【摘要】: 正常情況下,人體各感覺(jué)系統(tǒng)接受到的感覺(jué)信息是相互匹配的。不同感覺(jué)通道間信息的整合和匹配是維持機(jī)體正常生理和心理活動(dòng)的前提。當(dāng)不同通道信息間發(fā)生沖突時(shí)將會(huì)出現(xiàn)不同程度的生理和心理反應(yīng),可能導(dǎo)致工作能力降低,有時(shí)甚至?xí)䦟?dǎo)致機(jī)體失能。視覺(jué)系統(tǒng)和前庭系統(tǒng)是人體兩個(gè)非常重要的感覺(jué)系統(tǒng),在維持機(jī)體正常的生理和心理活動(dòng)中發(fā)揮著重要的作用。據(jù)統(tǒng)計(jì)80%-90%的外界信息是通過(guò)視覺(jué)系統(tǒng)傳入的,而前庭系統(tǒng)在人體平衡、各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的感知和空間定向等方面發(fā)揮著重要的作用。 視覺(jué)系統(tǒng)與前庭系統(tǒng)是與航空航天活動(dòng)最密切相關(guān)的兩個(gè)感覺(jué)系統(tǒng)。視覺(jué)系統(tǒng)信息和前庭系統(tǒng)信息的沖突或不匹配是導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)病(motionsickness,MS)和空間定向障礙(sp atial disorientation,SD)發(fā)病的重要原因。運(yùn)動(dòng)病和空間定向障礙長(zhǎng)期以來(lái)是困擾全世界航空航天活動(dòng)的兩大難題,由于具體的發(fā)病機(jī)制至今仍未闡明,使得預(yù)防和治療措施缺乏針對(duì)性而難以奏效。因此,關(guān)于視覺(jué)系統(tǒng)信息與前庭系統(tǒng)信息互相作用和整合機(jī)制的研究是各國(guó)航空航天醫(yī)學(xué)界研究的重點(diǎn)和熱點(diǎn)問(wèn)題。但由于缺乏相應(yīng)的視覺(jué)缺陷研究模型,使得視覺(jué)信息與前庭系統(tǒng)信息的整合機(jī)制以及視覺(jué)信息在MS和SD發(fā)病機(jī)制中作用的研究受到極大限制。 視覺(jué)缺陷模式動(dòng)物是一類(lèi)視覺(jué)功能先天存在缺陷的模式動(dòng)物,在國(guó)內(nèi)外被廣范地應(yīng)用于視覺(jué)相關(guān)的研究中。我們實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)和培育了1種視覺(jué)功能缺陷的模式動(dòng)物—視網(wǎng)膜快速變性(retinal degeneration fast,rdf)小鼠,遺傳特性穩(wěn)定,并已建立了近交系。研究證實(shí)rdf小鼠出生后早期視錐細(xì)胞和視桿細(xì)胞發(fā)生凋亡,出生后3周時(shí)外層視網(wǎng)膜已消失,因此成年rdf小鼠明視覺(jué)和暗視覺(jué)喪失。由于其視覺(jué)功能的先天性缺陷,為我們從視覺(jué)系統(tǒng)入手開(kāi)展視覺(jué)信息在SD和MS發(fā)病機(jī)制中的作用,以及視覺(jué)系統(tǒng)信息與前庭系統(tǒng)信息在中樞神經(jīng)系統(tǒng)的整合機(jī)制的相關(guān)研究提供了獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。本課題擬利用rdf小鼠先天性視覺(jué)功能缺陷的特性,觀察旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)刺激對(duì)正常野生型昆明小鼠和rdf小鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)Fos蛋白及降鈣素基因相關(guān)肽和已酰膽堿表達(dá)的影響。初步闡明視覺(jué)系統(tǒng)信息與前庭系統(tǒng)信息在小鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)整合的機(jī)制,為預(yù)防和治療SD和MS提供理論依據(jù)。 材料與方法 1.采用標(biāo)準(zhǔn)化視覺(jué)電生理檢查方案和HE染色對(duì)F 19(Filial 19)代成年rdf小鼠和正常野生型成年昆明小鼠的視覺(jué)電生理學(xué)特征和視網(wǎng)膜組織結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行觀察。 2.分別給予rdf小鼠和正常野生型昆明小鼠旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)刺激(旋轉(zhuǎn)半徑0.6m,角速度180°/S,順時(shí)針/逆時(shí)針交替刺激,每周期3 min,持續(xù)時(shí)間共30 min),通過(guò)觀察它們條件性厭食癥(conditioned taste avetsion,CTA)的程度,即旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)刺激前后對(duì)糖精水飲用量的變化,研究?jī)煞N小鼠運(yùn)動(dòng)病敏感性的差異。 