三周跑台训练对小鼠脊髓中间神经元兴奋性调节作用的研究
作者单位：华东师范大学
学位级别：硕士
导师姓名：戴躍
授予年度：2017年
学科分类：0403[教育学-体育学] 040302[教育学-运动人体科学(可授教育学、理学、医学学位)] 04[教育学]
摘 要：研究表明,耐力训练可使得大鼠脊髓α-运动神经元静息膜电位超极化和产生动作电位的电压阈值降低,而运动剥夺后大鼠α-脊髓运动神经元则表现出动作电位的电流阈值和电压阈值同时增加。这一研究结果提示我们运动干预可对脊髓神经系统电生理特性产生影响:增加运动量可使得脊髓运动神经元兴奋性提高,剥夺运动则降低脊髓运动神经元的兴奋性。我们知道,脊椎动物的肢体运动是通过脊髓网络对运动神经元的控制来完成的。在运动训练过程中,除运动神经元以外还有大量的脊髓中间神经元参与运动协调与控制,然而运动干预是否对这些中间神经元的兴奋性也产生影响我们却不得而知。此外,现有的运动训练对脊髓神经元兴奋性影响的研究均选择在动物成年后进行运动干预,未见在动物成年之前的青少年时期进行运动训练的研究。鉴此我们选择在小鼠3周龄时对其进行3周的跑台训练,在小鼠6周龄时通过全细胞膜片钳技术对T12-L6脊髓切片中的中间神经元的电生理指标进行测量。观测6周龄时其脊髓中间神经元的电生理指标的变化。我们的研究表明,运动训练可提高脊髓中间神经元的兴奋性。目的:本研究以青少年小鼠为研究对象,以跑台训练作为运动干预的手段,使用离体脊髓切片的方式对脊髓神经元进行全细胞膜片钳测量,对比运动组和对照组脊髓神经元电生理指标的差异,评价运动干预对青少年小鼠脊髓神经元的调节作用。方法:实验动物:本实验使用B6品系小鼠,购自美国Jackson Lab实验室。实验过程严格按照华东师范大学动物中心的伦理要求进行,伦理编号:20141003。使用B6野生型小鼠繁殖交配,小鼠出生后3周随机分为运动组和对照组。运动组小鼠进行为期3周的跑台训练,对照组不运动。两组小鼠均在其6周龄时进行电生理实验。(1)运动干预方案:运动前对小鼠进行适应性训练,使其适应动物跑台。首次训练,跑台速度为13米/分钟,时间30分钟。适应性训练为期3天,之后开始20米/分钟(运动强度相当于85%VO2max),60min/次,1次/天,6天/周的正式训练,持续训练3周。(2)电生理实验记录两组小鼠脊髓神经元基础膜特性:本实验所测量反应细胞模特性的指标包括电流阈值(current threshold:Ith)、电压阈值(voltage threshold:Vth)、静息膜电位(resting membrane potential:Em)、输入电阻(input resistance:Rin)、细胞膜时间常数(membrane time constant:Tm)、全细胞电容(whole cell capacitance:Cm)、动作电位(action potential)高度及宽度、后超极化(after hyperpolarization:AHP)深度和半衰时间。结果:6周龄小鼠脊髓神经元基础膜特性描述1.电生理指标1.1对照组小鼠脊髓神经元基础膜特性(n=27):Em(-64.2±5.7mV)、Ith(11.9±6.9pA)、Rin(1483.3±682.3MΩ)、Tm(41.0±16.6ms)、Cm(27.6±24.3pF)、Vth(-36.9±5.1mV)、APheight(49.9±10.9mV)、AP width(1.3±0.4ms)、AHP depth(21.2±4.5mV)、AHP1/2 decay time(122.0±95.1ms);1.2训练组小鼠脊髓神经元基础膜特性(n=47):Em(-62.2±4.9mV)、Ith(11.7±9.6pA)、Rm(1608.2±586.4MΩ)、Tm(41.1 ±23.3ms)、Cm(28.1 ±24.9pF)、Vth(-40.4±3.2mV)、AP height(52.7±11.9mV)、AP width(1.8±0.6ms)、AHP depth(18.7±5.2mV)、AHP1/2 decay time(117.4±83.0ms)。2.板层分布特性2.1对照组小鼠脊髓背侧角(dorsalhorn,1-6板层)神经元(n=10)和脊髓腹侧(ventrol horn,7/8/10板层)神经元(n=17)仅在电流阈值这一指标间存在差异:脊髓背侧角神经元电流阈值(16.3±4.8pA)显著高于脊髓腹侧中间神经元(9.1±6.4pA),(P0.05)。2.2训练组小鼠脊髓背侧角神经元(n=20)和脊髓腹侧中间神经元(n=27)各项电生理指标均无显著差异。3.放电模式按照脊髓神经元在受到去极化电流时的放电情况,可将其划分为:单峰放电、相位放电和持续性放电三种类型,这三种类型的神经元在对照组和训练组小鼠中均有发现。3.1对照组单峰放电型神经元后超极化电位半衰时间(25.9± 14.5ms)明显低于相位放电型神经元(159.3±22.1ms)和持续放电型神经元(180.1±58.0ms)(P0.05),
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