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癫痫是最常见的神经系统疾病之一,其定义为反复的、自发的大脑皮层神经元异常同步放电导致脑功能障碍。癫痫发作具有短暂性、发作性、重复性、刻板性的特点。据统计,发达国家癫痫的发病率为24~53/10万/年,我国目前大约有900万癫痫患者,发病率为35/10万/年左右,且呈逐年增高趋势,由此可以推段我国每年新增癫痫病人至少40万例。癫痫可导致神经元的丢失、胶质细胞的增生,从而导致致痫灶及远隔区域的脑功能障碍,影响患者的生存质量,甚至导致患者死亡。近年来,癫痫所致脑损伤的病理生理机制研究己取得了重大进步,并且涌现了一些新的抗癫痫药物。然而其临床治疗效果却仍未达到满意。已知的抗癫痫药物其治疗有效率约为70%,即有大约30%的癫痫患者应用某一药物治疗时无效,需更换或联用其他的治疗方法,其中有10%的患者需要手术治疗。目前癫痫治疗主要存在的问题为:1、抗癫痫药物的毒副作用;2、对癫痫并发症的治疗(尤其是认知、情感障碍的治疗);3、耐药性癫痫的治疗;此外,对癫痫持续状态的治疗药物仍然有限。
癫痫的继发性脑损伤常导致病情加重,有些也是促进癫痫的因素,其机制主要涉及氧化应激、炎症反应、凋亡、细胞内钙超载、兴奋性氨基酸毒性学说等,这些发病机制之间相互作用、相互影响,形成了复杂的病理级联反应及调控网络,导致了癫痫的发生发展及继发性脑功能障碍。其中兴奋性氨基酸毒性、氧化应激和凋亡存在于癫痫起始病灶及非起始灶的受累脑组织中,是导致神经元功能障碍甚至死亡的主要原因。因此,抗氧化应激、抑制兴奋性氨基酸的过度兴奋、抑制凋亡成为保护癫痫及相关脑组织损伤的几种重要途径。
右美托嘧啶是一种高选择性的α2-受体激动剂,目前已广泛应用于镇静及辅助全身或局部麻醉作用,此外有研究表明该药还具有抑制兴奋性氨基酸释放、抗氧化应激、抗炎、抗凋亡作用。曾有学者发现,α2-受体激动剂可乐定具有抗癫痫效果,其抗癫痫作用机制可能为:1、由于钙离子流的阻滞,钾离子流的促进和囊泡泡吐自身的直接调节,最终是通过兴奋性递质释放的减少来实现了突触前抑制。2、突触后抑制:可乐定可与突触后α2-受体结合,抑制钙超载,产生长时程增强与受体变化。但由于可乐定激动α2-受体同时还激动αl-受体(220∶1),即对α2-受体选择性较差,因此未能应用于临床抗癫痫治疗。而右美托嘧啶的α2-受体选择性是可乐定的约8倍(1600∶1)。因此其可能成为更理想的抗癫痫药物。
本研究选用雄性Wistar大鼠,应用杏仁基底外侧核电点燃法建立大鼠急慢性癫痫及自发性癫痫持续状态(self-sustainingstatusepilepticus,SSSE)模型。在这些模型上依据Racine分级及脑电图(electro-encephalogram,EEG)记录观察癫痫发作的严重程度及持续时间;并检测海马组织中兴奋性氨基酸-谷氨酸(glutamate,Glu)及抑制性氨基酸-γ-氨基丁酸(γ-AminobutyricAcid,GABA)、抗氧化物谷胱甘肽(glutathione,GSH)和氧化应激终产物丙二醛(Malondiadehyde,MDA)、凋亡抑制/促进蛋白Bcl-2/Bax、及基因转录因子核因子-κB(neuclearfactor-κB,NF-κB)的表达。确定杏仁基底外侧核电刺激诱导大鼠癫痫发作的作用及癫痫发作后引起的大鼠脑海马组织中兴奋/抑制性氨基酸递质的失衡、氧化应激损伤、凋亡等病理生理过程,并通过腹腔注射右美托咪啶进行干预,对干预前后大鼠癫痫发作的严重程度及持续时间、脑海马组织中Glu/GABA递质含量、GSH/MDA水平、Bcl-2/Bax及NF-κB表达水平的变化进行评价,以研究右美托咪啶对大鼠杏仁核电点燃癫痫模型的抗癫痫及脑保护作用,并对其可能的机制进行探讨。本实验研究共分为三部分,各部分内容分述如下。
第一部分大鼠杏仁基底外侧核急慢性电点燃癫痫模型的建立
目的:观察不同参数刺激条件对大鼠杏仁基底外侧核电点燃癫痫模型的诱导效果。通过点燃过程中大鼠行为学、可操作性、点燃成功率、Racine分级、EEG等的观察,研究不同刺激参数对杏仁基底外侧核电点燃癫痫模型建立的影响。探讨其模拟人类不同癫痫类型的价值。
