前庭系统由前庭感受器、前庭神经、前庭核群和相应的投射通路所组成。前庭感受器包括感受重力和直线变速运动的耳石器和感受角变速运动的壶腹嵴。前庭核群是前庭系统上行传导路中二级神经元胞体所在部位,它接受前庭感受器的传入,进行信号整合并传出,调节机体的活动。变速运动、重力变化、姿势或头部空间位置的改变都能使前庭感受器兴奋,通过前庭系统调节躯体姿势、眼运动、肌张力、维持身体平衡,与此同时对循环、呼吸及内脏活动调节,维持内环境的稳定。目前认为乘车、船、飞机及航天飞行过程中常引起的运动病主要是由于前庭系统的异常活动而产生的。所以,近年来对前庭系统调节内脏活动,尤其是内脏不适引发的恶心、呕吐机制的研究已成为热点领域。这些机制的阐明对于预防和治疗运动病,以及研制抗运动病药物都具有重大的理论意义和实际意义。引发运动病的前庭信号必然通过某种通路作用于呕吐区而产生恶心、呕吐,所以研究前庭核向脑干呕吐区投射的神经通路,对阐明异常前庭刺激引发恶心、呕吐的神经机制具有重要的理论和实际意义。呕吐区是脑干内控制呕吐的所有神经核团的总称,位于闩到面神经核尾端之间的脑干内,主要包括最后区(area postrema,AP)孤束核(nucleus tractus solitarius,NTS)、迷走神经背核(dorsal nucleus of vagal nerve,DMV),以及从NTS到腹外侧的弓状结构内。其中AP、NTS和DMV被看作是一个功能单位,称为迷走神经背侧复合体(dorsal vagal complex,DVC)。现在认为DVC是运动病与化学药物等诱发恶心、呕吐的起主要作用的中枢。前庭信号引发的恶心、呕吐的神经通路至今尚不清楚。有人认为前庭内侧核和前庭下核向孤束核、迷走神经背核投射是前庭传入引起恶心、呕吐的神经通路。但是从追踪近年来有关前庭影响呼吸和内脏活动的神经通路的进展来看,已基本将前庭核到孤束核、迷走神经背核的投射当做次要通路看待。美国匹兹堡大学的Yates认为,前庭信号引发呕吐的通路可能是:前庭核→孤束核→背侧和腹侧呼吸组→呼吸运动神经元。1997年Porter等用顺行追踪剂——四甲基罗丹明右旋糖苷注射到大鼠尾段的前庭核,发现尾侧前庭核向孤束核和迷走神经背核有直接投射,并认为其在前庭-内脏调节中可能起重要作用。而日本大阪大学的Takeda等认为从前庭核出发的两条神经通路是引发运动病的关键。其一是:前庭核→延髓腹外侧区→蓝斑的通路,以GABA抑制蓝斑核的活动导致去甲肾上腺素能上行激动系统活动减弱是形成运动病的淡漠、意识模糊、嗜睡等皮层功能降低症状的原因;其二是:前庭核→中脑腹侧被盖→海马(胆碱能神经元)→下丘脑(组胺能神经元)→孤束核等脑干呕吐区通路,是运动病发生时植物神经系统和内分泌系统活动异常、恶心和呕吐等症状形成的通路。但是这一假设的间接通路是建立在几篇分散的文献基础之上的,并没有连续的、在光镜和电镜水平上进行研究的形态学证据。还有资料显示,前庭核向延髓腹外侧区、外侧巨细胞旁核、疑核、臂旁核等脑干内调节内脏活动的核团有直接投射。大鼠没有呕吐行为,如果作为研究运动病的实验动物,则必须首先知道大鼠有否与呕吐动物相似的“呕吐中枢”?本研究室曾对此进行过研究。当腹腔给予SD大鼠催吐剂顺氯氨铂及偏离垂直轴旋转刺激前庭后,应用免疫组织化学技术观察Fos阳性神经元在脑内的分布,比较与呕吐动物中枢内反应的异同,以揭示大鼠可能的“呕吐中枢”部位,结果发现催吐剂能使大鼠产生内脏不适,中枢神经系统内存在与呕吐动物相似的催吐区。偏离垂直轴刺激引起的内脏反应与催吐剂刺激引起的内脏反应在恶心呕吐的感知上有相似的反应区域,而且还能影响到与呕吐运动相关的神经元,表明大鼠可作为研究运动病机制的实验材料。