旋转磁场对大鼠体感诱发电位影响的实验研究

发布时间：2018-07-03 06:44

本文选题：旋转磁场 + 体感诱发电位　；参考：《南方医科大学》2014年硕士论文

【摘要】：研究背景磁场能够镇痛已被大量的动物实验及临床研究所证实,对其相关的机制也进行了大量的科学研究,然而,磁场镇痛机制复杂,目前确切的机制仍不完全清楚。疼痛的本质是感觉神经纤维上异位神经电兴奋的传入,神经兴奋的机理是离子通道产生的以钠离子为主的阳离子内流,导致神经轴突或细胞膜去极化,并向中枢传导。形式上是电荷沿着神经纤维传导,这与电流沿着导线传导十分相似。物理学上已知导线切割磁力线时,会产生电动势,电动势的方向遵守右手定律(楞次定律)。神经既然也是导体,肯定也遵守右手定律,那么不妨大胆地假设：当神经切割磁力线时,如果感生电动势的方向与神经传导的方向相反,当电动势足够大时,神经传导可能被阻断。体感诱发电位(Somatosensory evoked potentials,SEPs)是连续刺激外周感觉神经纤维在中枢神经系统诱发的综合电位活动,近年来,大多数学者认为由高强度刺激诱发的体感诱发电位能够反应伤害刺激在中枢神经系统的处理过程,并通过大量的实验证明了体感诱发电位和人类主观疼痛评分和动物的疼痛感觉具有很好的相关性,因此,体感诱发电位成为了一种量化疼痛的潜在方法。SEPs主要反映脊髓后索上行感觉纤维的传导功能。当脊髓发生损伤或出现神经功能障碍时,沿上行纤维传导的神经冲动数量将减少,同时神经冲动的传导速度也将出现明显降低,在躯体感觉皮层上记录的体感诱发电位将出波形的变化,表现为潜伏期延长,波幅减小。我们前期的动物研究证实了一定旋转角速度的旋转磁场作用于大鼠脊髓一定时间能够显著提高实验大鼠的疼痛阈值,并推测大鼠疼痛阈值增高的机制可能是旋转磁场切割大鼠脊髓神经诱导出电场,进而阻断感觉神经纤维上动作电位的传导。如果这一假设成立的话,我们可以推测,一定旋转频率的旋转磁场作用于大鼠脊髓一定时间后,大鼠将出现体感诱发电位的变化(考虑到大鼠脊髓感觉神经纤维传导功能受抑制,体感诱发电位将出现潜伏期延长,波幅减小)。基于此,我们研究了不同旋转频率及不同作用时间的旋转磁场对大鼠体感诱发电位的影响,现将研究内容详细阐述如下。第一部分不同频率的旋转磁场对大鼠体感诱发电位的影响 [目的]观察不同频率的旋转磁场对大鼠体感诱发电位潜伏期(Latency)和波幅(Amplitude)的影响,探讨旋转磁场镇痛的神经电生理机制。 [方法]在进行体感诱发电位记录前,需先在大鼠颅骨上放置硬膜外电极,然后再对纳入实验的大鼠进行分组,各组大鼠按照分组情况给予相应的处理,分别在处理前、后记录体感诱发电位。引导电极的放置方法：以10%水合氯醛按300mg/Kg体重对大鼠进行腹腔麻醉,麻醉满意后取俯卧位,牢固固定于大鼠脑立体定位仪上,予动物用剃毛器剃除颅顶周围毛发,予碘酊消毒头皮2次,75%酒精脱碘3次,在颅顶皮肤作一长约2cm的正中切口,纱布压迫止血,予组织剪剪开筋膜,暴露骨膜及颅骨,找到前囟及矢状缝,予血管钳夹持一花生米大小的棉球从中线向两旁将骨膜与颅骨进行钝性分离,纱布压迫止血。在脑立体定位仪下找到大鼠右后肢在第一体感皮层代表区相对应于颅骨的位置(坐标为前囟后2.5mm,中线偏左2mm),此点即为记录电极的放置点,同理确定参考电极的放置点(前囟前l0mm,中线偏左lmm),确定钻孔点后,先将电动颅骨钻钻头深度设为2mm,(大鼠颅骨厚度大约为2mm,防止钻穿颅骨后钻头插入颅内损伤大脑皮层),予小号无菌钻头小心进行钻孔,边钻入边观察深度及颅骨情况,刚突破颅骨内板时立即停止深入。