首页资讯内脏高敏感中枢机制的电生理研究进展

内脏高敏感中枢机制的电生理研究进展

来源：泰然健康网时间：2025年07月21日 06:35

展婷婷许树长

内脏高敏感（VH）被认为是功能性胃肠病（FGID）发病的核心机制之一。VH的产生包括周围致敏和中枢致敏，其中中枢致敏在应激相关的功能性胃肠病发病中起着重要的调节作用［1-2］，成为目前的研究热点。电生理技术通过研究生物体的电作用和生物电现象来了解机体的机能活动特点，具有客观、可量化、便捷、易重复等优点，在研究VH的中枢机制方面有重要意义。现对目前VH中枢机制的相关电生理研究方法及其进展作一综述，以期为更好地探讨VH的发病机制提供依据。

1 内脏敏感性的电生理评估

VH指引起内脏疼痛或不适刺激的阈值降低，内脏对生理性刺激产生不适感或对伤害性刺激反应强烈的现象。流行病学和临床研究［3］结果显示，33%～90%的肠易激综合征（IBS）患者有内脏敏感性增加的现象，伴有VH的IBS患者并发症的严重程度更高。

临床上评估人体内脏敏感性主要依靠刺激时患者的主观感觉，通过记录患者出现疼痛或不适反应时水负荷试验摄入的水量、球囊扩张试验气体的体积等数据衡量内脏敏感性。在动物实验研究中，目前常用的评估内脏敏感性的方法有结直肠扩张（CRD）刺激下的腹部撤退反射（AWR）评分和腹壁肌电图（EMG）［4］。CRD刺激引起啮齿类动物的一系列自主行为反应，其中腹壁肌肉反应性收缩，即内脏运动反射（VMR）由脑干调节，不受痛觉相关的情绪和认知成分的影响，因此能比较准确地反映内脏敏感性。扩张期与基线（扩张前）AUC的差值代表不同扩张压力的CRD诱发的VMR反应程度。EMG通过量化CRD刺激时VMR的幅度来评价内脏感觉敏感性的变化，故而更加客观、准确。

2 电生理技术在中枢敏化机制中的临床应用

2.1 脑电图大脑皮层存在自发脑电活动，不同脑区的不同脑电活动代表大脑皮层处于不同的功能状态，通过非侵入性头皮电极直接测量并记录脑电活动所得的波形即脑电图（EEG）。通常将EEG信号分成几个预先定义的频带［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］对食管酸和辣椒素灌注致VH的志愿者进行直肠、乙状结肠电刺激下的EEG记录发现，Delta、Theta和Alpha频段的活动增强；另一研究［6］通过对比清醒放松状态下的IBS患者与健康人群发现，前者异常EEG显著增加，主要表现为后置的缓慢波形和Beta波百分比增高，以上均提示VH者大脑内脏感觉信息处理的功能状态有所改变。

2.2 脑诱发电位（EP）对神经系统的某一特定部位给予适宜刺激，在中枢神经系统相应部位可检测出与刺激有时相关系的特定电位变化，即EP。EP可分为内源性的、与认知功能有关的事件相关电位（ERP），以及外源性的、与感觉或运动功能有关的刺激相关电位（SRP）两大类。

记录到的EP常按极性和出现顺序命名。P代表向上的正性波，N代表向下的负性波，EP的一串反应波分别为P1、N1、P2、N2、P3、N3等，常用于评价诱发电位的参量有潜伏期、峰间潜伏期、波幅和波形等。潜伏期指从刺激开始到所测试的EP反应波上某一特定点（起始点或峰点）之间的时间间隔，主要反映神经纤维的传导功能。波幅指从波峰到基线的垂直距离（波峰幅度）或者两个连续的极性相反的波峰间的垂直距离（峰-峰幅度），一般反映刺激引起同步性放电神经元数量的多少。

2.2.1 皮层诱发电位（CEP） CEP是SRP的一种，指皮层神经元在受到一系列重复的感觉刺激后产生的电位活动。CEP的振幅通常低于自发EEG的振幅，但其相对于刺激产生的时间是固定的，因此可以把这些刺激特异性的CEP从人脑的背景皮层电活动中分离出来。由于CEP具有毫秒级的瞬间感知，不同个体CEP特征的差异能灵敏地反映他们感觉传入通路的解剖和生理差异，并且CEP能提供皮层加工过程的信息。给予健康人食管灌注后进行乙状结肠电刺激后的CEP记录显示，酸加辣椒素灌注组CEP的N1、P1潜伏期较0.9%氯化钠溶液灌注组明显缩短，同时发现前者N1-P1、P1-N2、N2-P2的波幅较后者明显减低，提示食管化学致敏后乙状结肠对电刺激的痛觉减退，这可能是由下行抑制通路的激活所致［7］。

