下丘腦乳頭體核對(duì)哮喘大鼠呼吸運(yùn)動(dòng)的調(diào)控作用研究

陳晨，劉保森，董榕

下丘腦乳頭體核對(duì)哮喘大鼠呼吸運(yùn)動(dòng)的調(diào)控作用研究

陳晨，劉保森，董榕

目的研究下丘腦后區(qū)結(jié)節(jié)乳頭體核(TMN)組胺能神經(jīng)元在哮喘發(fā)作中的作用。方法取72只健康雄性SD大鼠作為研究對(duì)象，其中64只通過腹腔注射卵蛋白(OA)致敏，霧化吸入OA溶液誘發(fā)哮喘發(fā)作，制作大鼠哮喘模型，余8只作為對(duì)照。在麻醉狀態(tài)下通過靜脈注射OA溶液誘發(fā)大鼠哮喘發(fā)作，用生物信號(hào)采集系統(tǒng)記錄下丘腦后區(qū)結(jié)節(jié)乳頭體核(TMN)電活動(dòng)，并進(jìn)行功能譜分析。利用中樞立體定位技術(shù)，分別對(duì)TMN進(jìn)行電刺激與電損毀；通過中樞核團(tuán)微量注射技術(shù)，在TMN內(nèi)分別微量注射組胺H3受體激動(dòng)劑R-α-Me-HA與拮抗劑THIO，檢測(cè)膈肌放電頻率及積分、每分通氣量、呼氣與吸氣時(shí)程比、氣道阻力和肺順應(yīng)性等肺功能指標(biāo)。結(jié)果與正常對(duì)照大鼠比較，哮喘大鼠TMN放電組的α波，β1與β2波所占比例升高，δ波和θ波的比例降低，放電總功率升高。與對(duì)照大鼠比較，采用電刺激哮喘大鼠TMN以及在TMN內(nèi)微量注射組胺H3受體拮抗劑時(shí)，大鼠膈肌肌電頻率、呼氣/吸氣比和氣道阻力均增加，膈肌肌電積分、每分通氣量和肺順應(yīng)性減小。而采用電損毀哮喘大鼠TMN以及在TMN內(nèi)微量注射組胺H3受體激動(dòng)劑后，膈肌肌電頻率、呼氣/吸氣比和氣道阻力均減小，膈肌肌電積分、每分通氣量和肺順應(yīng)性增加。結(jié)論下丘腦后區(qū)TMN核團(tuán)活動(dòng)可影響哮喘大鼠的呼吸活動(dòng)。

哮喘；下丘腦區(qū)，側(cè)；受體，組胺H3

近年來，由于空氣污染加劇，呼吸系統(tǒng)疾病高發(fā)，哮喘患者也呈現(xiàn)出日益增多的趨勢(shì)[1]。哮喘的本質(zhì)是氣道慢性炎癥，組胺是在氣道炎癥的調(diào)節(jié)過程中釋放數(shù)量最多的炎性介質(zhì)[2]，在哮喘的發(fā)病機(jī)制中占重要地位，而組胺同時(shí)又是腦內(nèi)重要的神經(jīng)遞質(zhì)[3-4]，對(duì)呼吸、循環(huán)、內(nèi)分泌等系統(tǒng)均具有重要的調(diào)控功能[5]。在成年哺乳動(dòng)物腦內(nèi)，分布于下丘腦后區(qū)的結(jié)節(jié)乳頭體核(tuberomammillary nucleus，TMN)是已知的神經(jīng)元組胺的唯一來源[6]。介導(dǎo)組胺作用的受體有4種亞型(H1、H2、H3、H4)，其中組胺H3受體主要分布在中樞組胺能神經(jīng)元密集的腦區(qū)，是熱門的藥物靶點(diǎn)[7]。本研究以哮喘大鼠為模型，研究中樞組胺能神經(jīng)元所在部位TMN是否與哮喘發(fā)作有關(guān)，從而進(jìn)一步揭示哮喘發(fā)病機(jī)制并為研發(fā)新的哮喘治療藥物提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

