皮层扩散性抑制影响双侧皮层感觉响应的光学成像研究
发布时间：2020-11-16 00:25
皮层扩散性抑制(Cortical Spreading Depression,CSD)是一个由神经元大规模去极化和紧接着的神经活动的抑制所组成的连续过程。它在传播过程中会突然破坏细胞内外离子平衡,反映为胞外直流电位的暂时翻转,而在传播之后会长时间抑制神经元自发活动,反映为皮层脑电信号的减弱及刺激诱发的皮层响应缺失。已有许多研究结果证实皮层扩散性抑制是偏头痛先兆的潜在神经基础,并且在脑卒中、蛛网膜下腔出血以及脑外伤等临床疾病的组织二次损伤中扮演不容忽视的角色。本文发展了一种带荧光校正的多模式光学成像系统,针对电压敏感染料(Voltge sensitive dye,VSD)染色小鼠及特异细胞类型的钙荧光转基因小鼠,分别对皮层扩散性抑制传播过程及传播前后的双侧皮层感觉响应进行了成像。本文的主要内容和得出的结论如下:(1)提出了一套具备荧光校正功能的多模式光学成像系统,它结合了双波长内源信号光学成像以及钙离子荧光成像,可以对血红蛋白和胞内钙离子浓度进行同时监测,并且能对钙离子荧光信号进行荧光校正。利用三种特异细胞类型标记的GCa MP6f转基因小鼠,对皮层扩散性抑制传播过程进行了血红蛋白及胞内钙离子荧光的同步监测,结果显示血红蛋白浓度变化在不同转基因小鼠上没有差异,但钙离子荧光相对变化幅度各不相同。Thy1,Som以及Vip小鼠在CSD传播过程中的相对荧光变化都呈现先升高、接着降低至原基线荧光强度以下、再缓慢恢复至原基线水平的三相变化,但三者荧光升高的幅度不同,Thy1小鼠为201±89%,Som小鼠为39±18%,Vip小鼠只有14±9%。经过荧光校正,皮质区域的相对荧光变化幅度均减小,但Thy1小鼠减小的程度微弱,校正前后差异不显著,Som及Vip小鼠校正前后改变程度较大,更有进行荧光校正的必要。在血管区域,校正前相对荧光变化幅度均显著高于皮质区域,校正后两种区域荧光变化幅度相同,荧光校正能显著减弱荧光变化图样中的血管伪迹。(2)利用VSD成像以及四种特异类型的转基因小鼠钙成像,对正常生理状态下的双侧皮层感觉响应进行了描绘,得到了后肢及胡须刺激下的双侧皮层感觉响应图样及其时空变化特性。VSD成像以及Thy1,Vglut2小鼠的钙成像均显示刺激能产生双侧皮层的感觉响应;而Som小鼠只能在刺激的对侧皮层产生响应,同侧皮层则不能;Vip小鼠在两种刺激方式下均不能稳定产生感觉响应。VSD成像的感觉响应在响应时间、达峰时间及持续时间上均最短;Thy1及Vglut2小鼠的感觉响应在三种时间特性指标上均无显著差异;Som及Vip小鼠响应时间长于Thy1及Vglut2小鼠,但持续时间短于Thy1及Vglut2小鼠。Thy1,Vglut2,Som三种小鼠在双侧皮层的激活区域相同,但在激活面积上Thy1小鼠最大,Vglut2小鼠其次,Som小鼠最小。后肢与胡须这两种不同的刺激方式得到的感觉响应时空特性不同,后肢刺激的达峰时间和持续时间短于胡须刺激;后肢刺激在对侧皮层的激活区域比胡须刺激更靠内侧,在同侧皮层响应则较为局域化。(3)观测了右侧皮层传播的CSD对双侧皮层感觉响应造成的不同影响。对于VSD成像,右侧皮层在同侧后肢和皮层表面刺激下,仍然能产生感觉响应,只是幅度有所降低,但在对侧后肢刺激下,皮层响应几乎完全消失。对于钙离子荧光成像,不同特异类型的转基因小鼠双侧皮层感觉响应受到了不同影响,Vglut2小鼠显示出对CSD极高的耐受性,双侧皮层感觉响应几乎都不受影响。而Thy1及Som小鼠则显示出对CSD的耐受性较低,Thy1小鼠在CSD影响一侧皮层的感觉响应显著减弱,未影响一侧皮层的感觉响应没有变化;Som小鼠受影响一侧皮层的感觉响应缺失。综合VSD成像的结果,分析了CSD后双侧皮层感觉响应发生不同变化的原因可能是CSD对神经元树突,胞体等不同组成部分产生的影响不同。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R318.0;O657.3
