探究蛙坐骨神经双相动作电位的正负相波波幅差异的原因.doc

探究蛙坐骨神经双相动作电位的正负相波波幅差异的原因（全面版）资料
探究蛙坐骨神经双相动作电位的正、负相波波幅差异的原因
XXX
（XX学院医学院，广东 XX ******）
摘要：目的：学习蛙坐骨神经双相动作电位的基本波形及其形成机制，探究影响负相波波幅大于正相波波幅的原因。方法：离体细胞外记录法。结果：负相波波幅与正相波波幅存在极显著差异（p<0.01）且负相波波幅大于正相波波幅。结论：正负相波的波幅不同主要是与神经纤维的数目、神经纤维的兴奋传导速度等2个主要因素有关。
[关键词] 引导电极 坐骨神经干 双相动作电位 波幅

实践是检验真理的唯一标准。我们要深入去理解，掌握理论知识，就要学会观察并擅于发现问题，进而提出方案，解决问题。在学习神经干动作电位的引导及其传导速度的测定中，我们都会看出双相动作电位的负相波与正相波不一致，但为什么负相波的波幅总大于正相波的波幅？本文将从物理学和生物学的角度，采用离体细胞外记录法，深入分析与探究神经干动作电位波形的差异问题，从而更深入掌握此项内容。
1 材料与方法
1.1 材料
仪器 RM6240生物信号采集与处理系统（成都仪器厂生产）、神经标本屏蔽盒（成都仪器厂生产）
试剂 Ringer液（按照SOP标准配置）
动物 青蛙15只，49.1-75.8g（XX学院医学院实验动物供应中心提供）。
12 实验方法
坐骨神经干标本的制备 青蛙毁脑脊髓，去上肢和内脏，下肢剥皮于Ringer液中浸泡片刻。再将下肢背面向上置于蛙板上，剪去尾椎；标本腹面向上，用玻璃分针分离脊柱两侧神经丛，用线在近脊柱处结扎，剪断神经；将神经干从腹面移向背面。标本背面向上固定，从大腿至跟腱分离坐骨神经。坐骨神经标本置Ringer液中20分钟备用。[1]
实验过程 固定神经标本屏蔽盒内各电极间的距离，S1、S2距离0.5cm，S2、地线距离1cm，地线与R1-距离0.5cm，R1-、R1+距离为1cm。安装标本于屏蔽盒内，启动软件，选取相应的实验项目，调节实验参数[2]，参数设置如下：采样频率：100 kHz，扫描速度：0.2 ms/div，灵敏度：5 mV，时间常数：0.02 s，滤波频率：1kH，刺激方式：单刺激，刺激强度：1.0V，刺激波宽：0.1 ms，延时：2 ms，同步触发：是。实验过程中固定以上参数，并以最适刺激刺激神经干，记录双相动作电位的波幅和波形。
1.3 统计学处理
所有数据均用±s表示。采用统计软件SPSS 13.0进行统计处理，两组间数据比较采用两独立样本的t检验，多组间数据比较采用单因素方差分析。P<0.05表示差异有显著性。
2 结果
2.1 引导电极的间距对双相动作电位波幅的影响
固定所有参数，以最适刺激作用于坐骨神经干后，其双相动作电位的负相波波幅均大于正相波波幅，差异有极显著的统计学意义（P<0.01）（详见表1）
负相波波幅与正相波波幅（±s）
AP负相波波幅（mV） AP正相波波幅（mV）
8.97±3.38 4.23±1.74
备注：负相波波幅与正相波波幅不相等，负相波波幅大于正相波波幅（p<0.01）

- - -

++++++

++++++

++++

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图1 兴奋区域的电位变化

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+ + + + + + + + + + +

.

.

