电刺激顶盖前区前核对大鼠心包内注射辣椒素诱发的背斜方肌肌电的影响

朱娟霞 高艺 龚阳泽

摘要：目的  观察顶盖前区前核（AptN）是否参与心脏痛的调制。方法  选择SD雄性大鼠18只，在戊巴比妥钠（50 mg/kg） 腹腔麻醉下行心包插管术后，给予AptN分别施加强度10、25、50 μA的电刺激（波宽3 ms，频率100 Hz），心包内注射辣椒素诱发心脏痛，记录对侧背斜方肌的肌电（EMG）。结果  电刺激APtN剂量依赖式抑制大鼠心包腔内注射辣椒素诱发的背斜方肌的EMG（Y=87.939-1.585X，r=0.951，P=0.049），EMG反应相对于基础对照分别减小至（63.71±2.82）%、（37.65±5.75）% 和（15.71±4.30）%（P<0.05），肌电反应较对照明显减弱，肌电幅值减小，放电频率减少，放电时间缩短，潜伏期延长。结论  电刺激APtN，激活“APtN-中脑深部网状结构、脑桥臂旁核及网状旁巨细胞核-延髓外侧到脊髓”的多突触下行抑制通路，对心脏痛产生抑制性调节。

关键词：顶盖前区前核;心脏-躯体运动反射;背部斜方肌肌电;电刺激

中图分类号：R338                                   文献标识码：A                                 DOI：10.3969/j.issn.1006-1959.2020.17.019

文章编号：：1006-1959（2020）17-0067-03

Abstract：Objective  To observe whether AptN is involved in the modulation of cardiac pain.Methods  18 SD male rats were selected. After pericardial intubation under intraperitoneal anesthesia with sodium pentobarbital （50 mg/kg）， AptN was given to apply electrical stimulation of 10， 25， and 50 μA （wave width 3 ms，frequency 100 Hz）， intrapericardial injection of capsaicin induced heart pain， and the electromyography （EMG） of the contralateral dorsi trapezius muscle was recorded.Results  Electrical stimulation of APtN dose-dependently inhibited the EMG of rat dorsi trapezius induced by intrapericardial injection of capsaicin （Y=87.939-1.585X，r=0.951，P=0.049）， and the EMG response was reduced to that of the basic control（63.71±2.82）%，（37.65±5.75）% and（15.71±4.30）%（P<0.05）， the electromyographic response was significantly weaker than the control， the electromyographic amplitude decreased， the discharge frequency decreased， the discharge time shortened， and the latency period extend.Conclusion  Electrical stimulation of APtN activates the multi-synaptic descending inhibitory pathways of "APtN-deep midbrain reticular structure， parapontine nucleus and parareticular giant cell nucleus-lateral medulla oblongata to spinal cord"， which could inhibit cardiac pain.

Key words：Anterior nucleus of anterior tectum;Heart-somatic movement reflex;Back trapezius myoelectricity;Electrical stimulation

心臟痛（cardiac pain）是心脏病患者发生心肌梗死时的典型症状之一，常警示患者的生命受到严重威胁，但是关于心脏痛觉信息的中枢调控作用迄今仍不明了，其作用机制更是所知甚少。来自内脏器官的疼痛信号不仅产生内脏痛，而且引起内脏-躯体运动反射[1]。研究表明[2，3]，心包注射辣椒素可以产生一个可重复的心脏-躯体运动反射，该反射是研究心脏痛诱发痛觉过敏调制的适宜指标。顶盖前区前核（the anteriorpretectal nucleus，AptN）是一个参与痛觉信息传递的中脑核团，并且参与下行痛觉调制[4，5]，电刺激大鼠APtN可产生持久的镇痛作用，但电刺激APtN是否能够产生抑制心脏痛的作用，尚不清楚。本实验用大鼠心脏-躯体运动反射模型，以心包内可复性注射辣椒素所诱发的背斜方肌的肌电（electromyogram，EMG）为指标，通过观察背斜方肌EMG的变化，评估电刺激APtN对心脏伤害性感受的调节作用。

1材料与方法

1.1实验动物及试剂  Sprgue Dawley（SD）大鼠，体质量250～350 g，雄性，18只，购自西安交通大学医学院实验动物中心。实验方案经西安交通大学医学院实验动物保护委员会许可，并根据IASP的道德准则进行。戊巴比妥钠、辣椒素购自Sigma公司。双线记忆示波器（VC-10）、AVM-11双通道放大器、刺激器（SEN-3301）、隔离器（SS-202J均购自日本Nihon Kohden 公司。PowerLab信号采集与分析系统购自澳大利亚AD Instruments公司。动物脑立体定位仪（SN-2N）购自日本Narishige公司。小动物人工呼吸机（DW3000-B型）购自淮北正华生物仪器设备有限公司。

