皮層擴散性抑制(Cortical Spreading Depression,CSD)是一個由神經元大規(guī)模去極化和緊接著的神經活動的抑制所組成的連續(xù)過程。它在傳播過程中會突然破壞細胞內外離子平衡,反映為胞外直流電位的暫時翻轉,而在傳播之后會長時間抑制神經元自發(fā)活動,反映為皮層腦電信號的減弱及刺激誘發(fā)的皮層響應缺失。已有許多研究結果證實皮層擴散性抑制是偏頭痛先兆的潛在神經基礎,并且在腦卒中、蛛網膜下腔出血以及腦外傷等臨床疾病的組織二次損傷中扮演不容忽視的角色。本文發(fā)展了一種帶熒光校正的多模式光學成像系統,針對電壓敏感染料(Voltge sensitive dye,VSD)染色小鼠及特異細胞類型的鈣熒光轉基因小鼠,分別對皮層擴散性抑制傳播過程及傳播前后的雙側皮層感覺響應進行了成像。本文的主要內容和得出的結論如下:(1)提出了一套具備熒光校正功能的多模式光學成像系統,它結合了雙波長內源信號光學成像以及鈣離子熒光成像,可以對血紅蛋白和胞內鈣離子濃度進行同時監(jiān)測,并且能對鈣離子熒光信號進行熒光校正。利用三種特異細胞類型標記的GCa MP6f轉基因小鼠,對皮層擴散性抑制傳播過程進行了血紅蛋白及胞內鈣離子熒光的同步監(jiān)測,結果顯示血紅蛋白濃度變化在不同轉基因小鼠上沒有差異,但鈣離子熒光相對變化幅度各不相同。Thy1,Som以及Vip小鼠在CSD傳播過程中的相對熒光變化都呈現先升高、接著降低至原基線熒光強度以下、再緩慢恢復至原基線水平的三相變化,但三者熒光升高的幅度不同,Thy1小鼠為201±89%,Som小鼠為39±18%,Vip小鼠只有14±9%。經過熒光校正,皮質區(qū)域的相對熒光變化幅度均減小,但Thy1小鼠減小的程度微弱,校正前后差異不顯著,Som及Vip小鼠校正前后改變程度較大,更有進行熒光校正的必要。在血管區(qū)域,校正前相對熒光變化幅度均顯著高于皮質區(qū)域,校正后兩種區(qū)域熒光變化幅度相同,熒光校正能顯著減弱熒光變化圖樣中的血管偽跡。(2)利用VSD成像以及四種特異類型的轉基因小鼠鈣成像,對正常生理狀態(tài)下的雙側皮層感覺響應進行了描繪,得到了后肢及胡須刺激下的雙側皮層感覺響應圖樣及其時空變化特性。VSD成像以及Thy1,Vglut2小鼠的鈣成像均顯示刺激能產生雙側皮層的感覺響應;而Som小鼠只能在刺激的對側皮層產生響應,同側皮層則不能;Vip小鼠在兩種刺激方式下均不能穩(wěn)定產生感覺響應。VSD成像的感覺響應在響應時間、達峰時間及持續(xù)時間上均最短;Thy1及Vglut2小鼠的感覺響應在三種時間特性指標上均無顯著差異;Som及Vip小鼠響應時間長于Thy1及Vglut2小鼠,但持續(xù)時間短于Thy1及Vglut2小鼠。Thy1,Vglut2,Som三種小鼠在雙側皮層的激活區(qū)域相同,但在激活面積上Thy1小鼠最大,Vglut2小鼠其次,Som小鼠最小。后肢與胡須這兩種不同的刺激方式得到的感覺響應時空特性不同,后肢刺激的達峰時間和持續(xù)時間短于胡須刺激;后肢刺激在對側皮層的激活區(qū)域比胡須刺激更靠內側,在同側皮層響應則較為局域化。(3)觀測了右側皮層傳播的CSD對雙側皮層感覺響應造成的不同影響。對于VSD成像,右側皮層在同側后肢和皮層表面刺激下,仍然能產生感覺響應,只是幅度有所降低,但在對側后肢刺激下,皮層響應幾乎完全消失。對于鈣離子熒光成像,不同特異類型的轉基因小鼠雙側皮層感覺響應受到了不同影響,Vglut2小鼠顯示出對CSD極高的耐受性,雙側皮層感覺響應幾乎都不受影響。而Thy1及Som小鼠則顯示出對CSD的耐受性較低,Thy1小鼠在CSD影響一側皮層的感覺響應顯著減弱,未影響一側皮層的感覺響應沒有變化;Som小鼠受影響一側皮層的感覺響應缺失。綜合VSD成像的結果,分析了CSD后雙側皮層感覺響應發(fā)生不同變化的原因可能是CSD對神經元樹突,胞體等不同組成部分產生的影響不同。
【學位單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：R318.0;O657.3
【部分圖文】：

