早在250多年前,人们就开始研究神经系统对唾液腺的分泌功能的控制与调节。然而,这方面的知识积累是由研究方法的发展决定的。1850年到1950年间的100年中,研究神经分布的主要方法是银染色法与亚甲蓝染色法。这些方法有很多缺点,其中最致命的是所得的结果重现性很低,每次实验所得的图像都不相同,无法进行比较。20世纪50年代,乙酰胆碱酯酶染色法开始广泛使用,从而使探讨副交感神经的分布与功能成为可能。由于电子显微镜与儿茶酚胺荧光技术逐渐普及,交感神经研究取得了长足的进步。70年代,免疫组化技术臻于成熟,使肽类神经元的分布和功能得到揭示。放射自显影技术与辣根过氧化物酶轴突逆行传递技术广泛运用,为研究神经纤维及核团之间的联系提供了有效的方法。近年来,用荧光标记的病毒逆行转运法与共聚焦显微镜联用,使越来越多的神经结构与功能及神经核团之间的联系被确定。现已肯定,唾液腺分泌是在自主神经即副交感和交感神经的控制调节之下,这些知识主要是从对大唾液腺研究获得的。

唾液腺的神经中枢:对唾液腺的神经中枢的探讨远远少于对唾液腺本身的研究,这也许是因为研究中枢神经系统需要神经生物学的专长。早在1856年就已经发现,大唾液腺的神经中枢是在第四脑室的底部。1873年发现,用电刺激狗的延髓,引起了唾液的大量分泌,表明唾液腺的中枢在延髓或附近区域。1898年,Beck对脑干做了连续横切片,发现脑干吻端及面神经核在唾液腺分泌中有重要作用。到1900年,唾液腺研究人员已经了解到,上涎核控制下颌下腺和舌下腺,而下涎核控制腮腺。涎核所控制的唾液腺功能是副交感性的,因而可以说是唾液腺的副交感神经中心。

唾液腺的分泌反射

正常的唾液分泌是由分泌反射形成的,而实验研究中用电刺激或化学物质刺激引起的分泌并不是经由自然分泌反射。引起唾液分泌的反射分为非条件反射和条件反射。

1.非条件反射:唾液分泌反射或称唾液腺分泌反射有三种,即味觉-唾液腺反射、咀嚼-唾液腺反射和嗅觉-唾液腺反射。这些反射弧都是非条件反射,即本能的,不需要高级中枢的参与;其过程是由唾液腺的传入神经将味觉、嗅觉、或机械牵拉信号输入到唾液腺中枢,即涎核或脊髓(亦可能是颈上神经节),传出纤维将唾液腺中枢的兴奋性信号传到唾液腺,引起唾液分泌。有人认为食管-唾液腺反射也属于非条件反射,即在胃内容物尤其是胃酸反流到食管时,引起唾液分泌。这种反射显然缺乏重要的生理性意义,而且还未见到有力的证据以及反射活动的细节。

2.条件反射:唾液腺分泌活动的条件反射是生理学上最早研究的经典性神经反射。诺贝尔奖获得者、俄国生理学家巴甫洛夫是最早提出经典条件反射的人;他观察到狗在摄食时分泌大量的唾液,而后来一看到食物就分泌,不需尝到食物,视觉刺激足以引起唾液分泌反应。这种条件反射称为视觉-唾液腺反射。另一种条件反射是心理-唾液腺反射,指的是当想到食物时唾液就开始分泌。有些实验证明,条件反射所引起的唾液分泌持续时间短、分泌量较小。事实上,条件反射性唾液分泌的反射弧相当复杂,因为它涉及复杂的高级中枢系统的活动。

