相邻的抑制性细胞,麻醉恢复时为何分工不同?
下丘脑两个相邻区域,都有GABA能细胞,却在七氟烷麻醉中呈现不同结果。雄性小鼠研究把脑电、翻正恢复和细胞活动联系起来,追踪背内侧下丘脑的促醒作用。
同样带有抑制性递质标记,位于相邻脑区的细胞,能否在麻醉中承担相同角色?2022年12月30日发表于 iScience 的研究,比较了下丘脑背内侧核DMH与腹内侧核VMH的GABA能群体。结果发现,增强DMH相关细胞活动,可以延后翻正反射丧失、加快恢复,也能在维持期改变脑电和体动;VMH群体激活则主要呈现脑电变化,所测行为转变未显著改变。一个看似笼统的“下丘脑抑制性细胞”问题,由此变成了有位置、有状态差别的细胞分工。
DMH的GABA能群体在七氟烷麻醉进出中具有双向功能证据:激活延后诱导、加快恢复,抑制则使诱导更快、恢复更慢。VMH激活的诱导、恢复和深状态爆发抑制比例均未显著改变,较浅状态下仍有谱功率变化。
阅读目录 · 6个部分
内侧下丘脑的细胞活动,牵动麻醉进出
DMH与VMH都与身体状态调节有关。既往研究将DMH联系到昼夜节律与睡眠觉醒调节,也发现VMH活动与睡眠状态有关。这样的背景使两处区域成为理解麻醉的候选节点,而细胞在麻醉中的实际作用,仍需要各自的功能证据。
研究先在包含DMH与VMH的内侧下丘脑范围内增强GABA相关群体活动。小鼠丧失翻正反射所需时间延长,停止麻醉后的恢复时间缩短。维持期的爆发抑制比例降低,较浅条件下低频δ功率占比下降、γ占比升高,体动持续时间也增加。
这一较大范围的结果提示,局部抑制性细胞可以支持整体唤醒。但其中包含相邻而不同的核团,究竟哪一部分承担了行为效应,还需要进一步拆开。脑区位置因此成为后续比较的核心线索。
来源:Wang Y et al. · iScience · CC BY-NC-ND
查看原图与英文图注 ↗
DMH激活后,行为与脑电一起变化
将活动增强集中到DMH,研究再次看到诱导延迟和恢复加快。在出现明显爆发抑制的较深状态中,激活使抑制比例下降,停止后回返;在较浅状态中,则出现更明显体动,δ功率占比降低,β与γ占比升高。
翻正反射、肢体活动和脑电各自提供不同侧面的状态信息。它们在这组比较中相互呼应,支持DMH群体参与麻醉转变;这些指标仍然没有直接覆盖主观意识的全部内容。
来源:Wang Y et al. · iScience · CC BY-NC-ND
查看原图与英文图注 ↗
VMH的脑电改变,没有伴随同样的行为变化
激活相邻VMH的GABA相关细胞,诱导与恢复时间都未显著改变,较深状态中的爆发抑制比例也未显著变化。较浅麻醉下,δ占比下降、β与γ占比升高仍然出现,但行为唤醒评分没有显著增加。
这一组结果保留了一个重要层次:谱功率变化可以与明显体动分开出现。VMH并非没有影响脑活动,只是它在所测条件下,没有呈现DMH那样的行为结果。较大区域的整体效应,因此不能均匀分配给每一个相邻核团。
来源:Wang Y et al. · iScience · CC BY-NC-ND
查看原图与英文图注 ↗
进入麻醉时下降,恢复时重新抬升
自然进出麻醉时,DMH的GABA相关群体也有相应变化。七氟烷开始作用后,钙信号逐渐降低;停止后,信号回升。在快速恢复附近,还能观察到较短时段的明显活动增加,同时脑电爆发抑制消失,低频与高频功率占比发生转移。
这些时序让细胞活动与恢复联系得更紧,但记录到的共同变化并没有单独证明谁先驱动谁。恢复期的运动或躁动,也可能参与钙信号变化,功能操纵的结果因此提供了必要补充。
来源:Wang Y et al. · iScience · CC BY-NC-ND
查看原图与英文图注 ↗
抑制DMH群体,麻醉进入更快、恢复更慢
降低DMH的GABA相关群体活动后,翻正反射更快丧失,停止七氟烷后恢复则延迟。两种麻醉条件下,爆发抑制比例都升高;在其中没有出现爆发抑制的较早时间窗里,δ功率占比升高、γ占比降低。
激活与抑制的结果形成相互补充的证据,支持这群细胞在所测麻醉状态中帮助维持唤醒倾向。不同时间窗观察到的脑电指标各有含义,抑制比例与谱功率并不是同一个量,也并非在完全相同状态下取得。
来源:Wang Y et al. · iScience · CC BY-NC-ND
查看原图与英文图注 ↗
细胞标记相同,作用仍取决于所在网络
另一组DMH活动增强比较,也观察到诱导延迟与恢复加快。这项雄性小鼠研究将区域、细胞身份和麻醉阶段放在一起,呈现出相邻核团的功能差别。DMH究竟通过哪些输出、哪些GABA细胞亚型发挥作用,仍未直接检验;局部抑制通向下游去抑制的解释,也有待获得更具体的连接证据。
短时激活条件下,研究没有发现显著体温改变,但心肺状态、较长时程及其他麻醉药仍有待进一步比较。结果提供了理解麻醉网络的新线索,尚未建立通过调节这群细胞改善人类麻醉恢复的临床效果。