将两颗尖端直径为1mm,阻抗为350-400Ω,长度为5mm的灭菌不锈钢螺钉小心地拧入钻孔内(螺钉拧入深度约为2mm),使螺钉尖端刚好接触硬脑膜,而不对大脑组织产生压迫。电极放置完成后,用3-0可吸收缝线采用单纯间断缝合方法缝合头皮切口,75%酒精再次消毒切口周围皮肤。预防大鼠因失血出现低血容量,术后每只大鼠均皮下注射生理盐水2m1,为确保实验结果的可靠性,对所有的大鼠操作过程均相同且由同一术者完成。术后大鼠在温暖舒适的环境中单笼饲养,自由进食、进水,加速术后恢复。为防止术后大鼠伤口及颅内感染,予硫酸庆大霉素按12mg/Kg体重每日肌注一次,持续7天。实验分组方法：共70只Sprague-Dawley纯种雄性大鼠接受了引导电极放置手术,至术后第7天时,纳入实验的大鼠共60只(未纳入本实验的10只大鼠中,其中2只因不能耐受手术死亡；2只饲养至第4天时头皮电极脱落；另外6只因拧入螺钉电极过深至大脑组织受损,大鼠术后出现右下肢瘫痪症状)。将纳入实验的60只大鼠随机分为6组,每组10只。各组分别为：(1)对照组：旋转磁场发生器上的环形磁铁换为大小及外形相同的铝块,该组大鼠接受旋转频率为100Hz的无磁性的铝块处理,余与实验组完全相同；(2)100Hz组：接受旋转频率为100Hz的磁场处理；(3)125Hz组：接受旋转频率为125Hz的磁场处理；(4)150Hz组：接受旋转频率为150Hz的磁场处理；(5)175Hz组：接受旋转频率为175Hz的磁场处理；(6)200Hz组接受旋转频率为200Hz的磁场处理。上述各组的处理时间均为30分钟。对照组大鼠以10%水合氯醛按300mg/Kg体重进行腹腔麻醉,分别记录大鼠麻醉后10mins、20mins、30mins、45mins、60mins时体感诱发电位,以观察麻醉对大鼠体感诱发电位的影响。同时记录对照组大鼠在旋转频率为100Hz的无磁性的铝块处理前、后的体感诱发电位。实验组大鼠以10%水合氯醛按300mg/Kg体重进行腹腔麻醉后,按实验分组情况分别接受旋转频率为100Hz、125Hz、150Hz、175Hz、200Hz的磁场处理,并于磁铁旋转前和磁铁旋转停止即刻记录大鼠体感诱发电位,在磁铁旋转前记录的体感诱发电位作为各组的基线值。体感诱发电位记录方法：于大鼠右后肢大腿中部后侧坐骨神经行程部位插入两根22-gauge的银针电极,作为刺激电极,两电极相距5mm,并与刺激器相连接。在大鼠尾根部插入一根22-gauge的银针电极,作为接地电极并连接于放大器上,分别将记录电极和参考电极连接于放大器上。采用波宽0.1mms,频率3Hz,强度0.4～1mA的电压方波脉冲刺激大鼠右后肢,以使后肢出现明显抖动的强度为准,所有数据使用Neuroscan的Synamps2放大器(Compumedics公司,澳大利亚)记录,采样率为20kHz,滤波范围为10-500Hz,分析时间为30ms,平均100次。 [结果]对照组中的10只大鼠在10%水合氯醛按300mg/Kg体重进行腹腔注射麻醉后,在60mins时间范围内,各记录时间点之间体感诱发电位潜伏期(F=3.515,P=0.083)、和波幅(F=3.459,P=0.058)无显著差异。