【部分图文】：
l 诱导产生的皮层扩散性抑制过程中不同位点的 DC 信号及 ECoG 信号 DC potential and ECoG recording of two recording sites during KCl-induc现 CSD 现象之后的十年内，CSD 都一直被视作是正常的健瞬时无害的生理现象，并没有与任何疾病或脑损伤相联系起及临床领域在缺血缺氧或急性脑损伤的大脑组织中发现了一现象，他们习惯称呼它为“缺氧性去极化”（anoxic depolarizati普遍存在于氧供应不足的脑组织里。它与 CSD 的相似之处在
图 1.2 CSD 在动脉瘤性蛛网膜下腔出血的病理机制中的作用[9]。Fig. 1.2 CSD plays a role in the pathological mechanism of aSAH.如图 1.2 所示，其中发挥最主要作用的就是钾离子（K+）浓度的升高和一氧化氮（NO）浓度的降低。K+是一种血管收缩剂而 NO 是一种血管舒张剂，它们浓度变化共同作用的结果就是使内源性的血管舒张减弱，血管收缩增强，组织面临血氧供给的减少[53]。与此同时，K+浓度不断累积达到一定阈值就会诱发 CSD 的产生，CSD 伴随着同时发生的组织氧供给不足，就会引起脑血流的大幅降低，并且和扩散性去极化一样在组织中扩散传播，这种现象有一个专门的术语用来描述，叫做“扩散性缺血[54]（spreading ischemia）”。如下图所示，扩散性缺血一旦产生，标志着脑组织进入到一个恶性循环中：为了恢复 CSD 带来的跨膜离子浓度梯度的破坏，钠钾泵必须加速工作以恢复离子浓度平衡，同时会消耗一定的 ATP，这就使得能量的需求增大，但是组织的缺血缺氧满足不了能量的供应，胞外物质的清除不够及时，会进一步延长细胞去极化的时间，这又会促使血管收缩剂持续释放，从而进入恶性循环。在这
图 1.2 CSD 在动脉瘤性蛛网膜下腔出血的病理机制中的作用[9]。Fig. 1.2 CSD plays a role in the pathological mechanism of aSAH.如图 1.2 所示，其中发挥最主要作用的就是钾离子（K+）浓度的升高和一氧化氮（NO）浓度的降低。K+是一种血管收缩剂而 NO 是一种血管舒张剂，它们浓度变化共同作用的结果就是使内源性的血管舒张减弱，血管收缩增强，组织面临血氧供给的减少[53]。与此同时，K+浓度不断累积达到一定阈值就会诱发 CSD 的产生，CSD 伴随着同时发生的组织氧供给不足，就会引起脑血流的大幅降低，并且和扩散性去极化一样在组织中扩散传播，这种现象有一个专门的术语用来描述，叫做“扩散性缺血[54]（spreading ischemia）”。如下图所示，扩散性缺血一旦产生，标志着脑组织进入到一个恶性循环中：为了恢复 CSD 带来的跨膜离子浓度梯度的破坏，钠钾泵必须加速工作以恢复离子浓度平衡，同时会消耗一定的 ATP，这就使得能量的需求增大，但是组织的缺血缺氧满足不了能量的供应，胞外物质的清除不够及时，会进一步延长细胞去极化的时间，这又会促使血管收缩剂持续释放，从而进入恶性循环。在这
【参考文献】
本文编号：2885392
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2018
【中图分类】：R318.0;O657.3
