视神经(optic nerve,ON)损伤是眼科临床常见的外伤毁损性眼疾病,常与颅脑外伤合并存在,约占头部闭合性损伤的0.5%-5%[1],可导致暂时或永久性的视力障碍甚至失明。所以,长久以来视神经损伤及损伤后修复都是人们的研究热点。以往视神经损伤和再生研究中所应用的神经示踪技术都必须将动物处死,将样本制成组织切片进行观察,而缺乏一种无创的活体观察神经轴浆流和突触传递动态过程的技术。近年来,基于二价锰离子(Mn2+)作为神经示踪剂的功能磁共振成像技术使得无创活体示踪视神经成为可能。Pautler、Koretsky[2]和Thuen[3]等在研究小鼠和大鼠的视觉通路时发现,将MnCl2注入眼玻璃体内,Mn2+可被视网膜神经节细胞摄取,并沿视觉通路顺行传导至视皮层。但是关于注入玻璃体的Mn2+与视神经功能成像的量效(dose-response)和时效(time-response)关系的研究还欠深入,对较大动物视神经功能成像的研究也很少。本实验在兔眼玻璃体内注射不同浓度MnCl2溶液,观察Mn2+在磁共振(magnetic resonance imaging,MRI)图像上视神经示踪成像的量效和时效关系,观察不同剂量、不同时间点视觉传导通路的MRI成像情况,在较大动物身上筛选出能既得到足够的成像对比度又低于造成急性中毒反应的水平的锰离子玻璃体腔内注射安全剂量,为Mn2+增强MRI示踪视神经的临床应用和视神经损伤的基础研究提供参数。目的1、实现活体视神经示踪成像,探讨不同浓度Mn2+在活体兔眼磁共振增强视神经示踪成像的量效和时效关系。2、观察不同浓度Mn2+对眼视网膜的毒性,从而筛选出合理的玻璃体腔注射浓度,为临床应用和实验研究提供依据。方法48只青紫兰兔,按单眼玻璃体腔内注入25μl的MnCl2溶液浓度(0.5、1、2、5、10、15、20、40mM)分为8组,每组6只,于4、6、8、12、24、48、96、168h后用1.5T超导磁共振行头颅MRI扫描,观察不同浓度Mn2+在各时间点视觉通路上的MRI成像情况;并分别于注药后7d取材,通过光学显微镜、电子显微镜评价Mn2+的眼视网膜毒性。结果1、浓度为5~40mM的MnCl2于玻璃体腔注药后24h磁共振成像(MRI)均完整显示了从视神经、视交叉、到对侧视束、外侧膝状体和上丘的视觉传导通路,给药组与对侧眼正常对照组的信噪比(signal to noise ratio,SNR)在各部位均有显著性差异,视神经MRI图像SNR值随玻璃体腔注入Mn2+浓度的增加而增加;2、测得的SNR显示玻璃体腔注入Mn2+后24h时MRI视神经信号最强,此后,随时间延长MRI信号逐渐减弱,信号增强完全消失需一周以后;3、浓度为0.5～15mM MnCl2于玻璃体腔注药后一周,视网膜外节盘膜完整,排列规则,各级神经元之间的排列正常,细胞核染色质分布均匀,超微结构未发现明显异常。结论1、浓度为5~40mM的MnCl2溶液,兔眼玻璃体腔注射25μl后24h,MRI能够清晰显示信号增强的从视神经至对侧外侧膝状体和上丘的视觉传导通路。这种方法将成为活体动态观察视神经损伤后功能变化和损伤部位的有力工具。2、MnCl2溶液注射剂量为25μl,浓度为0.5~15mM时,在青紫兰兔眼玻璃体腔注射后7d光镜和电镜下观察视网膜各层无明显损伤,当浓度﹥20mM即可发生明显的病理损伤。提示注射剂量25μl,浓度﹤15mM是青紫兰兔玻璃体腔注射的安全剂量,这为临床应用和相关的实验室研究提供了一定参数。总结锰离子增强磁共振确实是一种有效的活体神经示踪技术,我们在青紫兰兔眼观察了Mn2+增强磁共振的量效和时效关系:MnCl2溶液注射剂量为25μl,浓度为5~40mM时,在青紫蓝兔玻璃体腔注射后24h,MRI能够清晰的显示信号增强的从视神经至对侧外侧膝状体和上丘的视觉传导通路,且最佳观察时间亦为玻璃体腔注射后24h;MnCl2溶液的青紫兰兔玻璃体腔安全注射浓度为低于15mM(25μl)。提示Mn2+在青紫兰兔玻璃体腔注射的安全而有效的注射浓度为5~15mM(25μl)。这种方法可能成为活体动态观察视神经损伤后功能变化和损伤部位的有力工具。