納米氧化鋅對(duì)蛙坐骨神經(jīng)動(dòng)作電位的影響

(上饒師范學(xué)院，江西 上饒 334001)

飛速發(fā)展的納米技術(shù)產(chǎn)生大量納米物質(zhì)進(jìn)入人的生活，使得納米材料和生物體系接觸的機(jī)會(huì)越來(lái)越多。納米材料與蛋白質(zhì)、DNA、細(xì)胞膜、細(xì)胞器、細(xì)胞體乃至生物個(gè)體的相互作用不僅會(huì)影響到生物體系結(jié)構(gòu)，而且會(huì)對(duì)生物體的功能產(chǎn)生巨大的影響[1]。

納米氧化鋅作為一種新型功能材料，在磁、光、電、敏感、抗菌消毒、紫外線屏蔽等方面具有普通氧化鋅產(chǎn)品所不具備的特殊性能和用途[2]。納米氧化鋅(1-100nm)，具有非遷移、磁性強(qiáng)、吸收和散射紫外線能力強(qiáng)，可用于食品包裝材料、傳感器、醫(yī)用殺菌劑、化妝品防曬劑、抗菌纖維、自潔性陶瓷等。氧化鋅是皮膚的外用藥物，對(duì)皮膚有收斂、消炎、防腐、防皺和保護(hù)等功能；可用于化妝品的防曬劑，以防止紫外線的傷害并能抗菌除臭；可以用于生產(chǎn)防臭、抗菌、抗紫外線的纖維，將納米ZnO添加到各種涂料中，用于各種材料表面涂層[3]。納米氧化鋅將越來(lái)越走近人們的生活，隨著使用范圍的增加，人們開始關(guān)注起其所帶來(lái)的環(huán)境影響和安全性問題。長(zhǎng)時(shí)間接觸納米氧化鋅，對(duì)周圍神經(jīng)的興奮性、動(dòng)作電位的傳導(dǎo)速度，動(dòng)作電位的幅度等電生理現(xiàn)象有無(wú)影響？這些方面尚無(wú)文獻(xiàn)報(bào)道。本文以成體青蛙的坐骨神經(jīng)干為對(duì)象，用納米氧化鋅對(duì)其進(jìn)行電生理實(shí)驗(yàn)，研究納米氧化鋅的不同處理時(shí)間對(duì)蛙神經(jīng)沖動(dòng)的產(chǎn)生和傳導(dǎo)的影響；初步探討納米氧化鋅對(duì)蛙周圍神經(jīng)活動(dòng)的電生理效應(yīng)，為納米材料的健康發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料

1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物：成體青蛙，購(gòu)置于當(dāng)?shù)夭藞?chǎng)，室溫28℃左右馴養(yǎng)。

1.2納米氧化鋅制備：采用微乳液法[4]，將鋅鹽溶液溶于有機(jī)溶劑正丁醇中，攪拌得透明液，再加入沉淀劑，乳狀液回流除水后即得納米ZnO微粒溶膠。經(jīng)過表征，測(cè)定納米氧化鋅的粒徑為25-30nm。

1.3主要儀器、試劑：

Medlab生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)(南京美易有限公司)、神經(jīng)屏蔽盒(河北高碑店)、刺激器和放大器(成都泰盟公司)、刺激電極、引導(dǎo)電極、任氏液、棉球、蛙類手術(shù)器械、臺(tái)式計(jì)算機(jī)、蛙板、蛙釘?shù)取?/p>

2 方法

2.1制備蛙坐骨神經(jīng)干標(biāo)本

按常規(guī)方法制備坐骨神經(jīng)干[5]，首先置于任氏液中穩(wěn)定30min，分5組進(jìn)行納米氧化鋅處理。在納米氧化鋅溶膠液中浸置10min、20min、30min、50min和130min5個(gè)時(shí)間段。另外設(shè)置對(duì)照組，在任氏液中浸置后直接放置于神經(jīng)屏蔽盒中。六組均分別放置于神經(jīng)屏蔽盒中，設(shè)定不同實(shí)驗(yàn)參數(shù)，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

2.2連接實(shí)驗(yàn)裝置，進(jìn)行神經(jīng)干性能測(cè)定指標(biāo)設(shè)置

在神經(jīng)屏蔽盒中，神經(jīng)干中樞端與刺激電極相連，外周端與記錄電極相連。采用生物信號(hào)采集系統(tǒng)，分別測(cè)量神經(jīng)干的動(dòng)作電位幅度、神經(jīng)傳導(dǎo)速度、動(dòng)作電位相對(duì)不應(yīng)期和動(dòng)作電位時(shí)程四個(gè)實(shí)驗(yàn)指標(biāo)。