1.1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物 正常健康成年雄性SD大鼠72只，體重270～310g，在安靜、溫暖(18～25℃)、避強(qiáng)光的實(shí)驗(yàn)室預(yù)飼養(yǎng)1周后供實(shí)驗(yàn)使用。

1.1.2 主要試劑與儀器 滅活的百日咳桿菌沉淀原液(北京生物制品研究所)，卵蛋白溶液、H3受體激動(dòng)劑R-α甲基組胺(R-α-methylhistamine， R-α-Me-HA)及H3受體拮抗劑Thioperamide(美國Sigma公司)，402型超聲霧化器(上海四菱醫(yī)療器械廠)，Powerlab ML856生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)(澳大利亞ADInstruments) ，江灣Ⅰ型C腦立體定位儀(第二軍醫(yī)大學(xué))，微量注射機(jī)(浙江醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)儀器廠)。

1.2 方法

1.2.1 哮喘模型大鼠的制備 抗原液配制：取卵蛋白粉末100mg、氫氧化鋁干粉100mg，加入滅活的百日咳桿菌疫苗液1ml(含百日咳桿菌疫苗5×109個(gè))中配成混懸液，用前現(xiàn)配。

實(shí)驗(yàn)第1天對(duì)大鼠行腹腔注射抗原液1ml致敏，第3天再次給予腹腔注射1ml予以強(qiáng)化，自第15天至第17天超聲霧化吸入1%卵蛋白溶液(40ml，20min，顆粒直徑≤5μm )，接通電源后待氣霧從超聲霧化器均勻流出到霧化箱內(nèi)，將大鼠放入霧化箱，開始計(jì)時(shí)，直至大鼠出現(xiàn)煩躁不安、呼吸急促、點(diǎn)頭呼吸、喘息、咳嗽等哮喘癥狀，20min后將大鼠取出。每天1次，每次均以哮喘癥狀出現(xiàn)作為指標(biāo)，連續(xù)3d。

觀測(cè)哮喘模型大鼠霧化吸入卵蛋白，誘發(fā)哮喘發(fā)作時(shí)的呼吸狀態(tài)改變，以及靜脈注射卵蛋白生理鹽水溶液后呼吸頻率、潮氣量和每分通氣量變化，確定哮喘模型制備是否成功。

1.2.2 實(shí)驗(yàn)分組 首先，為確定大鼠哮喘發(fā)作時(shí)下丘腦后區(qū)TMN核團(tuán)腦電活動(dòng)變化，設(shè)卵蛋白致敏模型組(asthma組)和生理鹽水對(duì)照組(control組)。卵蛋白致敏模型組：參照1.2.1制備哮喘模型大鼠，麻醉后，進(jìn)行手術(shù)(氣管插管和腦立體定位)，尾靜脈注射卵蛋白生理鹽水溶液30mg/kg。生理鹽水對(duì)照組：實(shí)驗(yàn)第1天，取8只大鼠分別腹腔注射生理鹽水1ml，第3天每只大鼠再次腹腔注射1ml生理鹽水強(qiáng)化，自第15天至第17天超聲霧化吸入1% 生理鹽水。手術(shù)后尾靜脈注射同卵蛋白致敏模型組等體積的生理鹽水。

其次，探測(cè)電刺激與電損毀對(duì)哮喘大鼠的影響及TMN核團(tuán)變化，實(shí)驗(yàn)設(shè)卵蛋白致敏模型組、生理鹽水對(duì)照組、電刺激(Stimulation)組、電毀損(Lesion)組和假手術(shù)(Sham)組等5組(n=8)。其中，卵蛋白致敏模型組和生理鹽水對(duì)照組處理同上；電刺激組：電刺激下丘腦后區(qū)TMN核團(tuán)；電毀損組：電損毀下丘腦后區(qū)TMN核團(tuán)；假手術(shù)組：電極插入下丘腦后區(qū)TMN核團(tuán)，但不通電刺激或損毀。

