呼吸中枢发育的基因调控研究进展

脑干呼吸中枢组成一个复杂的网络系统,产生和调控节律性呼吸。近年来,人们利用分子生物学技术研究发现,小鼠某些基因突变可影响呼吸中枢特定神经元的发育,并由此导致特殊的呼吸表型。最近,在人类某些中枢性呼吸疾病中,也发现了相应的基因突变。因此,基因水平的研究为深入认识节律性呼吸活动的产生和调控机制提供了新的研究途径。本文就目前研究较多、相对较深入的一些呼吸中枢发育调节基因的研究进展作一综述。     

兔边缘系统隔区呼吸相关神经元

本实验在42只家兔给与 Urethane 半量麻醉,在边缘系统隔区用玻璃微电极方法记录了60个自发的呼吸相关神经元单位放电:吸气型30个单位;呼气型16个单位;跨时相型14个单位。断双侧迷走神经,静脉注入尼克刹米后,呼吸相关神经元单位放电与呼吸节律变化具有伴随性,呈正相关。窒息可以诱发隔区神经元呼吸节律放电。延髓第四脑室局部注入2%Sod。pentothal 后,随呼吸节律抑制、隔区呼吸相关神经元单位放电立即消失。上述结果提示:到达边缘系统隔区的呼吸信息在自主功能及情绪活动的协调方面,可能被认为是有意义的。     

呼吸节律形成的探讨

呼吸节律形成的研究历史悠久,对呼吸节律起源问题,至今未定论。呼吸节律产生的部位在延髓,脑干中存在许多不同的呼吸神经原。呼吸时相转换的两种不同切断机制学说可能与呼吸节律的产生有关。     

家兔面神经后核内侧区在呼吸节律起源中的作用

从腹侧面暴露家兔延髓,脑内微量注射1%普鲁卡因阻滞面神经后核内侧区(mNRF),全部动物(n=20)一次注射(0.3—1.0μl)后即能可逆地消除呼吸节律。区域对照显示此区非常局限,范围约1.0×1.0×1.0mm。组织学检查表明为面神经后核内侧区。本文分析了 mNRF的呼吸相关神经元(RRNs)的放电形式。在 mNRF 有较多的呼气(E)神经元和呼气-吸气跨时相(E-IPS)神经元。在阻滞 mNRF 引起呼吸停止期间,观察到低位延髓背侧呼吸群(DRG)和腹侧呼吸群(VRG)尾端区 RRNs 放电的节律性消失,表现连续放电或停止放电。电刺激DRG,VRG 尾端区,只能诱发短串的膈神经放电,而不能产生节律性发放。说明这些区域的RRNs 无自动节律性活动的能力。结果表明,面神经后核内侧区与呼吸节律发生有关,它可能是呼吸节律发生器的一个重要的所在部位。     

兔边缘系统背侧海马呼吸相关神经元

本工作对35只家兔在背侧海马区用玻璃微电极记录了103个神经元单位放电,分类如下:56个神经元属非呼吸节律性自发的间歇性放电,可分为两种类型:一为长时振荡型放电;另一为短时振荡型放电。47个神经元出现呼吸节律同步性自发放电,可分为三种类型:吸气型15个单位;呼气型9个单位;跨时相型23个单位。上述结果提示:边缘系统海马的呼吸信息在情绪活动的协调方面可能是一个有趣的问题。     

呼吸性神经元在脑干中的分布及节律性呼吸的形成

延髓呼吸性神经元主要分布在孤束核、疑核和后疑核。孤束核和后疑核的呼吸性神经元轴突在闩部交叉至对侧,在脊髓腹外侧部下行,其末梢到达呼吸肌运动神经元。疑核的呼吸性神经元轴突由第九、十对颅神经传出,支配辅助呼吸肌。中枢吸气性活动可能产生于孤束核的吸气性神经元。平静呼吸时,吸气性神经元的放电活动被吸气切断机制周期性地切断,形成吸气和呼气活动的节律交替。I_β神经元中有一部分可能与吸气切断机制有关。中枢吸气性活动、肺牵张感受器传入活动、呼吸调整中枢活动以及脑干网状结构等其他神经结构的活动在吸气切断机制的神经元中进行整合,对中枢吸气性活动进行控制。关于中枢吸气性活动的起源和呼气相中吸气性神经元保持静止状态等问题,目前仍不清楚。     

印防己毒素对Btzinger复合体吸气抑制的阻断作用

Ｂｏｔｚｉｎｇｅｒ复合体（Ｂｏｔ．Ｃ）以呼气递增型神经元为主,其轴突广泛投射到延髓及脊髓呼吸神经元群,是吸气神经元呼气相突触后抑制的来源,在呼吸节律形成中起关键性作用。然而关于其吸气抑制的递质基础尚不清楚。尽管有资料表明Ｂｏｔ．Ｃ神经元为ＧＡＢＡ能,...     

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-—Boetzinger 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PBCRNs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。     

腺苷A1受体在离体延髓脑片上对节律性呼吸的调制

实验旨在探讨腺苷A1受体在对基本呼吸节律调制中的可能作用。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(themedial region of the nucleus retrofacialis,mNRF),并保留完整的舌下神经根。以改良Kreb‘s液灌流脑片,记录mNRF吸气神经元的电活动,并同步记录舌下神经根呼吸节律性放电(respiratory rhythmical discharge activity,RRDA)。在灌流液中先分别单独给予腺苷A1受体的特异性拮抗剂8-环戊-1,3-二丙基黄嘌呤(8-cyclopenty 1-1,3-dipropylxanthine,DPCPX)和特异性激动剂R-苯异丙基-腺苷(R-phenylisopropyl-adenosine,R-PIA);再分别先后给予R-PIA和R-PIA DPCPX,观察RRDA和吸气神经元电活动的变化。结果显示,给予腺苷A1受体拮抗剂DPCPX后,呼气时程和呼吸周期明显缩短,吸气神经元中期放电的频率和峰频率显著增大;给予腺苷Al受体激动剂R-PIA后,吸气时程、积分幅度和吸气神经元中期放电的频率和峰频率均显著降低,呼吸周期明显延长,且R-PIA的呼吸抑制作用可部分地被DPCPX逆转。实验结果提示,腺苷A1受体可能通过介导吸气神经元的抑制性突触输入参与节律性呼吸的调制。     

延髓嘴端包氏复合体与中枢呼吸节律形成

包氏复合体是一群位于延髓嘴端面神经后核腹内侧的呼气神经元。该群神经元为抑制性,轴突广泛投射到脑干呼吸相关结构及膈神经神经元群。本研究室动用微电刺激、逆行兴奋、ＷＧＡ－ＨＲＰ标记、微量注射等技术研究了该结构在呼吸时相转换及呼吸节律形成中的作用。结果显示：包氏复合体怀脑干呼吸神经元群之间存在双向纤维联系,该结构参与吸气向呼气以及呼气向吸气的时相转换,且在呼气相形成中起重要作用。