五羥色胺能系統(tǒng)與運動控制

葛星

摘 要：中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的五羥色胺（5-HT）能系統(tǒng)參與了脊椎動物多種生理活動的調(diào)節(jié)。行進運動是脊椎動物基本的運動形式，5-HT在中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的含量占比雖然不高，但是作用重大。研究發(fā)現(xiàn)5-HT能夠引發(fā)行進運動，5-HT神經(jīng)元是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生、儲存、釋放5-HT的一類神經(jīng)元。投射至脊髓并調(diào)節(jié)行進運動的5-HT神經(jīng)元位于延髓和延髓腦橋交界處的低位腦干。直接刺激相關(guān)位置的5-HT神經(jīng)元能夠引發(fā)行進運動，5-HT不僅能作用于控制行進運動的中樞模式發(fā)生器，也能直接作用于運動神經(jīng)元，同時與運動疲勞也有重要關(guān)系。

關(guān)鍵詞：五羥色胺 行進運動 運動疲勞

中圖分類號：G806 文獻標識碼：A 文章編號：2095-2813（2018）05（a）-0012-02

行進運動是脊椎動物運動的基本形式，它的特點是左右肢（或軀體）交替，具有周期性，并且產(chǎn)生位移，例如：人的行走、馬的奔跑、鳥的飛翔等。這種形式的運動關(guān)乎攝食、逃逸、遷徙等與動物生死存亡有關(guān)的行為，因此，對動物具有重要意義。行進運動受到神經(jīng)中樞的控制，而控制行進運動的神經(jīng)中樞又受到多種神經(jīng)遞質(zhì)調(diào)節(jié)。之前的研究表明，5-HT系統(tǒng)對行進運動有關(guān)鍵作用。本文綜述了前人相關(guān)研究，介紹了5-HT和5-HT神經(jīng)元、5-HT對運動的調(diào)控以及5-HT與運動疲勞，以期以此為相關(guān)研究發(fā)展盡綿薄之力。

1 五羥色胺與五羥色胺神經(jīng)元

1.1 五羥色胺簡介

五羥色胺（5-HT）在化學(xué)上屬于吲哚胺類化合物，它最早從腸嗜鉻細胞中提取，能使腸道收縮。血清中也存在5-HT，并且它能夠使血管收縮。5-HT在神經(jīng)中樞中的含量很少，不到人體5-HT總量的5%。但是這少量的5-HT卻是真正受到大量關(guān)注和研究的部分。中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的5-HT具有多種生理功能，它與疼痛、焦慮、抑郁、攻擊行為、學(xué)習(xí)記憶、攝食、體溫調(diào)節(jié)、性行為和睡眠等都有重要關(guān)系[1]。除此之外，5-HT對運動也起到了極其重要的作用。

1.2 5-HT神經(jīng)元

5-HT神經(jīng)元是中樞神經(jīng)系統(tǒng)內(nèi)產(chǎn)生、儲存、釋放5-HT的一類神經(jīng)元。這種神經(jīng)元在中樞神經(jīng)中所占的比例不高，但是十分重要，而且投射也十分廣泛。20世紀60年代，瑞典科學(xué)家用醛誘發(fā)熒光法把5-HT神經(jīng)元聚集的9個核團命名為B1、B2···B9，并且還研究了這些神經(jīng)元軸突的投射[2]。這些核團主要位于低位腦干。這9個核團中的3個向下投射至脊髓，即位于延髓的B1（中縫蒼白核）、B2核團（中縫隱核），和位于延髓和腦橋交界處的B3（中縫大核）核團。通過免疫組化的方法發(fā)現(xiàn)，這些5-HT能神經(jīng)元同時投射到位于脊髓腹角（ventral horn）的中間神經(jīng)元和脊髓運動神經(jīng)元[3]。研究表明，刺激腦干下行5-HT神經(jīng)元能夠引發(fā)行進運動[4]。