神經(jīng)干不應(yīng)期和動(dòng)作電位時(shí)程測(cè)定：采用自動(dòng)間隔調(diào)節(jié)，主周期1s，波寬0.3ms，幅度1V，首間隔5ms，間隔增量0.01ms，截止間隔0.1ms，延時(shí)10ms。

神經(jīng)傳導(dǎo)速度和動(dòng)作電位幅度測(cè)定：采用主周期測(cè)定，主周期1s，波寬0.5ms，幅度1v，間隔10ms，脈沖數(shù)1，延時(shí)10ms，周期數(shù)連續(xù)。

以上的觸發(fā)方式均采用系統(tǒng)控制，刺激器觸發(fā)。

2.3坐骨神經(jīng)干各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定

①神經(jīng)沖動(dòng)的傳導(dǎo)速度(v)是指動(dòng)作電位在單位時(shí)間內(nèi)傳導(dǎo)的距離。測(cè)得兩通道分別記錄的兩動(dòng)作電位起點(diǎn)之間的時(shí)程(ms)，同時(shí)用直尺測(cè)量神經(jīng)屏蔽盒中兩對(duì)引導(dǎo)電極之間的距離s(cm)(這里的兩對(duì)引導(dǎo)電極之間的距離固定為2cm)，從而計(jì)算動(dòng)作電位的傳導(dǎo)速度v=s/t(單位m/s)[6]。

②動(dòng)作電位幅度為所測(cè)得的動(dòng)作電位波形峰值即峰峰電位值，此為所有神經(jīng)纖維均興奮時(shí)的最大動(dòng)作電位峰值。

③測(cè)定神經(jīng)干不應(yīng)期：通過調(diào)節(jié)刺激器輸出的連續(xù)雙脈沖的時(shí)間間隔，可測(cè)定坐骨神經(jīng)的相對(duì)不應(yīng)期。第2個(gè)動(dòng)作電位開始變小的時(shí)間間隔值為相對(duì)不應(yīng)期的近似值[7]。

④動(dòng)作電位時(shí)程：為完成一個(gè)動(dòng)作電位所經(jīng)歷的時(shí)間。包括去極化+反極化+復(fù)極化+后電位四個(gè)時(shí)期。

2.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

對(duì)各處理組采用F檢測(cè)和單因素方差分析，采用Ducan方法進(jìn)行多重比較，LSD0.05為差異顯著。

3 結(jié)果

3.1不同時(shí)間的納米氧化鋅對(duì)蛙坐骨神經(jīng)干相對(duì)不應(yīng)期和動(dòng)作電位時(shí)程的影響

表1 不同處理時(shí)間對(duì)AP相對(duì)不應(yīng)期和AP時(shí)程的影響

注：表中數(shù)值為均值±標(biāo)準(zhǔn)差，不同字母表示差異顯著(

測(cè)定不同時(shí)間的納米氧化鋅對(duì)蛙坐骨神經(jīng)相對(duì)不定期的影響，由表1可知，與對(duì)照組(任氏液)相比，隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，各組的相對(duì)不應(yīng)期也隨著逐漸延長(zhǎng)。經(jīng)F測(cè)驗(yàn)得知F值

測(cè)試動(dòng)作電位時(shí)程時(shí)，經(jīng)F測(cè)驗(yàn)，差異達(dá)到了顯著性。以給藥10min的動(dòng)作電位時(shí)程平均值為最大。和對(duì)照組相比，除了10min處理組達(dá)到顯著性差異外，其余組未達(dá)到顯著性差異。經(jīng)過10min的納米氧化鋅處理，動(dòng)作電位時(shí)程顯著性增加。而處理時(shí)間達(dá)到30min時(shí)，動(dòng)作電位時(shí)程反而減小，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，動(dòng)作電位時(shí)程均減小，但尚未達(dá)到顯著性差異。

3.2不同時(shí)間的納米氧化鋅對(duì)蛙坐骨神經(jīng)干動(dòng)作電位幅度和傳導(dǎo)速度的影響

表2 不同處理時(shí)間對(duì)AP幅度和AP速度的影響

從表2中可知，經(jīng)不同時(shí)間處理的納米氧化鋅對(duì)蛙坐骨神經(jīng)干動(dòng)作電位幅度和動(dòng)作電位傳導(dǎo)速度均產(chǎn)生了差異顯著性的影響。