.

a

b

c

传播方向
越向上电位负值越大

3 讨论

动作电位是指可兴奋细胞受到刺激时在静息电位的基础上产生的可扩布的电位变化过程。动作电位由峰电位（迅速去极化上升支和迅速复极化下降支的总称）和后电位（缓慢的电位变化，包括负后电位和正后电位）组成。锋电位是动作电位的主要组成成分，因此通常意义的动作电位主要指锋电位。动作电位的爆发与静息状态的恢复都需要时间，于是动作电位的传播过程中，在神经干上便存在一个跟随着传播的兴奋区域。
双相动作电位的波形是由兴奋区域通过两引导电极R1-、R1+时产生的电位差所导致的。在本实验中，R1-与R1+没有电位差时，波形处于基线水平，R1-电位低于R1+电位时的波形称之为负相波（电流方向与兴奋传播方向相反），波形向上，相反称之为正相波，波形向下。波幅由R1-、R1+的最大电位差决定。

本次实验结果主要说明了神经干动作电位的正负相波不相称——负相波波幅均大于正相波波幅的现象主要与神经纤维的数目、神经纤维的兴奋传导速度等2个主要因素有关。具体分析如下：
1．神经纤维数目对双相动作电位波幅的影响：蛙坐骨神经的起始处所含经纤维数最多．随着神经的不断分支，越到末端．所含经纤维数越少。我们将刺激电极放在神经的中枢端．当引导电极R1-靠近刺激电极做引导时，也就是R1-与R1+ 之间的距离加大时，在电极R-处的神经纤维数目远远多于电极R1+下面的神经纤维数。神经纤维数目越多，每一根神经纤维数产生的动作电位在时间和空间上的总和越大，其复合动作电位的幅度也就越高，导致了负相波波幅大于正相波波幅。
2．神经纤维不同传导速度对双相动作电位波幅的影响：蛙的坐骨神经是由许多机能、种类不同的神经纤维组成，其直径不同，兴奋传导的速度也不同。给蛙坐骨神经施加⋯个使所有纤维都能兴奋的最大刺激，把引导电极放在离刺激点较近的部位引导动作电位，各纤维的兴奋传导速度虽不相同，但由于距离短，这种差异不明显，各种纤维产生的动作电位相互间影响较小。我们记录的双相动作电位是由靠近刺激点的引导电极R-和远离刺激点的引导电极R1+ 共同引导的，因此传导快的神经纤维的动作电位到达远电极R1+时，传导慢的神经纤维的动作电位可能才刚到达近电极R-的下面，当其到达R1+下面时，传导快的神经纤维已经复极化了．这样由引导电极R-引导的负相动作电位始终只是某一类神经纤维的复合动作电位，其幅度自然 会低于引导电极R1+引导的正相复合动作电位。
推出结论：坐骨神经干双相动作电位中负相波波幅大于正相波波幅主要与神经纤维的数目、神经纤维的兴奋传导速度等2个主要因素有关。

参考文献：
[1] 王勇. 神经干动作电位引导及其兴奋传导速度的测定 [M]∥—52.
[2] 梁俊晖 引导电极间距对蟾蜍坐骨神经干动作电位幅度的影响.山西医科大学学报 2021：05.001

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罗比卡因复合舒芬太尼用于腰丛联合坐骨神经阻滞的对照研究
唐帅 洪溪 黄宇光 任洪智 叶铁虎 罗爱伦
作者单位：100730 中国医学科学院 中国协和医科大学 北京协和医院麻醉科
责任 洪溪

[摘要] 目的 评价舒芬太尼复合罗比卡因用于下肢神经阻滞的临床效果。 方法 40例择期在腰丛联合坐骨神经阻滞下行下肢手术的病人随机分为两组：观察组（n=20）用药为含浓度为0.5ug/ml舒芬太尼的0.375%罗比卡因，对照组（n=20）用药为0.375%罗比卡因。分别记录两组阻滞成功率、感觉和运动阻滞起效时间、作用时间及其它相关临床麻醉信息。 结果 两组间阻滞成功率、感觉和运动阻滞起效时间、作用时间无统计学差异。 结论 0.5ug/ml的舒芬太尼对于0.375%罗比卡因用于下肢神经阻滞的临床效果没有明显影响，包括阻滞成功率、起效时间和作用时间。阿片类药物相关的副作用则有增加的趋势。
［关键词］ 腰丛联合坐骨神经阻滞；罗比卡因；舒芬太尼

