展婷婷 許樹長

內(nèi)臟高敏感（VH）被認(rèn)為是功能性胃腸病（FGID）發(fā)病的核心機(jī)制之一。VH的產(chǎn)生包括周圍致敏和中樞致敏，其中中樞致敏在應(yīng)激相關(guān)的功能性胃腸病發(fā)病中起著重要的調(diào)節(jié)作用［1-2］，成為目前的研究熱點(diǎn)。電生理技術(shù)通過研究生物體的電作用和生物電現(xiàn)象來了解機(jī)體的機(jī)能活動特點(diǎn)，具有客觀、可量化、便捷、易重復(fù)等優(yōu)點(diǎn)，在研究VH的中樞機(jī)制方面有重要意義。現(xiàn)對目前VH中樞機(jī)制的相關(guān)電生理研究方法及其進(jìn)展作一綜述，以期為更好地探討VH的發(fā)病機(jī)制提供依據(jù)。

1 內(nèi)臟敏感性的電生理評估

VH指引起內(nèi)臟疼痛或不適刺激的閾值降低，內(nèi)臟對生理性刺激產(chǎn)生不適感或?qū)π源碳し磻?yīng)強(qiáng)烈的現(xiàn)象。流行病學(xué)和臨床研究［3］結(jié)果顯示，33%～90%的腸易激綜合征（IBS）患者有內(nèi)臟敏感性增加的現(xiàn)象，伴有VH的IBS患者并發(fā)癥的嚴(yán)重程度更高。

臨床上評估人體內(nèi)臟敏感性主要依靠刺激時(shí)患者的主觀感覺，通過記錄患者出現(xiàn)疼痛或不適反應(yīng)時(shí)水負(fù)荷試驗(yàn)攝入的水量、球囊擴(kuò)張?jiān)囼?yàn)氣體的體積等數(shù)據(jù)衡量內(nèi)臟敏感性。在動物實(shí)驗(yàn)研究中，目前常用的評估內(nèi)臟敏感性的方法有結(jié)直腸擴(kuò)張（CRD）刺激下的腹部撤退反射（AWR）評分和腹壁肌電圖（EMG）［4］。CRD刺激引起嚙齒類動物的一系列自主行為反應(yīng)，其中腹壁肌肉反應(yīng)性收縮，即內(nèi)臟運(yùn)動反射（VMR）由腦干調(diào)節(jié)，不受痛覺相關(guān)的情緒和認(rèn)知成分的影響，因此能比較準(zhǔn)確地反映內(nèi)臟敏感性。擴(kuò)張期與基線（擴(kuò)張前）AUC的差值代表不同擴(kuò)張壓力的CRD誘發(fā)的VMR反應(yīng)程度。EMG通過量化CRD刺激時(shí)VMR的幅度來評價(jià)內(nèi)臟感覺敏感性的變化，故而更加客觀、準(zhǔn)確。

2 電生理技術(shù)在中樞敏化機(jī)制中的臨床應(yīng)用

2.1 腦電圖 大腦皮層存在自發(fā)腦電活動，不同腦區(qū)的不同腦電活動代表大腦皮層處于不同的功能狀態(tài)，通過非侵入性頭皮電極直接測量并記錄腦電活動所得的波形即腦電圖（EEG）。通常將EEG信號分成幾個(gè)預(yù)先定義的頻帶［5］：Delta（δ，0～＜4 Hz）、Theta（θ，4～＜8 Hz）、Alpha（α，8～＜12 Hz）、Beta（β，12～30 Hz）和 Gamma（γ，＞30 Hz）。有研究［4］對食管酸和辣椒素灌注致VH的志愿者進(jìn)行直腸、乙狀結(jié)腸電刺激下的EEG記錄發(fā)現(xiàn)，Delta、Theta和Alpha頻段的活動增強(qiáng)；另一研究［6］通過對比清醒放松狀態(tài)下的IBS患者與健康人群發(fā)現(xiàn)，前者異常EEG顯著增加，主要表現(xiàn)為后置的緩慢波形和Beta波百分比增高，以上均提示VH者大腦內(nèi)臟感覺信息處理的功能狀態(tài)有所改變。

