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臂旁核输入,改变七氟烷麻醉的转换

CNS neuroscience & therapeutics · 2024-08-01

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CNS neuroscience & therapeutics · 研究前沿

臂旁核输入,改变七氟烷麻醉的转换

小鼠研究发现,激活臂旁核至扩展杏仁核受测区域的输入,可延后翻正反射丧失并加快停药后的恢复;抑制只缩短诱导过程,显示不同阶段的调节差别。

AI概念插画:安静的小鼠、象征输入的纤维与明暗转换,不是实验图像或真实回路图

进入麻醉,与麻醉停止后的恢复,看似相反,却未必由同一套回路以完全对称的方式调节。2024年发表于 CNS Neuroscience & Therapeutics 的研究,追踪小鼠臂旁核(PBN)谷氨酸细胞投向扩展杏仁核(EA)受测区域的输入。研究同时观察末梢钙活动、翻正反射和脑电变化,并比较雌雄小鼠。这一路输入能够改变七氟烷麻醉中的行为转换,而激活与抑制、诱导与恢复,留下了不同的结果。翻正反射衡量动物调整姿势的能力,其丧失和重新出现,分别作为麻醉状态转换的行为指标。

关键发现

末梢激活延后翻正反射丧失、加快停药后恢复,并伴随脑电频段变化;末梢抑制缩短反射丧失时间,恢复时间与受测脑电频段未显著改变。雌雄差异也随阶段与干预条件变化。

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从臂旁核,抵达扩展杏仁核的受测区域

PBN参与多种感觉、状态相关调节,其谷氨酸细胞可以向前脑发送信号。研究用Vglut2遗传标记追踪这些细胞的轴突,在EA受测区域观察到末梢分布。EA包含多个相关结构,这次记录和干预聚焦其中的局部靶区。

清醒、七氟烷麻醉和恢复状态的组织比较显示,麻醉时局部c-Fos活动标记较少,恢复后增加。这个较慢的组织读出说明状态相关变化,接下来末梢钙记录则能够观察转换过程中的短暂起伏。

原论文图 1PBN输入与EA活动标记
PBN输入与EA活动标记
原论文Figure 1:输入追踪及受测EA区域的c-Fos比较,麻醉期较低、恢复后增加。
来源:Yan Y et al. · CNS neuroscience & therapeutics · CC BY
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诱导先升后降,停药后再次升高

钙指示蛋白表达在PBN细胞的轴突中,信号从EA末梢区采集。七氟烷开始吸入后,钙活动先短暂增加,随后在早期麻醉阶段降低。它没有沿着一条持续下降的曲线进入麻醉,而是在转换初期出现了额外响应。

停止吸入麻醉药后,末梢钙信号再次升高,较早与较后的恢复窗口都高于停药前。这里记录的是输入末梢的群体钙活动,并非整个PBN或全部EA细胞的活动,也没有直接测量递质释放量。

群体记录把麻醉药开始和停止作为时间起点。在同一类输入纤维上,两个过程呈现不同信号轮廓:诱导先有短暂峰值,恢复窗口则逐渐增强。状态转换的信号形状,也与仅比较麻醉前后平均活动有所不同。

原论文图 2麻醉诱导与停药后的末梢钙活动
麻醉诱导与停药后的末梢钙活动
原论文Figure 2:输入末梢钙信号在诱导初期升高、随后降低,停药后再次升高。
来源:Yan Y et al. · CNS neuroscience & therapeutics · CC BY
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反射丧失更晚,停药恢复更快

激活PBN在EA靶区的末梢,小鼠丧失翻正反射所需时间延长。停止七氟烷后再激活这路输入,翻正反射恢复所需时间缩短。前一个读出描述进入麻醉的过程,后一个描述麻醉药停止后的行为恢复。

这种变化伴随皮层脑电频段的重新分布:诱导比较中,δ相对功率下降,β与γ相对功率升高;恢复比较中,δ相对功率也降低。行为指标与电活动变化一起,显示这路输入能推动受测麻醉状态转换。

原论文图 3末梢激活后的行为与脑电
末梢激活后的行为与脑电
原论文Figure 3:激活延后翻正反射丧失并加快停药后的恢复,伴随受测脑电频段变化。
来源:Yan Y et al. · CNS neuroscience & therapeutics · CC BY
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进入麻醉更快,恢复却没有相反改变

反过来抑制PBN在EA的末梢,小鼠更早丧失翻正反射。可是在停药恢复阶段,同样方向的末梢抑制没有显著延长恢复时间。激活能加快恢复,并不意味着受测恢复过程对该输入的依赖与诱导完全相同。

抑制条件下,诱导和恢复比较的受测脑电频段均未显著变化。行为时间已经改变,脑电功率却没有出现与激活完全相反的结果。麻醉网络不同环节的贡献,由此呈现出阶段与干预方向相关的特点。

原论文图 4末梢抑制后的行为与脑电
末梢抑制后的行为与脑电
原论文Figure 4:抑制缩短翻正反射丧失时间,恢复时间及诱导、恢复的受测脑电频段变化未显著。
来源:Yan Y et al. · CNS neuroscience & therapeutics · CC BY
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诱导期钙活动不同,恢复期差异未显著

研究将雌雄小鼠的末梢钙变化放到相同时间窗口比较。诱导初期,雌性平均信号较高;进入早期麻醉后,两组信号都转向下降,雄性下降更多。性别相关差异出现在入麻醉的转换过程中。

停药后的两个恢复窗口,雌雄钙信号差异均未显著。自然状态记录因而没有显示每个阶段都存在同样差别。研究者讨论了激素调节的可能性,但这次实验没有直接干预雌激素或受体来检验这一解释。

原论文图 5雌雄末梢钙响应的阶段比较
雌雄末梢钙响应的阶段比较
原论文Figure 5:诱导初期及早期麻醉的雌雄信号不同,受测恢复窗口的对应差异未显著。
来源:Yan Y et al. · CNS neuroscience & therapeutics · CC BY
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激活条件下,行为与脑电呈现另一种比较

在末梢激活条件下,雄性比雌性更晚丧失翻正反射,停药后更早恢复;抑制条件下的对应雌雄时间差异未显著。诱导期末梢钙信号较高的雌性,并没有在激活条件下表现为同样更长的诱导时间。不同读出描述了不同环节。

激活后的诱导期脑电频段,雌雄差异未显著;恢复期雄性的β和γ相对功率较高。这项成年雌雄小鼠研究,将进入麻醉与停药恢复作为不同过程观察。行为反射、末梢信号和皮层脑电可以相互关联,也保留各自的变化特点。

原论文图 6激活与抑制条件下的雌雄比较
激活与抑制条件下的雌雄比较
原论文Figure 6:激活条件下雄性反射丧失更晚、恢复更早,恢复期β/γ相对功率较高;抑制条件下对应时间差异未显著。
来源:Yan Y et al. · CNS neuroscience & therapeutics · CC BY
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论文信息

Yan Y, Jiao Y, Liang E, Lei X, Zhang N, Xu S, Zhang L, Wang J, Luo T, Yuan J, Yuan C, Yang H, Dong H, Yu T, Yu W.
Parabrachial nucleus Vglut2 expressing neurons projection to the extended amygdala involved in the regulation of wakefulness during sevoflurane anesthesia in mice
CNS neuroscience & therapeutics · 2024-08-01
DOI: 10.1111/cns.70001