我们介绍了一种同时记录脊髓多通道细胞外电活动和心功能，并分析与心搏同步的脊髓背角神经元的方法。该方法为研究针刺诱导胸腔内脏功能变化背后的脊髓机制提供了一个时间同步的研究框架。
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本文内容
摘要
摘要
许多研究表明，电针可能对心血管疾病的治疗和预防具有益处。然而，其作用机制仍不甚清楚。胸段脊髓背角（SDH）在整合和调节躯体与内脏传入信号方面发挥重要作用，进而可能影响心脏功能的调控。与已被广泛研究的腰段SDH相比，由于手术暴露和立体定位固定的困难，胸段SDH的研究相对较少。本研究提供了一种结合心电图记录和微电极阵列技术，同步监测神经元活动与心脏功能的一般性方法。此外，我们还描述了如何通过计算神经元活动在心跳同步状态下的放电率分布，来识别与心跳锁定的神经元。该策略对于研究心血管功能与神经元活动之间的相关性，以及理解由外周神经刺激引发的躯体-心脏反射具有重要意义。
引言
针灸或体表刺激作为中医（TCM）体系中一种重要的治疗技术，通过刺激体表特定区域发挥作用。该疗法经由传入通路、中枢整合及自主神经传出机制调节内脏功能，实现机体功能的多层面调控。该疗法的核心理念在于，对解剖位置明确的穴位进行靶向刺激可引发生理功能的系统性调节。越来越多的临床证据支持针灸作为心血管疾病管理的辅助治疗手段，在初级预防和辅助治疗方案中均显示出疗效1，2。
感觉神经元的初级传入纤维主要终止于脊髓背角（SDH），相应地，脊髓背角神经元（SDHNs）在躯体传入信号的整合与调控中发挥关键作用3,4,5。此外，脊髓背角神经元还接收心脏传入纤维，并将内脏信息传递给脊髓交感前节神经元（SPNs），以实现对心血管功能的调节6。与心脏活动同步的SPNs位于脊髓胸段（T1-T5）的侧角区域，其轴突投射至颈段或胸段神经节，并通过心脏上、中、下神经进一步支配心脏。因此，胸段脊髓在整合与调节躯体和内脏传入信号方面具有重要作用，进而可能影响心脏功能的调控。因此，理解躯体刺激如何通过调节胸段脊髓背角神经元（S....
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方案
动物实验方案严格遵循国家标准的要求 "实验动物福利伦理审查指南" （GB/T 35892-2018）标准，并经机构伦理委员会批准。本研究采用6至8周龄、体重约220 g的雄性SPF级Sprague-Dawley（SD）大鼠。所有实验过程中均穿戴实验服、手套和口罩。所用试剂与设备的详细信息列于下文 材料表实验结束时，大鼠在深度麻醉下经心脏灌注后实施颈椎脱位处死。
1. 术前准备
- 将呼吸机管路连接至Y形气管插管，确保连接牢固且气密性良好。
- 通过呼吸机显示屏确认气流稳定、潮气量和呼吸频率设置适当，以验证通气功能正常。
- 在强光下目视检查管路各段，确保管路内无冷凝液或颗粒状污染物。
- 使用三通BNC连接器，将放大后的ECG信号同时输入心电图仪输入端口和微电极阵列记录系统的模拟输入端口。
- 通过三通BNC分路器传输放大信号，同时连接心电图仪的模拟输入端口和微电极阵列记录系统的模拟输入端口。
- 通过将心电图仪的TTL输出连接至微电极阵列记录系统的数字输入端，建立同步触发信号；使用BNC转杜邦接口线缆启动两个系统的同步采集，并验证时间对齐性。
2. 术前准备
- 麻醉 ....