方法:取成年健康雄性Wistar大鼠(250-350g)60只为实验对象,随机分为3组,1、3组各15只,第2组再随机分为2个亚组,每组15只,经水合氯醛全麻后,将双股漆包镍镉电极经大鼠脑立体定向仪置入大鼠左侧杏仁基底外侧核,坐标为前囟后2.2mm,外4.8mm,自颅骨表面下8.5mm。术毕大鼠恢复1周。一周后测定后放电阈值,后放电阈值定义为出现≥3s的棘波后放电时的电流强度,且不超过400μA。测定后放电阈值后24小时,采用不同刺激参数对大鼠进行点燃程序刺激。实验1:慢性电点燃癫痫模型的建立:15只Wistar大鼠测定后放电阈值后,以高于后放电阈值的恒定电流(500μA)刺激杏仁基底外侧核,单向方波,频率60Hz,波宽1.0ms,串长1s,每日1次,观察大鼠行为学及EEG变化。癫痫严重程度依据Racine分级法评估;至大鼠连续5次出现5级发作,即认为大鼠点燃成功。点燃过程中观察大鼠行为学并记录EEG,点燃完毕后记录点燃成功率。实验2:快速电点燃癫痫模型的建立:取实验大鼠30只,再次随机分为A、B两个亚组,每组15只,测定后放电阈值24小时后以高于后放电阈值的恒定电流刺激杏仁基底外侧核,具体参数如下:A组:刺激频率16Hz,波宽1.0ms,串长10s,500μA恒流,单向方波,刺激间隔时间7分钟,刺激次数30次/天,以动物连续出现3次Racine5级发作为点燃成功标志。B组:刺激频率60Hz,波宽1.0ms,串长10s,强度500μA,刺激间隔时间30min,每天刺激10次,连续刺激2d,刺激电流为恒流,单向方波。以动物连续出现3次Racine5级发作为点燃成功标志。两组点燃过程中均观察大鼠行为学并监测EEG,计算点燃成功率。实验3:杏仁基底外侧核电点燃后诱导SSSE的建立:15只Wistar大鼠测定后放电阈值后,按下列参数进行电刺激以诱导SSSE的发生:首先以500μA恒定电流,单向方波,波宽1.0ms,频率60Hz,刺激杏仁基底外侧核,每日1次,每次1s。至连续出现5次Racine分级5级发作视为点燃成功。点燃成功后2周,以如下参数再次刺激杏仁基底外侧核诱导SSSE:刺激持续时间25分钟,刺激程序包括波宽1.0ms的双向方波连续100ms,以每秒2次的频率施加,2次刺激间给予脉冲频率为每秒50次,波宽1.0ms,单向方波的持续刺激,2种刺激参数的电流均为恒流700μA。刺激过程中及刺激后12小时采用EEG观测自发癫痫持续状态发生情况。
结果:
1慢性电点燃癫痫模型:15只大鼠经后放电阈值测定,有14只符合实验标准(后放电阈值≤400μA),继续进行后续实验;1只大鼠后放电阈值测定>400μA时仍未引出,考虑电极位置放置欠佳,排除出实验组。14只实验大鼠经点燃程序刺激时,1只出现电极脱落,未完成点燃程序;13只大鼠中有12只大鼠表现出连续5次5级发作,成功点燃,1只大鼠虽曾表现出5级发作,但此后发作等级下降,未点燃成功。点燃成功时间10-19天,总点燃成功率(点燃成功例数/总纳入实验例数):85.7%;实际点燃成功率(点燃成功例数/完成点燃程序例数):92.3%。点燃成功后大鼠均存活。再次刺激引起的癫痫发作稳定可靠。
2快速电点燃癫痫模型:本实验组分为2个亚组,每组各15只大鼠。A组大鼠中,共13只大鼠后放电阈值≤400μA,纳入后续试验;2只大鼠后放电阈值测定>400μA时仍未引出,考虑电极位置放置欠佳,排除出实验组。在程序刺激过程中,2只大鼠出现电极脱落。剩余11只大鼠完成点燃程序,其中8只大鼠表现出连续3次Racine分级5级发作,3只虽曾表现出5级发作,但未表现出连续3次该级别发作,或发作级别达到5级后出现下降趋势,未能点燃。点燃成功时间:1-2d,总点燃成功率:61.5%;实际点燃成功率:72.7%。B组大鼠中,共14只大鼠后放电阈值达标,纳入实验;1只大鼠后放电阈值未达标,排除出实验。进行程序刺激时,4只大鼠出现电极脱落,10只大鼠完成点燃程序,其中2只大鼠因未出现连续3次5级发作而未点燃成功,8只大鼠出现连续3次5级发作,视为点燃成功。点燃成功时间2天;总点燃成功率:57.1%;实际点燃成功率:80.0%。
