脑电超慢涨落图技术在癫痫研究中的应用
作者：李秀艳 王玉良 杨瑞贞 刘克花 陆洪英 王益光
单位：李秀艳 王玉良 杨瑞贞 陆洪英 王益光(潍坊医学院护理系，山东潍坊 261042)；刘克花(潍坊市人民医院)
关键词：癫痫发作；EEG；神经递质；ET；海人酸；大鼠
中国应用生理学杂志000325 摘要 目的:观察脑内多种神经递质对癫痫发作的影响。方法：以癫痫患者 和SD大鼠为实验对象，用脑功能检测的最新技术脑电超慢涨落图分析仪(encephalofluctuo gram technology，ET)长时程采集脑电信号，提取在脑电中载有脑神经递质调节系统的震荡 信息(即S谱线)，分析癫痫发作时的脑神经递质的变化。结果：患儿癫痫发作时 ，S谱线中S2(谷氨酸)增高；S1(γ-氨基丁酸)降低，造成 S1
中图分类号： R7491+7文献标识码：B 文章编号：1000-6834(2000)03-0286-03
THE APPLICATION OF ENCEPHALOFLUCTUOGRAM TECHNOLOGY IN EPILEPTIC RESEARCH
LI Xiu-yan1,WANG Yu-liang1,YANG Rui-zhen1,LIU Ke-hua2,LI U Hong-ying2,WANG Yi-guang1
(1.Weifang Medical College,Shandong Weifang 261042; 2.The People ＇s Hospital of Weifang City, Shandong)
, 百拇医药
ABSTRACT
Aim: To observe the effects of neurotransmitters in brain on epileptic sei zures. Methods: In epileptic children and SD rats induced by injecti on of kainic acid into hippocampal area, the fluctuating information regulated b y neurotransmitters in brain was abstracted from EEG, which reflects the levels o f many transmitters in brain. In epilepsy seizures, the changes of neurotransmi tters were analyzed with the latest analysis technology of brain function-e ncephalofluctuogram technology (ET). Results: In the epilepsy se izures in children, the SI spectral line(GABA) in encephalofluctuogram decreased , S2 spectral line(Glu) increased, so SI
KEY WORDS： epileptic seizures； EEG; neurotra nsmitters； encephalofluctuogram; kainic acid; rats
癫痫的病因异常复杂，发病机理尚不清楚。离体实验表 明，脑内氨基酸递质及某些生理生化因素都可能激发癫痫发作，但在整体水平上癫痫发作与 脑内神经递质的关系尚不清楚，主要原因是缺乏有效的无创检测技术。ET是一项由我国首创 的世界脑功能检测先进技术，原是为发展载人航天技术[1]，用于测验和研究宇航 员的脑功能。经多年的研究，已经超越传统脑波研究范畴，在完全自然和绝对无创伤的条件 下，对脑波超慢涨落过程进行扫描，通过多导联、长时程、宽频带及多重频谱分析，从中获 得隐含在脑电中的频率特征在1～255 mHz范围内的信号成分，称之为S谱，从而展示脑内神 经化学递质振荡反应，获得有关脑内神经化学递质活动的信号。该技术的特点是：在一次检 测中可以同时获得S1 γ-氨基丁酸(GABA)、S2谷氨酸(Glu)、S4 5-羟色胺(5-HT)、S5 乙酰胆碱(Ach)、S7去甲肾上腺素(NE)、S11多巴胺(DA)、 S13脑抑制性递质(如戊巴比妥)等 多种神经化学递质在不同脑区的分布情况，由此反应脑功能状态。为此，我们采用ET技术， 根据脑波中载有脑内神经化学递质超慢震荡信息，分析癫痫发作时脑内神经递质的变化， 旨在探讨在整体条件下脑内神经递质变化与癫痫发作的关系。
, 百拇医药
1 材料与方法
1.1 人体实验
