吗啡毒性对猫脑皮层电活动影响
来源: 毒品检验网   发布时间: 2020-02-10 00:53   14 次浏览   大小:  16px  14px  12px
通过对猫的试验及研究,探讨吗啡依赖所致脑功能损害的可能机制,从而给成瘾医学起到借鉴作用。
吗啡暴露组
吗啡药物依赖产生强迫性用药症状和持续性渴求状态,目前被认为其本质是一种慢性复发性脑病。吗啡对中枢神经有严重的毒性损伤作用,但机制仍不明确。脑电图(EEG)是一项经典的记录脑容积导体综合电变化的技术,与脑细胞代谢密切相关,能反应神经元功能变化的动态信息。线粒体是真核细胞内重要的细胞器,是生成三磷酸腺苷(ATP)的场所。由于细胞内、外环境因素的改变,均可引起线粒体结构、功能异常,导致神经中枢能量供应障碍。所以,线粒体超微结构改变可作为吗啡依赖造成的脑功能受损的评判指标。

通过动物模拟吗啡暴露造成家猫脑组织损伤的病理、生理过程,进一步分析线粒体超微结构改变在皮层异常放电中的作用,探讨吗啡暴露造成的脑功能损害的可能机制,为临床合理治疗吗啡依赖提供病理学及电生理依据。

实验动物选用由河北省人民医院实验中心提供的成年健康雄性家猫12只;体重2-3千克。

按照随机数字办法将其分为急性吗啡暴露组(9只)和对照组(3只)。实验药品应用盐酸吗啡注射液与盐酸纳络酮注射液。吗啡急性暴露猫模型制作以及判定急性吗啡暴露组猫模型是否建立成功的详细过程参见文献。

两组动物分别于造模成功3周后取材。取材时MS4000U电生理监测仪进行皮层EEG监测。两组动物分别在皮层EEG监测完成后行脑组织取材。

吗啡暴露组。电镜下暴露组家猫大脑皮质神经元多呈凋亡状态。神经元胞体内胞浆、胞核电子密度增加,内质网肿胀扩张、线粒体肿胀、空泡样变性。亦可见神经元变性、坏死,表现为线粒体瘠消失,粗面内质网扩张,细胞器减少,排列混乱,核周间隙扩张,核膜模糊不清,染色质边集(图3a)。各脑区神经元超微病理学改变类型、病变程度相同。

神经细胞线粒体超微结构的改变包括数量、形态、结构的改变及包涵物的形成,分述如下:1,数量:多数神经元线粒体数量明显增多,但分布不均匀(图3b),部分显示线粒体数量减少或改变不明显;2,形态:线粒体有明显的形态改变,弥漫肿胀呈球形甚至不规则形,并可见线粒体互相融合而成的巨大线粒体(图3c),少数出现线粒体体积变小,内腔皱缩,嵴萎缩,基质电子密度增高;3,结构:多数线粒体嵴结构模糊,排列紊乱,有的嵴呈多囊状,有的嵴呈同心圆样排列,中央区空化,线粒体基质电子密度明显降低(图3d),少数线粒体发生退变,表现为双层膜间隙不清,其内充满电子致密物或双层膜消失,只残留有一层膜性结构,呈空泡样改变,仅存残迹,甚至外膜断裂、内部结构溶解的现象;4,包涵体:基质内可见类糖原颗粒、结晶状包涵体,部分可观察到小泡样包涵体(图3e)。
脑组织电镜
对照组的脑组织神经元电镜显示细胞核电子密度低,细胞质内粗面内质网及其他细胞器丰富,排列整齐,形态正常。细胞核核膜无皱缩,染色质密度正常,线粒体嵴清晰、无肿胀(图4)。

药物通过多种途径和机制直接和/或间接地作用于线粒体而引起线粒体结构改变和功能紊乱称为线粒体毒性。

本组实验证实,与吗啡暴露组家猫EEG广泛异常相对应,神经元线粒体超微结构无论在数量、形态、内部膜结构还是基质内包涵体各方面均发生改变,特别是线粒体肿胀、内膜、嵴膜排列紊乱、消失及空泡化表现的尤为明显,表明吗啡具有强烈的线粒体毒性。