3电点燃后诱导SSSE模型:本实验组共15只大鼠,15只大鼠后放电阈值测定均达标,纳入实验。其中1只点燃过程中电极脱落,13只经慢性杏仁基底外侧核点燃程序刺激后均达到点燃成功标准,1只未达到点燃标准。点燃成功时间:10-19天;总点燃成功率:86.7%;实际点燃成功率:92.9%。13只点燃大鼠进入25min的SSSE诱导电刺激程序,刺激结束后均成功诱导出SSSE,表现为自发的间断Racine3-5级发作,持续时间5-12小时,但其中2只大鼠死于SSSE观察过程中,死亡率:15.4%。
结论:大鼠杏仁核电点燃癫痫模型可很好地模拟人类颞叶癫痫的病理生理过程。实验数据表明,电极植入方法安全可靠,大鼠术后全部存活。在点燃过程中,不同的刺激方法所需点燃时间、总点燃成功率及实际点燃成功率不同。慢性杏仁基底外侧核电刺激时大鼠经10-19天可达点燃成功标准,需时长,但总点燃成功率及实际点燃成功率高。快速点燃模型中,A组点燃所需时间短,但总点燃成功率及实际点燃成功率较慢性点燃低。B组点燃时间同样较短,但总点燃成功率较A组低,实际点燃成功率较A组高;此外,点燃过程中,慢点燃组大鼠电极脱落可能性较小,快点燃组大鼠电极脱落可能性较大,尤其是B组。慢性点燃后,大鼠经SSSE诱导刺激程序,均能诱导出SSSE发作,可很好地模拟人类癫痫持续状态,其癫痫持续状态的死亡率与人类相近。
第二部分右美托咪啶对杏仁基底外侧核电刺激诱导SSSE模型抗癫痫作用及机制研究
目的:观察右美托咪啶对电刺激杏仁基底外侧核诱导的SSSE模型痫性发作次数及发作时间的影响,并测定SSSE后大鼠海马组织中Glu/GABA含量及GSH/MDA含量的变化,研究右美托咪啶在SSSE中的抗癫痫及脑保护作用,并探讨其涉及的兴奋性氨基酸毒性学说、氧化应激等机制。
方法:取健康成年雄性Wistar大鼠为研究对象,应用杏仁基底外侧核程序电刺激诱导法制备SSSE模型。Wistar大鼠共65只,随机分为5组,低剂量组(L组),SSSE+低剂量(50μg/kg)右美托咪啶腹腔注射;高剂量组(H组),SSSE+高剂量(100μg/kg)右美托咪啶腹腔注射;自发性癫痫持续状态组(SE组),仅诱导SSSE发作;假手术组(S组),仅给与电极植入,未行程序电刺激;空白对照组(C组):未予任何处理。点燃及诱导SSSE程序如第一部分。L/H组分别于诱导成功后5分钟经大鼠腹腔注射50/100μg/kg的右美托咪啶。以脑电图观测痫性发作的次数及累计时间;留取大鼠海马标本后,以液质联用法测定海马中Glu/GABA含量,酶联免疫法测定海马中GSH/MDA含量。
结果:
1L组中有13只大鼠,H组中有11只大鼠,SE组中有15只大鼠点燃成功。经电刺激诱导后,点燃大鼠均可表现出SSSE,持续时间5-12小时。最终L组13只大鼠,H组11只大鼠,SE组中13只大鼠经SSSE后存活;SE组2只大鼠在发作过程中死亡,死亡率13.33%,排除出实验。与SE组相比,L组痫性发作次数和累计时间无明显减少,差异无统计学意义(p>0.05);但H组痫性发作次数和累计发作时间明显下降,差异有统计学意义(p<0.05)。S组和C组未见痫性发作。
2液质联用中,SSSE发作12小时后,L组、H组、SE组海马组织中Glu含量和C组相比均升高,差异有统计学意义(p<0.05);S组和C组无差别(p>0.05);L组和SE组含量无差别(p>0.05)。但H组较SE组和L组含量下降,差异有统计学意义(p<0.05)。L组、H组、SE组海马中GABA水平与C组相比均增高(p<0.05)。S组和C组之间无差异(p>0.05);L组和SE组之间无差异(p>0.05)。但H组含量较L组和SE组均降低,差异有统计学意义(p<0.05)。GABA含量未随着右美托咪啶的治疗有效性而升高,但随着Glu含量的变化而变化。