1.2方法

1.2.1心包插管术  1%戊巴比妥钠腹腔麻醉大鼠，行常规气管插管以连接呼吸机，颈外静脉插管术维持麻醉，于大鼠左侧上胸部第1～第3肋软骨处行开胸术，用扩胸器撑开胸廓，暴露胸腺和心脏，用玻璃探针在心包膜上开一小孔，将心包插管（内径0.020英寸、外径0.037英寸、长14～16 cm末梢有3～4个小孔的硅胶管），顺左心室表面插入心包腔约2 cm，用药棉填塞固定插管，依次缝合关闭胸腔。

1.2.2心包内辣椒素注射  每次心包内注射0.2 ml辣椒素（1 μg/ml）以诱发背斜方肌EMG。记录EMG结束后，回抽心包内的辣椒素，并用生理盐水冲洗心包3次，避免残留辣椒素影响实验结果。

1.2.3颅内插管术  将大鼠俯卧固定于鼠脑脑立体定位仪上，用颅骨钻施行开颅术，根据鼠脑图谱，将引导套管置入大鼠左侧APtN（前囟后4.3～5.3 mm，中线外1.5～2.5mm，脑表面下3.5～4.5mm）上方2 mm 处，以便插入刺激电极。

1.2.4 APtN电刺激  将刺激电极（直径0.2 mm）经引导套管插入APtN，其末端超出套管2 mm，电刺激强度为10、25和50 μA，电刺激波宽0.3 ms，电刺激频率为100 Hz的阴极脉冲，每次电刺激在心包注射辣椒素之前10 s时开始，持续60 s，在心包注射辣椒素结束后停止电刺激。

1.2.5背斜方肌EMG的记录  同芯电极以约30°角斜插入背斜方肌（spinotrapezius，SPT）内，插入深度约为1.5～1.7 mm，以记录背斜方肌的EMG信号[6]，EMG信号经AVM-11双通道放大器放大和过滤，滤波为1.0 kHz，用示波器和监听器自动检测肌肉放电，EMG信号用PowerLab软件系统采集分析。APtN施加电刺激前心包内注射辣椒素诱发的EMG作为基础对照。

1.2.6背斜方肌EMG的标化  将EMG用 PowerLab软件进行频率直方图处理，当EMG的频率高于      3 imp/s时作为放电的开始;当放電频率低于3 imp/s时，则作为放电的终止，从而得到辣椒素诱发的EMG反应总个数（total number of motorunit discharges，TMUD）。每只大鼠第1次单纯心包内注射辣椒素诱发的TMUD被标化为100%，作为基础对照，其后续EMG反应均以首次TMUD为分母进行标化。APtN内施加电刺激后肌肉放电单位数高于基础对照110%，或者低于对照90%，视为有意义，计入统计范畴。选择组织鉴定刺激电极在APtN内的大鼠的背斜方肌EMG进行分析。

1.2.7再建电刺激部位  实验结束后，经引导套管在电刺激部位微量注射膀胺天蓝，标记电刺激部位，深度麻醉后灌注，取出脑组织，固定后冰冻切片组织再建电刺激部位。

1.3统计学方法  数据以（x±s）表示，采用SPSS 10.0统计软件进行分析，组间比较采用One-way ANOVA并t检验进行分析。P<0.05表示差异有统计学意义，P<0.01表示统计学意义显著。

2结果

2.1电刺激APtN强度对大鼠心包腔内注射辣椒素诱发EMG的影响  10 μA电刺激使EMG相对于单纯心包内注射辣椒素诱发的基础背斜方肌EMG（基础对照）的100.00%减小至（63.71±2.82）%，差异有统计学意义（P<0.05）;25 μA 电刺激使EMG相对于基础对照的100%减小为（37.65±5.75）%，50 μA电刺激使EMG相对于基础对照的100%减小为（15.71±4.30）%，统计学意义显著（P<0.01）;电刺激APtN强度依赖式抑制大鼠心包腔内注射辣椒素诱发的背斜方肌EMG（Y=87.939-1.585X，r=0.951，P=0.049），见图1。

2.2组织再建刺激电极末端在APtN内分布  组织再建电刺激的结果显示，有18只大鼠的刺激电极在APtN内不同部位，见图2。

2.3电刺激APtN诱发的抑制背斜方肌EMG作用的实例  软件系统采集的EMG信号实际图显示，相对于电刺激前单纯心包内注射辣椒素诱发的基础对照EMG和电刺激后单纯心包内注射辣椒素诱发的后对照恢复时的EMG，施加于APtN的三个不同强度的电刺激，均对心包内注射辣椒素诱发的背斜方肌EMG产生明显的抑制作用，EMG的频率、幅度、放电时间都减小。施加电刺激50 min后再次单纯心包内注射辣椒素（后对照），背斜方肌EMG有所恢复，见图3。