和對(duì)照組相比，動(dòng)作電位幅度除10min處理組沒有達(dá)到顯著性差異外，其余各組均和對(duì)照組產(chǎn)生了顯著性差異。經(jīng)過納米氧化鋅處理的神經(jīng)干，動(dòng)作電位幅度均增加，20min和30min處理組增加明顯；處理時(shí)間較長(zhǎng)達(dá)到130min后，動(dòng)作幅度又下降，但仍比沒有經(jīng)過處理的對(duì)照組動(dòng)作電位幅度要高。

和對(duì)照組相比，處理組的動(dòng)作電位傳導(dǎo)速度均達(dá)到顯著性差異。130min和10min組動(dòng)作電位傳導(dǎo)速度比對(duì)照組要降低；其它三組20min組、30min組和50min組均顯著增加傳導(dǎo)速度。說明處理時(shí)間太長(zhǎng)和太短，均不能導(dǎo)致動(dòng)作電位傳導(dǎo)速度增加。

4 討論

蛙類對(duì)環(huán)境因素變化比較敏感，常用來(lái)監(jiān)測(cè)環(huán)境中一些農(nóng)藥、化肥的生態(tài)影響。納米材料使用后在生態(tài)環(huán)境中的遺留，也會(huì)對(duì)蛙類生理活動(dòng)產(chǎn)生影響。

動(dòng)作電位的產(chǎn)生、傳導(dǎo)均和細(xì)胞膜上許多的離子通道有關(guān)，還有一些離子泵如Na+-K+泵的轉(zhuǎn)運(yùn)[8]也參與了這種生理功能。納米氧化鋅對(duì)神經(jīng)干的處理，對(duì)動(dòng)作電位的產(chǎn)生和傳導(dǎo)均產(chǎn)生了一些影響。

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知，處理時(shí)間對(duì)蛙的神經(jīng)干動(dòng)作電位相對(duì)不應(yīng)期沒有顯著影響；但對(duì)動(dòng)作電位時(shí)程、傳導(dǎo)速度、動(dòng)作電位幅度均產(chǎn)生了顯著性影響。

對(duì)動(dòng)作電位傳導(dǎo)速度，處理時(shí)間較短(10min)和較長(zhǎng)(130min)均使傳導(dǎo)速度降低，而在一定處理時(shí)間的范圍內(nèi)(20min-50min)，納米氧化鋅能顯著增加蛙的傳導(dǎo)速度，且隨處理時(shí)間的延長(zhǎng)而增加相應(yīng)的傳導(dǎo)速度；說明適當(dāng)?shù)奶幚頃r(shí)間對(duì)納米氧化鋅增加蛙動(dòng)作電位的傳導(dǎo)速度很重要。其中經(jīng)納米氧化鋅處理10min時(shí)，動(dòng)作電位傳導(dǎo)速度降低達(dá)到了顯著性差異。是什么原因?qū)е录{米銀降低了神經(jīng)干的傳導(dǎo)速度？需要進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)來(lái)說明其生理機(jī)制。

凡經(jīng)氧化鋅處理過的神經(jīng)干，動(dòng)作電位幅度和對(duì)照組相比，除10min組外均產(chǎn)生了顯著性差異，均使動(dòng)作電位幅度增加。動(dòng)作電位的幅度也即鋒電位的峰值與細(xì)胞膜上Na+內(nèi)流的多少有關(guān)，本實(shí)驗(yàn)推測(cè)納米氧化鋅促進(jìn)了Na+內(nèi)流的增加，使動(dòng)作電位幅度增加；而且Na+內(nèi)流一過性增加也可以減少去極化(鋒電位上升相)的時(shí)間，增加了傳導(dǎo)速度。

處理時(shí)間因素對(duì)神經(jīng)干相對(duì)不應(yīng)期無(wú)顯著影響，說明納米氧化鋅不會(huì)影響神經(jīng)干接受下一次刺激的能力。相對(duì)不應(yīng)期是Na+通道部分或全部失活的表現(xiàn)，說明納米銀尚未影響到細(xì)胞膜上Na+通道的開放。

動(dòng)作電位時(shí)程除10min組有顯著性影響，其余處理組和對(duì)照組相比均未產(chǎn)生顯著性影響。10min時(shí)動(dòng)作電位時(shí)程顯著性增加，說明經(jīng)氧化鋅一過性處理，能顯著地延長(zhǎng)動(dòng)作電位時(shí)程，動(dòng)作電位由鋒電位和后電位組成，短暫的氧化鋅處理究竟是影響了哪部分時(shí)程和對(duì)哪種通道產(chǎn)生了影響，尚需進(jìn)行進(jìn)一步研究。

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