【部分图文】：
l 诱导产生的皮层扩散性抑制过程中不同位点的 DC 信号及 ECoG 信号 DC potential and ECoG recording of two recording sites during KCl-induc现 CSD 现象之后的十年内，CSD 都一直被视作是正常的健瞬时无害的生理现象，并没有与任何疾病或脑损伤相联系起及临床领域在缺血缺氧或急性脑损伤的大脑组织中发现了一现象，他们习惯称呼它为“缺氧性去极化”（anoxic depolarizati普遍存在于氧供应不足的脑组织里。它与 CSD 的相似之处在
图 1.2 CSD 在动脉瘤性蛛网膜下腔出血的病理机制中的作用[9]。Fig. 1.2 CSD plays a role in the pathological mechanism of aSAH.如图 1.2 所示，其中发挥最主要作用的就是钾离子（K+）浓度的升高和一氧化氮（NO）浓度的降低。K+是一种血管收缩剂而 NO 是一种血管舒张剂，它们浓度变化共同作用的结果就是使内源性的血管舒张减弱，血管收缩增强，组织面临血氧供给的减少[53]。与此同时，K+浓度不断累积达到一定阈值就会诱发 CSD 的产生，CSD 伴随着同时发生的组织氧供给不足，就会引起脑血流的大幅降低，并且和扩散性去极化一样在组织中扩散传播，这种现象有一个专门的术语用来描述，叫做“扩散性缺血[54]（spreading ischemia）”。如下图所示，扩散性缺血一旦产生，标志着脑组织进入到一个恶性循环中：为了恢复 CSD 带来的跨膜离子浓度梯度的破坏，钠钾泵必须加速工作以恢复离子浓度平衡，同时会消耗一定的 ATP，这就使得能量的需求增大，但是组织的缺血缺氧满足不了能量的供应，胞外物质的清除不够及时，会进一步延长细胞去极化的时间，这又会促使血管收缩剂持续释放，从而进入恶性循环。在这
图 1.2 CSD 在动脉瘤性蛛网膜下腔出血的病理机制中的作用[9]。Fig. 1.2 CSD plays a role in the pathological mechanism of aSAH.如图 1.2 所示，其中发挥最主要作用的就是钾离子（K+）浓度的升高和一氧化氮（NO）浓度的降低。K+是一种血管收缩剂而 NO 是一种血管舒张剂，它们浓度变化共同作用的结果就是使内源性的血管舒张减弱，血管收缩增强，组织面临血氧供给的减少[53]。与此同时，K+浓度不断累积达到一定阈值就会诱发 CSD 的产生，CSD 伴随着同时发生的组织氧供给不足，就会引起脑血流的大幅降低，并且和扩散性去极化一样在组织中扩散传播，这种现象有一个专门的术语用来描述，叫做“扩散性缺血[54]（spreading ischemia）”。如下图所示，扩散性缺血一旦产生，标志着脑组织进入到一个恶性循环中：为了恢复 CSD 带来的跨膜离子浓度梯度的破坏，钠钾泵必须加速工作以恢复离子浓度平衡，同时会消耗一定的 ATP，这就使得能量的需求增大，但是组织的缺血缺氧满足不了能量的供应，胞外物质的清除不够及时，会进一步延长细胞去极化的时间，这又会促使血管收缩剂持续释放，从而进入恶性循环。在这
【参考文献】
相关博士学位论文 前3条
1 尹翠;基于多光谱光学内源信号成像的皮层扩散性抑制过程多参数监测[D];华中科技大学;2013年
2 邱建军;激光散斑衬比成像流速测量准确性改善方法研究[D];华中科技大学;2010年
3 陈尚宾;大鼠皮层扩散性抑制时空动态过程的光学成像研究[D];华中科技大学;2006年
本文编号：2885392
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