2.2 腦誘發(fā)電位（EP） 對神經(jīng)系統(tǒng)的某一特定部位給予適宜刺激，在中樞神經(jīng)系統(tǒng)相應(yīng)部位可檢測出與刺激有時(shí)相關(guān)系的特定電位變化，即EP。EP可分為內(nèi)源性的、與認(rèn)知功能有關(guān)的事件相關(guān)電位（ERP），以及外源性的、與感覺或運(yùn)動功能有關(guān)的刺激相關(guān)電位（SRP）兩大類。

記錄到的EP常按極性和出現(xiàn)順序命名。P代表向上的正性波，N代表向下的負(fù)性波，EP的一串反應(yīng)波分別為P1、N1、P2、N2、P3、N3等，常用于評價(jià)誘發(fā)電位的參量有潛伏期、峰間潛伏期、波幅和波形等。潛伏期指從刺激開始到所測試的EP反應(yīng)波上某一特定點(diǎn)（起始點(diǎn)或峰點(diǎn)）之間的時(shí)間間隔，主要反映神經(jīng)纖維的傳導(dǎo)功能。波幅指從波峰到基線的垂直距離（波峰幅度）或者兩個(gè)連續(xù)的極性相反的波峰間的垂直距離（峰-峰幅度），一般反映刺激引起同步性放電神經(jīng)元數(shù)量的多少。

2.2.1 皮層誘發(fā)電位（CEP） CEP是SRP的一種，指皮層神經(jīng)元在受到一系列重復(fù)的感覺刺激后產(chǎn)生的電位活動。CEP的振幅通常低于自發(fā)EEG的振幅，但其相對于刺激產(chǎn)生的時(shí)間是固定的，因此可以把這些刺激特異性的CEP從人腦的背景皮層電活動中分離出來。由于CEP具有毫秒級的瞬間感知，不同個(gè)體CEP特征的差異能靈敏地反映他們感覺傳入通路的解剖和生理差異，并且CEP能提供皮層加工過程的信息。給予健康人食管灌注后進(jìn)行乙狀結(jié)腸電刺激后的CEP記錄顯示，酸加辣椒素灌注組CEP的N1、P1潛伏期較0.9%氯化鈉溶液灌注組明顯縮短，同時(shí)發(fā)現(xiàn)前者N1-P1、P1-N2、N2-P2的波幅較后者明顯減低，提示食管化學(xué)致敏后乙狀結(jié)腸對電刺激的痛覺減退，這可能是由下行抑制通路的激活所致［7］。

2.2.2 ERP 是人對某客觀事物進(jìn)行認(rèn)知加工時(shí)，通過平均疊加從頭顱表面記錄到的大腦電位，于某刺激對受試者來說具有重要意義時(shí)出現(xiàn)，與復(fù)雜的多層次心理因素有關(guān)，是感覺、知覺、記憶、理解、學(xué)習(xí)和判斷等心理過程的電位變化反映，現(xiàn)已作為判斷大腦高級功能的一個(gè)客觀指標(biāo)應(yīng)用于精神和心理疾病的相關(guān)研究。多項(xiàng)研究［8］結(jié)果顯示，慢性疼痛患者在感官刺激或認(rèn)知任務(wù)后EP的振幅降低。例如，一項(xiàng)對慢性疼痛患者的軀體感覺ERP分析研究［9］發(fā)現(xiàn)，愉悅圖片引起的P50波幅比健康者更低。

腦EP各個(gè)波峰出現(xiàn)的潛伏期和頻率的變化反映了中樞神經(jīng)活動的改變，提示內(nèi)臟神經(jīng)通路的功能障礙和皮質(zhì)處理的改變可能會參與調(diào)節(jié)VH。