根据病史和临床表现选择原发性癫痫患儿10例，年龄在5～11岁，男6例，女4例。根据 国际抗癫痫联盟1989年公布的癫痫和癫痫综合征最新分类规定，其中7例为全面性癫痫发作 ，3例为部分癫痫发作，在行ET检测前停药3 d，检测时经过过度通气3 min诱发癫痫痫性放电。检查按国际10-20系统导联法安放电极12个，分别放在F3、F4、C3、C4、P3、P4、01 、02、F7、F8、T5、T6的位置。打开ET仪预热20 min，通过信号自检，然后采集脑电信号18 min(时间常数0.3 s)，记录完毕，ET程序自动进行分析处理。
1.2 动物实验
选取健康SD大鼠30只，体重250～300 g，雌雄不拘。随机分为对照组和实验组，每组15只。 实验组用3%戊巴比妥钠麻醉(30 mg/kg，i.p)，麻醉后10 min用4电极法(电极安放相当于 F 3、F4、P3、P4位置)采集大鼠的脑电信号10 min，储存后待分析处理。随后将大鼠固定在江 湾-1型脑立体定位仪上，颅顶剪毛，做正中矢状切口，于前囱后1.4 mm中线旁开2.4 mm处钻破颅骨，用微量注射器垂直进针7～8 mm(相当于海马区)，然后缓慢注入海人酸1 μl(g /L)，2 min后缓慢退针。实验以动物出现痫样放电[5]伴随肢体抽动为造模成功。 致痫10 min后用上述同样方法采集脑电信号10 min，用ET仪分析脑电功率和S谱的变化。对 照组向海马区注入等量生理盐水，其余处理同实验组。
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1.3 数据处理
所得数据以均数±标准差(
±s)表示，脑电功率采用t检验进行处理。
2 结果
2.1 患儿癫痫发作时脑电功率和ET变化
10例癫痫患儿均为原发性癫痫，7例患儿的ET结果出现S2(Glu)、S5(Ach)谱增高，S1(GA BA)、S7(NE)、S11(DA)降低，l例S谱在正常范围内，2例患儿S1、S2均降低，且Sl与S2的 比值降低。10例患儿的脑电功率和l例患儿ET的S谱分析(图1，表1)。
Fig.1 Average EEG powers of eac h left-right corresponding brain areas in idiopathic epileptic children before and after hyperventilation(HV) for 3 minutes. The numbers (1, 2……, 6) on horiz ontal axis respectively represent frontal, central, parietal, occipital, anteri or-temporal, posterior-temporal brain areas
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Tab.1 Analysis of the basic frequency spec tra in ET of an epileptic child S spectra
S1
S2
S3
S5
S7
SI3
Expective
7.6±2.3
3.7±1.9
30.1±9.0
, 百拇医药
14.2±4.3
12.9±3.9
4.6±1. 4
Values:
Measured
1
11
38
22
2
1
values:
Distribu-
, 百拇医药
1 0
2 3
10 11
6 6
2 0
1 0
tion:
0 0
3 3
7 10
4 6
0 0
0 0
, http://www.100md.com
Note: ①the data in tab 1 were obtained from an idiopathic epileptic chi ld who is 6 years old, male, having seized 6 times. This time the EEG signals we re recorded after high ventilation for 3 minutes and processed with ET. ② Distr ibution in tab 1 means the distribution of measured S spectral lines in four (l eft-anterior, right-anterior, left-posterior, right-posterior) brain areas[ WW)〗
2. 2 SD大鼠在麻醉状态和致痫后的EEG变化(图2，图3)
Fig.2 EEG in a mobarbitalum nat ricum anesthetized SD rat (10 μv/mm;S/15 mm)