磁场处理前,各组实验大鼠的体感诱发电位潜伏期之间无显著差异(F(5,54)=1.192,P=0.325),经磁场处理后,各组实验大鼠的体感诱发电位潜伏期之间存在显著差异(F(5,54)=3.477,P=0.009),其中各实验组体感诱发电位潜伏期与对照组相比,均存在显著性差异(P0.01)各实验组之间体感诱发电位潜伏期无显著性差异(P0.05)；经旋转磁场处理后,各实验组大鼠体感诱发电位潜伏期与基线值(处理前的SEPs潜伏期)相比,差异具有显著性(P0.01)；对照组大鼠的体感诱发电位潜伏期与基线值相比无显著差异(P=0.687)；Spearman相关性分析提示磁场旋转频率与体感诱发电位潜伏期之间存在显著正相关关系(r=0.287,P=0.026)。磁场处理前,各组实验大鼠的体感诱发电位波幅之间无显著差异(F(5,54)=1.563,P=0.186),经磁场处理后,各组实验大鼠的体感诱发电位波幅之间存在显著差异(F(5,54)=8.139,P0.01),其中150Hz组、175Hz组、200Hz组的实验大鼠体感诱发电位波幅与对照组相比,差异具有显著性,且该三组之间存在显著性差异(P0.01)；100Hz组、125Hz组的实验大鼠体感诱发电位波幅与对照组相比,差异无显著性(P0.05)；经旋转磁场处理后,各实验组大鼠体感诱发电位波幅与基线值(处理前的SEPs波幅)相比,差异具有显著性(P0.01)；对照组大鼠的体感诱发电位波幅与基线值相比,差异有显著性(P0.01)；Spearman相关性分析提示磁场旋转频率与体感诱发电位波幅之间存在显著负相关关系(r=-0.678,P=0.000)。 [结论]在本实验中,10%水合氯醛按300mg/Kg体重进行腹腔注射麻醉对实验大鼠的体感诱发电位潜伏期和波幅均无显著影响,实验中体感诱发电位的变化与麻醉无关。在一定的旋转频率范围内,作用相同的时间,旋转磁场对大鼠体感诱发电位具有显著的抑制作用,随着磁场旋转频率的增高,体感诱发电位受抑制程度增大,且磁场旋转频率与体感诱发电位的波幅之间的相关性要强于其与潜伏期之间的相关性。对同一旋转频率的磁场,体感诱发电位潜伏期要比波幅敏感。第二部分旋转磁场作用时间对大鼠体感诱发电位的影响 [目的]观察旋转磁场作用时间对大鼠体感诱发电位潜伏期(Latency)和波幅(Amplitude)的影响,探讨旋转磁场镇痛的神经电生理机制。 [方法]在进行体感诱发电位记录前,需先在大鼠颅骨上放置硬膜外电极,然后再对纳入实验的大鼠进行分组,各组大鼠按照分组情况给予相应的处理,分别在处理前、后记录体感诱发电位。引导电极的放置方法：详见实验一。实验分组方法：共75只Sprague-Dawley纯种雄性大鼠接受了引导电极放置手术,至术后第7天时,纳入实验的大鼠共70只(未纳入本实验的5只大鼠中,其中1只因不能耐受手术死亡；2只饲养至第3天时头皮电极脱落；另外2只因拧入螺钉电极过深至大脑组织受损,大鼠术后出现右下肢瘫痪症状)。将纳入实验的70只大鼠随机分为7组,每组10只。各组分别为：(1)对照组：旋转磁场发生器上的环形磁铁换为大小及外形相同的铝块,该组大鼠接受无磁性的旋转铝块处理10mins,余与实验组完全相同；(2)10mins组：接受旋转磁场处理10mins;(3)20mins组：接受旋转磁场处理20mins;(4)30mins组：接受旋转磁场处理30mins;(5)停后10mins组：接受旋转磁场处理30mins停后10mins;(6)停后20mins组：接受旋转磁场处理30mins停后20mins;(7)停后30mins组：接受旋转磁场处理30mins停后30mins.由实验一可知,磁场旋转频率高于150Hz的实验组大鼠体感诱发电位潜伏期和波幅均发生显著变化,因此在本实验中,各实验组的磁场旋转频率设为175Hz。