前包钦格复合体:产生呼吸节律的关键部位张承武郑煜(四川大学华西基础医学与法医学院生理学教研室,成都610041)摘要呼吸节律的产生部位和原理一直是神经生物学研究领域中的热门课题。近年来的研究表明,延髓中一个被称为前包钦格复合体(pre-Botzingercomplex,PBC)的区域在哺乳动物呼吸节律的产生中起着关键作用。本文主要介绍PBC的定位;PBC内呼吸神经元的类型及轴突投射;调节PBC呼吸神经元活动的神经递质;PBC参与呼吸节律形成的机制。关键词前包钦格复合体;呼吸节律;呼吸中枢学科分类号R332.3;R338.2+2呼吸节律的产生部位和机制一直是神经生物学研究领域中的重要课题。近年来的研究表明,延髓头端一个被称为前包钦格复合体(pre-Botzingercomplex,PBC)的区域是哺乳类动物呼吸节律起源的关键部位。一、PBC的提出十年前,Smith等[1]通过对新生大鼠离体脑干-脊髓制备进行微切割实验发现,无论由延髓头端向尾端还是由尾端向头端方向切割,当切至面神经后核之后200μm的范围内时,反映离体条件下呼吸活动的脑神经根的放电便会停止;在背腹方向上,切去延髓的背侧部分后,仍可在其腹侧部的脑神经根记录到呼吸节律性放电。因此,Smith等认为,在新生大鼠的延髓头端腹外侧有一局限区域,在呼吸节律的产生中可能起关键作用。该区域位于疑核头端腹外侧,外侧网状核背内侧;在头尾方向上位于包钦格复合体(Botzingercomplex,Bot.C)与吻端腹侧呼吸组(rostralventralrespiratorygroup,rVRG)之间,Smith等称之为PBC。他们进一步研究发现,在厚度仅为350μm、包含PBC的脑片上即可记录到舌下神经根(≫)的节律性放电;在PBC内微量注射高K+溶液后≫放电节律加快;注射兴奋性氨基酸受体拮抗剂CNQX则引起≫放电节律减慢甚至消失。这些结果提示,PBC即是新生哺乳类动物呼吸节律起源的关键部位。此后的许多研究表明,PBC也存在于成年整体大鼠(Sun等.1998)、猫(Schwarzach-er等.1995)及狗(Fukuda等.1997)的延髓。二、PBC内神经元的神经生物学特性(一)呼吸神经元的类型与其邻近部位相比,PBC的神经元类型具有一定特异性,在大鼠[2](Schwarzacher等.1995)及狗(Fukuda等.1997)的PBC内有多种呼吸神经元,包括前吸气神经元(pre-I)、早吸气神经元(early-I)、递增型吸气神经元(aug-I)、晚吸气神经元(late-I)、吸气后神经元(post-I)和递增型呼气神经元(aug-E)等;尤其是该区含有较多的从呼气相开始放电并持续到吸气相的pre-I。而PBC头端的Bot.C以及其尾端的rVRG神经元类型则较单一,分别以呼气神经元和吸气神经元为主。PBC内呼吸神经元类型的多样性,提示PBC在节律性呼吸活动的发生及呼吸时相的转换中具有重要作用。(二)神经元的投射逆向刺激实验(Sun等.1998,Schwarzacher等.1995)表明,PBC内的呼吸神经元不被刺激颈脊髓或脑神经所兴奋;免疫荧光追踪[1]及辣根过氧化物酶细胞内标记(Schwarzach-er等.1995)结果显示,它们的轴突投射主要是在延髓本部。郑煜等[3]采用NMDA与生物素联合使用的方法观察到,PBC神经元投射到双侧rVRG并接受后者的兴奋性传入。这些结果提示,PBC内的神经元主要以中间神经元的形式在延髓内形成局部神经元回路,参与节律性呼吸活动的形成。(三)调节PBC内神经元活动的递质或调质多种物质均可以调节PBC内呼吸神经元的活动,包括谷氨酸(Glu)、甘氨酸(Gly)、γ-氨基丁酸(GABA)、P物质(SP)、脑啡肽、去甲肾上腺素(NE)、5-羟色胺(5-HT)、促甲状腺素释放激素(TRH)等。我们在整体大鼠PBC内微量注射Glu可使膈神经放电活动增强[4],Johnson等(1996)在新生大鼠离体脑片PBC内微量给予SP也可使≫的吸气放电活动增强;而Gly和GABA[4]以及NE和脑啡肽(Johnson等.1996)引起抑制性效应。Rekling等(1996)发现,在新生小鼠离体脑片灌流液中加入·179·生理科学进展2002年第33卷第2期TRH可引起XII的放电频率减慢。我们在整体成年大鼠还观察到,微电泳Glu可引起PBC呼吸神经元兴奋,而微电泳GABA引起抑制效应;而且,这些效应可分别被相应的受体拮抗剂DL-2-氨基-5-磷酸戊酸(AP-5)和荷包牡丹碱(BIC)阻断[5]。Gray等[6]通过免疫组化研究还发现,PBC中神经元呈NK1受体、GABAb受体免疫反应阳性,进一步证明PBC内的神经元受NK、GABA的调节。有的学者还对某些递质的受体做...
