三磷酸腺苷二鈉鹽增強大鼠比目魚肌肌梭傳入放電活動

石磊樊小力曹若男廉西娟

1 西安交通大學(xué)體育部（陜西西安710049）2西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院生理學(xué)教研室 3西北大學(xué)外國語學(xué)院

運動減退、制動或失重可導(dǎo)致骨骼肌發(fā)生廢用性萎縮［1，2］。肌梭傳入放電減少是廢用性肌萎縮發(fā)生的重要原因之一［3，4］。因此，能加強肌梭傳入活動的藥物或可對抗廢用造成的肌肉萎縮。我室前期研究發(fā)現(xiàn)，一定濃度的三磷酸腺苷二鈉鹽（Na2ATP）注射液可興奮肌梭，增加離體蟾蜍單一肌梭的傳入放電［5］。但在整個機體的層面上，Na2ATP對肌梭是否也有興奮作用？本研究采用分離神經(jīng)細束在體記錄比目魚肌肌梭傳入放電的方法，觀察Na2ATP注射液對大鼠比目魚肌肌梭傳入放電的影響，進一步探討Na2ATP預(yù)防和治療廢用性肌萎縮的可能機制。

1 材料與方法

1.1 實驗動物與藥品

實驗動物：選用健康Sprague-Dawley品系雌性大鼠30只，體重220～240g，由西安交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院實驗動物中心提供（陜動字第08-005號）。

藥品：Na2ATP注射液，規(guī)格：20 mg·2ml-1，國藥準字H32023506，上海通用藥業(yè)股份有限公司生產(chǎn)。

1.2 主要實驗儀器

鼠腦立體定位儀（VDT-1，西北光學(xué)儀器廠），雙線記憶示波器（VC11，日本NIHON KONDEN公司），生物物理放大器（AVB-11A，日本NIHON KONDEN公司），張力換能器（TB611T，日本NIHON KONDEN公司），載波放大器 （AP-621G，日本 NIHON KONDEN公司），生物物理信號處理系統(tǒng)（Smup-PC-1，上海嘉龍教學(xué)儀器廠）。

1.2 在體實驗動物手術(shù)

實驗動物用烏拉坦（1.5 g/kg）腹腔注射麻醉后，行氣管插管術(shù)和頸外靜脈插管術(shù)。逆行分離比目魚肌神經(jīng)直至脛神經(jīng)處，暴露坐骨神經(jīng)干及其主要分支。將動物固定于腦立體定位儀上，制備下肢液體石蠟油槽。大鼠肛溫保持在37～38℃之間。持續(xù)監(jiān)測動物心電圖，R－R間期維持在120～160 ms，若生理指標超出正常范圍即終止實驗。每次給藥均由頸外靜脈插管快速注入。實驗過程中，對動物的處置符合2006年科學(xué)技術(shù)部發(fā)布的《關(guān)于善待實驗動物的指導(dǎo)性意見》［6］。

1.3 肌梭傳入放電的在體記錄

分別注射三種濃度（1 mg·kg-1、2 mg·kg-1、3 mg· kg-1）的三磷酸腺苷二鈉鹽，觀察大鼠比目魚肌肌梭傳入放電活動的變化。在比目魚肌神經(jīng)上分離神經(jīng)細束，將細束置于單極鉑金絲電極上，作為記錄電極，將另一電極置于附近的肌組織中，作為參考電極，記錄比目魚肌肌梭的傳入放電。對所分離的神經(jīng)細束進行纖維類型鑒定時，上述的記錄電極經(jīng)電極轉(zhuǎn)換裝置可成為刺激電極，此時的記錄電極則是置于比目魚肌神經(jīng)上的另一對電極，測定神經(jīng)細束動作電位的傳導(dǎo)速度，同時輸入計算機進行分析處理，做序列密度直方圖。

