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前包钦格复合体:产生呼吸节律的关键部位
呼吸节律的产生部位和原理一直是神经生物学研究领域中的热门课题.近年来的研究表明, 延髓中一个被称为前包钦格复合体 (pre-Botzinger complex,PBC)的区域在哺乳动物呼吸节律的产生中起着关键作用.本文主要介绍PBC的定位;PBC内呼吸神经元的类型及轴突投射;调节PBC呼吸神经元活动的神经递质;PBC参与呼吸节律形成的机制.
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成年大鼠前包钦格复合体区自发放电神经元类型
目的:探讨前包钦格复合体(pre-Botzinger complex,pre-Bot复合体)在成年大鼠呼吸节律的产生和调控中的作用.方法:用玻璃微电极细胞外记录在体成年大鼠pre-Bot复合体区神经元的放电样式,以膈神经放电为中枢性呼吸周期指标,将呼吸相关神经元(respiratory related neurons,RRNs)分类.结果:pre-Bot复合体区特征性地含有各类呼吸神经元,尤其是跨时相呼吸神经元.结论:pre-Bot复合体在成年哺乳类的呼吸时相转换及呼吸节律的产生中具有关键作用.
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刺激面神经核对前包钦格复合体呼吸神经元放电活动的影响及其递质机制
实验选用健康成年SD大鼠,观察电刺激面神经核对前包钦格复合体(pre-Botzinger complex,PBC)呼吸神经元(RNs)放电活动的影响,并观察微电泳6-氰基-7-硝基喹喔啉-2,3-二酮(CNQX)、荷包牡丹碱(BIC)、士的宁(Stry)和阿托品(Atr)对电刺激面神经核引起的PBC RNs放电变化的拮抗效应,以进一步探讨面神经核是否参与呼吸调节及其可能的神经机制.在12只面运动神经元逆行溃变大鼠同侧PBC内共记录到各类RNs116个,电刺激溃变侧面神经核时,前吸气(Pre-I)神经元(24/26个)和吸气(I)神经元(30/35个)主要表现为兴奋,呼气(E)神经元(20/22个)和吸气-呼气(I-E)跨时相神经元(28/33个)表现为抑制.CNQX可完全或部分拮抗电刺激面神经核对Pre-I(18/24)和I(23/27)神经元的兴奋效应;Stry可拮抗电刺激面神经核对Pre-I(12/18)和I(14/23)神经元的瞬时抑制效应以及对I-E(20/28)和E(9/16)神经元的抑制效应;BIC可拮抗电刺激面神经核对I-E(22/25)和E(9/9)神经元的抑制效应;微电泳Atr对各类RNs的放电变化无明显作用.这些结果表明,面神经核非运动神经元可能通过向PBC的纤维投射,以Glu、GABA和Gly为神经递质或调质,调节PBC RNs的活动,从而参与对呼吸运动的调节.
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一氧化氮对呼吸节律性放电的调节作用
实验旨在探讨一氧化氮(nitric oxide,NO)在基本呼吸节律产生和调节中可能的作用.制作新生大鼠离体延髓脑片标本,主要包含面神经后核内侧区,前包钦格复合体、腹侧呼吸组以及背侧呼吸组的一部分.同时保留舌下神经根,用改良Kreb's液灌流脑片并记录与之相连的舌下神经根呼吸节律性放电(respiratory rhmical dischargeactivity,RRDA),在灌流液中分别给予不同浓度的NO供体硝普钠(sodium nitroprusside,SNP),NO合成前体L-精氨酸(L-Arrginine,L-Arg)以及神经元型一氧化氮合酶(neuronal nitric oxide synthase,nNOS)特异性抑制剂7-nitro indazole(7-MI),观察其对RRDA的影响.结果显示,nNOS的特异性抑制剂7-NI对吸气时程和放电强度有明显抑制,而NO合成前体L-Arg,以及NO供体SNP对呼吸放电活动没有明显的影响.这提示,在哺乳动物基本呼吸节律的产生和调节中,NO可能对吸气中止和呼吸幅度具有调节作用.