最后，探測(cè)TMN內(nèi)微量注射組胺H3受體激動(dòng)劑和拮抗劑對(duì)哮喘大鼠的影響及TMN核團(tuán)的變化，實(shí)驗(yàn)設(shè)卵蛋白致敏模型組、生理鹽水對(duì)照組、TMN-R-α-Me-HA組、TMN-THIO組、TMN-ACFS組和TMN-sham組等6組(n=8)。其中，卵蛋白致敏模型組和生理鹽水對(duì)照組處理同上；TMN-R-α-Me-HA組、TMN-THIO組和TMN-ACFS組：分別在下丘腦后區(qū)TMN核團(tuán)內(nèi)微量注射組胺H3受體激動(dòng)劑R-α-Me-HA或注射組胺H3受體拮抗劑THIO或注射人工腦脊液；TMN-sham組：下丘腦后區(qū)TMN核團(tuán)內(nèi)只插管，不進(jìn)行微量注射。

1.2.3 動(dòng)物呼吸功能檢測(cè) 本實(shí)驗(yàn)選擇膈肌肌電(diaphragm electromyography，EMGdi)頻率(frequency)、膈肌肌電積分(integral)、每分通氣量(minute ventilation volume，MVV)、呼氣時(shí)程(expiratory time，TE)、吸氣時(shí)程(inspiratory time，TI)、氣道阻力(airway resistance，Raw)和肺順應(yīng)性(dynamic pulmonary compliance，Cdyn)等作為哮喘大鼠肺功能變化的觀測(cè)指標(biāo)。

具體實(shí)驗(yàn)操作如下：大鼠用烏拉坦(1g/kg)麻醉后，取仰臥位固定四肢及頭部，分離氣管，作一倒“T”型切口，插入氣管插管，連接呼吸流量換能器供測(cè)定呼吸流量。將食道作橫向切口，插入頭端有四個(gè)側(cè)孔的注水導(dǎo)管，后連血壓換能器供測(cè)定食道內(nèi)壓，以代替胸內(nèi)壓。

正中切開上腹部皮膚，分離出劍突及其下方的膈小肌，用雙極鉑金引導(dǎo)電極插入膈小肌內(nèi)引導(dǎo)膈肌肌電活動(dòng)。呼吸流量、食道內(nèi)壓和膈肌肌電3種信號(hào)經(jīng)Powerlab生物信號(hào)采集處理系統(tǒng)，由計(jì)算機(jī)采樣并進(jìn)行分析處理，統(tǒng)計(jì)出呼吸頻率、潮氣量、每分通氣量、氣道阻力、肺順應(yīng)性與膈肌放電積分。采樣頻率10kHz，時(shí)間常數(shù)0.001。

1.2.4 中樞立體定位和核團(tuán)微量注射 按照George Paxinos and Charles Watson圖譜要求，控制大鼠體重于270～310g，腹腔注射烏拉坦(1g/kg)麻醉后，將動(dòng)物固定在腦立體定位儀上。切牙低于耳間線3.3mm，在TMN內(nèi)埋一內(nèi)徑為0.3mm的不銹鋼管作為注射引導(dǎo)管，用牙托水泥和502膠固定。用外徑0.2mm的不銹鋼管作為注射管，注射管尖端露出0.5mm，以注射管尖端正好到達(dá)坐標(biāo)點(diǎn)為準(zhǔn)。用拉制的細(xì)聚氯乙烯管將注射管和微量注射機(jī)相連，實(shí)驗(yàn)時(shí)將注射管插入引導(dǎo)管中準(zhǔn)備給藥。用微量注射機(jī)恒速注射，注射后留管20min。

