枢，如脑桥、小脑及大脑皮层感觉运动区的投射也有大量的报道[9～11]，我们也不能排除肌梭的传入首先上行到延髓上中枢，然后通过延髓上中枢的下行作用来调节延髓呼吸相关神经元的活动；或者更大的可能是两种作用途径兼而有之。详细的机制还需我们今后做孤立延髓的实验来进一步探讨。由于呼吸节律的形成和调节是一个复杂的外周和多级中枢神经系统协调活动的过程，延髓呼吸中枢也是由许多广泛而复杂的呼吸相关神经元群(如背侧呼吸组，腹侧呼吸组等)所构成的。因此不同区域的呼吸相关神经元对Sch的反应也就有可能不一样；另外，由于延髓呼吸中枢内在的交互抑制作用以及延髓上中枢的下行调控作用，都有可能影响延髓呼吸相关神经元对Sch反应的差异性(兴奋、抑制或双相反应)，这种差异性作用可能正是肌梭传入调节呼吸运动协调活动的基础。
本研究首次用Sch选择性兴奋肌梭的方法，以延髓呼吸相关神经元放电活动结合膈神经放电作为呼吸效应的客观指标，从中枢探讨了肌梭传入对呼吸的反射性调节作用及其作用机制，为呼吸节律的形成和调节，尤其是运动性通气增强反应的机理研究提供了新的资料；同时为进一步探讨呼吸衰竭的防治方法也开辟了一条新的途径，如研制能适用于临床的兴奋肌梭的药物或仪器作为呼吸衰竭的辅助治疗方法。
基金项目：陕西省卫生厅资助课题
参考文献：
[1] Koizumi K,Ushigama J,Brooks C.Muscle afferents and the activity of respiratory neurons[J].Am J Physiol,1961,200(4)∶679
[2] Persegol L,Palisses R, Viala D.Characterization of hindlimb muscle afferents involved in ventilatory effects observed in decerebrate and spinal preparations[J].Exp Brain Res, 1993,92(3)∶495
[3] Ishida K,Yasuda Y,Miyamura M.Cardiorespiratory response at the onset of passive leg movements during sleep in humans[J].Eur J Appl Physiol,1993,66(6)∶507
[4] 伊滕文雄.筋感觉の科学-运动[M].名古屋(日本)：名古屋大学出版社，1985.209～210
[5] 陈子彬.运动性通气增强反应的机制[J].生理科学进展.1986,17(3)∶217
[6] Milburn A.The effect of the local anesthetic bupivacaine on the adult rat muscle spindle[J].J Physiol(Lond) ,1976，256(1)∶54
[7] 师养荣，樊小力，秦 潮.琥珀酰胆碱引起肌梭传入放电增加的时效关系[J].西安医科大学学报，1996，17(2)∶143
[8] Dalsanto G.Kinetics of distribution of radioactive labeled muscle relaxants,3:Investigaton with 14C-succinyldicholine and 14C-Succinylmocholine during controled conditons[J].Anesthesiology 1968,29(3)∶435
[9] Marlot D,Macron JM.Duron B.Projection of phrenic afferents to the cerebellar cortex[J].Neurosci Lett,1984,44(1)∶95
[10] Magherini PC,Pompeiano O,Seguin JJ.The response of nucleus Z neurons to sinusoidal stretch of hindlimb extensor[J].Brain Res,1974,73(2)∶343
[11] Gandevia SC,Burke D.Projecton to the cerebral cortex from proximal and distal muscle in the human upper limb[J].Brain,1988,111(pt2)∶389
(收稿日期：1999-10-11 修回日期：1999-12-24)
您现在查看是摘要介绍页，详见PDF附件(183kb)。