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前包钦格复合体区微量注射氨基酸类药物的呼吸效应
实验选用成年大鼠, 腹腔注射戊巴比妥钠麻醉, 以膈神经放电为指标, 分别观察了在前包钦格复合体(pre-B(o)tzinger complex, pre-B(o)t复合体)内微量注射兴奋性氨基酸(红藻氨酸, KA; L-谷氨酸, Glu)和抑制性氨基酸(甘氨酸, Gly; γ-氨基丁酸, GABA)对呼吸活动的影响.在pre-B(o)t复合体内注射KA后, 所有动物首先出现呼吸兴奋效应, 表现为吸气时程(TI)延长, 呼气时程(TE)缩短, 呼吸频率(RF)增快; 随后出现呼吸抑制效应, 表现为呼吸停止于呼气状态.Pre-B(o)t复合体内注射Glu, 引起动物TE缩短, 注射Gly或GABA均引起动物TI缩短.这些结果表明, 成年大鼠pre-B(o)t复合体参与节律性呼吸活动的产生和调控, 它可能是启动和维持吸气过程的中枢结构.
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前包钦格复合体微量注射17-β雌二醇的呼吸效应
目的观察前包钦格复合体(pre-Botzinger complex,pre-Bot复合体)微量注射E2对呼吸的调节作用.方法选用成年SD大鼠20只,随机分为雌激素(17-βestradiol,E2)药物组和生理盐水对照组.1.5%戊巴比妥钠腹腔麻醉,断双侧迷走神经,pre-Bot复合体微量注射E2,引导膈神经放电.结果 pre-Bot复合体微量注射E2后,膈神经放电活动明显增强,表现为积分放电幅度升高频率增加,与前对照相比具有明显的统计学意义(P<0.01).结论 E2通过作用于pre-Bot复合体产生了对呼吸的易化效应.
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组织化学染色与免疫电镜双标记方法在检测大鼠脑干前包钦格复合体细胞色素氧化酶活性中的应用
目的 研究脑干前包钦格复合体(pre-B(o)tC)细胞色素氧化酶(COX)的活性变化.方法 采用COX的组织化学染色与pre-B(o)tC的标记物神经激肽1受体(NK1 R)纳米金-银加强免疫组织化学染色双标法,进行pre-B(o)tC特定神经核团尤其是不同亚细胞结构的COX活性检测,并进行COX活性的半定量分析.结果 光镜下NK1R免疫反应性(NK1 R-ir)产物主要分布于pre-B(o)tC神经细胞膜,清晰勾勒神经元轮廓,COX组织化学染色呈棕色,弥漫表达于NK1 R-ir神经元胞质及突起内.电镜下NK1 R-ir金颗粒主要分布于pre-Bt(o)tC神经元胞体和树突膜内表面,胞质内也可见金颗粒标记.pre-B(o)tC神经元不同亚细胞结构(胞体、轴突终末、树突)线粒体的形状和分布均有不同,在胞体和轴突终末线粒体多为圆形和椭圆形,在树突则以长杆状线粒体多见,胞体线粒体多为管泡状嵴,而板层嵴线粒体以轴突终末和树突多见.轴突终末内线粒体多聚集分布,树突内线粒体多近胞膜散在分布,但在突触部位,线粒体分布密集,且局部膨大接近突触后膜,这与突触的信息传递功能需要大量ATP产生密切相关.COX活性反应产物分布于线粒体嵴上,线粒体嵴电子密度不同表明COX活性不同.轴突终末和树突线粒体COX活性明显高于胞体.结论 pre-B(o)tC神经元不同亚细胞结构能量代谢不同,其中轴突终末和树突线粒体COX活性明显高于胞体,尤其突触部位线粒体分布密集,且表达高COX活性.将COX组织化学技术和免疫电镜技术相结合,为检测区域性COX活性,尤其是区域内不同亚细胞结构的COX活性提供了新方法.
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前包钦格复合体注射生脉注射液对COPD大鼠膈神经放电的影响
目的 观察在慢性阻塞性肺疾病(COPD)模型大鼠延髓前包钦格复合体(pre-B zinger complex,PBC)区微量注射生脉注射液(简称生脉)后其膈神经放电情况,初步探讨生脉对COPD呼吸中枢的调节作用.方法 20只SD大鼠随机分为正常组与模型组,每组10只,模型组采用香烟结合脂多糖方法制作.采用脑立体定位和中枢微量注射技术,在大鼠PBC区注射生理盐水和生脉,记录膈神经放电.结果 正常组和模型组大鼠PBC注射生脉后,膈神经放电的频率、强度、积分均比注射生理盐水显著增加(P＜0.001);模型组注射生脉后,膈神经放电强度的增长幅度明显大于正常组(P＜0.01).结论 生脉对大鼠呼吸中枢PBC核团有兴奋效应,且此效应在模型大鼠更强.
