电刺激大鼠右后背海马诱导前背海马神经网络癫痫样电活

生理学报ActaPhysiologicaSinica,June25,2003,53(3):233-238233电刺激大鼠右后背海马诱导前背海马神经网络癫痫样电活动王文挺1,韩丹1*,邹祖玉2,曾俊2武汉大学医学院1生理学系、2病理学与病理生理学系，武汉，430071摘要:本文旨在探讨单侧海马（hippocampus，HPC）内神经网络与HPC癫痫发生的关系及其细胞机制。实验在45只Sprague-Dawley大鼠上完成。急性强直电刺激大鼠右侧后背HPCCA1基树突区（acutetetanizationoftheposteriordorsalhippocampus，ATPDH；60Hz，2s,0.4-0.6mA）诱发HPC癫痫模型，同步记录同侧前背HPCCA1顶树突区单位放电和基树突区深部电图。结果，ATPDH可以沿长轴向前1.8mm处对前背HPC神经网络产生下述效应：（1）同步或非同步原发性单位与深部电图后放电,同步性后放电锁时（time–lock）关系明显。非同步性后放电的深部电图癫痫样电活动具有宽频带特征（5-90Hz）；（2）原发性单位后放-后抑制效应可以引发低频原发性电图后放电，长时程爆发式单位放电可以诱发高频原发性电图后放电；（3）短束原发性电图后放电也可以诱发原发性单位后放电；（4）原发性电图后放电和神经元单位放电的抑制效应具有明显可塑性特征。以上结果提示，重复施加ATPDH可以引起前背HPC癫痫相关性病理生理性神经网络的重建；而单个神经元与神经网络的异常电活动之间具有明显的互动作用和突触传递可塑性特征；沿HPC长轴内在抑制性通路的过度活动也可以诱发电图癫痫样电活动，导致HPC网络癫痫的发生。关键词:深部电图；单位放电；神经网络；强直电刺激；海马；癫痫.中图分类号：Q424;R742.1EpileptiformactivityoftheanteriordorsalhippocampalnetworkinducedbyacutetetanizationoftherightposteriordorsalhippocampusoftheratWANGWen-ting1,HANDan1*,ZOUZu-yu2,ZengJun2Departmentsof1Physiology，2PathologyandPathophysiology,MedicalCollege,WuhanUniversity,Wuhan430071Abstract:Thepurposeofthepresentworkwastostudytheroleofunilateralhippocampalneuralnetworkinhippocampalepileptogenesisanditscellularmechanisms.Experimentswereperformedon45Sprague-Dawleyadultrats.Acutetetanization(60Hz,2s,0.4-0.6mA)oftherightposteriordorsalhippocampus(ATPDH)wasusedtoinducehippocampalepilepsy.Thesingleunitdischargesandthedepthelectrographsweresynchronouslyrecordedwithaglassmicroelectrodeandapairofstainlessconcentricelectrodesintheipsilateralanteriordorsalhippocampus(HPC).Theresultsdemonstratedthat:(1)someprimaryunitafterdischargesweresynchronizedwithprimaryelectrographicafterdischargesintheanteriordorsalHPCnetworkaftereightorninetetanictrainswereadministered.Othersdesynchronizedwith5-90Hzprimarydepthelectrographicafterdischarges;(2)primaryelectrographicafterdischargesweredrivenbyprimaryunitafterdischargesintheanteriordorsalHPC;(3)primaryunitafterdischargeswereinducedbybriefprimaryelectrographicafterdischarges;and(4)plasticityofprimaryelectrographicafterdischargesandinhibitionofsingleneuronfiringwereinducedbyrepetitiveATPDH.TheresultssuggestthathippocampalpathophysiologicnetworkalongthetemporalseptalaxisoftheHPCisreestablishedbytherepetitiveATPDH.Thereareplasticinteractionsbetweensingleneuronsanditsnetworkduringthisreestablishment,whichmaybeinvolvedinthegenerationof“seizureReceived2002-09-16Accepted2002-12-11ThisworkwassupportedbytheNaturalScienceFoundationofHubeiProvince(No.99J137)*Correspondingauthor.Tel:[phone];E-mail:[e-mail].