1.2.5 下丘腦后區(qū)TMN核團(tuán)腦電活動(dòng)的引導(dǎo) 按照George Paxinos and Charles Watson 圖譜要求，控制大鼠體重于270～310g，烏拉坦(1g/kg)麻醉后，將動(dòng)物固定于江灣Ⅰ型腦立體定位儀上，切牙低于耳間線3.3mm，TMN的坐標(biāo)為：AP –4.2mm(前囟后)，LR 1.5mm，H –8.1mm (顱骨下)。植入不銹鋼電極(直徑0.1mm，尖端裸露0.1mm)作為記錄電極，參考電極(與記錄電極性質(zhì)相同的不銹鋼電極)埋置于頭皮下，接地電極插入下肢皮下，記錄電極用牙托粉加502膠水固定。TMN核團(tuán)腦電活動(dòng)采用Powerlab生物信號(hào)采集系統(tǒng)記錄。參數(shù)設(shè)置：增益4000；濾波100Hz；時(shí)間常數(shù)0.1s。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后用美藍(lán)法驗(yàn)證電極植入的部位。記錄后對(duì)放電活動(dòng)進(jìn)行功率譜分析。功率譜分析指標(biāo)預(yù)置為：頻率0～100Hz，頻率分辨率為0.195Hz。使用快速傅立葉方法計(jì)算總功率中δ、θ、α、β1、β25個(gè)頻段的功率百分比，各頻段的頻率范圍是：δ 1.17～3.91Hz，θ 3.91～8.20Hz，α 8.20～13.28Hz，β113.28～20.31Hz，β220.31～30.8Hz。

1.2.6 電刺激與電損毀下丘腦后區(qū)TMN核團(tuán)腦電活動(dòng)的引導(dǎo) 大鼠用25%烏拉坦(1g/kg)腹腔內(nèi)注射麻醉，將動(dòng)物固定在腦立體定位儀上，切牙低于耳間線3.3mm。將外徑0.4mm、內(nèi)徑0.1mm、尖端裸露0.3mm的同心圓電極植入右側(cè)乳頭體核。電刺激的參數(shù)為單相方波，波寬0.2ms，強(qiáng)度0.4mA，持續(xù)1min；電損毀的參數(shù)為電流1mA，持續(xù)10s。Sham組只插電極，不通電刺激或損毀。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后取腦，用10%甲醛固定4～7d后，用冰凍切片機(jī)進(jìn)行冰凍切片，鑒定微量注射或電極位置，對(duì)照大鼠腦圖譜，確定注射部位是否準(zhǔn)確，定位不準(zhǔn)者，數(shù)據(jù)不納入統(tǒng)計(jì)。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理 采用SAS9.3對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析所有數(shù)據(jù)均以表示，多組間比較采用方差分析，單因素比較時(shí)用One-Way ANOVA，兩因素比較時(shí)用Two-Way ANOVA，進(jìn)一步兩兩間比較采用SNK-q檢驗(yàn)。P<0.05示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié) 果

2.1 大鼠哮喘模型的確立

2.1.1 霧化吸入卵蛋白后行為狀態(tài)的變化 哮喘模型動(dòng)物第15天至第17天霧化吸入1%卵蛋白生理鹽水溶液，以激發(fā)哮喘發(fā)作，在霧化吸入后約5min，大鼠出現(xiàn)煩躁不安、抓搔面部、呼吸急促、點(diǎn)頭呼吸、喘息、咳嗽等哮喘癥狀，15min左右達(dá)高峰，可持續(xù)30min。正常動(dòng)物對(duì)照組于相同條件下霧化吸入生理鹽水，進(jìn)行假激發(fā)，大鼠行為狀態(tài)無明顯變化。

2.1.2 靜脈注射卵蛋白后呼吸頻率、潮氣量和每分通氣量變化 為確定哮喘發(fā)作后的肺功能變化，測(cè)定對(duì)照組靜脈注射生理鹽水假激發(fā)前后和哮喘模型動(dòng)物靜脈注射卵蛋白溶液前后的呼吸頻率(frequency)、潮氣量(tidal volume，VT)、每分通氣量(minute ventilation volume，MVV)。

大鼠尾靜脈注射卵蛋白后，呼吸頻率增加，潮氣量下降，每分通氣量減少，呈淺快呼吸，可持續(xù)30min左右(表1)。

表1 哮喘激發(fā)前后呼吸頻率、潮氣量和每分通氣量變化(±s，n=8)Tab.1 Changes of respiratory frequency(f),tidal volume(VT) and minute ventilation volume(MVV) before and after ovalbumin challenge (±s,n=8)

表1 哮喘激發(fā)前后呼吸頻率、潮氣量和每分通氣量變化(±s，n=8)Tab.1 Changes of respiratory frequency(f),tidal volume(VT) and minute ventilation volume(MVV) before and after ovalbumin challenge (±s,n=8)