唾液腺神经中枢的定位

副交感神经中枢

20世纪后半叶有许多研究探讨了唾液腺的副交感神经中枢。多种动物如非人灵长类、狗、家兔、地鼠、大鼠均被用来对唾液腺的中枢进行定位。1960年,Shute和Lewis用硫化胆碱标记技术首次探讨了涎核的位置,推断涎核是一个两叶的中心,位于脑桥下部。1979年,Satomi等用辣根过氧化物酶浸泡猫的面神经和鼓索神经,观察标记的神经细胞;结果发现上涎核是在延髓吻端的网状结构,而不是在脑桥。1980年,Matsuo等用辣根过氧化物酶注入家兔下颌下神经节,所标记的细胞是在同侧的延髓网状结构面神经核尾端与面神经膝的尾部之间。1981年,Nicholson和Severin用辣根过氧化物酶浸泡大鼠舌咽神经与鼓索神经,发现涎核是从延髓的吻端延伸到脑桥的尾侧;上涎核位于网状结构的背侧,从面神经的尾部到面神经膝;而下涎核位于网状结构的室侧,从疑核的吻端到面神经膝的尾部。现在普遍接受的观点是,上涎核是在脑桥与延髓的交界处,即脑桥的尾侧和延髓的吻端,与面神经核处于同一水平,但尚未发现清晰的解剖学界限;而下涎核则位于孤束核吻端到中部的位置。

关于涎核的大小,尚无定论。有的研究认为,上涎核的吻-尾长度为0. 9~1. 05mm,细胞数为300~360个。

交感神经中枢

对唾液腺的交感神经中枢研究较少,这也许是因为普遍接受的理论是,脊髓灰质侧角的中间外侧柱是交感神经的低级中枢,而分布到唾液腺的交感神经纤维都来自交感干颈上神经节(见第二章唾液腺外科的应用解剖)。目前对颈上神经节的节后纤维的了解多于对节前纤维的了解。

关于唾液腺交感神经中枢的位置,至今没有定论。19世纪末,Langley发现,猫和狗的下颌下腺分泌反应可由刺激胸上部神经(第一到第五),尤其是第二胸神经而引起,但在组织学上,至今不知交感神经中枢的确切位置。1980年代就有人认为,颈上神经节是一个外周的神经内分泌中心。颈上神经节长约25~45mm,位于第2、第3颈椎横突的前方。它支配的范围很广,包括泪腺、头部皮肤、眼、唾液腺、脑血管、松果体、脉络丛等等。

切断交感神经的节前纤维,即所谓的“去中枢”,对唾液腺的影响较小,说明唾液分泌反射可由颈上神经节形成。有人认为,一组含有钙视网膜蛋白的节前神经元可能是唾液腺的交感神经中枢,但还有待于进一步证实。

必须指出,自主神经受更高级的神经系统调节,例如大脑皮质的某些部位,特别是前脑、杏仁核及边缘系统及某些神经节都控制和调节自主神经的功能。高级中枢有神经纤维分布到脑干、如下丘脑和垂体。

唾液腺副交感中枢的神经元

过去数十年中,日本、美国、西班牙等国的一些研究室致力于探讨涎核神经元的特征,取得了可喜的成果。日本的冈山、千叶、新泻等大学的几组研究人员对上涎核神经元、美国密西根大学的Bradley实验室对下涎核的神经元进行了一系列形态学和电生理学研究。

上涎核神经元

上涎核的神经元为小到中型,细胞体呈椭圆形、三角形或方形;胞体的直径为14μm左右,一般有2~4个主干树突。生后7天的大鼠上涎核神经元的形状和大小与成熟大鼠的几乎一样,表明唾液腺控制中枢已趋成熟,这为发育阶段的唾液腺反射奠定了基础。

去极化处理这些神经元可诱发动作电位。根据电位出现的时间,Matsuo和Kang(1998)把这些神经元分为延迟放电型(late spiking)和间断放电型(interrupted spiking)。前者的特征是在去极化处理与第一个诱导电位峰之间有很长的潜伏期,而后者是在第一个电位峰与第二个峰之间有较长的不应期。投射到鼓索神经的神经元表现为延迟放电型,而投射到舌神经的神经元为间断放电型。前者控制下颌下腺和舌下腺,后者控制舌前部,包括舌前腺。上涎核神经元的这些差异的生理意义尚不明了。Matsuo推测,延迟放电型神经元可能与唾液腺的分泌有关,而间断放电型神经元与舌前部的血管运动有关。