3酶联免疫法测定GSH/MDA,诱导SSSE后12小时,L组、H组、SE组海马组织匀浆中GSH含量较C组明显下降(p<0.05)。S组和C组之间GSH含量无明显差异(p>0.05);L组和SE组之间含量亦无明显差异(p>0.05)。在H组中,虽然仍低于S组和C组,但高剂量的右美托咪啶使GSH含量较L组和SE组明显升高(p<0.05)。MDA含量在L组、H组、SE组中较在C组中明显升高(p<0.05)。S组和C组之间、L组和SE组之间MDA含量均无明显差异(p>0.05)。H组MDA含量明显低于L组及SE组(p<0.05)。上述数据表明高剂量右美托咪啶可以有效地治疗癫痫相关的氧化应激。
结论:大鼠经杏仁核电点燃后,再给与25min的SSSE诱导刺激程序,可成功诱导SSSE发作。SSSE发作12小时后,大鼠海马组织中可检测到Glu升高及GABA的代偿性升高,GSH含量下降及MDA含量升高,表明兴奋性氨基酸毒性及氧化应激与癫痫持续状态密切相关。应用高剂量右美托咪啶可以减少SSSE时痫性发作的次数及累计时间,并可缓解海马组织中Glu的升高、GSH的减少及MDA的增加。从而表现出抗癫痫及脑保护作用。
第三部分右美托咪啶对实验性慢性癫痫大鼠的抗癫痫作用及机制研究
目的:观察右美托咪啶对杏仁基底外侧核慢性电点燃大鼠癫痫模型后放电持续时间及Racine发作分级的影响,并经westernblot法测定继续电刺激1周后海马组织中Bcl-2/Bax的表达变化,及NF-κB表达变化,研究右美托咪啶对慢点燃癫痫模型大鼠继发海马组织炎症及凋亡的作用,探讨右美托咪啶脑保护作用的相关机制。
方法:健康成年雄性Wistar大鼠65只,随机分为5组,低剂量组(L组)15只,慢性电点燃程序刺激+点燃后刺激+低剂量(50μg/kg)右美托咪啶腹腔注射;高剂量组(H组)15只,慢性电点燃程序刺激+点燃后刺激+高剂量(100μg/kg)右美托咪啶腹腔注射;慢性电点燃癫痫组(E组)15只,慢性电点燃程序刺激+点燃后刺激;假手术组(S组),仅给与电极植入,未行杏仁基底外侧核电刺激;空白对照组(C组):未予任何处理。L、H、E组点燃成功后再次给予杏仁基底外侧核电刺激,每日1次,其中L/H组于电刺激前5分钟给予右美托咪啶50/100μg/kg腹腔内注射,1周后记录再刺激时每组癫痫发作的Racine分级5级的百分比及后放电持续时间,将5组大鼠共同处死,取海马组织,采用Western-blot法分别检测各样本脑组织中Bcl-2、Bax和NF-κB水平的变化。
结果:
1经慢性电点燃程序刺激后,L组中有13只大鼠点燃成功,H组中有13只,E组中有12只,各组均无大鼠死亡。点燃后继续给予同样刺激,E组大鼠表现同样5级发作,后放电持续时间较前无明显变化;L组大鼠5级发作百分比与后放电持续时间较E组无统计学差异(p>0.05);H组大鼠5级发作百分比及后放电持续时间较E组明显下降,差异有统计学意义(p<0.05);S组和C组均无癫痫发作。
2Westernblot中,经每日1次点燃后杏仁基底外侧核再刺激,至1周后,L组、E组、H组海马组织Bcl-2水平和C组相比明显下降(p<0.05)。L组与E组之间无明显差异(p>0.05);S组和C组之间亦无明显差异(p>0.05);但H组较E组及L组Bcl-2含量明显升高,且具有统计学意义(p<0.05)。L组、E组、H组海马组织中Bax水平较C组明显升高(p<0.05);L组与E组之间无明显差异(p>0.05);S组和C组之间亦无明显差异(p>0.05);但H组较E组和L组Bax含量明显下降,差异有统计学意义(p<0.05)。
3Westernblot中,经每日1次点燃后杏仁基底外侧核再刺激,至1周后,L组、E组、H组海马组织NF-κB水平和C组相比明显下降(p<0.05)。L组与E组之间无明显差异(p>0.05);S组和C组之间亦无明显差异(p>0.05);但H组较E组和L组NF-κB含量明显升高,且具有统计学意义(p<0.05)。
结论:慢性杏仁基底外侧核电点燃癫痫模型中,右美托咪啶可减轻癫痫发作严重程度和后放电持续时间。大鼠海马组织中,高剂量右美托咪啶可增加Bcl-2蛋白的表达,减少Bax蛋白的表达,减少NF-κB的表达,提示右美托咪啶可缓解慢性癫痫模型的发作,并通过抗癫痫、抗炎、抗凋亡途径保护癫痫大鼠脑组织。