(1)P<0.01 compared with control group; (2)P<0.01 compared with before inhalation

Group Before inhalation After inhalation f(/min) VT(ml) MVV(ml/min) f(/min) VT(ml) MVV(ml/min) Control 103.42±4.80 1.28±0.09 132.37±7.80 103.78±3.96 1.27±0.11 131.80±5.84 Asthma 104.29±3.54 1.27±0.10 132.44±6.79 158.15±6.31(1)(2) 0.58±0.06(1)(2) 91.7±8.26(1)(2)

2.2 大鼠哮喘發(fā)作時(shí)下丘腦后區(qū)TMN核團(tuán)腦電活動(dòng)的變化 電活動(dòng)的記錄是在手術(shù)操作完成30min后進(jìn)行，利用Powerlab生物信號(hào)采集系統(tǒng)記錄TMN放電變化過程，并對(duì)放電圖形進(jìn)行功率譜分析。與control組比較，Asthma組δ、θ波所占百分比降低，而α、β1、β2波所占百分比均升高，差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，總功率明顯增加(P<0.01，表2)。

2.3 電刺激與電損毀TMN以及TMN內(nèi)注射組胺H3受體激動(dòng)劑與拮抗劑對(duì)哮喘大鼠肺功能的影響 對(duì)哮喘模型大鼠下丘腦后區(qū)的TMN核團(tuán)分別進(jìn)行電刺激與電損毀，觀察哮喘發(fā)作時(shí)呼吸功能的改變。結(jié)果顯示，電刺激與電損毀的假手術(shù)與哮喘組之間各項(xiàng)指標(biāo)均無明顯差異。與哮喘組比較，電刺激組的膈肌肌電頻率、呼氣時(shí)程/吸氣時(shí)程比均增加(P<0.05)，氣道阻力增加(P<0.01)，膈肌肌電積分、每分通氣量和肺順應(yīng)性均減小(P<0.01)。與哮喘組比較，電損毀組的膈肌肌電頻率、呼氣時(shí)程/吸氣時(shí)程比和氣道阻力均減小(P<0.01)，膈肌肌電積分、每分通氣量和肺順應(yīng)性均增加(P<0.01，表3)。

表2 哮喘大鼠TMN核團(tuán)腦電的功率譜(±s，n=8)Tab. 2 EEG power spectra of TMN in asthmatic rats (±s,n=8)

表2 哮喘大鼠TMN核團(tuán)腦電的功率譜(±s，n=8)Tab. 2 EEG power spectra of TMN in asthmatic rats (±s,n=8)

(1)P<0.01,(2)P<0.05 compared with control group

?

表3 電刺激與電損毀TMN對(duì)哮喘大鼠肺功能的影響(±s，n=8)Tab.3 Effects on MVV,EMGdi frequency,EMGdi integral,TE/TI,Raw and Cdyn of TMN stimulation or lesion in asthmatic rats (±s,n=8)

表3 電刺激與電損毀TMN對(duì)哮喘大鼠肺功能的影響(±s，n=8)Tab.3 Effects on MVV,EMGdi frequency,EMGdi integral,TE/TI,Raw and Cdyn of TMN stimulation or lesion in asthmatic rats (±s,n=8)

(1)P<0.01,(2)P<0.05 compared with control group; (3)P<0.01,(4)P<0.05 compared with asthma group; MVV. Minute ventilation volume; EMGdi frequency. Diaphragm electromyography frequency; EMGdi integral. Diaphragm electromyography integral; TE/TI. Expiratory time/ inspiratory time; Raw. Airway resistance; Cdyn. Dynamic pulmonary compliance

