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作者：张俊鸿中国人民解放军陆军军医大学

学位级别：硕士

研究背景和目的呼吸运动是维持生命活动不可或缺的生理过程,主要在中枢神经系统(脑、脊髓)以及外周神经系统的协同调控下完成。呼吸运动的节律和模式起源于脑干呼吸中枢模式发生器(respiratory central pattern generator,r CPG),同时... 详细信息

研究背景和目的呼吸运动是维持生命活动不可或缺的生理过程,主要在中枢神经系统(脑、脊髓)以及外周神经系统的协同调控下完成。呼吸运动的节律和模式起源于脑干呼吸中枢模式发生器(respiratory central pattern generator,r CPG),同时也接受高位中枢如大脑皮层、外侧下丘脑等的调控。这些脑中的呼吸相关核团对呼吸运动的调节最终通过脊髓呼吸神经网络向吸气肌(膈肌和肋间肌)发出纤维投射,从而调控吸气运动不间断的发生。在哺乳动物中,脊髓呼吸神经网络非常重要,其不仅接受上游呼吸中枢的传入信号,且传出兴奋调节吸气泵肌始动吸气,是呼吸运动的关键枢纽。在平静状态下,脊髓呼吸运动神经元激动膈肌和肋间肌协同收缩,产生跨膈压和胸膜腔压力差,以实现肺部通气。而这些神经元功能障碍会导致明显呼吸困难、呼吸衰竭甚至死亡。但目前对应支配吸气泵肌(膈肌和肋间肌)的脊髓呼吸运动神经元的形态学分布特征并不十分清楚。同时脊髓中还存在大量神经元向非呼吸肌发出纤维投射,且这些神经纤维可能与调节呼吸的神经来自相同的脊髓节段,但具体意义不明;这些都极大的限制了临床疾病如睡眠呼吸暂停综合征、肌萎缩侧索硬化症、脊髓损伤等呼吸困难症状的治疗。因此,研究脊髓呼吸运动神经元的形态学分布特征,是了解脊髓呼吸神经网络调控的必要前提,也是进一步研究上游呼吸中枢神经网络,以及中枢性呼吸障碍相关疾病的病理生理机制十分重要的基础。近年来,示踪技术极大的促进了神经科学解剖领域研究进展。常用的逆行示踪剂包括霍乱毒素β亚基(cholera toxinβ-subunit,CTB)和伪狂犬病毒(pseudorabies virus,PRV)两种。其中CTB从轴突末梢感染吸收,并沿轴突逆行示踪神经元胞体。PRV是目前最常用的外周到中枢逆行嗜神经病毒,能在神经元之间严格逆行跨突触传递,其逆向跨突触的级数取决于其在动物体内的感染时间,并且通过在PRV基础上加入荧光蛋白原件,可以实现病毒感染标记的神经元可视化。为了解脊髓呼吸膈运动神经元和肋间运动神经元的形态学分布特征,本课题拟采用外周到中枢的逆行示踪技术,分别对成年小鼠膈肌和肋间肌进行微量注射分析这些神经元的分布情况,并对这些脊髓呼吸运动神经元与对应脊髓节段的非呼吸相关运动神经元的空间位置进行比较;探讨呼吸膈运动神经元和肋间运动神经元的全脊髓分布模式规律,以期为呼吸中枢神经系统的进一步研究奠定解剖学基础。材料与方法本研究包括以下几个方面:1.CTB和PRV介导膈运动神经元逆行示踪比较:对成年C57BL/6小鼠,选用CTB555(n=3)和PRV-EGFP(n=4)示踪剂分别微量注射至膈肌进行示踪,并比较两者的感染效率。2.脊髓膈运动神经元的形态学分布特征:注射CTB555至膈肌(n=3)后,取小鼠全脊髓组织进行纵向和冠状切片,使用共聚焦显微成像技术对阳性标记的切片进行拍照采集和结果分析。3.膈运动神经元和三角肌运动神经元分布特征的比较:在同侧膈肌和三角肌分别注射CTB555和CTB488(n=3),10天后取脊髓组织,对有荧光标记的切片进一步进行免疫荧光染色鉴定神经元类型,并比较这些神经元的空间分布特征。4.CTB和PRV介导肋间运动神经元逆行示踪比较:对成年C57BL/6小鼠,应用CTB555(n=3)和PRV-EGFP(n=3)两种不同的示踪剂分别对右侧第3肋间肌进行示踪,并比较标记结果。5.支配所有肋间肌的肋间运动神经元的分布特征:应用CTB555对同侧1-12肋间肌(每个肋间肌n=3)逐一进行示踪并进一步分析示踪结果。6.肋间运动神经元和腹斜肌运动神经元空间分布的比较:成年小鼠同侧腹斜肌和对应肋间肌分别注射CTB555和CTB488(n=3)来示踪标记对应的运动神经元,共聚焦显微成像技术分析这些运动神经元的形态学特征。结果1.CTB和PRV介导膈运动神经元逆行示踪比较右侧膈肌CTB555注射10天后,在脊髓C3-C6节段前角标记到膈运动神经元。PRV-EGFP注射2-2.5天后也在相同的位置发现标记的神经元。对比PRV-EGFP和CTB555标记的阳性节段距离和节段阳性神经元比例差异均无统计学意义(CTB555:n=3PRV-EGFP:n=4,P>0.05,非配对t-test)。2.脊髓膈运动神经元的形态学分布特征CTB555注射进膈肌感染10天后,取脊髓组织纵向切片,发现所有膈运动神经元分布在同侧脊髓灰质,不存在交叉现象;冠状切片发现神经元分布在C3-C6节段phrenic motoneurons of lamina 9(Ph9)区域,标记的节段头-尾端距离为1.44±0.12 mm,共标记到76.00±1.73个膈运动神经元,其中以C4节段的分布最为集中。3.膈运动神经元和三角肌运动神经元分布特征的比较颈髓C5-C6节段同侧前角发现标记的三角肌运动神经元和膈运动神经元。这些神经元的大小差异没有统计学意义(膈运动神经元:

关键词：呼吸膈运动神经元肋间运动神经元膈肌肋间肌脊髓呼吸中枢

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脊髓呼吸膈运动神经元的形态学特征研究

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陆军军医大学学报 2022年第7期44卷 611-619页

作者：张俊鸿胡志安任栓成熊玮陆军军医大学(第三军医大学)第一附属医院老年医学与特勤医学科重庆400038 陆军军医大学(第三军医大学)基础医学院生理学教研室脑与智能研究院重庆400038 陆军第953医院急诊医学科西藏日喀则857000

目的研究脊髓呼吸相关的膈运动神经元的空间分布位置并比较其与三角肌运动神经元和肋间运动神经元的分布特点差异。方法采用从外周到中枢的逆行示踪研究策略,在成年小鼠(n=3)同侧膈肌、三角肌、肋间肌微量注射霍乱毒素β亚基(cholera to... 详细信息

目的研究脊髓呼吸相关的膈运动神经元的空间分布位置并比较其与三角肌运动神经元和肋间运动神经元的分布特点差异。方法采用从外周到中枢的逆行示踪研究策略,在成年小鼠(n=3)同侧膈肌、三角肌、肋间肌微量注射霍乱毒素β亚基(cholera toxinβ-subunit,CTB)或伪狂犬病毒(pseudorabies virus,PRV),逆行标记支配目标肌肉的脊髓运动神经元,并进一步分析、比较不同脊髓运动神经元的分布特征。结果CTB和PRV介导的逆行示踪结果显示:成年小鼠膈运动神经元分布在颈髓C3~C6节段前角Ph9区域,且上述两种逆行示踪剂标记膈运动神经元的效率差异无统计学意义。与C5~C6节段的非呼吸相关的三角肌运动胆碱能神经元相比,膈运动神经元分布在同一脊髓节段前角更腹内侧的位置。与胸髓呼吸相关的肋间运动神经元相比,两组神经元分别在颈髓和胸髓中均沿头-尾轴呈束状纵柱形分布,但膈运动神经元在C3~C6节段细胞数量分布相对均一,而肋间运动神经元在T1~T11节段神经元数目变异较大(P运动神经元分布沿头-尾轴逐渐向脊髓前角内侧偏移,而呼吸肋间运动神经元则比较均一地分布在脊髓前角外侧区。结论成年小鼠膈运动神经元分布在颈髓的C3~C6节段前角Ph9区域,位于三角肌运动神经元腹内侧,且其分布模式较胸髓肋间运动神经元更为均一。

关键词：呼吸膈运动神经元膈肌脊髓三角肌运动神经元肋间运动神经元

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