Fig.3 EEG in an epileptic SD r at induced by injection of kainic acid into hippcampal area(10 μv/mm S/15 mm)
, 百拇医药
Tab.2 Analysis of S spectral lines in SD rats after evoked epilepsy(±s,n=15)) Group
S1
S2
S5
S7
S13
Control
12.4±2.3
3.6±1.2
12.5±4.2
, http://www.100md.com
5.3± 2.3
4.4±1.8
Seizures
8.6±1.4* *
11.2±4.1* *
16.4±5.1* *
20.4±6.4* *
2.4±1.6**
* * P<0.01 compared with control
2.3 致痫前后ET变化
, 百拇医药
戊巴比妥钠对脑电功率有较大影响，对S谱有极强的抑制作用[2]，致痫后S1 与S2比值由原来的3.44变为0.77。S13(戊巴比妥)明显降低。表2为大鼠致痫前后ET的变化 。
3 讨论
据报道，脑波中分离出来的ET指标S谱线，在D1(最优谱线)的分析中S1谱能够反映脑神经递质γ-氨基丁酸(GABA)；S2谱反映谷氨酸(Glu)；S3谱反映胆碱能受体的活动；S4谱 反映5-羟色胺(5-HT)[2]；S5谱反映乙酰胆碱(Ach)；S13能够反映GABA和脑内抑 制性物质戊巴比妥的水平[3]。鉴于此，我们观察了10例癫痫患儿在痫性发作中的E T变化，其中，9例患儿的 ET结果出现异常，仅1例S谱在正常值范围内，ET S谱异常主要表 现为最优频为S2(Glu)，出现频率增加，而S1(GABA)、S13出现频率降低，这与动物离体实验 中 Glu和GABA变化的结果一致[3]。检测了大鼠在戊巴比妥钠的麻醉下，脑电波与 脑内神经递质的变化。大鼠在戊巴比妥钠的麻醉下，脑电波幅度前脑区较高，后脑区较低( 见图2)，出现前后脑逆转。在此基础上，用海人酸在海马区致痫，5 min后EEG出现多棘波痫 样放电[5](图3)，用ET仪检测脑电功率并分析S谱变化(表2)，发现S1谱降低，提示 脑内抑制性递质GABA降低，而S2、S3、S5增高，说明兴奋性递质Glu、Ach和Ach受体明显增 高。上述实验结果提示癫痫发作时脑内兴奋性递质和受体[4]增高，抑制性递质降低。大鼠在海人酸致痫后的ET表现，与癫痫患者发作期记录的脑波中分离出的ET指标结果一 致。
, http://www.100md.com
根据文献报道，在正常人安静状态下，S1、S2，两者的比值在2∶1左右。癫痫发作时出 现S2>S1，在7例患儿中，癫痫发作时S2谱线均上升，一例在正常范围内。S2与癫痫发作有 本质的联系，它是癫痫的触发因素，用此检测指标可预测癫痫的发作。总之，本实验利用无 创性检测技术 ET证实：癫痫患者和致痫大鼠痫性发作时，Glu和Ach增高，而GABA明显下降 ，这与Glu促进癫痫发作，GABA对抗发作的观点是完全一致的。
作者简介：李秀艳(1953-),女, 河北省沧州市人，副教授，主要从事神经 电生理、神经心理方面的研究。
参考文献
[1] Mei Lei. ET-the new technology for brain function research [M]. Beijing， Guofang Industrial Springer press. 1995.106-114.
, 百拇医药
[2] Bei Yanqiang , Mei Lei, Liu Yuehong. Effect of dopa, 5-HT and mobarbit alum on encephalofluctuogram in rats[J]. Space Medicine and Medical Enginee ring, 1990,3(1):17-21.
[3] Cooper B R. GABA, glycine and glutamic acid. In: Biochemical basis of neu ropharmacology [M].Oxford University Press, New York. 1994. 202-305.
[4] Mclennan H. Excitatory amino acid receptors in the CNS[M]. In: Amino Ac id Neurotransmitters. Iversen L, et al. (ed) Plenum, New York. 1993.211-294 .
[5] 李秀艳，唐可欣，侯建平，等.血浆钙离子浓度对青霉素引起的家兔皮层痫样放电 的影响[J].中国应用生理学杂志，1992，8(4)：370-371.