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结果
按照上述方案，暴露T3节段脊髓背根神经节（SDHNs），并向心包/穴位区域给予缓激肽（BK）或进行体感针刺。本研究定量分析了伤害性内脏传入、缓激肽应用及体感调节过程中，刺激诱发的神经元激活特征（类型/频率）以及同步的心电图（ECG）变化。
图2A显示了大鼠T3脊髓的横切面。左侧展示了不同板层的分布情况，右侧显示了橙色区域，代表Dil染料在孵育10分钟后分布的位置。将浸有Dil染料的阵列电极固定于立体定位仪的显微操作器上，随后将电极垂直插入T3节段脊髓背角，位置位于后正中裂外侧500 µm，深度达1,500 µm，并根据大鼠体重对插入深度进行调整。在持续15分钟的记录后，进行灌注和组织采集，期间电极记录到来自大鼠脊髓I至VIII板层的神经信号。图2B–D展示了从第19通道记录到的神经元的点阵图、波形、主成分分析（PCA）及自相关图。图2F、G
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讨论
解码背根神经节（SDH）神经元编码特征对于理解针刺治疗内脏功能障碍的神经调节机制至关重要。本文中，我们结合了多电极阵列（MEA） 体内 采用ECG记录系统同步记录T3节段背根神经节神经元（T3 SDHNs）的放电活动和心电图。心脏痛觉刺激可激活支配心脏的C型伤害性感受器，通过内脏、背根神经节（DRG）、T1-T5脊髓节段及脊上结构，将伤害性信息向前传导。交感传入纤维进入脊髓背角，经中间神经元中继后投射至脊髓侧角的节前神经元。这些节前纤维经白交通支进入交感干，在局部或上行至星状神经节（SG）以及中、下颈交感神经节，与节后神经元形成突触连接，从而调控心率13.
内关穴（PC6）在治疗心血管疾病中的作用机制非常复杂，尚未被完全阐明。目前，躯体-交感反射通路被认为是其中较为关键的通路之一。本研究探讨了针刺内关穴对T3脊髓节段内心脏锁相与非锁相神经元的调节作用。文献中已有采用多电极阵列（MEA）记录技术来记录脊髓背角（SDH）中宽动态范围（WDR）神经元放电活动的报道14
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披露
作者声明无利益冲突。
致谢
本研究由国家自然科学基金（No.82330127，No.82105029）、国家重点研发计划&中国国家重点研发计划（编号：2022YFC3500702）、中央级公益性科研院所基本科研业务费专项资金（编号：ZZ-2023008）以及省级教育厅项目（编号：2019JM-027）。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 麻醉系统 | Kent Scientific | SomnoSuite | |
| Central v6.5 | Black Microsystems | Cerebus-128 | |
| 精细剪刀 | 精细剪刀 | 精细剪刀 | |
| Friedman-Pearson 咬骨钳 | Fine Science Tools | 16220-14 | |
| 明胶海绵 | Coltene | 274-007 | |
| 插管套管 | Harward Apparatus | 73-2737 | |
| 异氟烷 | RWD | R510 | |
| LabChart 专业软件 | LabChart 专业软件 | 版本 8.0 | |
| microband 电极阵列 | Neuronexus | A1x32-6mm-50-177 | |
| 微操纵器 | Narishige | DMA-1510 | |
| 针头 | Zhongyantaihe | 0.25 mm x 0.25 mm | |
| NeuroExplorer 软件 (V5.0) | Plexon | V5.0 | |
| 离线排序器 | Plexon | V4.0 | |
| Powerlab | ADInstruments | PL26T04 | |
| 大鼠 | 中国人民解放军军事医学科学院实验中心 | ||
| 脊柱适配器 | N/A | N/A | 定制 |
| 弹簧剪 | Fine Science Tools | 15023-10 | |
| 立体定位仪 | Narishige | SR-5R-HT |
参考文献
- Nakahara, H., Ueda, S. Y., Kawai, E., Higashiura, R., Miyamoto, T. Effects of pre-exercise acupuncture stimulation on heart rate response during short-duration exercise. BMC Sports Sci Med Rehabil. 13 (1), 129(2021).
- de Lima Pimentel, R., Duque, A. P., Moreira, B. R., Rodrigues, L. F. J.
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重印与许可