A clinical study on combined lumbar plexus and sciatic nerve block with 0.375% ropivacaine adding 0.5ug/ml sufentanil in patients undergoing lower extremity surgery Tang Shuai , Hong Xi , Huang Yuguang ,Ren Hongzhi, Ye Tiehu, Luo Ailun, et al . Department of Anesthesiology, Peking Union Medical College Hospital , Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College ,Beijing 100730 , CHINA
[Abstract] Objective To evaluate the clinical significance of adding 0.5ug/ml sufentanil to 0.375% ropivacaine during peripheral nerve block. Methods 40 ASA I-II patients undergoing elective lower extremity surgery under combined lumbar plexus and sciatic nerve block were randomly allocated into two groups in a double-blind fashion, group 1: 50 mL of 0.375% ropivacaine alone ( n=20), group 2: 0.375% ropivacaine plus 0.5ug/ml sufentanil (n=20). The onset time and the duration for sensory and motor block as well as anesthesia parameters were recorded. Results The mean onset time of sensory block is 12.4±5.9 min and 13.9±7.4 min respectively for lumbar plexus block, 14.2±7.0 min and 14.6±8.6 min respectively for sciatic nerve block; The mean onset time of motor block is 10.5±4.2 min and 11.3±6.5 min respectively for lumbar plexus, 13.6±9.5 min and 15.4±7.3 min respectively for sciatic nerve block; The mean duration of sensory block is 15.2±4.6hr and 14.3±4.5hr, respectively, the mean duration of motor block 16.7±5.3hr and 17.3±6.1hr. No statistical differences were found between groups. No differences regarding the incidence of oversedation, PONV, itching and haemodynamic instability were observed between two groups. Conclusion We conclude that adding sufentanil 0.5ug/ml to 0.375% ropivacaine solution did not provide clinically relevant advantages in terms of onset time, duration and quality of combined lumbar plexus and sciatic nerve block in patients undergoing elective lower extremity surgery.
[Key Words] Peripheral nerve block; combined lumbar plexus and sciatic nerve block; Ropivacaine; Sufentanil