研究论文生理学报ActaPhysiologicaSinica,June25,2003,53(3):233-238234oscillation”.Over-activationofanintrinsicinhibitionoftheHPCalongitstemporal-septalaxismightbeinvolvedinhippocampalnetworkepileptogenesis.Keywords:electroencephalography;singleunitdischarges;neuralnetworks;tetanus;hippocampus;epilepsy.海马（hippocampus，HPC）内的神经网络和神经元功能异常是HPC癫痫发生的重要因素。实验研究证实，HPC癫痫的发生涉及内在神经网络功能失衡与突触重构[1，2]。海马CA1区的0.5-4Hz自发场电位节律性电振荡和CA3的癫痫样活动可以沿HPC长轴传播[3，4]。特定频率范围的电刺激可以改变HPC功能状态和治疗颞叶癫痫，如亚急性电刺激前部HPC可以阻断顽固性颞叶癫痫的临床发作和减少发作间期尖波发放频率[5]。本室近期报道，慢性强直电刺激右侧前背HPC可以从前向后引起距离植入电极1mm左右的侧脑室区域核磁共振（magneticresonanceimage,MRI）检测信号异常[6、7]。而Bragin等人的电生理研究证实，与癫痫发作样电活动形成有关的高频电振荡在HPC局部神经网络的传布距离小于1mm[8]。可见，癫痫样电活动及MRI检测异常信号的产生可能涉及HPC内在神经网络异常，尤其是沿长轴方向发生、发展和传播。值得研究的是，HPC长轴神经网络功能状态的改变是否与癫痫的发生或控制有关，网络内在的癫痫电活动传播能否超过1mm。在本工作中，急性强直电刺激大鼠右侧后背HPCCA1基树突区，同步记录同侧前背HPCCA1基树突区深部电图和顶树突区神经元单位放电（前后距离约1.8mm），观察HPC内在神经网络沿长轴的功能变化以及前背HPC网络及其单个神经元在癫痫发生过程中的相互关系。1．材料和方法1.1外科手术与电极雄性Sprague-Dawley大鼠45只(150-250g)，10%乌拉坦腹腔注射麻醉（1g/kg）下行气管插管术。将动物固定在立体定向仪（SN-3，Narishige，Japan）上，打开颅骨，挑开硬脑膜，用4%生理盐水琼脂封闭骨窗。根据《大鼠脑立体定位图谱》[9]，将两根不锈钢双极同芯电极尖端（阻抗0.2-0.3MΩ）分别置于右侧前背HPCCA1基树突区（简称前背HPC，P：-3.0mm，R：-2.5mm，H：-3.0mm）和右侧后背HPCCA1基树突区（简称后背HPC，P：-4.8mm，R：-2.0mm，H：-3.0mm），用于深部电图记录和进行电刺激。为了观察HPC抑制性网络与顶树突区神经元电活动之间的关系[10]，将玻璃微电极置于右前背HPCCA1顶树突区（P：-3.0mm,R：-2.0mm,H：-2.5--3.0mm）记录单位放电。玻璃微电极内充灌含有0.5M醋酸钠的2%滂胺天蓝溶液，电极尖端直径约1μm，阻抗10-20MΩ。动物用泮库溴胺（0.2mg/kg，i.p.，Pavulon，NetherlandsBatchNo.8039102）制动后进行人工呼吸，体温维持在37℃左右。1.2记录与刺激HPC神经元单位放电经微电极放大器(MEZ-7101NihonKohden,Japan)输入到前置放大器(FZG-81,Shanghai)进行放大，采用SBR-1型双线示波器和SZF-1G型生物电主放大器进行监视和监听。为了观察深部电图的高频成分，时间常数和高频滤波分别采用0.01s和300Hz，将深部电图输入8道生理记录仪的AB-621G生物电放大器进行放大(RM-6008,NihonKohden,Japan)。单位放电和深部电图电位经双声道磁带录像机(VR-HD1000PHILIPS)储存在录像带中。采用刺激器(SEN-7203,NihonKohden,Japan)经刺激隔离器（SS102J，NihonKohden,Japan）对大鼠右侧后背HPCCA1基树突区进行重复急性强直电刺激（acutetetanizationoftheposteriordorsalhippocampus，ATPDH；60Hz，2s,0.4-0.6mA）。为了避免脑组织在出现癫痫样电活动时对新的刺激产生不应期[11]，将刺激的间隔时间设为10min，共进行9-10串电刺激。1.3资料分析存储在录像带上的双通道电生理资料经Neurolab信息采集与分析系统[12]进行后期同步采集与处理，对生物电信号的形式、放电瞬间频率、原发性后放电潜伏期、时程进行测量与分析。获得的数据采用SAS软件进行统计学处理，检测各项指标的差别是否具有显著的统计学意义，运用Sigmaplot软件绘制统计图。1.4电极尖端的组织学鉴定实验结束后，采用普鲁氏蓝法和滂胺天蓝法对不锈钢双极同芯电极和玻璃微电极尖端进行定位。采用0.9%NaCl100ml和含1%亚铁氰化钾的4%甲醛溶液100ml对动物进行左心室灌流后取脑。4℃下保存1周后进行石蜡包埋、切片、HE染色。光学显微镜下鉴定电极尖端的位置，符合定位要求的实验资料用作统计学处理。（图1）2结果前背HPC深部电图的自发活动主要为15-20Hz节律性生物电振荡,偶见少量尖波。与本室近期报道的实验结果吻合[13]，单位自发放电形式主要包括紧张式放电(tonicfiring)、爆发式放电(bursting)和复合放电(firing-burstingcomplex)。施加ATPDH前后，同步观察同侧前背HPC深部电图和单位放电。生理学报ActaPhysiologicaSinica,June25,2003,53(3):233-238235图1组织学鉴定电极尖端的位置（HE染色，×40）Fig.1Positio