Group MVV(ml/min) EMGdi frequency (/min) EMGdi integral(mV·s) TE/TI Raw (cmH2O.ml/s) Cdyn(ml/cmH2O) Control 131.80±5.84 103.78±3.96 82.14±2.23 1.56±0.20 0.481±0.028 0.518±0.033 Asthma 91.70±8.26(2) 158.15±6.31(2) 35.52±1.92(2) 2.23±0.14(2) 0.607±0.021(2) 0.409±0.017(2)Sham 93.42±7.36(2) 156.33±7.46(2) 36.72±2.45(2) 2.24±0.19(2) 0.619±0.017(2) 0.408±0.065(2)Stimulation 73.49±5.91(2)(4) 170.48±9.67(2)(4) 25.37±5.64(2)(4) 2.45±0.16(2)(4) 0.654±0.022(2)(4) 0.290±0.026(2)(4)Lesion 117.21±7.30(2)(3) 116.10±4.65(2)(3) 83.22±4.08(3) 1.61±0.12(2)(3) 0.521±0.013(2)(3) 0.493±0.032(3)

2.4 TMN內(nèi)注射組胺H3受體激動(dòng)劑與拮抗劑對(duì)哮喘大鼠肺功能的影響 哮喘模型大鼠TMN內(nèi)微量注射R-α-Me-HA與THIO，觀察哮喘發(fā)作時(shí)呼吸功能的改變。結(jié)果顯示，與哮喘組比較，TMN-THIO組的膈肌肌電頻率、呼氣時(shí)程/吸氣時(shí)程比和氣道阻力均增加(P<0.05)，膈肌肌電積分、每分通氣量和肺順應(yīng)性均減小(P<0.05)。與哮喘組比較，TMN-R-α-Me-HA組呼氣時(shí)程/吸氣時(shí)程比和氣道阻力均減小(P<0.05)，膈肌肌電頻率減小(P<0.01)，每分通氣量和肺順應(yīng)性均增加(P<0.05)，膈肌肌電積分增加(P<0.01)。假手術(shù)組及溶劑對(duì)照組(TMN-sham組)與哮喘組之間各項(xiàng)指標(biāo)無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表4)。

表4 TMN內(nèi)注射組胺H3受體激動(dòng)劑與拮抗劑對(duì)哮喘大鼠肺功能的影響(±s，n=8)Tab.4 Effects on MVV,EMGdi frequency,EMGdi integral,TE/TI,Raw and Cdyn of intra-TMN microinjection of histamine agonist or antagonist in asthmatic rats (±s,n=8)

表4 TMN內(nèi)注射組胺H3受體激動(dòng)劑與拮抗劑對(duì)哮喘大鼠肺功能的影響(±s，n=8)Tab.4 Effects on MVV,EMGdi frequency,EMGdi integral,TE/TI,Raw and Cdyn of intra-TMN microinjection of histamine agonist or antagonist in asthmatic rats (±s,n=8)

(1)P<0.01,(2)P<0.05 compared with control group; (3)P<0.01,(4)P<0.05 compared with asthma group

Group MVV(ml/min) EMGdi frequency(/min)EMGdi integral(mV·s) TE/TI Raw(cmH2O.ml/s)Cdyn(ml/cmH2O) Control 131.80±5.84 103.78±3.96 82.14±2.23 1.56±0.20 0.481±0.028 0.518±0.033 Asthma 91.70±8.26(2) 158.15±6.31(2) 35.52±1.92(2) 2.23±0.14(2) 0.607±0.021(2) 0.409±0.017(2)TMN-sham 93.89±7.27(2) 158.19±4.95(2) 35.85±2.07(2) 2.22±0.17(2) 0.604±0.027(2) 0.412±0.025(2)TMN-ACFS 94.86±7.54(2) 159.62±5.73(2) 36.03±1.88(2) 2.21±0.11(2) 0.615±0.025(2) 0.396±0.019(2)TMN-R-α-Me-HA 115.08±5.91(1)(4) 120.42±4.77(1)(4) 65.20±2.54(1)(4) 1.70±0.08(1)(4)0.538±0.023(1)(4) 0.513±0.014(1)(4)TMN-THIO 81.29±4.30(2)(4) 168.48±3.90(2)(4) 26.24±3.41(2)(4) 2.44±0.13(2)(4)0.656±0.032(2)(4) 0.308±0.035(2)(4)