对上涎核神经元的受体研究不多。Ueda等(2011)发现,上涎核神经元表达胆碱能受体中的毒蕈碱受体的大部分亚型(详细分型见后)。40. 1%的神经元表达M2亚型,92. 3%表达M3亚型,54%表达M4亚型,46%表达M5亚型。这些受体及其亚型的确定为其药物反应奠定了基础。已知毒蕈碱受体激动剂西维美林(cevimeline)可以通过血脑屏障并激活上涎核细胞的毒蕈碱受体。

下涎核神经元

下涎核神经元树突树的大小及复杂程度有很大变化,但神经元的形态指数在统计学上呈单众数分布,提示没有不同类别的神经元存在。有人把下涎核分为三区,即吻区、中区和尾区。各区的神经元有一定差异;尾区神经元的树突比中区和吻区的长。Bradley等把下涎核神经元分为两类,一类的功能是控制腮腺分泌,另一类是控制舌后腺。控制腮腺的神经元每个细胞体的面积平均为207. 4μm2,有4. 3个主干树突,9. 2个树突节段;树突的总长度为660μm;最长可达834μm。控制舌后腺的神经元细胞体面积为129. 1μm2,有3. 7个主干树突,5. 9个树突节段;树突的总长度为498μm。显然,控制腮腺的神经元明显大于控制舌后腺的神经元,其树突数及树突总长度也大于控制舌后腺的神经元。

与上述细胞形态学特点类似,下涎核神经元的电生理特征也分为两类。控制腮腺的神经元的静息膜电位为-58mV,输入电阻为373MΩ,峰电位幅度为95mV,时间常数为30. 1ms,峰电位半高时值为1. 6ms。根据动作电位的特征,这些神经元又可分为三类:一类为延迟兴奋反应型(delayed excitation response pattern);一类为第一峰间距延长反应型(long first interspike interval response pattern),即第一与第二放电峰之间有较长的静止期;第三类为张力反应型(tonic response pattern),特点是超极化前脉冲对动作电位没有影响。第一和第二类神经元之间有明显的电生理差异。延迟兴奋反应型的峰电位半高时值为1. 5ms,而首次峰间距延长反应型为2. 5ms。在去极化电流为100pA时,1000ms内的动作电位数有显著不同;延迟兴奋反应型神经元为14. 6个,而首次峰间距延长反应型为2. 4个。

控制舌后腺的神经元的静息膜电位平均为-56mV,输入电阻为608MΩ,峰电位幅度为93mV,时间常数为46. 2ms,峰电位半高时值为2. 4ms。与控制腮腺的神经元不同,控制舌后腺的神经元中,延迟兴奋反应型、首次峰间距延长反应型及张力反应型神经元之间并无太大差别。

神经元之间的这些差别很可能与其功能方面差别有关。控制腮腺的神经元的细胞体明显大于控制舌后腺的神经元,而其电生理参数均明显小于后者。一般说来,神经元细胞越小就越易于兴奋,其突触激活的阈值也越低,因此可对微弱的突触输入起反应;反之亦然。从这个角度来看,控制舌后腺的下涎核神经元更易为小的信号输入所激活。这可能与舌后腺处于味蕾周围、需要频繁地、迅速地对味觉信号做出反应有关。神经元之间的这些差异也证明,不同唾液腺的分泌功能和调节的不同不仅仅是因为腺体的不同,也因为控制它们的神经中枢之间的差异。