腰丛和坐骨神经联合阻滞在临床上用于下肢的手术麻醉，常用药为局麻药物。局麻药中加入阿片类药物对于神经阻滞效果的影响，目前文献报道结论不一，尤其对于在下肢神经阻滞方面的研究报道还很少。罗比卡因和舒芬太尼均为较新型的药物，本研究旨在评价舒芬太尼复合罗比卡因用于下肢神经阻滞的临床效果。
资料与方法
一般资料 本研究经北京协和医院伦理委员会许可，每个病人均签署知情同意书。选择40名ASA I~II级、年龄18~70岁、体重40~70kg、拟择期在腰丛联合坐骨神经阻滞下行下肢手术的病人。排除标准包括：病人拒绝、妊娠、有神经肌肉疾病、药物滥用史以及穿刺部位感染。将病人随机分为两组：观察组（n=20）用药为含25ug舒芬太尼(0.5ug/ml)的0.375%罗比卡因 ， 对照组（n20）用药为0.375%罗比卡因 。手术前一天由不参与评估过程的人员利用随机表决定用药，并于手术当日配药（标号）予操作者。
方法 操作前记录病人身高、体重，建立静脉输液通路，神经阻滞过程中及术中持续监测心电图、无创血压和脉搏氧饱和度以及呼吸频率。穿刺前10-15分钟静注咪达唑仑0.04mg/kg镇静后进行阻滞。当认为有必要减轻病人焦虑和不适时，分次追加咪达唑仑0.02mg/kg，禁忌给予阿片类药物。
所有外周神经阻滞均由同一麻醉医师完成。使用长100mm的21G绝缘刺激针（Stimuplex A,B.Braun;made in Japan）并连接神经刺激器（Stimuplex-DIG, B.Braun）进行阻滞。刺激频率设为2Hz，刺激电流强度开始设为1.0mA，后渐减至约0.3mA并维持受刺激肌群轻微运动反应。诱发成功后注入实验用药腰丛30ml，坐骨神经20ml。
神经阻滞方法：
腰丛：病人取侧卧位，阻滞侧下肢在上并屈髋屈膝，两侧髂嵴最高点连线与棘突交点旁开5cm为穿刺点。行局麻后，以穿刺针与皮肤呈90º角进针。按照上述方法确定位置后，缓慢注入实验用药30ml，每5ml回抽一次。
坐骨神经：病人取侧卧位，阻滞侧下肢在上并屈髋屈膝，膝关节呈90º角，健侧下肢伸直（Sim`s位）。由髂后上棘与股骨大转子作一连线，连线的中垂线与股骨大转子和骶裂孔的连线相交，此点即为穿刺点。行局麻后，以穿刺针与皮肤呈90º角进针，按照上述方法确定位置后，缓慢注入实验用药20ml，每5ml回抽一次。
操作结束之后，30分钟内每2.5分钟、30分钟后每30分钟测试一次股神经（大腿前面）、隐神经（小腿内侧）和坐骨神经支配皮肤区域（足背外侧）的针刺痛觉是否消失，同时评价髋、膝、踝关节的运动情况。根据临床实际工作的需要，30分钟后无论阻滞情况如何均开始做消毒铺巾等术前准备。术后由操作者对病人进行随访，记录感觉和运动阻滞时间，并记录所有不良事件。
观察项目 疼痛程度评估采用视觉模拟评分法VAS（0~10）。在切皮前测试病人手术部位VAS评分，如大于3分，则改为异丙酚持续输注，待术毕行针刺试验若阴性，则定义为起效延迟；若阳性则定义为麻醉未起效。阻滞效果按以下标准评价：手术过程无痛为满意的神经阻滞；需改全麻的为阻滞失败。病人对麻醉技术的满意程度：满意（必要时会再次选择这种麻醉方法）；不满意（会选择其他不同的方法）。