收稿日期：1999-06-21；修回日期：2000-01- 17, http://www.100md.com
单位：李秀艳 王玉良 杨瑞贞 陆洪英 王益光(潍坊医学院护理系，山东潍坊 261042)；刘克花(潍坊市人民医院)
关键词：癫痫发作；EEG；神经递质；ET；海人酸；大鼠
中国应用生理学杂志000325 摘要 目的:观察脑内多种神经递质对癫痫发作的影响。方法：以癫痫患者 和SD大鼠为实验对象，用脑功能检测的最新技术脑电超慢涨落图分析仪(encephalofluctuo gram technology，ET)长时程采集脑电信号，提取在脑电中载有脑神经递质调节系统的震荡 信息(即S谱线)，分析癫痫发作时的脑神经递质的变化。结果：患儿癫痫发作时 ，S谱线中S2(谷氨酸)增高；S1(γ-氨基丁酸)降低，造成 S1
中图分类号： R7491+7文献标识码：B 文章编号：1000-6834(2000)03-0286-03
THE APPLICATION OF ENCEPHALOFLUCTUOGRAM TECHNOLOGY IN EPILEPTIC RESEARCH
LI Xiu-yan1,WANG Yu-liang1,YANG Rui-zhen1,LIU Ke-hua2,LI U Hong-ying2,WANG Yi-guang1
(1.Weifang Medical College,Shandong Weifang 261042; 2.The People ＇s Hospital of Weifang City, Shandong)
, 百拇医药
ABSTRACT
Aim: To observe the effects of neurotransmitters in brain on epileptic sei zures. Methods: In epileptic children and SD rats induced by injecti on of kainic acid into hippocampal area, the fluctuating information regulated b y neurotransmitters in brain was abstracted from EEG, which reflects the levels o f many transmitters in brain. In epilepsy seizures, the changes of neurotransmi tters were analyzed with the latest analysis technology of brain function-e ncephalofluctuogram technology (ET). Results: In the epilepsy se izures in children, the SI spectral line(GABA) in encephalofluctuogram decreased , S2 spectral line(Glu) increased, so SI
KEY WORDS： epileptic seizures； EEG; neurotra nsmitters； encephalofluctuogram; kainic acid; rats
癫痫的病因异常复杂，发病机理尚不清楚。离体实验表 明，脑内氨基酸递质及某些生理生化因素都可能激发癫痫发作，但在整体水平上癫痫发作与 脑内神经递质的关系尚不清楚，主要原因是缺乏有效的无创检测技术。ET是一项由我国首创 的世界脑功能检测先进技术，原是为发展载人航天技术[1]，用于测验和研究宇航 员的脑功能。经多年的研究，已经超越传统脑波研究范畴，在完全自然和绝对无创伤的条件 下，对脑波超慢涨落过程进行扫描，通过多导联、长时程、宽频带及多重频谱分析，从中获 得隐含在脑电中的频率特征在1～255 mHz范围内的信号成分，称之为S谱，从而展示脑内神 经化学递质振荡反应，获得有关脑内神经化学递质活动的信号。该技术的特点是：在一次检 测中可以同时获得S1 γ-氨基丁酸(GABA)、S2谷氨酸(Glu)、S4 5-羟色胺(5-HT)、S5 乙酰胆碱(Ach)、S7去甲肾上腺素(NE)、S11多巴胺(DA)、 S13脑抑制性递质(如戊巴比妥)等 多种神经化学递质在不同脑区的分布情况，由此反应脑功能状态。为此，我们采用ET技术， 根据脑波中载有脑内神经化学递质超慢震荡信息，分析癫痫发作时脑内神经递质的变化， 旨在探讨在整体条件下脑内神经递质变化与癫痫发作的关系。
, 百拇医药
1 材料与方法
1.1 人体实验