3讨论

实验动物心包内置管注射致痛剂是一种研究心脏伤害性感受的简单易行的模型，被广泛应用到心脏感觉的研究领域中[6]。该模型是通过给大鼠心包腔内注射辣椒素，辣椒素激活位于心脏初级感觉传入纤维上的辣椒素受体，在传递心脏的伤害性感受信息的同时，诱发躯体运动反射，使背斜方肌EMG增多，记录背斜方肌EMG作为心脏痛的指标。

大鼠的甩尾反射实验、爪压力实验、爪福尔马林实验等研究结果证明，给予APtN短暂的电刺激诱发了长时间的镇痛作用[7，8]。APtN主要接受来自脊髓背柱的兴奋性上行纤维的直接投射，其传出纤维广泛地投射到中枢内许多与痛觉调制有关的结构，其下行调制作用涉及中脑和延髓外侧包括深部中脑核、臂旁核和巨细胞核[5，9]。有研究已经证明[4，5]，在中枢神经系统存在一个由“脊髓背柱- APtN-中脑深部网状结构、脑桥臂旁核及网状旁巨细胞核-延髓外侧”到脊髓的多突触通路参与痛觉调制，其中APtN产生的镇痛经两条通路下行，一条经同侧旁巨细胞核下行，一条相继经对侧深部中脑核和脑桥臂旁核下行[9]，但大部分关于APtN参与痛觉调制的研究主要集中在躯体痛，关于APtN参与内脏痛调制的研究较少[10]。心脏痛是冠心病的典型症状，属于内脏痛，众所周知来自内脏器官的疼痛信号不仅产生内脏痛，而且引起内脏-躯体运动反射[1]。內脏感觉传入冲动沿着与躯体感觉相同的传入通路上传，汇聚学说认为内脏感觉传入纤维和躯体感觉传入纤维汇聚到同一脊髓丘脑束神经元。有源于内脏的神经纤维投射至APtN，APtN参与心脏痛的调制[10]。

本研究用大鼠心脏-躯体运动反射模型，给予APtN施加三个不同强度的电刺激，结果显示电刺激APtN强度依赖式抑制了大鼠的背斜方肌EMG，为APtN参与内脏痛的调制增加了新的实验数据。APtN内阿片受体、5-羟色胺受体、胆碱能M受体、肾上腺素受体、谷氨酸受体可能介导其痛觉调制通路的镇痛作用，既往研究证实APtN内α2受体参与对心脏痛的调制，但其它受体是否参与心脏痛的调制，有待进一步研究。

综上所述，电刺激APtN强度依赖式抑制大鼠心包内注射辣椒素诱发的背斜方肌EMG，提示APtN参与了心脏伤害性感受的调制，这为APtN参与痛觉调制增加了新的实验数据，为APtN心脏痛乃至内脏痛的调制提供了新的证据，也为临床治疗心脏痛提供一定的理论基础。

参考文献：

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[2]Han M，Liu XH，Sun N，et al.Lateral reticular nucleus modulates the cardiosomatic reflex evoked by intrapericardial capsaicin in the rat[J].Eur J Neurosci，2013，37（9）：1511-1518.

[3]Yang ZL，Ke YQ，Xu RX，et al.Melittin inhibits proliferation and induces apoptosis of malignant human glioma cells[J].Journal of Southern Medical University，2007，27（11）：1775.

[4]Genaro K，Fabris D，Prado WA.The antinociceptive effect of anterior pretectal nucleus stimulation is mediated by distinct neurotransmitter mechanisms in descending pain pathways[J].Brain Res Bull，2019（146）：164-170.

[5]Genaro K，Prado WA.Neural Correlates of the Antinociceptive Effects of Stimulating the Anterior Pretectal Nucleus in Rats[J].J Pain，2016，17（11）：1156-1163.

[6]Jou CJ，Farber JP，Qin C，et al.Intrapericardialalgogenic chemicals evoke cardiac-somatic motor reflexes in rats[J].AutonNeurosci，2001，94（1-2）：52-61.

[7]Chiang CY，Chen IC，Dostrovsky JO，et al.Inhibitory effect of stimulation of the anterior pretectal nucleus on the jaw-opening reflex[J].Brain Res，1989，497（2）：325-333.

[8]Wilson DG，Rees H，Roberts MH.The antinociceptive effects of anterior pretectal stimulation in tests using thermal， mechanical and chemical noxious stimuli[J].Pain，1991，44（2）：195-200.

[9]Rossaneis AC，Prado WA.The ventral portion of the anterior pretectal nucleus controls descending mechanisms that initiate neuropathic pain in rats[J].Clin Exp Pharmacol Physiol， 2015，42（6）：704-710.

[10]朱娟霞，余蕾，常晋瑞，等.大鼠顶盖前区前核内去甲肾上腺素α2受体对心脏-躯体运动反射的调制[J].神经解剖学杂志，2018，34（2）：7-10.

收稿日期：2020-06-06;修回日期：2020-07-10

编辑/宋伟