CN101804240B

CN101804240B - 研究大小鼠海马场电位使用的刺激、记录、给药联合装置

Info

Publication number: CN101804240B
Application number: CN 201010129868
Authority: CN
Inventors: 祁金顺; 王晓晖; 武美娜; 原丽; 王昭君; 李少凤; 潘艳芳; 陈小荣; 杨东; 张俊芳; 杨威
Original assignee: Shanxi Medical University
Current assignee: Shanxi Medical University
Priority date: 2010-03-18
Filing date: 2010-03-18
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2030-03-18
Also published as: CN101804240A

Abstract

本发明涉及一种研究大小鼠海马场电位使用的刺激、记录、给药联合装置，它属于一种医学动物电生理学实验使用的装置。本发明主要是解决现有装置存在的操作复杂、耗时耗药、以致引导场电位成功率低下的技术难题。本发明的技术方案是：一种研究大小鼠海马场电位使用的刺激、记录、给药联合装置，包括同心圆双极刺激电极、中空单极记录电极、电极固定装置和记录电极内芯，其中：所述同心圆双极刺激电极和中空单极记录电极平行设置在电极固定装置内，记录电极内芯设置在中空单极记录电极中央的给药孔中。它还包括由中空给药导管、软管和微量注射器构成的给药装置，中空给药导管的上端与软管的一端连接，软管的另一端与注射器连接。

Description

研究大小鼠海马场电位使用的刺激、记录、给药联合装置

技术领域

本发明涉及一种研究大小鼠海马场电位使用的刺激、记录、给药联合装置，它属于一种医学动物电生理学实验使用的装置。

背景技术

记录在体大/小鼠海马场电位是研究脑高级功能的重要手段之一，较离体脑片记录具有不可替代的生理学意义。目前，在体大/小鼠海马场电位尤其是长时程增强/压抑的电生理实验过程中普遍采用刺激电极和记录电极分别从不同角度进入相应刺激部位和记录部位进行电刺激和场电位记录，并采用侧脑室给药方法观察药物引起的海马相应区域场电位变化。该方法的不足之处是：①刺激电极和记录电极进入相应海马实验部位时，起始角度不易掌握，刺激和记录部位任何一者的定位不准确将影响实验结果，导致实验误差增大、引导成功率下降；②脑室导管给药时药物到达记录部位需要一定时间扩散，其生效时间不易掌握；③脑室导管给药的药物浓度不易把握，且所需药物的总量大大增加，可达局部给药的十几倍或数十倍；④脑室导管给药的效果难以界定是药物对记录部位的直接作用还是通过易化或抑制了别的神经通路活动而间接引起；⑤脑室导管插入对动物大脑也会造成相当程度的伤害；⑥实验装置复杂，推进装置需要两套、脑室导管需另外配置；⑦多个装置和脑室导管将占据有限的操作空间，使实验者难于下手；⑧两套推进装置和用药量大使实验成本大大增加。

发明内容

本发明的目的是解决在体大/小鼠海马场电位研究过程中刺激电极和记录电极分离式操作及给药部位远离记录部位存在的操作复杂、造价较高、耗时耗药、以致引导场电位成功率低下的技术难题，提供一种结构简单紧凑、操作简便灵活、药物可直接、快速投递于记录部位的研究大小鼠海马场电位使用的刺激、记录、给药联合装置。

本发明为解决上述技术难点而采用的技术方案是：一种研究大小鼠海马场电位使用的刺激、记录、给药联合装置，包括同心圆双极刺激电极、中空单极记录电极、电极固定装置和记录电极内芯，其中：所述同心圆双极刺激电极和中空单极记录电极平行设置在电极固定装置内，记录电极内芯设置在中空单极记录电极中央的给药孔中，记录电极内芯的长度与中空单极记录电极长度相等。

本发明它还包括由中空给药导管、软管和微量注射器构成的给药装置，中空给药导管的上端与软管的一端连接，软管的另一端与注射器连接。

本发明所述中空单极记录电极的外径为0.5～0.75毫米，内径为0.15～0.30毫米。

本发明所述同心圆双极刺激电极和中空单极记录电极两者中心之间的距离为a，a为0.5～1.0毫米；同心圆双极刺激电极和中空单极记录电极两者尖端之间的高度差为b，b为0.3～0.8毫米。

本发明所述记录电极内芯的端部设置有手柄。

本发明所述中空给药导管与中空单极记录电极的长度相等且中空给药导管外径与中空单极记录电极的内径匹配。

由于本发明采用了上述技术方案，将同心圆双极刺激电极和中空单极记录电极用聚乙烯管制作的电极固定装置平行绑定后，只需要一套三维推进器即可将两电极尖端同步送入记录位点。设置在中空单极记录电极中的不锈钢记录电极内芯在中空单极记录电极向脑内推进时可起到防堵作用；推进到位后，拔出记录电极内芯，将中空给药导管插入中空单极记录电极中并通过软管与微量注射器连接，即可将药物直接送入记录部位。因此，本发明与背景技术相比，具有以下有益效果：