3 討 論

隨著對(duì)哮喘發(fā)生機(jī)制研究的深入，有報(bào)道中樞神經(jīng)系統(tǒng)也參與了哮喘的病理發(fā)生過程[8]。組胺是哮喘中的重要炎癥介質(zhì)[9]，在哮喘發(fā)生發(fā)展過程的多個(gè)環(huán)節(jié)中都起作用[10]。組胺也存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中，作為中樞神經(jīng)遞質(zhì)參與了大腦的許多生理及病理生理反應(yīng)[11]。

本研究觀察了中樞組胺能神經(jīng)元胞體所在部位，即下丘腦后區(qū)TMN核團(tuán)的放電活動(dòng)，所記錄到的腦電圖(electroencephalogram，EEG)是該核團(tuán)內(nèi)大量神經(jīng)元的興奮性突觸后電位(excitatory postsynaptic potential，EPSP)與抑制性突觸后電位(inhibitorpostsynaptipotential，IPSP)的總和，該電活動(dòng)屬于場(chǎng)電位，反映的是中樞神經(jīng)系統(tǒng)興奮性的動(dòng)態(tài)變化[12]。對(duì)記錄到的EEG進(jìn)行腦電功率譜分析，包括腦電功率和頻率分配兩個(gè)指標(biāo)。腦電功率反映的是腦電波的總功率和主頻率；而頻譜分配反映各頻段腦電波的功率在腦電總功率中所占百分比。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，哮喘發(fā)作時(shí)，TMN的EEG表現(xiàn)為頻率較高的α、β1、β2波所占百分比均升高，低頻的δ、θ波所占百分比均降低，總功率增大。一般認(rèn)為，腦電波由高振幅、低頻率轉(zhuǎn)化為低振幅、高頻率時(shí)，稱為去同步化，表示神經(jīng)核團(tuán)的興奮過程增強(qiáng)。反之，由低振幅、高頻率轉(zhuǎn)化為高振幅、低頻率時(shí)，稱為同步化，表示神經(jīng)核團(tuán)的抑制過程加深?？偣β室嗍巧窠?jīng)核團(tuán)功能活動(dòng)狀態(tài)的反映。因此，本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在哮喘發(fā)作過程中，下丘腦后區(qū)TMN核團(tuán)的興奮性增強(qiáng)，而該區(qū)是組胺能神經(jīng)元存在的主要部位，其發(fā)出的組胺能纖維可廣泛地投射至其他腦區(qū)，與其他腦區(qū)內(nèi)的神經(jīng)元形成突觸聯(lián)系，從而對(duì)哮喘的發(fā)生發(fā)展過程起到調(diào)控作用。

哮喘主要是以氣道高反應(yīng)性和氣流阻塞(氣道阻力增加)為特點(diǎn)的慢性氣道炎癥[13]。急性發(fā)作時(shí)，因小氣道痙攣導(dǎo)致通氣功能障礙，氣道阻力增加，氣體吸入和交換減少，機(jī)體可出現(xiàn)淺快呼吸[14]。哮喘急性發(fā)作時(shí)的呼吸表現(xiàn)可能是在神經(jīng)中樞整合驅(qū)動(dòng)下發(fā)生的復(fù)雜調(diào)節(jié)過程的結(jié)果[15]。電生理實(shí)驗(yàn)的結(jié)果提示，大鼠哮喘發(fā)作時(shí)，下丘腦后區(qū)TMN的功能活動(dòng)增強(qiáng)。本實(shí)驗(yàn)中，哮喘模型大鼠通過靜脈注射卵蛋白誘發(fā)后，呈現(xiàn)出典型的哮喘急性發(fā)作期的呼吸變化過程。電損毀雙側(cè)下丘腦后區(qū)TMN核團(tuán)后，哮喘大鼠呼吸功能得以明顯改善；電刺激興奮TMN核團(tuán)后，哮喘大鼠呼吸狀況則進(jìn)一步惡化，提示下丘腦后區(qū)TMN核團(tuán)的功能活動(dòng)可影響哮喘動(dòng)物的呼吸活動(dòng)。組胺H3受體主要屬于突觸前自身受體[16]，當(dāng)該受體活化時(shí)，可負(fù)反饋地調(diào)控組胺能神經(jīng)元合成與釋放；大鼠哮喘發(fā)作時(shí)，在TMN內(nèi)微量注射高選擇性的組胺H3受體激動(dòng)劑R-α-Me-HA，哮喘大鼠呼吸功能亦有明顯好轉(zhuǎn)；TMN內(nèi)微量注射高選擇性的H3受體拮抗劑THIO，哮喘癥狀加重，提示通過組胺H3受體可能引起TMN的組胺能神經(jīng)元內(nèi)組胺的合成與釋放的改變，從而對(duì)哮喘動(dòng)物的呼吸活動(dòng)產(chǎn)生影響。這亦與電損毀及電刺激TMN核團(tuán)所引起的哮喘大鼠呼吸活動(dòng)的變化一致。