根据病史和临床表现选择原发性癫痫患儿10例，年龄在5～11岁，男6例，女4例。根据 国际抗癫痫联盟1989年公布的癫痫和癫痫综合征最新分类规定，其中7例为全面性癫痫发作 ，3例为部分癫痫发作，在行ET检测前停药3 d，检测时经过过度通气3 min诱发癫痫痫性放电。检查按国际10-20系统导联法安放电极12个，分别放在F3、F4、C3、C4、P3、P4、01 、02、F7、F8、T5、T6的位置。打开ET仪预热20 min，通过信号自检，然后采集脑电信号18 min(时间常数0.3 s)，记录完毕，ET程序自动进行分析处理。
1.2 动物实验
选取健康SD大鼠30只，体重250～300 g，雌雄不拘。随机分为对照组和实验组，每组15只。 实验组用3%戊巴比妥钠麻醉(30 mg/kg，i.p)，麻醉后10 min用4电极法(电极安放相当于 F 3、F4、P3、P4位置)采集大鼠的脑电信号10 min，储存后待分析处理。随后将大鼠固定在江 湾-1型脑立体定位仪上，颅顶剪毛，做正中矢状切口，于前囱后1.4 mm中线旁开2.4 mm处钻破颅骨，用微量注射器垂直进针7～8 mm(相当于海马区)，然后缓慢注入海人酸1 μl(g /L)，2 min后缓慢退针。实验以动物出现痫样放电[5]伴随肢体抽动为造模成功。 致痫10 min后用上述同样方法采集脑电信号10 min，用ET仪分析脑电功率和S谱的变化。对 照组向海马区注入等量生理盐水，其余处理同实验组。
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1.3 数据处理
所得数据以均数±标准差(
±s)表示，脑电功率采用t检验进行处理。2 结果
2.1 患儿癫痫发作时脑电功率和ET变化
10例癫痫患儿均为原发性癫痫，7例患儿的ET结果出现S2(Glu)、S5(Ach)谱增高，S1(GA BA)、S7(NE)、S11(DA)降低，l例S谱在正常范围内，2例患儿S1、S2均降低，且Sl与S2的 比值降低。10例患儿的脑电功率和l例患儿ET的S谱分析(图1，表1)。
Fig.1 Average EEG powers of eac h left-right corresponding brain areas in idiopathic epileptic children before and after hyperventilation(HV) for 3 minutes. The numbers (1, 2……, 6) on horiz ontal axis respectively represent frontal, central, parietal, occipital, anteri or-temporal, posterior-temporal brain areas, http://www.100md.com
Tab.1 Analysis of the basic frequency spec tra in ET of an epileptic child S spectra
S1
S2
S3
S5
S7
SI3
Expective
7.6±2.3
3.7±1.9
30.1±9.0
, 百拇医药
14.2±4.3
12.9±3.9
4.6±1. 4
Values:
Measured
1
11
38
22
2
1
values:
Distribu-
, 百拇医药
1 0
2 3
10 11
6 6
2 0
1 0
tion:
0 0
3 3
7 10
4 6
0 0
0 0
, http://www.100md.com
Note: ①the data in tab 1 were obtained from an idiopathic epileptic chi ld who is 6 years old, male, having seized 6 times. This time the EEG signals we re recorded after high ventilation for 3 minutes and processed with ET. ② Distr ibution in tab 1 means the distribution of measured S spectral lines in four (l eft-anterior, right-anterior, left-posterior, right-posterior) brain areas[ WW)〗
2. 2 SD大鼠在麻醉状态和致痫后的EEG变化(图2，图3)
Fig.2 EEG in a mobarbitalum nat ricum anesthetized SD rat (10 μv/mm;S/15 mm)Fig.3 EEG in an epileptic SD r at induced by injection of kainic acid into hippcampal area(10 μv/mm S/15 mm), 百拇医药