线粒体内膜、嵴膜的结构与线粒体的功能密切相关,是进行电子传递和氧化磷酸化的部位;线粒体内膜上还有许多特异性离子通道和非选择性的孔结构,如线粒体ATP敏感的钾通道、线粒体钙离子敏感钾通道、钙离子单向转运体等;另外,腺苷酸转位酶也位于线粒体内膜上,将线粒体内合成的ATP转运到胞浆内,把胞浆内的腺苷二磷酸(ADP)转入线粒体内进行氧化磷酸化,维持线粒体和胞浆能量平衡。吗啡还可诱导脑细胞线粒体呼吸链的Ndufa12、Ndufab1、Ndnfb2等基因下调,干扰能量物质ATP的产生。

线粒体结构破坏必然伴随着功能紊乱,线粒体功能障碍又可进一步导致自由基产生增多,过多的氧自由基可引起生物膜结构蛋白质和脂质过氧化,从而造成线粒体膜损伤,造成整个细胞能量的产生障碍,最终可能迅速引起细胞坏死或凋亡。该过程导致脑细胞供能减少,神经细胞钠钾泵活动减弱,维持神经传递的生物电不能良好的建立,致使神经递质的合成、释放以及信息的传递延迟,大脑的电生理功能异常。结合本实验,吗啡可引起实验家猫脑电广泛异常,主要体现在正常脑电背景消失,正常生理波减少变形,频率加快,双侧对称变差,调幅调节变差和病理波大量出现两方面。各脑区EEG显示额区正常α背景逐渐消失,频率加快,波形不整,与正常额区EEG对比反差较大,而额区电生理活动与精神状态、定向力等功能密切相关,额区生理波减少反映了功能受损。脑功能正常时,枕区α波频率多在8-13Hz,调幅调节良好;而吗啡依赖猫随吗啡剂量递增,枕区α波数量逐渐减少,调幅调节逐渐变差,形态异常,直至难以辨认。顶区可见少量棘尖波及棘慢波;颞区病理波波幅较低,发放频率亦较低,慢波明显增多,以低、中波幅θ波为主,有时连续发放。这些改变与吗啡猫出现精神不振,呆滞等症状密切相关。吗啡线粒体毒性或许就是吗啡致各脑区皮层正常脑电紊乱的始动因素及病理学基础。
对照脑组织电镜
吗啡造成线粒体损伤、细胞能量代谢障碍改变了中枢和外周钙离子通道的数目和开放状态,导致神经细胞膜中的钙通道增多。同时使神经元细胞膜上钠、钾离子通道结构受损,出现异常神经元电活动以及NG108-15、SH-SY5Y等神经细胞内钙离子动态平衡的失调,可导致神经元放电节律发生改变。过量的钙内流在细胞内形成高浓度游离钙,并激活钙依赖蛋白酶及磷脂酶,分解维持正常细胞功能所必备的蛋白质、磷脂酞乙醇胺和磷脂酞胆硷,神经细胞坏死、疤痕形成,出现异常放电成为致痫灶。这可能是吗啡造成神经元异常放电的电生理基础。

本组吗啡暴露组EEG表现为病理性尖波、棘波、棘慢波及慢波间断出现、增多,有时可呈连续性发放。颞、顶区病理波主要以低幅慢波、棘波为主。额区变化更为明显,可见高幅及超高幅棘波及超高幅连续棘波发放。这可作为实验过程中发现吗啡依赖猫出现发作性强直阵挛的EEG基础。这从实验上提供了线粒体超微结构损伤导致癫痫灶形成、棘波发放的佐证。

综上,吗啡线粒体毒性,引起呼吸功能和能量代谢功能障碍可作为脑皮层神经元生物电活动紊乱、异常放电显著的始发机制。吗啡依赖的机制十分复杂,深入分析线粒体超微结构异常对神经元电活动改变的作用,针对性研究其损坏机制与保护方法,将为吗啡戒瘾和脱瘾后复吸的治疗、预防提供新的研究思路。

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