腰丛感觉阻滞起效时间定义为从腰丛注药结束至大腿前部完全无针刺感；坐骨神经感觉阻滞起效时间定义为从坐骨神经注药结束至足背外侧完全无针刺感；腰丛运动阻滞起效时间定义为腰丛注药结束至髋关节不能运动（大腿抬腿不能）；坐骨神经运动阻滞起效时间定义为从坐骨神经注药结束至踝关节不能运动（足背伸或背屈不能）。感觉阻滞时程定义为从注药至患肢恢复知觉或麻木感消失的时间；运动阻滞时程定义为从注药至患肢恢复运动自如的时间。
统计分析 用SPSS for Windows Version 11.5和Microsoft Excel 97进行统计学分析。计量资料以均数±标准差（±S）表示，应用成组t检验，计数资料应用χ2检验。P＜0.05为差异有显著意义。
结 果
两组病人年龄、身高、体重、性别、ASA分级、手术种类差异无显著意义。
关于神经阻滞的麻醉效果的数据见表1，组间差异不显著。无论是观察组（0.375%罗比卡因加0.5ug/ml舒芬太尼）还是对照组（0.375%罗比卡因），均可以满足大部分的神经阻滞需要。无论是感觉或是运动阻滞，腰丛阻滞起效延迟的发生均少于坐骨神经阻滞观察组的坐骨神经阻滞起效延迟的病例数多于对照组，但无统计学差异。
对30分钟内起效病例进行起效时间及维持时间的分析，可以看出，两组在起效时间和阻滞时程方面未见统计学差异 （表2）。
观察组的并发症发生例数（16人次）较对照组（6人次）高，均符合阿片类药物的副反应表现。其中：恶心－观察组2例，对照组1例，均为轻度；呕吐－观察组2例重度，对照组1例中度；搔痒－观察组3例轻度，对照组无；困倦－观察组3例轻度、1例重度，对照组1例轻度；排尿困难－观察组1例轻度、1例重度，对照组1例重度；血流动力学不稳定－观察组3例，对照组1例；两组均未发生局麻药中毒，均未发生呼吸抑制。对照组一例出现术后小腿前面感觉障碍，经过严密随访，术后2周时感觉障碍皮区基本稳定于胫前区，疑与手术或麻醉过程中神经损伤有关。
表1 两组麻醉效果
组别
例数
部位
刺激强度（mA）（±S）
感觉阻滞（例）
运动阻滞（例）
满意度
需要异丙酚（例）
30`内起效
起效延迟
未起效
30`内起效
起效延迟
未起效
满意
不满意
观察组
20
腰丛
0.32±0.03
17
2
1
16
1
3
19
1
5
坐骨神经
0.30±0.02
14
5
1
8
6
6
对照组
20
腰丛
0.33±0.04
18
2
0
17
1
2
20
0
3
坐骨神经
0.33±0.04
14
4
2
12
4
4
*表示P＜0.05
表2 麻醉数据（±S）
组别
例数
感觉阻滞起效时间
（分钟）
运动阻滞起效时间
（分钟）
感觉阻滞时程
（小时）
运动阻滞时程
（小时）
腰丛
坐骨神经
腰丛
坐骨神经
观察组
20
13.9±7.4
14.6±8.6
11.3±6.5
15.4±7.3
14.3±4.5
17.3±6.1
对照组
20
12.4±5.9
14.2±7.0
10.5±4.2
13.6±9.5
15.2±4.6
16.7±5.3