Tab.2 Analysis of S spectral lines in SD rats after evoked epilepsy(
±s,n=15)) GroupS1
S2
S5
S7
S13
Control
12.4±2.3
3.6±1.2
12.5±4.2
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5.3± 2.3
4.4±1.8
Seizures
8.6±1.4* *
11.2±4.1* *
16.4±5.1* *
20.4±6.4* *
2.4±1.6**
* * P<0.01 compared with control
2.3 致痫前后ET变化
, 百拇医药
戊巴比妥钠对脑电功率有较大影响，对S谱有极强的抑制作用[2]，致痫后S1 与S2比值由原来的3.44变为0.77。S13(戊巴比妥)明显降低。表2为大鼠致痫前后ET的变化 。
3 讨论
据报道，脑波中分离出来的ET指标S谱线，在D1(最优谱线)的分析中S1谱能够反映脑神经递质γ-氨基丁酸(GABA)；S2谱反映谷氨酸(Glu)；S3谱反映胆碱能受体的活动；S4谱 反映5-羟色胺(5-HT)[2]；S5谱反映乙酰胆碱(Ach)；S13能够反映GABA和脑内抑 制性物质戊巴比妥的水平[3]。鉴于此，我们观察了10例癫痫患儿在痫性发作中的E T变化，其中，9例患儿的 ET结果出现异常，仅1例S谱在正常值范围内，ET S谱异常主要表 现为最优频为S2(Glu)，出现频率增加，而S1(GABA)、S13出现频率降低，这与动物离体实验 中 Glu和GABA变化的结果一致[3]。检测了大鼠在戊巴比妥钠的麻醉下，脑电波与 脑内神经递质的变化。大鼠在戊巴比妥钠的麻醉下，脑电波幅度前脑区较高，后脑区较低( 见图2)，出现前后脑逆转。在此基础上，用海人酸在海马区致痫，5 min后EEG出现多棘波痫 样放电[5](图3)，用ET仪检测脑电功率并分析S谱变化(表2)，发现S1谱降低，提示 脑内抑制性递质GABA降低，而S2、S3、S5增高，说明兴奋性递质Glu、Ach和Ach受体明显增 高。上述实验结果提示癫痫发作时脑内兴奋性递质和受体[4]增高，抑制性递质降低。大鼠在海人酸致痫后的ET表现，与癫痫患者发作期记录的脑波中分离出的ET指标结果一 致。
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根据文献报道，在正常人安静状态下，S1、S2，两者的比值在2∶1左右。癫痫发作时出 现S2>S1，在7例患儿中，癫痫发作时S2谱线均上升，一例在正常范围内。S2与癫痫发作有 本质的联系，它是癫痫的触发因素，用此检测指标可预测癫痫的发作。总之，本实验利用无 创性检测技术 ET证实：癫痫患者和致痫大鼠痫性发作时，Glu和Ach增高，而GABA明显下降 ，这与Glu促进癫痫发作，GABA对抗发作的观点是完全一致的。
作者简介：李秀艳(1953-),女, 河北省沧州市人，副教授，主要从事神经 电生理、神经心理方面的研究。
参考文献
[1] Mei Lei. ET-the new technology for brain function research [M]. Beijing， Guofang Industrial Springer press. 1995.106-114.
, 百拇医药
[2] Bei Yanqiang , Mei Lei, Liu Yuehong. Effect of dopa, 5-HT and mobarbit alum on encephalofluctuogram in rats[J]. Space Medicine and Medical Enginee ring, 1990,3(1):17-21.
[3] Cooper B R. GABA, glycine and glutamic acid. In: Biochemical basis of neu ropharmacology [M].Oxford University Press, New York. 1994. 202-305.
[4] Mclennan H. Excitatory amino acid receptors in the CNS[M]. In: Amino Ac id Neurotransmitters. Iversen L, et al. (ed) Plenum, New York. 1993.211-294 .
[5] 李秀艳，唐可欣，侯建平，等.血浆钙离子浓度对青霉素引起的家兔皮层痫样放电 的影响[J].中国应用生理学杂志，1992，8(4)：370-371.
收稿日期：1999-06-21；修回日期：2000-01- 17, http://www.100md.com