2.3 腦磁圖（MEG） 細(xì)胞膜內(nèi)外的離子移動引起的腦內(nèi)電活動產(chǎn)生了磁場，用高靈敏度的磁場傳感器檢測并記錄其隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線，即獲得MEG。MEG和EEG提供的都是有關(guān)人腦在信息處理方面的功能性信息，EEG主要測量平行于顱骨的神經(jīng)細(xì)胞的電活動，而MEG主要測量垂直于顱骨的神經(jīng)細(xì)胞的電活動。

MEG可發(fā)現(xiàn)有臨床意義而又不能被EEG記錄到的波形，或檢測到皮質(zhì)局限性的異常電磁活動。若與EEG同時(shí)描記，還可對不同物理方位的皮質(zhì)群進(jìn)行分析。Smith等［10］對14名女性健康志愿者進(jìn)行直腸氣囊擴(kuò)張后的MEG檢測發(fā)現(xiàn)，包括前島葉和扣帶回區(qū)域在內(nèi)的痛覺相關(guān)腦區(qū)活性增強(qiáng)。功能性吞咽困難患者在吞咽任務(wù)的MEG中也顯示出島葉、前額葉皮層等腦區(qū)的異常激活［11］。MEG的高時(shí)間分辨率便于人腦動態(tài)行為，如誘發(fā)刺激的腦功能研究。

3 電生理技術(shù)在中樞敏化機(jī)制中的實(shí)驗(yàn)應(yīng)用

3.1 在體多通道記錄技術(shù) 在體多通道記錄技術(shù)通過腦深部電極在整體條件下同時(shí)記錄局部腦區(qū)不同類型神經(jīng)元的電活動變化，其優(yōu)勢在于能真實(shí)地反映生理狀態(tài)。植入腦深部電極屬于侵入性操作，因此該技術(shù)主要被用于動物實(shí)驗(yàn)。在體檢測VH狀態(tài)下活動異常相關(guān)腦區(qū)的神經(jīng)元活性、局部場電位和突觸傳遞的改變，對VH中樞機(jī)制的研究具有重要意義。

3.1.1 在體腦區(qū)神經(jīng)元活性記錄 臨床影像學(xué)研究［12］發(fā)現(xiàn)，伴有VH的FGID患者靜息狀態(tài)下前扣帶回（ACC）、島葉、下丘腦、前額皮質(zhì)等腦區(qū)的活動明顯增強(qiáng)，對實(shí)驗(yàn)動物進(jìn)行在體腦區(qū)神經(jīng)元活性的記錄便于監(jiān)測內(nèi)臟疼痛刺激下VH特定相關(guān)腦區(qū)神經(jīng)元電生理活動的改變，進(jìn)而探討參與VH形成的中樞敏化機(jī)制。Gao等［13］在體細(xì)胞外記錄大鼠腦區(qū)神經(jīng)元活性發(fā)現(xiàn)，ACC神經(jīng)元對CRD刺激有反應(yīng)，持續(xù)的內(nèi)臟傷害性刺激傳入ACC可導(dǎo)致其敏感性增高，表現(xiàn)為自發(fā)放電活動增多、反應(yīng)閾值降低、反應(yīng)強(qiáng)度增高。提示CRD刺激后ACC神經(jīng)元放電頻率或節(jié)律的改變使相關(guān)神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)功能發(fā)生變化，最終影響內(nèi)臟刺激后的中樞感受。