讨 论
罗比卡因是一种新型的酰胺类局麻药，用于神经阻滞的麻醉和镇痛，安全性好，阻滞时程长。舒芬太尼是一种脂溶性极强的阿片类药，具有镇痛效能高和作用时间长的优点，与局麻药物合用于椎管内麻醉，可增强镇痛效果和延长镇痛时间［1］。但人们对将阿片类药用于外周神经阻滞时的临床效果尚缺乏一致的看法。本研究的结果显示，浓度为0.5ug/ml的舒芬太尼对0.375%罗比卡因进行腰丛和坐骨神经阻滞的起效时间和作用时程均无显著影响。
从理论上讲，当利用局麻药进行外周神经阻滞时，在神经周围直接应用阿片类药可以提供更好的镇痛作用［2］。 许多生化和电生理研究提示在大的传入神经元上存在阿片受体［3］，并且已经有人通过免疫组化方法,以及从功能的角度说明了该受体的存在。应用阿片受体激动剂结合这些受体可以起到镇痛作用，这可能是通过抑制动作电位的传导或引起兴奋性神经递质释放来达到的［4］； Fields用阿片类药的向心性转运机制来解释其外周注射后增强镇痛作用的现象［3］；阿片类药也可能沿着神经鞘播散到硬膜外腔或蛛网膜下腔与脊髓后角的阿片受体结合而起作用；此外，阿片类药也可能被外周血管吸收入血液循环作用于中枢阿片受体。
在临床研究中证明，不同的阿片类药对局麻药的阻滞效果有不同的影响；即便是同一种阿片类药，其效果也随应用部位或局麻药种类而变化。现今神经阻滞时加入局麻药中较常用的是阿片类药芬太尼和舒芬太尼以及阿片受体激动拮抗剂丁丙诺啡。Nishikawa等人在臂丛神经阻滞时在局麻药中加入小剂量芬太尼，结果阻滞成功率增加，感觉阻滞时程延长［5］；而Magistris等人报道在下肢神经阻滞时加入小剂量芬太尼后起效时间、阻滞质量和时程均没有变化［6］。 Bazin等人比较了不同阿片类药之后发现，使用利多卡因和布比卡因混合液进行臂丛神经阻滞时，按脂溶性依次增强的顺序加入吗啡、丁丙诺啡和舒芬太尼，结果发现丁丙诺啡和舒芬太尼均延长了术后镇痛时间，舒芬太尼更明显［7］；国内亦有研究表明丁丙诺啡延长了术后镇痛时间［8］。而Bouaziz等人在臂丛阻滞时加入舒芬太尼，起效速度、感觉运动阻滞时程没有变化，副作用却有增多的趋势［9］。
由此可见，局麻药中加入阿片类药后，神经阻滞的临床特性如何变化尚无定论。这可能与不同的神经、不同阿片类药的药理学特性、阿片类药与不同局麻药之间的相互作用、甚至不同研究者之间的方法和观察指标的差异等等许多因素有关。本研究将罗比卡因的浓度降低至0.375%，意在增加局麻药的安全性和减少其阻滞时间来突出阿片类药的作用，并加入较大剂量舒芬太尼(0.5ug/ml)，但仍未得到阳性结果，这与Magistris等人的结果一致。
外周神经阻滞和椎管内麻醉有区别，椎管内给药时阿片类药更容易扩散入中枢神经系统阻滞其中的阿片受体，而外周神经给药时阿片类药被包裹于局部，不易扩散入中枢神经系统。这可以用来解释为什么硬膜外应用阿片类药会明显延长镇痛时间而外周神经应用却并不明显。
如此大剂量的舒芬太尼若直接入血，必然会产生镇静、呼吸抑制等阿片类药入血的征象，但外周神经给药后，药物被包裹并缓慢吸收，血药浓度持续在较低水平，故神经周围注射此剂量的舒芬太尼是安全的。
样本量可能对研究结果有影响，但因为至今尚无下肢神经阻滞加入阿片类药的阳性结果，故无法计算所需样本量，因此我们选择了国内外文献常用的样本量。
本研究结果显示，0.5ug/ml的舒芬太尼对于0.375%罗比卡因用于下肢神经阻滞的临床效果没有明显影响，包括阻滞成功率、起效时间和作用时间。阿片类药物相关的副作用则有增加的趋势。阿片类药对外周神经的作用机制仍不明确，在临床中的应用尚需要进一步研究，这可能还需要做一些动物试验或离体试验。
参考文献
1 Polley, Linda S. MD; Columb, Malachy O. FRCA; Wagner, Deborah S. PharmD; Naughton, Norah N. MD. Dose-dependent Reduction of the Minimum Local Analgesic Concentration of Bupivacaine by Sufentanil for Epidural Analgesia in Labor. Anesthesiology,1998,89:626-632.
2 Stein C.The control of pain in peripheral tissue by opioids.New Engl J Med,1995,332:1685-1690.
3 Fields HL,Emcen PC,Leigh BK et al.Multiple opiate receptor sites on primary afferent fibres. Nature,1980,284:351-353.
4 Stein C.Peripheral mechanisms of opioid analgesia.Anesth Analg,1993,76:182-191.
5 Nishikawa K, Kanaya N,et al. Fentanyl improves analgesia but prolongs the onset of axillary brachial plexus block by peripheral mechanism. Anesth Analg,2000,91(2):384-387.
6 Magistris L, Casati A,et al. Combined sciatic-femoral nerve block with 0.75% ropivacaine: effects of adding a systemically inactive dose of fentanyl. Eur J Anaesthesiol,2000,17(6):348-353.
7 Bazin JE, Massoni C, Bruelle P,et al. The addition of opioids to local anaesthetics in brachial plexus block: the comparative effects of morphine, buprenorphine and sufentanil. Anaesthesia. 1997,52(9):858-862.
8 徐文庆,等.丁丙诺啡加入局麻药用于臂丛神经阻滞的术后镇痛作用.临床麻醉学杂志,2005,21:753-754.
9 Bouaziz H, Kinirons BP, et al. Sufentanil does not prolong the duration of analgesia in a mepivacaine brachial plexus block: a dose response study. Anesth Analg,2000,90(2):383-387.

Sufentanil does not enhance t