七氟烷激活丘脑背内侧核T型钙通道导致苏醒期躁动的下游细胞和环路机制

Sevoflurane is widely used in modem pediatric anesthesia for its various advantages. However, it is associated with emergence agitation that lead to adverse consequences post-operatively. Our preliminary data demonstrated the power spectrum of theta waves in the frontal lobe was potentiated when emergence agitation occurred. Agitation behaviors and the power of theta waves were reduced by t-type calcium channel inhibitor administration. Therefore, activation of t-type calcium channel in the medial dorsal thalamic was the key link for sevoflurane-induced emergence agitation. However the downstream mechanism of emergence agitation is not yet clear. We propose hypothesis of cellular mechanism: neuron which obtain t-type calcium channel change the firing pattern induced potentiation of theta waves. We also present hypothesis of circuit mechanism: the dysfunction of MD-PFC neural circuit lead to emergence agitation. We will use drugs microinjection, electrophysiology and optogenetics and other lab technic to verify our hypothesis. Our study is of great significance to propose effective intervene strategy of sevoflurane-induced emergence agitation.

吸入麻醉药七氟烷在临床上广泛运用于小儿麻醉，但其在苏醒期易引起小儿躁动，威胁围术期安全。我们前期发现，幼鼠七氟烷麻醉苏醒期躁动时，脑电theta振荡异常升高，而丘脑背内侧核（MD）T型钙通道易被七氟烷激活，抑制该通道后theta振荡和躁动行为均大幅降低，提示：七氟烷激活幼鼠MD区T型钙通道可能是躁动发生的关键环节，然而，其下游机制仍然不清。由此，我们提出本课题下游细胞层面假说为七氟烷对幼年期MD不同类型神经元上T型钙通道可能具有选择性作用，进而引起该通道所在神经元放电差异化改变，导致theta振荡频率异常。进一步的环路层面假说是七氟烷激活的T型钙通道改变MD的放电模式和频率，引起下游PFC脑区功能改变，MD-PFC环路平衡被打破，功能失控从而引发躁动。我们拟通过核团给药、电生理、光遗传等方法验证上述假说。本研究对阐明苏醒期躁动的细胞和环路机制，提出七氟烷苏醒期躁动有效干预策略有着重要意义。

苏醒期躁动是婴幼儿围手术期常见的并发症，然而其机制尚不清晰，基于前期相关的研究结果，确定T型钙通道是导致苏醒期躁动的关键靶点。本研究首先通过行为学，电生理，分子生物学的技术手段，明确了T型钙通道在苏醒期躁动中发挥的作用。并在此基础上，发现另一个苏醒期躁动的潜在靶点，小电导钙激活钾通道（small conductance calcium-activated potassium channel，SK channel），并通过脑区注射给药明确对躁动行为的影响以及通过膜片钳的方法明确其随着年龄变化动力学的变化。.本研究结果发现：1）与P16-18的幼鼠相比苏醒期躁动在P9-11的幼鼠躁动的发生比例更高 2）通过对前额叶的EEG进行记录，P9-11幼鼠躁动发生期间会发生显著的theta波功率上升 3）脑区注射T型该通道的阻滞剂相比注射生理盐水对照会显著降低躁动行为的发生以及躁动评分，以及降低theta波功率 4）在低浓度七氟烷的作用下，不同年龄段T型钙通道动力学特性的变化不同，P9-11幼鼠T型钙通道比P16-18的幼鼠更容易被激活而更难被失活。5）对不同年龄段PFC脑区T型钙通道的表达检测发现Cav3.2 P5时期表达最多，P10，P15以及5w表达相对降低。Cav3.3 在P5和P10表达没有显著差异，而在P15和5w时表达明显增多。6）SK2 通道的正向调制剂会显著降低躁动行为的发生以及躁动评分。7）SK2通道的表达检测发现P10和P15相比P5幼鼠表达显著增加，而在5w时期与P5幼鼠的表达没有显著差异 8）SK通道介导的mAHP电流在P9和P11最大，而在其它年龄段没有显著变化。.本研究的结果解释了苏醒期躁动发生的两个关键靶点，为临床干预苏醒期躁动的发生提供了新的思路。研究结果对开发更为有效的治疗苏醒期躁动发生的药物有非常重要的启发意义。