1)本发明将刺激、记录、给药三种功能集于同一装置，使该装置结构简单紧凑、操作简便灵活，不仅减少了装置占用空间，方便了操作者的实验研究，同时也降低了研究成本；

2)本发明的中空单极记录电极与记录电极内芯长度相等，两者尖端平齐，保证了中空单极记录电极在行进过程中不会使脑组织将中空单极记录电极中央的空腔部位阻塞；需要给药时，轻微拔出记录电极内芯，插入中空给药导管，保证了药物快速、直接、准确到达记录部位，给药后2～3分钟，即观察到药物反应，给药量大大减少，大约为侧脑室给药量不到的1/10，提高了实验研究的精度和引导诱发电位的成功率，重复性显著优于常规方法；

3)经大量研究实验显示：采用本发明可以准确记录到大/小鼠海马CA1的场兴奋性突触后电位(field excitatory post synaptic potential，fEPSP)，在保证动物状态和引导记录系统正常的条件下，记录fEPSP的成功率可达100％；使用高频刺激(HFS)诱导长时程增强(LTP)的成功率可高达67％以上；

4)采用本发明记录到的场电位十分稳定，可稳定记录fEPSP长达6小时以上；而且采用这种装置减少了一个颅骨转孔手术操作，减轻了脑室插管对大/小鼠的伤害，因此减少了实验研究中由于大/小鼠状态不良所引起的误差，提高了工作效率。

附图说明

图1是本发明无给药装置的结构示意图；

图2是本发明无记录电极内芯的结构示意图；

图3是本发明给药装置的结构示意图；

图4是本发明记录电极内芯的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细描述。

实施例1

如图1、图2和图3所示，本实施例中的一种研究大小鼠海马场电位使用的刺激、记录、给药联合装置，包括同心圆双极刺激电极1、用不锈钢制成的中空单极记录电极2、用聚乙烯管制作的电极固定装置3和用不锈钢制成的记录电极内芯4，其中：所述同心圆双极刺激电极1和中空单极记录电极2平行固定在电极固定装置3内，同心圆双极刺激电极1和中空单极记录电极2两者中心之间的距离a为1.0毫米，同心圆双极刺激电极1和中空单极记录电极2两者尖端之间的高度差b为0.8毫米，以保证在一个垂直推进器上可同步同时到达大/小鼠海马CA1区的刺激/记录部位；记录电极内芯4设置在中空单极记录电极2中央的给药孔中，记录电极内芯4的长度与中空单极记录电极2长度相等。该联合装置还包括由中空给药导管5、软管6和微量注射器7构成的给药装置，中空给药导管5的上端与软管6的一端连接，软管6的另一端与微量注射器7连接。该联合装置的中空单极记录电极2推进到位后，拔出记录电极内芯4，将中空给药导管5插入中空单极记录电极2中央的给药孔中以便于给药。本实施例所述中空单极记录电极2的外径为0.75毫米，内径为0.30毫米。本实施例所述中空给药导管5与中空单极记录电极2的长度相等且中空给药导管5外径与中空单极记录电极2的内径匹配。

如图4所示，本实施例中的记录电极内芯4的端部设置有手柄8。

实施例2

如图1、图2和图3所示，本实施例中的一种研究大小鼠海马场电位使用的刺激、记录、给药联合装置，其结构与实施例1中的结构相同，其中同心圆双极刺激电极1和中空单极记录电极2两者中心之间的距离a为0.5毫米，同心圆双极刺激电极1和中空单极记录电极2两者尖端之间的高度差b为0.3毫米；中空单极记录电极2的外径为0.5毫米，内径为0.15毫米。

实施例3

如图1、图2和图3所示，本实施例中的一种研究大小鼠海马场电位使用的刺激、记录、给药联合装置，其结构与实施例1中的结构相同，其中同心圆双极刺激电极1和中空单极记录电极2两者中心之间的距离a为0.8毫米，同心圆双极刺激电极1和中空单极记录电极2两者尖端之间的高度差b为0.6毫米；中空单极记录电极2的外径为0.6毫米，内径为0.2毫米。

上述实施例中的中空单极记录电极2的外径还可以在0.5～0.75毫米之间选择，内径还可以在0.15～0.30毫米之间选择。

上述实施例中的同心圆双极刺激电极1和中空单极记录电极2两者中心之间的距离为a，a还可以在0.5～1.0毫米之间选择；同心圆双极刺激电极1和中空单极记录电极2两者尖端之间的高度差为b，b还可以在0.3～0.8毫米之间选择。

