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研究目的:
电压门控性K+通道是维持细胞兴奋性和神经元间信息传递的关键通道,它对学习记忆起重要作用。本论文通过研究1周龄SD大鼠3%浓度七氟烷暴露后海马脑片CA1区锥体神经元的瞬时外向K+通道电流(transientoutwardpotassiumcurrent,IA)和延迟整流K+通道电流(delayedrectifierpotassiumcurrent,IK)及其通道动力学特性在1-4周龄的变化,探讨七氟烷暴露是否对婴幼儿的学习记忆功能产生影响,为七氟烷在婴幼儿手术中的应用提供实验支持。
研究方法:
实验大鼠分组:正常组和七氟烷组。正常组包括:正常0周龄组(刚出生,Control0)、正常1周龄组(Control1)、正常2周龄组(Control2)、正常3周龄组(Control3)、正常4周龄组(Control4)。七氟烷组包括:七氟烷模型1周龄组(7日龄幼鼠3%七氟烷暴露6小时后,Sevoflurane1)、七氟烷模型2周龄组(1周龄幼鼠七氟烷暴露后1周,Sevoflurane2)、七氟烷模型3周龄组(1周龄幼鼠七氟烷暴露后2周,Sevoflurane3)、七氟烷模型4周龄组(1周龄幼鼠七氟烷暴露后3周,Sevoflurane4)。
1周龄七氟烷大鼠模型的制备:将1周龄的SD大鼠置于自制的半密闭有机玻璃麻醉预处理箱内,调节七氟烷挥发罐,维持箱内的七氟烷浓度为3%,持续暴露6小时。
正常组和七氟烷组大鼠海马脑片的制备:以上各组大鼠乙醚麻醉后,快速断头取脑,用振动切片机将脑组织切成厚为400μm的海马脑片。在室温条件下,将海马脑片放在通有95%O2+5%CO2混合气的人工脑脊液中孵育1小时左右。
数据记录及分析:采用脑片膜片钳全细胞记录技术,记录以上各组大鼠海马脑片CA1区IA和IK,应用软件Clampfit10.2和Origin6.0分析IA和IK的通道动力学特性。
研究结果:
1.正常0-4周龄组大鼠海马脑片CA1区IA和IK及其通道特性的变化
在去极化电压为+50mV时,正常0-4周龄组的IA最大电流密度(pA/pF)分别为:82.18±11.56,91.74±13.17,166.64±15.2,179.6±16.09,192.26±18.97(n=10,P<0.05);正常0-4周龄组的IK最大电流密度(pA/pF)分别为:57.96±8.34,64.27±10.09,118.71±9.84,133.17±13.19,143.71±14.23(n=10,P<0.05)。Control1与Control0相比,IA和IK的最大电流密度的增幅为(11.65±0.32)%、(10.91±0.15)%(n=10,P<0.05);Control2与Control1相比,IA和IK的最大电流密度的增幅为(81.64±9.71)%、(84.69±14.05)%(n=10,P<0.05);Control3与Control2相比,IA和IK的最大电流密度的增幅为(7.78±1.78)%、(12.18±1.83)%(n=10,P<0.05);Control4与Control3相比,IA和IK的最大电流密度的增幅为(4.16±2.98)%、(7.91±2.57)%(n=10,P>0.05)。实验结果表明,随着鼠龄的增加,IA和IK电流密度逐渐增加,尤其是出生后1周至2周增长最明显。瞬时外向K+通道通道半数激活、失活电压降低,延迟整流K+通道通道半数激活电压降低。
2.七氟烷1-4周龄组大鼠海马脑片CA1区IA及其通道特性的变化
在去极化电压为+50mV时,Control1组与Sevoflurane1组的IA最大电流密度(pA/pF)分别为:91.74±13.17和42.86±8.83(n=10,P<0.05);Control2组与Sevoflurane2组的IA最大电流密度(pA/pF)分别为:166.64±15.21和94.26±8.69(n=10,P<0.05);Control3组与Sevoflurane3组的IA最大电流密度(pA/pF)分别为:179.60±16.09和121.11±9.36(n=10,P<0.05);Control4组与Sevoflurane4组的IA最大电流密度(pA/pF)分别为:192.26±18.97和144.32±10.40(n=10,P<0.05)。随着去极化电压的变化,同一周龄组的抑制率变化不明显,而不同周龄组的抑制率不同,Control1组与Sevoflurane1组、Control2组与Sevoflurane2组、Control3组与Sevoflurane3组、Control4组与Sevoflurane4组的抑制率分别为:(52.27±1.61)%、(41.95±1.38)%、(31.17±1.28)%、(22.89±2.03)%(n=10,P<0.05)。与正常组相比,七氟烷组IA的I-V曲线均下降,下降的幅度随周龄的增长而减少;IA的稳态激活动力学特性曲线均向右移,半数激活电压均增大,说明七氟烷暴露后瞬时外向K+通道难被激活;稳态失活动力学特性曲线均向左移,半数失活电压均减小,说明七氟烷暴露后瞬时外向K+通道通道易失活。
3.七氟烷1-4周龄组大鼠海马脑片CA1区IK及其通道特性的变化
在去极化电压为+50mV时,Control1组与Sevoflurane1组的IK最大电流密度(pA/pF)分别为:64.27±6.10和26.84±4.34(n=10,P<0.05);Control2组与Sevoflurane2组的IK最大电流密度(pA/pF)分别为:118.71±9.84和68.61±6.53(n=10,P<0.05);Control3组与Sevoflurane3组的IK最大电流密度(pA/pF)分别为:133.17±13.19和88.81±8.74(n=10,P<0.05);Control4组与Sevoflurane4组的IK最大电流密度(pA/pF)分别为:143.71±14.23和107.20±10.37(n=10,P<0.05)。随着去极化电压的变化,同一周龄组的抑制率变化不明显,而不同周龄组的抑制率不同,Control1组与Sevoflurane1组、Control2组与Sevoflurane2组、Control3组与Sevoflurane3组、Control4组与Sevoflurane4组的抑制率分别为:(61.91±3.04)%、(43.69±2.46)%、(35.03±3.62)%、(24.69±1.77)%(n=10,P<0.05)。与正常组相比,七氟烷组IK的I-V曲线均下降,下降的幅度随周龄的增长而减少;IK的稳态激活动力学特性曲线均向右移,半数激活电压均增大,说明七氟烷暴露后延迟整流K+通道难被激活。
结论:
1.正常0-4周龄组的IA和IK电流密度随鼠龄的增大逐渐增加,尤其是出生后1周至2周增长最明显,大鼠出生后1周至2周是电压门控性K+通道发育的关键期。
2.1周龄大鼠暴露3%浓度七氟烷6小时后,七氟烷对大鼠海马脑片CA1区IA及其通道动力学特性具有抑制作用,在1-4周龄,七氟烷对大鼠海马脑片CA1区IA及其通道动力学特性具有持续的抑制作用。随着鼠龄的增长,抑制作用明显下降。
3.1周龄大鼠暴露3%浓度七氟烷6小时后,七氟烷对大鼠海马脑片CA1区IK及其通道动力学特性具有抑制作用,在1-4周龄,七氟烷对大鼠海马脑片CA1区IK及其通道动力学特性具有持续的抑制作用。随着鼠龄的增长,抑制作用明显下降。