下丘脑是神经内分泌活动的中心,它将神经调节和体液调节结合起来形成了调节内脏活动的中枢,对动物的体温、摄食、生殖、体液渗透压和内分泌进行着广泛的调节。其解剖结构从前向后依次为视前区、视上区、结节区、乳头体区。视前区和视上区属于下丘脑前部,结节区和乳头体区属于下丘脑后部。其前部最重要的核团有视上核(supraoptic nucleus,SON)和室旁核,在高尔基着色或免疫组化实验下这两个核团的细胞形态都极为相似,都主要由两种大细胞分泌型神经元构成,即抗利尿激素(antidiuretic hormone,ADH)能神经元和催产素(oxytocin,OT)能神经元。传统观念认为,这2种神经元合成的抗利尿激素和催产素经SON发出的视上垂体束和室旁核发出的室旁垂体束运输至神经垂体,暂时储存在那里。当机体需要的时候,如血浆渗透压升高、分娩时,这2种激素便由神经垂体释放入血,经血液循环作用于靶器官。抗利尿激素的靶器官是肾脏的远曲小管和集合管,使水的重吸收增多、尿量减少,以维持血浆渗透压的恒定。催产素的靶器官是子宫和乳腺,分娩时能使子宫平滑肌收缩加强以利于分娩的进行,使乳腺的肌上皮细胞收缩以利于泌乳。但越来越多的研究表明室旁核不仅具有上述机能,它和胃还存在着机能上的联系,如电刺激室旁核中间区能显著引起胃液分泌量的减少、胃运动的抑制;向室旁核内注射神经肽Y能抑制胃酸的分泌;损毁室旁核引起胃运动增强等等。并且室旁核对胃机能的影响可被迷走神经切断术所消除,表明室旁核对胃机能的影响是通过支配位胃的迷走神经实现的,而支配胃的迷走神经中的传出纤维(副交感纤维)主要来源于DMV和疑核。Sofromew, MV等根据免疫组化和神经束路追踪实验认为室旁核是通过其传出纤维直接投射到迷走神经背核进而调控胃机能的。另有研究表明向狗SON注射兴奋性神经递质氯化乙酰甲胆碱能引起胃酸分泌量增加,这种现象能被预先剪断双侧迷走神经所消除,用4~8mL的气囊扩张刺激大鼠胃时能抑制VP能神经元的电活动,胃扩张能引起SON,室旁核,最后区,孤束核的c- Fos蛋白表达的显著增多,据此认为孤束核和最后区可能和SON及室旁核存在纤维联系,以及刺激猫的下丘脑脑前部能显著增强胃肌电活动,但是SON是否也像室旁核一样,和胃的生理机能之间存在着直接联系,目前尚无文献报道。本实验室前期的工作,探讨了清醒大鼠束缚-浸冷水(水温21±1℃)应激不同时间段(分别为30、60、120、180min)延髓和下丘脑几个主要核团神经元的c-Fos表达情况,结果发现延髓中迷走神经背核(DMV)、疑核、孤束核(NTS)表达显著,以DMV表达最强,其次是疑核和NTS;下丘脑中c-Fos表达最强的是SON,其次是室旁核、视交叉上核等。而束缚-浸冷水应激可导致胃机能紊乱,主要表现为胃运动亢进、胃酸分泌增多等。这些结果提示DMV、疑核、NTS,下丘脑SON、室旁核与胃之间可能存在着直接或间接的机能上的联系,可能参与调节束缚-浸水应激状态下的胃机能。总之,文献报道和本实验室的研究结果都暗示,SON和胃的生理机能之间可能存在直接联系,但到底有无直接联系,如果有,又有怎样的联系,以及通过什么途径进行的,本实验就对这些问题逐步进行研究。第一部分实验,大鼠下丘脑SON与胃之间是否存在着双向的机能联系。将雄性Wistar大鼠用氨基甲酸乙酯麻醉后记录下丘脑SON、DMV、NTS的神经元细胞外放电,放电稳定后从食道灌流4℃生理盐水并从十二指肠流出,流速10mL/min。实验过程中确保水流通畅以免对胃产生扩张刺激。统计灌流前后各3分钟的放电频率(spikes/s)变化,然后用免疫组化方法显示胃内灌流4℃生理盐水对下丘脑SON、DMV、NTS的c-Fos蛋白表达的影响,最后通过胃内放置水囊法(体积0.2 ml,初始压力110 mmHg)将胃内压力变化通过压力换能器转化为电信号传导至BL-420F生物机能实验系统,待胃运动波形稳定后,向SON内微量注射Glu(0.1mol/L,50 nL),以胃运动频率、总幅度、总时程、胃运动指数为参数比较注射前后各10min内胃运动波形的变化。实验结束后再将2%的滂胺天蓝100 nl匀速注射进大鼠脑核团内,然后灌流,切片,染色镜检,以作为鉴定刺激位点准确与否的标志。结果显示,胃在4℃生理盐水刺激下能引起下丘脑SON、DMV、NTS放电频率的增加,只是增加程度不同,其中SON(放电频率从4.5±0.68次/s增加到6.85±1.71次/s, n=7)、DMV放电频率增加显著,而三个核团内的c-Fos蛋白表达均显著强于对照组(SON内阳性神经元数目实验组188.23±16.45而对照组102.82±7.39, n=5)。