支配唾液腺的交感神经元

唾液腺的交感神经大多来自颈上神经节,但颈上神经节的节后纤维分布到许多器官和组织,唾液腺只是其中之一。这些器官的功能相差很大,因此节内神经元又形成不同的细胞群。

1.神经元的大小:Luebke和Wright(1992)比较了分布到下颌下腺、眼睛、松果体的颈上神经节节后交感神经元的大小、数量及在神经节中的位置。结果显示,大鼠颈上神经节分布到下颌下腺的神经元最大,细胞表面积为928μm2,分布到眼的神经元最小,表面积为434μm2,从而认为,神经元的大小与所支配的靶器官的大小呈正比。后来,Miyauchi等(2001)也做出类似的结论。但是,Asamoto(2005)比较了分布到三组大唾液腺的交感神经元,发现分布到下颌下腺的神经元最大,分布到舌下腺的次之,而分布到腮腺的最小,表明神经元的大小不一定与所支配的靶器官的大小一致。事实上,另一种理论可能更易解释神经元的大小,即神经元越小,反应越快速。眼睛、腮腺等器官都常常需要做出非常迅速的反应,神经元就相对较小;这显然是一种简单推论,还需要确切的实验证据。

2.神经元的数量:在三组大唾液腺中,分布到下颌下腺的交感神经元数量最大,远远超过分布到眼睛和松果体的神经元。Lahtivirta等(1995)用荧光染料荧光金(Fluoro-Gold)对小鼠颈上神经节的神经元进行了逆行示踪观察,把染料导入下颌下腺,4天后观察颈上神经节。结果发现,45%的神经元分布到下颌下腺。

3.神经元的化学分类:Luebke和Wright(1992)观察到,大鼠分布到下颌下腺的颈上神经节神经元中含有血管活性肠肽(VIP)、神经肽Y(NPY)、生长素抑制因子(SS)的分别占25%左右。Wojtkiewicz等(2011)测定了分布到猪腮腺的交感神经元的化学类别,发现大多数神经元都含有多种肽类,如钙结合蛋白、NPY、白脑啡肽(leu-enkephalin)、galanin、降钙素基因相关肽(CGRP)、P物质、钙视网膜蛋白等。

副交感唾液腺神经中枢与其他核团的联系

唾液腺中枢调节唾液分泌的机制还不完全清楚,但已知唾液腺中枢神经元不但接受来自唾液腺的信号,而且接受来自许多其他中枢核团的信号输入。从唾液腺神经中心发出的冲动经中转后才到达唾液腺,但现在对唾液腺中枢与其他核团之间的联系知之甚少。已经发现,唾液腺神经中枢与下丘脑有联系。有人把荧光标记的假狂犬病病毒(可被跨突触运输)注射到大鼠的下颌下腺里,观察其对中枢神经元的标记。结果发现,前脑的纹床核、下丘脑室旁核、杏仁核的中央核、下丘脑侧区均有标记,脑桥与延髓的臀旁核、网状结构、孤束核以及脊髓的三叉核亦有标记,说明唾液腺中枢与其他核团之间有广泛联系。由于下丘脑侧区调节摄食、杏仁核调节味觉与记忆、室旁核调节饮水行为及参与体液调节、孤束核和臀旁核与味觉及视觉调节有关,这些核团与唾液腺中枢的联系就显得格外重要。Saad等(2002)给侧脑室内注射毛果芸香碱或异丙肾上腺素,引起了唾液腺分泌,表明唾液腺中枢接受来自高级中枢的信号。

输入到唾液腺中枢的信号是通过突触来传递的。已知涎核神经元接受兴奋性和抑制性突触输入,前者的神经介质是谷氨酸,后者是甘氨酸。

上涎核的突触输入

一、兴奋性和抑制性突触

免疫组化研究(Lin等,2003)发现,谷氨酸受体的一个亚型即N-甲基-D-天冬氨酸(NMDA)受体存在于投射到翼腭神经节的上涎核神经元。翼腭与上涎核神经元形成的突触含有多种神经介质,如氨基酸介质谷氨酸和甘氨酸,神经肽介质P物质、脑啡肽、神经肽Y、促生长素抑制素、VIP等,以及胺类介质如酪氨酸释放激素、酪氨酸羟化酶、5-羟色胺。其中,谷氨酸是脑内最重要的兴奋性神经介质,而γ-氨基丁酸(GABA)和甘氨酸是典型的抑制性介质。