2 5-HT與運動

2.1 5-HT對中樞模式發(fā)生器的調(diào)節(jié)作用

行進運動是脊椎動物運動的一種重要形式，它的特點是具有周期性，左右肢（或軀體）交替，并且產(chǎn)生位移。例如，魚的游泳、龜?shù)呐佬?、鳥的飛翔、馬的奔跑和人的行走等。中樞模式發(fā)生器（Central Pattern Generator，CPG）是位于脊髓的控制行進運動的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。被剝離脊髓（isolated spinal cord）是研究CPG的重要實驗材料。學(xué)者們通過手術(shù)，將脊椎動物的脊骨去除，得到完全暴露的脊髓（被剝離脊髓），將其泡在特殊配制的溶液中，保證它的活性。這樣，包括神經(jīng)遞質(zhì)，受體阻斷劑等物質(zhì)就可以直接加入到溶液中作用于脊髓，便于研究人員進行相關(guān)研究。從20世紀80年代開始，多位學(xué)者利用這種實驗材料進行了神經(jīng)遞質(zhì)與行進運動的研究。他們發(fā)現(xiàn)，雖然多種神經(jīng)遞質(zhì)施加于被剝離脊髓都能引發(fā)行進運動，但是只有5-HT、多巴胺，或者聯(lián)合施用5-HT和NMDA所引發(fā)的節(jié)律性的交替信號，與健康成年動物行走和游泳時出現(xiàn)的左右肢交替，伸肌與屈肌協(xié)同的電信號最為相像[5]。5-HT是引發(fā)行進運動，至少是在被剝離脊髓實驗材料中，引發(fā)行進運動最為可靠的手段。這表明5-HT作用于控制行進運動的CPG。

2.2 5-HT對運動神經(jīng)元的調(diào)節(jié)

5-HT對運動神經(jīng)元具有調(diào)節(jié)作用。運動神經(jīng)元是脊髓中一類特殊的神經(jīng)元，這類神經(jīng)元接受CPG的調(diào)節(jié)，并且軸突伸向肌肉。運動神經(jīng)元興奮的時候，在軸突末梢與肌纖維相接處——神經(jīng)肌肉接頭，釋放乙酰膽堿引發(fā)肌肉收縮，而5-HT對運動神經(jīng)元有直接的調(diào)控作用。在較早的研究中發(fā)現(xiàn)，5-HT或者5-HT前體（precursor）能引起運動神經(jīng)元的興奮[6]。最近有關(guān)人體的實驗證明，增加中樞神經(jīng)系統(tǒng)5-HT的濃度，能夠增強單突觸脊髓反射（monosynaptic spinal reflex）的幅度，從而導(dǎo)致活動力度的增加[7]，這也表明5-HT增強了運動神經(jīng)元的興奮性。在用切片進行的實驗中發(fā)現(xiàn)，5-HT能夠使運動神經(jīng)元膜電位升高，并且增大運動神經(jīng)元的輸入電阻。而這種增加運動神經(jīng)元興奮性的效果是通過抑制了漏電流（leak K+ channels），以及由鈣激活的鉀電流所介導(dǎo)的動作電位后超極化實現(xiàn)的。

3 五羥色胺與運動疲勞

引發(fā)運動疲勞的機制通常被認為有兩種：一種是中樞性疲勞；另一種是外周疲勞。中樞疲勞主要指中樞神經(jīng)生理生化的變化引發(fā)的機體疲勞感。有學(xué)者研究了5-HT引起的中樞性疲勞的可能機制。瞬時刺激下行5-HT神經(jīng)元能夠觸發(fā)運動神經(jīng)元放電，而持續(xù)的刺激反而抑制了運動神經(jīng)元的放電。這種興奮性的作用，是通過位于運動神經(jīng)元樹突上的5-HT2和5-HT7受體介導(dǎo)的。抑制性作用是通過位于軸突軸丘上的5-HT1受體介導(dǎo)的，于是很可能的一種情況是，適度運動引發(fā)的5-TH釋放僅僅激活了5-HT2和5-HT7受體，對運動神經(jīng)元產(chǎn)生興奮性的作用。而在大強度運動中，過多釋放的5-HT將會從突觸間隙溢出，從而激活5-HT1受體，對運動神經(jīng)元產(chǎn)生抑制性的作用[8]。利用5-HT選擇性再吸收抑制劑（serotonin selective-reuptake inhibitors，SSRIs）進行的相關(guān)研究也得到了相似的結(jié)果和結(jié)論。在高強度運動中，運動神經(jīng)元所受到外界的神經(jīng)輸入，能使運動神經(jīng)元產(chǎn)生較少的放電，相應(yīng)地，引起肌肉收縮程度的降低。因為這種中樞性疲勞在大強度運動中產(chǎn)生，所以，它的一個重要作用可能就是避免肌肉收縮過大過強而引發(fā)肌肉的損傷[9]。

4 結(jié)語

相關(guān)研究已經(jīng)證明，5-HT對于行進運動具有重要的作用。5-HT不僅作用于CPG，同時也能直接作用于運動神經(jīng)元，刺激5-HT神經(jīng)元能引發(fā)行進運動。高強度運動時，機體產(chǎn)生的中樞性運動疲勞很可能與5-HT的釋放量以及相關(guān)抑制性受體的激活有關(guān)。以上說明，5-HT能系統(tǒng)對運動具有多重調(diào)節(jié)作用。未來的相關(guān)研究可以運用包括轉(zhuǎn)基因和光遺傳在內(nèi)的新技術(shù)手段，在行為學(xué)層面考察5-HT和5-HT神經(jīng)元對行進運動的直接作用。

參考文獻

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