这表明胃内温度感受器被4℃生理盐水刺激所兴奋后,SON、DMV和NTS内的神经元均被兴奋了,除了将感觉信号传入到内脏感觉核团NTS,进而到内脏运动核团DMV外,还能将感觉信号传入到下丘脑的SON。而且SON被注射Glu兴奋后,能显著抑制胃运动,胃运动总幅度(mmHg)抑制率为14.5%,胃运动指数从1482.1±708.2降低到1185.5±639.2,抑制率为18.4%±15.5%,表明SON的兴奋也可影响胃的收缩运动,SON和胃之间存在双向的机能联系。在此刺激下DMV、NTS神经元兴奋性有着同步的变化,综合本实验室其他实验结果,提示SON和胃的机能联系可能是通过迷走复合体中介的。第二部分实验,电刺激SON或注射L-Glu对胃运动影响的研究。结果发现,向SON微量注射不同浓度的L-Glu(0.1,0.01,0.001 mol/L)均能显著抑制胃运动的总幅度和运动指数,胃运动指数抑制率分别为21.3%、20.6%和17.9%,表明向SON内注射L-Glu对胃运动的抑制作用具有一定的浓度依赖性。但对大鼠的呼吸,心率及血压均无显著影响,可能是因为SON兴奋分泌的血管加压素浓度很低,还不足以影响血压。预先切断膈肌下迷走神经、股静脉注射植物性神经节中的突触后膜和中枢神经系统中N1型受体的特异性阻断剂六烃季铵(0.5 ml/100g体重,1.5 mg/100g体重)或乙酰胆碱(Ach,0.5 ml/100g体重,60μmol/100g体重)后,均能消除向SON内微量注射Glu对胃运动的抑制作用。证明SON对胃运动的调控作用是通过迷走神经途径中的胆碱能通路实现的。强度0.15 mA,频率30 Hz的电刺激SON也能抑制胃运动,抑制率为23.5%,能引起血压的升高但和刺激前相比差异不显著。第三部分实验,电刺激SON或注射L-Glu对胃酸分泌影响的研究。大鼠麻醉后,颈部作食管插管,腹部作十二指肠插管,同时检验从食管灌水后幽门插管流出是否通畅。然后食管插管中由恒流泵恒流(2.0 ml/min)输入37℃,pH7.4的生理盐水,由十二指肠插管连续收集流出的灌洗液。先冲洗45 min,待胃内残存物冲洗干净和胃酸分泌稳定后,每20 min收集一次胃液,用pH计测量其pH值,量筒测量体积,连续收集3次作为刺激前的对照。向SON注射L-Glu或电刺激后以20 min为一个时间段收集胃液,比较刺激后胃酸分泌量与注射前的变化情况。结果发现向SON注射不同浓度的L-Glu对胃酸均具有促进作用,三种浓度的促进效应在2 h内无显著区别,在3小时左右达到最大,4小时后尚不能完全恢复,并且促进效应可被预先切断迷走神经所消除。电刺激SON后也促进了胃酸的分泌,但是与向SON注射0.1mol/L L-Glu组相比,增加效应较快,随后增加缓慢,1.5小时左右就到达了最大值,两小时增加幅度小于0.1mol/L L-Glu组。第四部分实验,SON对胃生理机能的调控途径及其他相关的实验研究。结果表明,当注射L-Glu使SON兴奋后,膈肌下迷走神经电活动显著增强,但支配胃的交感神经节前神经元并未兴奋,胸段侧角内神经元c-Fos蛋白表达和对照组无显著差异。另外通过对五种脊椎动物十二指肠电活动的比较,发现胃肠电活动的慢波,峰簇的频率指标比幅度更能反映其生理机能,因此记录了向SON注射L-Glu后大鼠胃肌电的变化情况,发现与注射前相比胃肌电活动显著增强,并发现胃肌电和胃运动并不完全同步。综上,本实验系统研究了大鼠下丘脑SON和胃生理机能(胃运动和胃酸分泌)的调控关系及其机制,得出如下结论:1.冷水灌流大鼠胃引起了大鼠SON放电活动的增强,其c-Fos蛋白的表达量比对照组显著增多,表明胃的应激信号确实能引起SON的兴奋。同时向SON注射L-Glu后能显著抑制胃运动,证明SON能调控胃的生理功能。SON和胃生理机能之间存在联系,并且这种影响是双向的。2.电刺激SON或者化学刺激(注射不同浓度L-Glu)对胃生理机能的影响是不同步的,均能抑制胃运动,却促进胃酸的分泌,这种促进效应持续时间比传统上认为的视前区的作用时间长,并且是通过迷走神经途径实现的。3. SON被注射L-Glu而兴奋后,迷走神经放电显著增强,但脊髓侧角内交感神经节前神经元c-Fos表达与对照组相比并未增多,表明其未被兴奋。进而证明SON对胃生理机能的调控主要通过迷走神经途径实现,交感神经途径不起主要作用甚或不起作用。4.本实验记录研究胃肠道肌电,为以后研究中枢神经系统对胃肠道的调控提供了新的思路。总之,本实验系统研究了SON和胃之间存在的生理功能上的联系,从而为胃的生理机能调控机制,为下丘脑SON的生理功能的研究提供了更多的资料。