因此本实验在以往研究的基础上,以SD大鼠为材料,应用顺行追踪和逆行追踪相结合及免疫组织化学方法,研究前庭核向“呕吐中枢”——DVC的直接或间接投射,以揭示前庭信号向呕吐中枢的传导途径,为进一步研究运动病形成机制提供形态学资料。研究结果如下:1、前庭内侧核及前庭下核向DPGi、Gi、PCRt的直接投射将顺行追踪剂BDA分别注入前庭下核和前庭内侧核顺行追踪实验发现,前庭下核和前庭内侧核向脑桥、延髓的投射非常广泛。其投射规律是:向背侧旁巨细胞网状核、小细胞网状核、舌下神经前置核、下橄榄核内侧副核C亚核和被盖背侧核的投射较多,向中间网状核、楔束外核、蓝斑核、尾段外侧臂旁核、孤束核和迷走神经背核投射较少,均为同侧优势;向巨细胞网状核、巨细胞网状核α部、巨细胞网状核腹侧部、尾段疑核、三叉神经感觉核被内侧部较多,向外侧巨细胞旁核、延髓吻段腹外侧区投射较少,但为对侧优势。结合FG逆行追踪结果证实:(1)总体上,前庭下核比前庭内侧核向背侧旁巨细胞网状核、小细胞网状核、巨细胞网状核、巨细胞网状核α部、巨细胞网状核腹侧部的投射多;(2)前庭内侧核的吻段比中尾段向背侧旁巨细胞网状核、小细胞网状核、巨细胞网状核的投射多;(3)前庭下核的尾段比吻段向背侧旁巨细胞网状核、小细胞网状核、巨细胞网状核的投射多;(4)前庭下核和前庭内侧核向背侧旁巨细胞网状核、小细胞网状核、巨细胞网状核的投射为直接投射,不存在间接通路。(4)前庭下核和前庭内侧核向孤束核、迷走神经背核及最后区的投射纤维极少且缺乏终扣样结构,也既前庭核向DVC缺乏直接投射。2、DPGi、Gi、PCRt向DVC的直接投射将顺行追踪剂BDA注入DPGi、Gi、PCRt后,在DVC处均发现了顺行标记纤维及终扣样结构,初步认为DPGi、Gi、PCRt向DVC有直接投射,具体结果如下:将顺行追踪剂BDA注入DPGi后,在尾段孤束核背侧部、迷走神经背核、最后区,外侧巨细胞旁核、小细胞网状核、延髓中间网状核、巨细胞网状核、下橄榄内侧核A亚核、舌下神经前置核、蓝斑,外侧臂旁核等有较多分布;在尾段疑核、楔束核、三叉神经脊束核亦有少量分布。以上双侧都有分布,除舌下神经前置核为对侧优势外,其他核团均是同侧较对侧有优势。将BDA注射于Gi,顺行标记纤维和终末和注射于DPGi的主要分布十分相似,不同点为:(1)在孤束核的外侧亚核分布较多;(2)在最后区的分布较少;(3)下橄榄核分布极少或没有;(4)尾段三叉神经脊束核极间部有较多分布,对侧占优势;(5)在背侧巨细胞旁核、小细胞网状核亦有较多分布,同侧较对侧有优势。将BDA注射于PCRt,顺行标记纤维和终末在脑桥和延髓的主要分布如下:(1)在孤束核的外侧亚核、迷走神经背核、舌下神经核、舌下神经前置核分布较多,为对侧优势;(2)在延髓中间网状核、外侧网状核、巨细胞网状核、背侧巨细胞旁核亦有较多分布,为同侧优势;(3)在双侧三叉神经脊束核均有较多分布;(4)在前庭核群有少量分布,为对侧优势。3、前庭核向DVC的间接投射在同一只大鼠脑内,向前庭下核或前庭内侧核内注射顺行追踪剂BDA及在DVC内注射逆行追踪剂FG后,顺行标记纤维和终末与逆行标记细胞在延髓巨细胞旁核、巨细胞网状核及小细胞网状核内有重叠。本课题的研究结果表明:前庭下核和前庭内侧核向DVC缺乏直接投射,可能经背侧巨细胞旁核、巨细胞网状核和小细胞网状核接替向DVC进行间接投射。该通路如下图所示。本研究结果为进一步揭示前庭对内脏活动的调节和运动病恶心、呕吐发生的神经生物学机制提供了部分形态学资料。