突触后膜的离子通道型谷氨酸受体所传递的是兴奋性信号。注入微量谷氨酸到上涎核区可激发明显的脑血管舒张,表明谷氨酸使翼腭-上涎核神经元兴奋。NMDA受体激动剂NMDA和同型半胱氨酸(DLH)也可引起疑核神经元、迷走神经的背侧节前神经元兴奋。NMDA和DLH引起33%的上涎核神经元发生放电反应;约50%为高频放电,常常超过40Hz。约20%的神经元在NMDA作用下和感觉神经刺激时发生放电活动,NMDA受体拮抗剂可抑制这种放电反应。约47%的神经元对NMDA激动剂和感觉神经刺激没有反应。对NMDA有反应的神经元大多位于上涎核的吻端。

Kobayash等(1997)发现,上涎核含有许多谷氨酸和GABA免疫反应阳性的轴突膨体;上涎核神经元突触接受谷氨酸轴突输入;而这些神经元的胞体与树突都接受GABA或者甘氨酸突触的输入。进一步的定量分析发现,谷氨酸型突触构成上涎核总突触的45%,而GABA型突触为21%,甘氨酸型突触为20%。然而,上涎核神经元如何整合处理这些兴奋性和抑制性突触输入,还不清楚。

二、上涎核神经元突触的发育

Mitoh等(2009)测定比较了生后第1周与第2周的大鼠上涎核神经元的突触传递的发育。成熟的大鼠上涎核神经元GABA和甘氨酸受体激动时引起神经元超极化,而在生后第1周的大鼠则表现为去极化,因而其结果不是抑制性突触输入,而是兴奋性输入。这种现象在生后第二周开始扭转。

上涎核神经元的膜电位随时间的推移变得越来越负,这是由于细胞内Cl-浓度的逐渐减低所致。生后第1周神经元内Cl-高于细胞外,GABA作用使神经元去极化,到第2周神经元内Cl-低于细胞外,GABA作用使神经元超极化。这种转变在不同的脑区发生在不同的时间。例如,脊髓的神经元转变发生最早,约为第7天,其次为脑干;前脑最晚,约在生后第21天;而上涎核为生后第8天。

生后早期上涎核神经元对GABA的反应为兴奋性可能有重要生理意义。GABA与甘氨酸在生后发育的早期可能起滋养因子的作用,从而影响上涎核神经元突触的成熟。GABA能介质在生后早期的兴奋作用可能是通过NMDA受体的离子通道使Ca2+内流,后者可调节突触发育所需的各种转录因子。生后第1周上涎核神经元接受的均为兴奋性信号,这可能是由于不成熟的唾液腺需要持续的兴奋性刺激以使口腔湿润。

下涎核的突触输入

与上涎核类似,下涎核神经元的兴奋性突后电位是由谷氨酸受体激动引起的。Suwabe等(2008)发现,刺激孤束核可诱发下涎核神经元突后电位。用各种亚型的谷氨酸受体抑制剂证实,AMPA受体与红藻氨酸受体引起兴奋性突后电位占总突后电位的59%,而NMDA受体引起41%。有趣的是,刺激孤束核所引起的抑制性突后电位都是由GABA受体形成的,甘氨酸受体没有参与。兴奋性突后电位的潜伏期,即从刺激到兴奋性突后电位开始的时间,平均为6. 6ms,而抑制性突后电位的潜伏期为11. 0ms,表明在抑制性通路中还有一级突触,即更换一次神经元。下涎核神经元有甘氨酸受体,但抑制甘氨酸受体并不能减低刺激孤束核所引起的抑制性突后电位的幅度,说明甘氨酸所致的突后电位来自别的核团。

综上所述,唾液腺神经中枢的神经元接受不同的信号输入,有的直接到达唾液腺中枢,有的要经过更换神经元。然而,哪些核团与唾液腺中枢形成突触联系、如何联系以及这些联系的功能意义是什么,还有待进一步探讨。

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