分别记录各组在磁场处理前和处理后相应的各时间点的体感诱发电位,磁场处理前获得的体感诱发电位数据作为基线值。体感诱发电位记录方法：于大鼠右后肢大腿中部后侧坐骨神经行程部位插入两根22-gauge的银针电极,作为刺激电极,两电极相距5mm,并与刺激器相连接。在大鼠尾根部插入一根22-gauge的银针电极,作为接地电极并连接于放大器上,分别将记录电极和参考电极连接于放大器上。采用波宽0.1ms,频率3Hz,强度0.4-1mA的电压方波脉冲刺激大鼠右后肢,以使后肢出现明显抖动的强度为准,使用Neuroscan的Synamps2放大器(Compumedics公司,澳大利亚)记录数据,采样率为20kHz,滤波范围为10-500Hz,分析时间为30ms,平均100次。 [结果]磁场处理前,各组实验大鼠的体感诱发电位潜伏期之间无显著差异(F(6,63)=2.220,P=0.052),经磁场处理后,各组实验大鼠的体感诱发电位潜伏期之间存在显著差异(F(6,63)=5.896,P=0.000),其中10mins组、20mins组、30mins组、停后10mins组与对照组相比,体感诱发电位潜伏期具有显著性差异(P0.01)；停后10mins停后30mins组与对照组相比,差异无显著性(P0.05)；10mins组、20mins组、30mins组、停后10mins组之间体感诱发电位潜伏期无显著性差异(P0.05)；经旋转磁场处理后,各实验组大鼠体感诱发电位潜伏期与基线值(处理前的SEPs潜伏期)相比差异具有统计学意义(P0.01)；对照组大鼠的体感诱发电位潜伏期与基线值相比,差异无显著性；Spearman相关性分析提示：磁场处理时间(0、10、20、30mins)与体感诱发电位潜伏期之间存在显著正相关关系(r=0.440,P=0.005),磁场处理后各时间点(处理后10、20、30mins)与体感诱发电位潜伏期之间存在显著负相关关系(r=-0.524,P=0.003)。磁场处理前,各组实验大鼠的体感诱发电位波幅之间无显著差异(F(6,63)=1.249,P=0.294),经磁场处理后,各组实验大鼠的体感诱发电位波幅之间存在显著差异(F(6,63)=16.367,P=0.000),除停后30mins组外,余实验组大鼠体感诱发电位波幅与对照组相比,差异具有统计学意义(P0.01)；停后30mins组与10mins组、20mins组、30mins组、停后10mins、20mins组相比,差异具有显著性(P0.01)；经旋转磁场处理相应的时间后,各实验组大鼠体感诱发电位波幅与基线值(处理前的SEPs波幅)相比,差异具有显著性(P0.01)；对照组大鼠的体感诱发电位波幅与基线值相比,差异无显著性(P0.05)；Spearman相关性分析提示：磁场处理时间(0、10、20、30mins)与体感诱发电位波幅之间存在显著负相关关系(r=-0.579,P=0.000),磁场处理后各时间点(处理后10、20、30mins)与体感诱发电位波幅之间存在显著正相关关系(r=0.689,P=0.000)。 [结论]一定频率的旋转磁场处理大鼠一定时间后,大鼠体感诱发电位被显著抑制,其抑制程度随旋转磁场作用时间延长而增大；旋转磁场停止处理后,随着恢复时间延长大鼠体感诱发电位可缓慢恢复至磁场处理前水平,其中潜伏期恢复要比波幅早。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R402

【参考文献】