1.4 肌梭傳入放電的鑒定

當比目魚肌肌腱受到牽拉時，肌梭和腱器官這兩種本體感受器的傳入放電頻率均可增加，根據(jù)肌肉收縮時，對肌梭的牽張刺激消失而對腱器官的牽張刺激增強的特點區(qū)分二者。具體方法如下：比目魚肌遠側(cè)肌腱結(jié)扎線系于張力換能器探頭上，在比目魚肌神經(jīng)上分離神經(jīng)細束，記錄到牽拉比目魚肌遠側(cè)肌腱時傳入放電頻率增加的單位后，在近比目魚肌端的神經(jīng)干上施以單電震刺激（2～3倍基強度，50 Hz，0.5 ms），使比目魚肌產(chǎn)生一次最大收縮，同時記錄細束傳入放電與肌肉收縮曲線。如果該束纖維傳入放電因肌肉收縮而中斷，即出現(xiàn)一個“空擋”，則認為此放電來自肌梭；如果肌肉收縮時放電不中斷，甚至放電增加，則該束纖維的傳入放電可視為來自腱器官。

肌梭的傳入末梢可分為初級末梢和次極末梢，為進一步鑒定分離的神經(jīng)細束是Ia類（來自初級末梢）還是Ⅱ類（來自次級末梢）傳入纖維，我們對其動作電位的傳導(dǎo)速度進行了測量。依據(jù)Hunt提出的標準對神經(jīng)纖維進行分類，即動作電位傳導(dǎo)速度大于72 m/s的傳入纖維歸于Ia類，傳導(dǎo)速度在24～72 m/ s之間的傳入纖維歸于Ⅱ類。為了進一步鑒定分離的神經(jīng)細束所引導(dǎo)的傳入放電是來自肌梭的同一個單位的放電，我們采用傳統(tǒng)的“逆流碰撞法”對其進行鑒別。本次實驗只記錄Ia類傳入放電。

1.5 統(tǒng)計學(xué)分析

實驗數(shù)據(jù)采用SPSS10.0軟件中的單因素方差分析法（ANOVA）進行統(tǒng)計分析。實驗結(jié)果以均數(shù)±標準差（±s）表示，取P<0.05作為顯著性差異的界值。

2 結(jié)果

2.1 Na2ATP引起肌梭傳入放電增加的量效關(guān)系

分別注射 1 mg·kg-1、2 mg·kg-1、3 mg·kg-1Na2ATP后，肌梭的傳入放電峰值頻率均明顯增多，分別增至38.71 Hz、92.56 Hz、148.25Hz，見表1、圖1。

表1 注射不同濃度Na2ATP時肌梭傳入放電頻率的比較

2.2 Na2ATP引起肌梭傳入放電增加的時效關(guān)系

表2顯示，應(yīng)用1 mg·kg-1、2 mg·kg-1、3 mg·kg-1Na2ATP注射后，肌梭傳入放電明顯增多，各劑量的潛伏期無明顯差異（P>0.05）；放電持續(xù)時間分別延長至20.47 min、30.65 min、51.36 min，到達峰值的時間分別為7.76 min、5.43 min、3.07 min。

表中所列各項時間指標均從注藥完畢開始計算?；謴?fù)到80%時間和恢復(fù)到50%時間是指注藥后放電頻率最大增值 （即注藥后放電頻率峰值減去注藥前基礎(chǔ)放電頻率之差）分別降低到80%和50%的時間，而不是用峰值計算。

圖1 注射2 mg·kg-1Na2ATP時肌梭傳入放電圖

表2 不同濃度Na2ATP對肌梭傳入放電的作用時程

3 討論

梭內(nèi)肌接受γ運動纖維的支配，核袋1纖維接受動力性γ（γ1）纖維的支配［7］，核袋2纖維和核鏈纖維接受靜力性γ（γ2）纖維的支配，大多數(shù)靜力性γ纖維同時支配核袋纖維和核鏈纖維。牽張刺激使梭內(nèi)肌無髓感覺終末發(fā)生機械形變，激活機械門控通道，引起Ca2+內(nèi)流，降低膜電位，產(chǎn)生感受器電位。而在感覺終末獲得髓鞘的第一個朗飛氏結(jié)處發(fā)生的局部電位即肌梭電位，也是由Ca2+內(nèi)流形成的。肌梭電位達到一定程度可在軸突上引起動作電位，隨著牽拉刺激的增強，肌梭電位平穩(wěn)、分級地增大，動作電位頻率也逐漸增高。肌梭電位幅度在動態(tài)牽拉終了時達到峰值，然后緩慢下降，在靜態(tài)牽拉期內(nèi)繼續(xù)降低，最后穩(wěn)定于某一水平。