3.運(yùn)用免疫組織化學(xué)染色的方法觀察旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)刺激(刺激模式同上)30 min后,兩種小鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)前庭相關(guān)的區(qū)域(前庭核、舌下神經(jīng)前置核、下橄欖體β亞核和K帽、小腦絨球和旁絨球)Fos表達(dá)的差異。通過(guò)觀察視覺(jué)信息對(duì)以上區(qū)域Fos蛋白表達(dá)的影響,明確視覺(jué)系統(tǒng)信息與前庭系統(tǒng)信息在小鼠神經(jīng)中樞整合的關(guān)鍵區(qū)域。 4.運(yùn)用免疫組織化學(xué)染色的方法觀察多次旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)前庭刺激(刺激模式同上,每次刺激30 min,間隔24 h,共3次)后,降鈣素基因相關(guān)肽(calcitonin gene-related peptide,CGRP)和膽堿乙酰轉(zhuǎn)移酶(choline acetyltransferase,ChAT)在視覺(jué)系統(tǒng)信息與前庭系統(tǒng)信息整合區(qū)域的表達(dá)差異,明確CGRP和乙酰膽堿(acetylcholine,Ach)是否參與了視覺(jué)系統(tǒng)信息與前庭系統(tǒng)信息在小鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)的整合。 結(jié)果 1.野生型昆明小鼠ERG五項(xiàng)檢查——視桿細(xì)胞反應(yīng)視網(wǎng)膜電圖(scotopic electroretinogram,Scot ERG)、振蕩電位(oscillatory potentials,Ops)、最大混合反應(yīng)視網(wǎng)膜電圖(maximal combined responseelectroretinogram,Max ERG)、明適應(yīng)視網(wǎng)膜電圖(photopic electroretinogram,Phot ERG)、閃爍光視網(wǎng)膜電圖(flicker electroretinogram,F(xiàn)licker ERG)均可引出正常波形。在同樣條件下rdf小鼠均未引出誘發(fā)電位波形。視網(wǎng)膜組織HE染色結(jié)果顯示,正常野生型昆明小鼠視網(wǎng)膜各層均存在,層次清楚;而rdf小鼠視網(wǎng)膜外核層、光感受細(xì)胞層和外網(wǎng)狀層消失,內(nèi)核層也變薄。 2.旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)刺激30 min后,兩種小鼠24 h糖精水的飲用量與刺激前相比均顯著減少[rdf小鼠:10.94±0.92 g(刺激前)vs 6.87±0.79 g(刺激后第1個(gè)24 h),n=7,P<0.01;昆明小鼠:11.16±0.96 g(刺激前)vs 9.37±0.86 g(刺激后第1個(gè)24 h),n=7,P<0.01]。但rdf小鼠比正常野生型昆明小鼠減少的程度更大[刺激后第1個(gè)24 h飲用量/刺激前飲用量:63.07±8.35(%,rdf小鼠)vs84.49±10.16(%,昆明小鼠),n=7,P<0.05]。 3.旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)刺激30 min后,rdf小鼠舌下神經(jīng)前置核(prepositushypoglossal nucleus,PrH)和下橄欖體內(nèi)側(cè)核K帽(Kooy cap ofinferior olivemedial nucleus,IOK)Fos陽(yáng)性神經(jīng)元數(shù)目顯著少于正常野生型昆明小鼠[PrH:35.33±2.19(昆明小鼠)vs 20.67±1.45(rdf小鼠),n=6,P<0.01;IOK:12.17±1.19(昆明小鼠)vs 6.67±0.42(rdf小鼠),n=6,P<0.01]。神經(jīng)中樞與前庭相關(guān)的其他區(qū)域,兩種小鼠Fos蛋白表達(dá)也存在差異,但差異無(wú)顯著性。 4.3次間隔24 h的30 min旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)刺激后,CGRP和ChAT在rdf小鼠和正常野生型昆明小鼠前庭相關(guān)區(qū)域的表達(dá)模式均與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)刺激后Fos蛋白的表達(dá)模式相似。rdf小鼠PrH和IOK的CGRP陽(yáng)性神經(jīng)元[PrH:87.33±1.96(昆明小鼠)vs 62.67±1.65(rdf小鼠),n=6,P<0.01;IOK:26.50±1.23(昆明小鼠)vs 17.00±0.89(rdf小鼠),n=6,P<0.01]和ChAT陽(yáng)性神經(jīng)元[PrH:78.33±1.78(昆明小鼠)vs 56.67±1.73(rdf小鼠),n=6,P<0.01;IOK:17.17±1.05(昆明小鼠)vs 10.33±0.92(rdf小鼠),n=6,P<0.01]均明顯少于正常野生型昆明小鼠。