3.1.2 在體腦區(qū)局部場電位（LFP）記錄 LFP是一種低頻腦電信號，由電極尖端附近細(xì)胞的跨膜電流產(chǎn)生，可看作局部腦區(qū)群體神經(jīng)元興奮性或抑制性突觸后電位的總和。與腦電相比，LFP在時(shí)間和空間上的分辨率高且頻域特性明顯，因此對于大腦信息處理的機(jī)制研究具有重要作用。場電位節(jié)律振蕩的頻率范圍分類與EEG相同，其中的Theta節(jié)律振蕩參與集中注意力、記憶存儲、疼痛感知等多種認(rèn)知功能。人類Theta節(jié)律活動主要產(chǎn)生于大腦邊緣系統(tǒng)，如海馬、扣帶回和前額葉，是疼痛感知和調(diào)控疼痛認(rèn)知的重要神經(jīng)機(jī)制。LeBlanc等［14］研究發(fā)現(xiàn)，急慢性疼痛的大鼠模型初級軀體感覺皮層Theta節(jié)律活動增強(qiáng)，予大鼠注射卡拉膠誘發(fā)炎癥性疼痛后在ACC發(fā)現(xiàn)低頻LFP改變，即Delta、Theta Alpha節(jié)律振蕩增強(qiáng)［15］。而內(nèi)臟痛或VH形成的病理生理機(jī)制與神經(jīng)病理性疼痛有許多相似之處，如中樞敏化和中樞神經(jīng)元興奮過度。Wang等［16］發(fā)現(xiàn)，反復(fù)CRD刺激所致的VH大鼠ACC局部場電位Theta節(jié)律活動增強(qiáng)，并指出VH與基底外側(cè)杏仁核（BLA）和ACC之間的Theta節(jié)律振蕩同步抑制有關(guān)。且ACC神經(jīng)回路的Theta節(jié)律的同步性破壞可能影響慢性內(nèi)臟痛的情緒和認(rèn)知［17］。以上均提示，Theta節(jié)律振蕩增強(qiáng)可能是VH形成的潛在神經(jīng)電生理機(jī)制。

3.1.3 在體腦區(qū)突觸傳遞與突觸可塑性和記錄大腦皮層神經(jīng)元的反應(yīng)可以通過感官體驗(yàn)的改變不斷進(jìn)行修飾，這種修飾反映了構(gòu)成皮層環(huán)路和儲存信息的突觸傳遞的變化。長時(shí)程增強(qiáng)（LTP）是一種突觸強(qiáng)度的活動依賴性可塑性改變，指神經(jīng)元樹突棘接受高頻刺激信號后選擇性修飾行使功能的突觸，使突觸連接、傳遞效能長時(shí)間增強(qiáng)，在學(xué)習(xí)、記憶和突觸間信息傳遞的過程中起重要作用。脊髓背角神經(jīng)元突觸傳遞中的LTP形成是痛覺過敏的重要細(xì)胞機(jī)制［18］。突觸可塑性改變不僅發(fā)生在外周痛覺感受器、脊髓背角和皮層下區(qū)域，還包括與痛覺信息處理相關(guān)的皮層區(qū)域如ACC，LTP是反映皮層可塑性的重要突觸機(jī)制。有研究［19］報(bào)道，VH大鼠內(nèi)側(cè)丘腦-ACC突觸傳遞長時(shí)間持續(xù)增強(qiáng)，破壞ACC神經(jīng)元放電和LFP中的Theta節(jié)律振蕩可以抑制突觸的LTP，表明VH與ACC突觸可塑性改變有關(guān)。由此可見，痛覺傳導(dǎo)通路上的突觸LTP在中樞敏化和痛覺過敏的形成中起關(guān)鍵作用。

3.2 膜片鉗技術(shù) 膜片鉗技術(shù)是一種通過玻璃微電極與細(xì)胞膜之間形成緊密接觸的方法，采用電壓鉗或電流鉗技術(shù)對生物膜上離子通道的電活動進(jìn)行記錄的微電極技術(shù)。應(yīng)激引起中樞內(nèi)多種神經(jīng)遞質(zhì)、受體和神經(jīng)生長因子異常參與VH形成［1］，離體神經(jīng)元和離體腦片的膜片鉗記錄有利于對VH中樞信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路中離子通道的電生理特性、分子結(jié)構(gòu)、藥物作用機(jī)制等進(jìn)行深入研究。