l 誘導產生的皮層擴散性抑制過程中不同位點的 DC 信號及 ECoG 信號 DC potential and ECoG recording of two recording sites during KCl-induc現 CSD 現象之后的十年內，CSD 都一直被視作是正常的健瞬時無害的生理現象，并沒有與任何疾病或腦損傷相聯系起及臨床領域在缺血缺氧或急性腦損傷的大腦組織中發(fā)現了一現象，他們習慣稱呼它為“缺氧性去極化”（anoxic depolarizati普遍存在于氧供應不足的腦組織里。它與 CSD 的相似之處在

圖 1.2 CSD 在動脈瘤性蛛網膜下腔出血的病理機制中的作用[9]。Fig. 1.2 CSD plays a role in the pathological mechanism of aSAH.如圖 1.2 所示，其中發(fā)揮最主要作用的就是鉀離子（K+）濃度的升高和一氧化氮（NO）濃度的降低。K+是一種血管收縮劑而 NO 是一種血管舒張劑，它們濃度變化共同作用的結果就是使內源性的血管舒張減弱，血管收縮增強，組織面臨血氧供給的減少[53]。與此同時，K+濃度不斷累積達到一定閾值就會誘發(fā) CSD 的產生，CSD 伴隨著同時發(fā)生的組織氧供給不足，就會引起腦血流的大幅降低，并且和擴散性去極化一樣在組織中擴散傳播，這種現象有一個專門的術語用來描述，叫做“擴散性缺血[54]（spreading ischemia）”。如下圖所示，擴散性缺血一旦產生，標志著腦組織進入到一個惡性循環(huán)中：為了恢復 CSD 帶來的跨膜離子濃度梯度的破壞，鈉鉀泵必須加速工作以恢復離子濃度平衡，同時會消耗一定的 ATP，這就使得能量的需求增大，但是組織的缺血缺氧滿足不了能量的供應，胞外物質的清除不夠及時，會進一步延長細胞去極化的時間，這又會促使血管收縮劑持續(xù)釋放，從而進入惡性循環(huán)。在這

圖 1.2 CSD 在動脈瘤性蛛網膜下腔出血的病理機制中的作用[9]。Fig. 1.2 CSD plays a role in the pathological mechanism of aSAH.如圖 1.2 所示，其中發(fā)揮最主要作用的就是鉀離子（K+）濃度的升高和一氧化氮（NO）濃度的降低。K+是一種血管收縮劑而 NO 是一種血管舒張劑，它們濃度變化共同作用的結果就是使內源性的血管舒張減弱，血管收縮增強，組織面臨血氧供給的減少[53]。與此同時，K+濃度不斷累積達到一定閾值就會誘發(fā) CSD 的產生，CSD 伴隨著同時發(fā)生的組織氧供給不足，就會引起腦血流的大幅降低，并且和擴散性去極化一樣在組織中擴散傳播，這種現象有一個專門的術語用來描述，叫做“擴散性缺血[54]（spreading ischemia）”。如下圖所示，擴散性缺血一旦產生，標志著腦組織進入到一個惡性循環(huán)中：為了恢復 CSD 帶來的跨膜離子濃度梯度的破壞，鈉鉀泵必須加速工作以恢復離子濃度平衡，同時會消耗一定的 ATP，這就使得能量的需求增大，但是組織的缺血缺氧滿足不了能量的供應，胞外物質的清除不夠及時，會進一步延長細胞去極化的時間，這又會促使血管收縮劑持續(xù)釋放，從而進入惡性循環(huán)。在這
【參考文獻】

相關博士學位論文 前3條

1 尹翠;基于多光譜光學內源信號成像的皮層擴散性抑制過程多參數監(jiān)測[D];華中科技大學;2013年

2 邱建軍;激光散斑襯比成像流速測量準確性改善方法研究[D];華中科技大學;2010年

3 陳尚賓;大鼠皮層擴散性抑制時空動態(tài)過程的光學成像研究[D];華中科技大學;2006年

本文編號：2885392