除前庭內(nèi)側(cè)核rdf小鼠ChAT陽(yáng)性神經(jīng)元稍多于正常野生型昆明小鼠外[62.67±3.84(昆明小鼠)vs 66.67±2.54(rdf小鼠),n=6,P=0.03],神經(jīng)中樞與前庭相關(guān)的其他區(qū)域,兩種小鼠CGRP和ChAT表達(dá)的差異無(wú)顯著性。 結(jié)論 野生型昆明小鼠ERG五項(xiàng)檢查——Scot ERG、Ops、Max ERG、PhotERG Flicker ERG均可引出正常波形,證實(shí)其視網(wǎng)膜功能正常。在同樣條件下rdf小鼠五項(xiàng)檢查均未引出誘發(fā)電位波形,為熄滅型表現(xiàn),說(shuō)明其視桿體細(xì)胞與視錐體細(xì)胞功能均喪失。視網(wǎng)膜組織學(xué)觀察表明,,正常野生型昆明小鼠視網(wǎng)膜各層均存在,層次清楚。而rdf小鼠視網(wǎng)膜外核層、光感受器細(xì)胞層和外網(wǎng)狀層消失,內(nèi)核層也變薄,說(shuō)明其視錐細(xì)胞和視桿細(xì)胞均完全凋亡。從視覺(jué)電生理特征和視網(wǎng)膜組織結(jié)構(gòu)兩方面證明,我們實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)的rdf小鼠是一種先天性視覺(jué)功能缺陷小鼠,其明視覺(jué)和暗視覺(jué)功能完全喪失。旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)刺激后,rdf小鼠糖精水飲用量的減少程度大于正常野生型昆明小鼠,rdf小鼠比野生型昆明小鼠發(fā)生了更加嚴(yán)重的厭食癥。由于實(shí)驗(yàn)中,給予兩種小鼠的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)刺激的刺激模式、刺激時(shí)間和旋轉(zhuǎn)角速度均完全相同,因此,rdf小鼠的運(yùn)動(dòng)病敏感性高于正常野生型昆明小鼠。這說(shuō)明視覺(jué)系統(tǒng)信息在運(yùn)動(dòng)病的發(fā)病過(guò)程中發(fā)揮了一定的作用,視覺(jué)信息通過(guò)某種途徑與前庭信息發(fā)生了關(guān)系,影響了中樞神經(jīng)系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)刺激的反應(yīng)性。 30 min旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)刺激后,rdf小鼠舌下神經(jīng)前置核和下橄欖體內(nèi)側(cè)核K帽Fos陽(yáng)性神經(jīng)元數(shù)目顯著少于正常野生型昆明小鼠。說(shuō)明視覺(jué)系統(tǒng)信息影響了這兩個(gè)與前庭系統(tǒng)相關(guān)區(qū)域的神經(jīng)元的激活,以上兩個(gè)區(qū)域可能是視覺(jué)系統(tǒng)信息與前庭系統(tǒng)信息在小鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)整合的關(guān)鍵部位。3次間隔24 h的30 min旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)刺激后,rdf小鼠舌下神經(jīng)前置核和下橄欖體內(nèi)側(cè)核K帽的CGRP陽(yáng)性神經(jīng)元和ChAT陽(yáng)性神經(jīng)元數(shù)目均顯著少于正常野生型昆明小鼠。結(jié)果表明旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)刺激后CGRP和ChAT在rdf小鼠和正常野生型昆明小鼠前庭相關(guān)區(qū)域的表達(dá)模式均與Fos蛋白的表達(dá)模式相似。這說(shuō)明舌下神經(jīng)前置核和下橄欖體內(nèi)側(cè)核K帽的神經(jīng)元可能通過(guò)生成、釋放CGRP和Ach參與了視覺(jué)系統(tǒng)信息與前庭系統(tǒng)信息在小鼠中樞神經(jīng)系統(tǒng)的整合,CGRP和Ach可能做為神經(jīng)遞質(zhì)或神經(jīng)調(diào)質(zhì)參與了視覺(jué)系統(tǒng)信息與前庭系統(tǒng)信息在小鼠神經(jīng)中樞的整合。為今后探索運(yùn)動(dòng)病和空間定向障礙的發(fā)病機(jī)制及預(yù)防和對(duì)抗措施提供了重要的依據(jù)。
【學(xué)位授予單位】:第四軍醫(yī)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【學(xué)位授予年份】:2009
【分類(lèi)號(hào)】:R85
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2548753
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