2.2.2 ERP 是人对某客观事物进行认知加工时，通过平均叠加从头颅表面记录到的大脑电位，于某刺激对受试者来说具有重要意义时出现，与复杂的多层次心理因素有关，是感觉、知觉、记忆、理解、学习和判断等心理过程的电位变化反映，现已作为判断大脑高级功能的一个客观指标应用于精神和心理疾病的相关研究。多项研究［8］结果显示，慢性疼痛患者在感官刺激或认知任务后EP的振幅降低。例如，一项对慢性疼痛患者的躯体感觉ERP分析研究［9］发现，愉悦图片引起的P50波幅比健康者更低。

脑EP各个波峰出现的潜伏期和频率的变化反映了中枢神经活动的改变，提示内脏神经通路的功能障碍和皮质处理的改变可能会参与调节VH。

2.3 脑磁图（MEG）细胞膜内外的离子移动引起的脑内电活动产生了磁场，用高灵敏度的磁场传感器检测并记录其随时间变化的关系曲线，即获得MEG。MEG和EEG提供的都是有关人脑在信息处理方面的功能性信息，EEG主要测量平行于颅骨的神经细胞的电活动，而MEG主要测量垂直于颅骨的神经细胞的电活动。

MEG可发现有临床意义而又不能被EEG记录到的波形，或检测到皮质局限性的异常电磁活动。若与EEG同时描记，还可对不同物理方位的皮质群进行分析。Smith等［10］对14名女性健康志愿者进行直肠气囊扩张后的MEG检测发现，包括前岛叶和扣带回区域在内的痛觉相关脑区活性增强。功能性吞咽困难患者在吞咽任务的MEG中也显示出岛叶、前额叶皮层等脑区的异常激活［11］。MEG的高时间分辨率便于人脑动态行为，如诱发刺激的脑功能研究。

3 电生理技术在中枢敏化机制中的实验应用

3.1 在体多通道记录技术在体多通道记录技术通过脑深部电极在整体条件下同时记录局部脑区不同类型神经元的电活动变化，其优势在于能真实地反映生理状态。植入脑深部电极属于侵入性操作，因此该技术主要被用于动物实验。在体检测VH状态下活动异常相关脑区的神经元活性、局部场电位和突触传递的改变，对VH中枢机制的研究具有重要意义。

3.1.1 在体脑区神经元活性记录临床影像学研究［12］发现，伴有VH的FGID患者静息状态下前扣带回（ACC）、岛叶、下丘脑、前额皮质等脑区的活动明显增强，对实验动物进行在体脑区神经元活性的记录便于监测内脏疼痛刺激下VH特定相关脑区神经元电生理活动的改变，进而探讨参与VH形成的中枢敏化机制。Gao等［13］在体细胞外记录大鼠脑区神经元活性发现，ACC神经元对CRD刺激有反应，持续的内脏伤害性刺激传入ACC可导致其敏感性增高，表现为自发放电活动增多、反应阈值降低、反应强度增高。提示CRD刺激后ACC神经元放电频率或节律的改变使相关神经元网络功能发生变化，最终影响内脏刺激后的中枢感受。

3.1.2 在体脑区局部场电位（LFP）记录 LFP是一种低频脑电信号，由电极尖端附近细胞的跨膜电流产生，可看作局部脑区群体神经元兴奋性或抑制性突触后电位的总和。与脑电相比，LFP在时间和空间上的分辨率高且频域特性明显，因此对于大脑信息处理的机制研究具有重要作用。场电位节律振荡的频率范围分类与EEG相同，其中的Theta节律振荡参与集中注意力、记忆存储、疼痛感知等多种认知功能。人类Theta节律活动主要产生于大脑边缘系统，如海马、扣带回和前额叶，是疼痛感知和调控疼痛认知的重要神经机制。LeBlanc等［14］研究发现，急慢性疼痛的大鼠模型初级躯体感觉皮层Theta节律活动增强，予大鼠注射卡拉胶诱发炎症性疼痛后在ACC发现低频LFP改变，即Delta、Theta Alpha节律振荡增强［15］。而内脏痛或VH形成的病理生理机制与神经病理性疼痛有许多相似之处，如中枢敏化和中枢神经元兴奋过度。Wang等［16］发现，反复CRD刺激所致的VH大鼠ACC局部场电位Theta节律活动增强，并指出VH与基底外侧杏仁核（BLA）和ACC之间的Theta节律振荡同步抑制有关。且ACC神经回路的Theta节律的同步性破坏可能影响慢性内脏痛的情绪和认知［17］。以上均提示，Theta节律振荡增强可能是VH形成的潜在神经电生理机制。