本发明的使用方法及结果：

雄性200-300g大鼠，25％乌拉坦腹腔麻醉(1.5g/kg)，维持体温于37～38℃。在三维脑立体定位仪上固定大鼠头部，暴露颅骨，以前囟点(Bregma)、矢状缝为基准，用颅骨钻于本发明下插位置处的一侧颅骨上钻孔，将本发明平行绑定的联合装置利用微推进装置在同一三维推进器上垂直同步插入到预定的海马刺激/记录部位。同心圆双极刺激电极1和中空单极记录电极2尖端的相对位置由大鼠解剖图谱(Bregma-4.3mm及-3.8mm层面)决定，同心圆双极刺激电极的尖端定位在海马Schaffer侧支处，坐标为Bregma后4.2mm、中线旁开3.8mm；中空单极记录电极尖端定位在CA1区放射层，坐标为Bregma后3.8mm、中线旁开2.9mm。参考电极单独插入，定位在Bregma后8.0mm、中线旁开1.0mm。将绑定的本发明经大脑皮层向海马预定的刺激和记录部位推进，接近预定部位时，缓慢、精细调节下插深度，同时每30s给予一个测试刺激直至出现最大的场兴奋性突触后电位(field excitatory post synapticpotential，f EPSP)。在最大fEPSP处以引起30％～40％最大反应的刺激强度作为记录基础fEPSP的刺激强度。结果如下：

1、采用本发明成功诱导正常大鼠海马CA1区LTP。从同心圆双极刺激电极接触颅骨面起绑定的双电极垂直深度达2.5-3.0cm时，用测试同心圆双极刺激电极刺激海马Schaffer侧支，位于CA1区的中空单极记录电极尖端可记录到稳定的fEPSP，波幅达0.8-1.2mV。在连续记录30分钟之内，fEPSP波幅变化上下不超过0.2mV；施加3串频率为200Hz的高频刺激(每串20个刺激，串间隔30s)后，成功诱导出LTP，fEPSP波幅可增大1.5-2.0倍。

2、采用本发明观察AMPA受体阻断剂CNQX对fEPSP的阻断作用。在CA1区持续记录到稳定的fEPSP 30分钟后，通过中空单极记录电极经给药装置缓慢(3-5分钟)注射100μMCNQX 2μL到中空单极记录电极尖端，给药后2-3分钟fEPSP波幅下降60％-80％；作为对照，经侧脑室给予100μM CNQX 5μL，给药时间为3-5分钟，15分钟后fEPSP波幅下降仍在50％以内。该结果说明本发明起效快、用药量少，容易控制。

3、采用本发明观察NMDA受体阻断剂对LTP的抑制作用。如1所述，用高频刺激成功诱导出LTP后，通过中空单极记录电极注射1mM AP-52μL，给药后2-3分钟LTP下降60％-80％；而侧脑室给予1000μM AP-55μL，15分钟后LTP下降仍在50％以内。

4、采用本发明观察淀粉样Beta蛋白(Aβ)对LTP的抑制作用。预先给予20nmolAβ25-35，记录基础fEPSP发现其对fEPSP没有影响，但却明显抑制了高频刺激诱导的LTP，下降程度在50％左右。

5、采用本发明观察胰高血糖素样肽-1(GLP-1)对L-LTP的神经保护作用。在CA1区记录到稳定的fEPSP 30分钟后，给予3组高频刺激诱导出持续性长时程增强(L-LTP)，A实验组在记录3小时后，波幅降低达基线水平，而不同浓度GLP-1剂量依赖性的使L-LTP水平在3小时末仍然维持在基线的140％-180％，显示了GLP-1的神经保护作用。诱导L-LTP及记录过程顺利、稳定。

以上实验结果充分显示了本发明在引导海马fEPSP以及观察药物对fEPSP和LTP效应中的便捷性和可靠性，为今后利用该装置进行动物脑的高级认知功能活动的电生理学测定奠定了重要基础。

Claims

1.一种研究大小鼠海马场电位使用的刺激、记录、给药联合装置，包括同心圆双极刺激电极(1)、中空单极记录电极(2)、电极固定装置(3)和记录电极内芯(4)，其特征是：所述同心圆双极刺激电极(1)和中空单极记录电极(2)平行设置在电极固定装置(3)内，记录电极内芯(4)设置在中空单极记录电极(2)中央的给药孔中，记录电极内芯(4)的长度与中空单极记录电极(2)长度相等；它还包括由中空给药导管(5)、软管(6)和注射器(7)构成的给药装置，中空给药导管(5)的上端与软管(6)的一端连接，软管(6)的另一端与注射器(7)连接。

2.根据权利要求1所述的研究大小鼠海马场电位使用的刺激、记录、给药联合装置，其特征是：所述中空单极记录电极(2)的外径为0.5～0.75毫米，内径为0.15～0.30毫米。

3.根据权利要求1所述的研究大小鼠海马场电位使用的刺激、记录、给药联合装置，其特征是：所述同心圆双极刺激电极(1)和中空单极记录电极(2)两者中心之间的距离为a，a为0.5～1.0毫米；同心圆双极刺激电极(1)和中空单极记录电极(2)两者尖端之间的高度差为b，b为0.3～0.8毫米。

4.根据权利要求1所述的研究大小鼠海马场电位使用的刺激、记录、给药联合装置，其特征是：所述记录电极内芯(4)的端部设置有手柄(8)。

5.根据权利要求1所述的研究大小鼠海马场电位使用的刺激、记录、给药联合装置，其特征是：所述中空给药导管(5)与中空单极记录电极(2)的长度相等且中空给药导管(5)外径与中空单极记录电极(2)的内径匹配。