3.2.1 離體神經(jīng)元的膜片鉗記錄 膜片鉗技術(shù)有多種記錄模式，最早應(yīng)用的是單通道記錄，可以了解離子通道的門控機(jī)制、通道性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系、細(xì)胞內(nèi)通道信號的轉(zhuǎn)導(dǎo)過程等。而全細(xì)胞記錄是目前最常用的記錄模式，可以檢測細(xì)胞動作電位、靜息膜電位和離子通道電流的變化，從而評價(jià)刺激或加藥前后神經(jīng)元活性和離子通道的改變。有關(guān)VH大鼠的離體神經(jīng)元膜片鉗記錄研究［20］發(fā)現(xiàn)，VH大鼠結(jié)腸特異脊髓背根神經(jīng)節(jié)（DRG）細(xì)胞興奮性增加，表現(xiàn)為閾電流值減小和2倍閾電流刺激下動作電位頻率增加。CRD刺激后大鼠DRG神經(jīng)元鈉通道失活曲線向去極化方向移動［21］，提示其失活的電壓依賴性發(fā)生改變，這可能是CRD導(dǎo)致DRG細(xì)胞高敏感性發(fā)生的原因之一。

3.2.2 離體腦片的膜片鉗記錄 離體腦片是用動物腦組織制備的厚度為幾百微米（一般100～500 μm）的活組織切片，能夠在體外存活一段時(shí)間，因而可用于電生理等功能性實(shí)驗(yàn)。腦片標(biāo)本一定程度上保持了部分在體情況下的神經(jīng)通路，排除了心臟搏動、呼吸運(yùn)動和血腦屏障的影響，其機(jī)械穩(wěn)定性高且細(xì)胞外環(huán)境易于控制，是目前廣泛使用的一種研究中樞神經(jīng)系統(tǒng)突觸功能的良好標(biāo)本。

應(yīng)用離體腦片的膜片鉗記錄技術(shù)不僅可以檢測VH相關(guān)腦區(qū)神經(jīng)元活性、LFP和突觸傳遞的改變，還能記錄離子通道電流的變化。研究［22］發(fā)現(xiàn)，母嬰分離致VH大鼠BLA的瞬時(shí)受體電位香草酸亞型1（TRPV1）表達(dá)上調(diào)、谷氨酸突觸活性增強(qiáng)，在VH大鼠腦片上施加TRPV1拮抗劑測得BLA谷氨酸突觸活性減低，在正常大鼠腦片上施加TRPV1激動劑測得BLA谷氨酸突觸活性增高，提示BLA TRPV1介導(dǎo)的突觸前傳遞參與母嬰分離致VH的形成。VH的形成涉及5-羥色胺（HT）1A受體、N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受體、Ca2＋/鈣調(diào)蛋白（CaM）依賴的蛋白激酶Ⅱ（CaMKⅡ）、腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（BDNF）等多種信號分子的改變［1］，腦片的膜片鉗技術(shù)便于排除機(jī)體其他因素的干擾而直接觀察這些信號分子對應(yīng)的藥物對中樞神經(jīng)系統(tǒng)突觸功能的影響，進(jìn)而為慢性內(nèi)臟痛的治療提供潛在藥物靶點(diǎn)。

4 結(jié)論與展望

腦-腸軸在FGID發(fā)病中的作用近年來備受關(guān)注，中樞致敏是VH形成的重要機(jī)制［23］。ACC等相關(guān)腦區(qū)的Theta節(jié)律增強(qiáng)、突觸LTP的形成與VH有密切關(guān)系，但具體的中樞機(jī)制和關(guān)鍵作用環(huán)節(jié)尚待明確。通過EEG、腦EP、MEG的臨床研究，以及在體多通道記錄、膜片鉗技術(shù)的實(shí)驗(yàn)研究，明確VH形成過程中神經(jīng)元活性、突觸可塑性和信號轉(zhuǎn)導(dǎo)通路的的變化，有望為VH的藥物治療提供新的靶點(diǎn)和干預(yù)方法。