3.1.3 在体脑区突触传递与突触可塑性和记录大脑皮层神经元的反应可以通过感官体验的改变不断进行修饰，这种修饰反映了构成皮层环路和储存信息的突触传递的变化。长时程增强（LTP）是一种突触强度的活动依赖性可塑性改变，指神经元树突棘接受高频刺激信号后选择性修饰行使功能的突触，使突触连接、传递效能长时间增强，在学习、记忆和突触间信息传递的过程中起重要作用。脊髓背角神经元突触传递中的LTP形成是痛觉过敏的重要细胞机制［18］。突触可塑性改变不仅发生在外周痛觉感受器、脊髓背角和皮层下区域，还包括与痛觉信息处理相关的皮层区域如ACC，LTP是反映皮层可塑性的重要突触机制。有研究［19］报道，VH大鼠内侧丘脑-ACC突触传递长时间持续增强，破坏ACC神经元放电和LFP中的Theta节律振荡可以抑制突触的LTP，表明VH与ACC突触可塑性改变有关。由此可见，痛觉传导通路上的突触LTP在中枢敏化和痛觉过敏的形成中起关键作用。

3.2 膜片钳技术膜片钳技术是一种通过玻璃微电极与细胞膜之间形成紧密接触的方法，采用电压钳或电流钳技术对生物膜上离子通道的电活动进行记录的微电极技术。应激引起中枢内多种神经递质、受体和神经生长因子异常参与VH形成［1］，离体神经元和离体脑片的膜片钳记录有利于对VH中枢信号转导通路中离子通道的电生理特性、分子结构、药物作用机制等进行深入研究。

3.2.1 离体神经元的膜片钳记录膜片钳技术有多种记录模式，最早应用的是单通道记录，可以了解离子通道的门控机制、通道性质与结构的关系、细胞内通道信号的转导过程等。而全细胞记录是目前最常用的记录模式，可以检测细胞动作电位、静息膜电位和离子通道电流的变化，从而评价刺激或加药前后神经元活性和离子通道的改变。有关VH大鼠的离体神经元膜片钳记录研究［20］发现，VH大鼠结肠特异脊髓背根神经节（DRG）细胞兴奋性增加，表现为阈电流值减小和2倍阈电流刺激下动作电位频率增加。CRD刺激后大鼠DRG神经元钠通道失活曲线向去极化方向移动［21］，提示其失活的电压依赖性发生改变，这可能是CRD导致DRG细胞高敏感性发生的原因之一。

3.2.2 离体脑片的膜片钳记录离体脑片是用动物脑组织制备的厚度为几百微米（一般100～500 μm）的活组织切片，能够在体外存活一段时间，因而可用于电生理等功能性实验。脑片标本一定程度上保持了部分在体情况下的神经通路，排除了心脏搏动、呼吸运动和血脑屏障的影响，其机械稳定性高且细胞外环境易于控制，是目前广泛使用的一种研究中枢神经系统突触功能的良好标本。

应用离体脑片的膜片钳记录技术不仅可以检测VH相关脑区神经元活性、LFP和突触传递的改变，还能记录离子通道电流的变化。研究［22］发现，母婴分离致VH大鼠BLA的瞬时受体电位香草酸亚型1（TRPV1）表达上调、谷氨酸突触活性增强，在VH大鼠脑片上施加TRPV1拮抗剂测得BLA谷氨酸突触活性减低，在正常大鼠脑片上施加TRPV1激动剂测得BLA谷氨酸突触活性增高，提示BLA TRPV1介导的突触前传递参与母婴分离致VH的形成。VH的形成涉及5-羟色胺（HT）1A受体、N-甲基-D-天冬氨酸（NMDA）受体、Ca2＋/钙调蛋白（CaM）依赖的蛋白激酶Ⅱ（CaMKⅡ）、脑源性神经营养因子（BDNF）等多种信号分子的改变［1］，脑片的膜片钳技术便于排除机体其他因素的干扰而直接观察这些信号分子对应的药物对中枢神经系统突触功能的影响，进而为慢性内脏痛的治疗提供潜在药物靶点。

4 结论与展望

脑-肠轴在FGID发病中的作用近年来备受关注，中枢致敏是VH形成的重要机制［23］。ACC等相关脑区的Theta节律增强、突触LTP的形成与VH有密切关系，但具体的中枢机制和关键作用环节尚待明确。通过EEG、脑EP、MEG的临床研究，以及在体多通道记录、膜片钳技术的实验研究，明确VH形成过程中神经元活性、突触可塑性和信号转导通路的的变化，有望为VH的药物治疗提供新的靶点和干预方法。