哮喘的外周發(fā)病機(jī)制已比較明確，近年來，在對(duì)哮喘積極進(jìn)行遺傳學(xué)研究的同時(shí)，越來越多的學(xué)者開始關(guān)注中樞神經(jīng)系統(tǒng)在哮喘發(fā)作中的作用[17]，通過神經(jīng)內(nèi)分泌免疫網(wǎng)絡(luò)來全面理解哮喘的發(fā)病機(jī)制[18]。本研究對(duì)此進(jìn)行了初步探索，電生理以及藥物兩個(gè)方面結(jié)果均提示下丘腦后區(qū)TMN的組胺能神經(jīng)元對(duì)哮喘的發(fā)病具有調(diào)控作用。

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The role of hypothalamus tuberomammillary nucleus on the regulation of respiratory movement of rats with asthma

CHEN Chen,LIU Bao-sen,DONG Rong*
Experimental Center of Basic Medicine,Medical School of Southeast University,Nanjing 210009,China
*< class="emphasis_italic">Corresponding author,E-mail: dongrongshengli@163.com

,E-mail: dongrongshengli@163.com

ObjectiveTo explore the role of central histaminergic neurons in the tuberomammillary nucleus (TMN) of posterior hypothalamus on asthma.MethodsSeventy-two healthy male SD rats were served as study objects. Sixty-four rats were sensitized with ovalbumin (OA) solution intraperitoneally and challenged with OA aerosol inhalation to prepare asthma model. Asthma attack was evoked in asthmatic rats by OA solution injected intravenously,the electrical activities of TMN in posterior hypothalamus were recorded with biological signal collecting system and the power spectra were analyzed. TMN was lesioned or stimulated electrically by central stereo positioning technology. Histamine H3receptor agonist R-(α)-methylhistamine (RMHA) or antagonist thioperamide (THIO) was microinjected into TMN by central nuclear group microinjection technology,and the pulmonary function indexes were detected including diaphragm electromyography (EMGdi) frequency,EMGdi integral,minute ventilation volume (MVV),expiratory time/inspiratory time (TE/TI),airway resistance (Raw) and dynamic pulmonary compliance (Cdyn).ResultsCompared with control group,the percentage of α,β1and β2wave in the electrical activities of TMN of asthmatic rats increased significantly,while the percentage of δ and θ wave decreased and the total discharge power increased. Compared with the corresponding control group,electric lesion of TMN or TMN microinjected with histamine H3receptor antagonist increased EMGdi frequency,TE/TI,Raw,and decreased EMGdi integral,MVV and Cdyn. Compared with the corresponding control group,electric stimulation of TMN or TMN microinjected with histamine H3receptor agonist decreased EMGdi frequency,TE/TI,Raw,and increased EMGdi integral,MVV and Cdyn.ConclusionCentral histaminergic neurons in tuberomammillary nucleus of posterior hypothalamus are activated in asthmatic rats.

asthma; hypothalamic area,lateral; receptors,histamine H3

R562.25

A

0577-7402(2015)12-0981-06

10.11855/j.issn.0577-7402.2015.12.09

2015-07-01；

2015-10-27)

(責(zé)任編輯：沈?qū)?

陳晨，碩士研究生，助理工程師。主要從事哮喘機(jī)制方面的研究

210009 南京 東南大學(xué)醫(yī)學(xué)院基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)中心 (陳晨、劉保森、董榕)

董榕， E-mail：dongrongshengli@163.com