肌梭的傳入沖動是脊髓前角α運動神經(jīng)元興奮的基礎(chǔ)，肌梭傳入下降則α運動神經(jīng)元放電減少。中樞神經(jīng)系統(tǒng)可通過調(diào)節(jié)γ運動纖維的沖動頻率而調(diào)節(jié)肌梭的狀態(tài)，從而調(diào)節(jié)Ia類和Ⅱ類纖維的傳入沖動［8］。梭運動神經(jīng)元（γ神經(jīng)元）分布于脊髓前角α神經(jīng)元之間，約占前角細胞總數(shù)的30%。γ神經(jīng)元常有自發(fā)放電，并受到高位中樞的下行易化或抑制性影響［9，10］。梭外肌收縮時對梭內(nèi)肌纖維的牽拉刺激消失，但在生理情況下，由于有γ運動纖維的作用使梭內(nèi)肌也興奮，使肌梭不斷地向中樞傳入沖動。

本研究發(fā)現(xiàn)，不同濃度Na2ATP可引起肌梭傳入放電增加，其增加趨勢與藥物劑量呈一定的依賴關(guān)系。藥物的時效關(guān)系反映藥效顯現(xiàn)與消逝的過程。從結(jié)果看，注射不同濃度的Na2ATP，其潛伏期基本相同，各組之間無明顯差異，由于藥物均由頸外靜脈血管快速注入，所以這里的潛伏期已非通常意義上的潛伏期，可以認為它主要反映了藥物從頸外靜脈隨血流到比目魚肌的時間。隨著藥物濃度升高，放電持續(xù)時間延長，到達峰值的時間也明顯縮短。我們認為，Na2ATP注射液使大鼠比目魚肌肌梭傳入放電增多的可能機制有以下三點：①細胞外ATP可以引起細胞外Ca2+內(nèi)流和細胞內(nèi)鈣庫的釋放［11］，引起梭內(nèi)肌纖維收縮，肌梭傳入放電增多。另外，細胞外ATP可促進突觸前膜自主釋放乙酰膽堿 （Ach），而Ach與梭內(nèi)肌神經(jīng)－肌接頭處終板膜上的受體結(jié)合，可以引起一個內(nèi)向的Ca2+流［12］，使Ⅰ型核袋纖維產(chǎn)生強力收縮，因而對肌梭有興奮作用。上述ATP和Ach所引起的Ca2+內(nèi)流和鈣庫的釋放，可致使膜電位降低，產(chǎn)生感受器電位［13］，而電位達到一定程度可在傳入神經(jīng)軸突上引起動作電位，從而使肌梭的傳入放電增多；②作為能量補充劑，細胞外ATP可以提高肌梭的能量代謝水平，增加肌梭內(nèi)肌漿網(wǎng)對Ca2+的攝取和釋放活動［14］，提高梭內(nèi)肌纖維的收縮功能，從而使肌梭的傳入放電增多；③一般認為，支配梭內(nèi)肌的γ運動神經(jīng)纖維和支配梭外肌的α運動神經(jīng)一樣，末梢釋放的遞質(zhì)也是Ach。細胞外ATP可以引起突觸前膜Ach的自主釋放［15］，而Ach可與γ運動神經(jīng)元某些突觸終板膜上的受體結(jié)合，使γ運動神經(jīng)元的自發(fā)放電頻率增加。因此，細胞外ATP可通過對支配梭內(nèi)肌的γ運動神經(jīng)纖維的刺激作用，使梭內(nèi)肌細胞產(chǎn)生興奮，提高了梭內(nèi)肌纖維的敏感性，從而使肌梭的傳入放電增多。

本研究首次發(fā)現(xiàn)，Na2ATP具有明顯興奮大鼠在體肌梭的作用，在整體層面上明顯增加肌梭傳入放電，為進一步研究Na2ATP對廢用性肌萎縮的防護作用提供了理論依據(jù)和實驗事實。關(guān)于用藥劑量、服藥時間與抗肌萎縮效果之間的關(guān)系以及影響機制，有待于進一步研究。

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