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全麻药对树突棘发育影响的研究进展
王英伟
上海交通大学医学院附属新华医院麻醉科
树突棘及其解剖结构
神经元大多数有丰富的表面突起,包括树突和轴突,使神经元
形成相互联系的网络,不断地接受外界刺激和传出中枢的指令,指
导机体协调运作.其相互联系的接触点就是突触,而树突棘(dendritic
spine)是树突表面的棘状突起,长约0.5~1.0μm,粗约0.5～2.0μm,
也就是形成突触的部位.
普通电镜下,树突棘的体积从0.01μm3到0.8μm3不等,形态各
异,通常分为丝状伪足,细长形,树桩样,蘑菇形,杯子形等等[1].
丝状伪足一般被认为是树突棘的前体.树突棘是形成大多数兴奋性
突触的突触后结合位点,是突触可塑性的一种形式.[2,3]
树突棘的形态学,动力性和可塑性
一百多年来,人们对树突棘结构和功能进行不断的研究和探索,
观察树突棘形态的方法也不断充实更新,主要有高尔基染色,透射
电镜,蚀刻电镜,连续电镜扫描加三维重建,细胞内染色和共聚焦
显微镜等等.特别是共聚焦显微镜,可以进行逐层扫描后并建立三
维立体的图像,这样就可以捕捉树突棘的动态变化,甚至在体观察
树突棘的活动,但是树突棘可塑性的功能性特征仍然不清楚.因此,
人们不断地从各个角度试图研究树突棘的形态和功能,从起初的离
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体研究,如神经元细胞培养,冷冻脑切片,急性脑片等,已进展到
在体的观察.目前,有关树突棘的研究主要集中在树突棘的形态学,
动力性和可塑性等方面.
树突棘的形态学 为什么树突棘的形态学如此重要 这是因为
树突棘头部的大小和突触的活动度成明显相关,这与突触上AMPA
受体的密度较高有关[4].有证据表明,一些小头的树突棘和LTP的
发生有关,而大的树突棘更加稳定,可塑性小[5].从这样的结果可以
得出结论,细长的树突棘代表"可塑性树突棘",大的蘑菇形的树突
棘为"记忆性树突棘"[4].树突棘颈部的长度和直径影响突触后由
NMDA受体活化调节的钙离子升高,小的树突棘因为颈部比较狭窄
所以钙离子浓度增高更快[6,7],而突触后钙离子增高决定了突触的可
塑性,这就解释了为什么小而窄的树突棘更加容易引起LTP发生.
树突棘的动力性和形态可塑性 树突棘处于不断动态运动中,
已经知道树突棘会改变形状,会整个出现和消失,这就是所谓的树
突棘的动力性和形态可塑性.树突棘的形成和消失被认为反映了中
枢突触联系的结构重建,因此很早就有人假设这些变化是记忆的基
础.现在知道树突棘的活力很强,随着时间会改变形状,除了新生
神经元的树突棘可以着时间发生形状和长度的变化(数分钟变化数
微米),更多的成熟树突棘会发生更微妙的变化.哺乳动物的大部分
兴奋性突触都是终止于树突棘的,最近的报道指出,强化性电刺激
会引起树突棘的体积增大,抑制性刺激会引起树突棘的回缩.
使用双光子显微镜观察GFP标记的小鼠皮层树突的研究发现树

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突棘在发育过程中会发生翻转现象[8].Holtmaat [9]等人发现一部分细
长的树突棘会在数天内出现和消失,而大多数粗大的树突棘几个月内
都能保持稳定.稳定树突的比例在发育到成年的过程中不断增加(生
后 16～25天, 35%;生后35～80天, 54%;生后80～120天, 66%;生后
175～225天, 73%).Zuo[10]等人同样观察到大脑皮层树突棘的更新速
率不断增加.但是,他们比Holtmaat 等人发现稳定树突的比例更高,
Holtmaat[9] 发现成年小鼠(4～6周)的大脑皮层的不同部位只有大约两
周内只有3%～5%的树突棘形成或消失.总体而言,大多数的成熟树
突棘在成年新皮质几个月内是相对稳定的.为了研究树突棘动力性,
Serkan Oray等人[11]使用P9-P20的GFP-M转基因小鼠为材料,取第五层
锥体细胞做成急性脑片,使用双光子共聚焦显微镜观察树突棘形态的
变化.结果发现,TTX,KCL处理对树突棘的活力没有影响,
AMPA,NMDA处理后,树突棘活力下降.并且,随着鼠龄的增大树突
棘的活力逐渐下降,但丝状伪足一直能保持很高的活力.这一结果和
Lendvai等人[12]的躯体感觉系统的在体实验以及Konur等人[13]对视觉
系统的急性脑片研究相一致.
越来越多的证据表明突触的可塑性和树突棘形态变化有关,因
此要研究突触的功能不可避免的要把焦点放在树突棘的形态变化
上.
影响树突棘形态的因素
影响树突棘形态的因素很多,如LTP,成人传入神经阻滞或病
变,营养不良,精神异常相关的遗传性疾病,低氧血症或心肌缺血,

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酒精和毒品,中毒,癫痫,局部外伤,肿瘤,传导性疾病,进行性
神经退行性病变,激素水平异常等等.对树突棘的影响集中起来主
要是两个方面:树突棘分布和形状的改变以及树突棘结构的改变[14].
树突棘分布和形状的改变,是指密度的降低或升高,尺寸减小,
变形,膨胀,易位等等;树突棘结构异常,是指其超微结构的异常,
包括电子致密结构出现,巨大树突棘,树突棘内细胞器改变,不和
轴突接触的树突棘等.
全麻药对树突棘的影响
从Morton首次应用乙醚进行全身麻醉的160年间,全身麻醉广
泛用于临床.全麻药是否会影响神经发育 也许在以前,很多医生
会肯定给予否定的回答,理由是全麻药的作用的可逆的.但近年来,
当老年患者术后认知功能障碍的病例被越来越多地报道,并成为众
所周知的事实时,人们开始对临床上常用的全麻药又有了重新的认
识.
既然全麻药对老年人的认知功能有影响,那么对小儿的认知功
能是否也有影响呢 是否会影响到小儿的智力发育呢 有关这方面
的研究较少见到报道,但已有线索表明,小儿在接受全身麻醉后会
发生比例较高的行为学改变.Kotiniemi[16]等采用问卷调查的方法,
由患儿父母评价术后1天,1周和1月患儿的行为学变化,发现硫喷
妥钠组有59%,氟烷组有50%,甲基戊巴比妥组有58%出现过行为
的异常改变.还有报道显示[17],小儿在五官科手术后发生行为学改
变的比例较高,其中小于5岁的患儿发生率为79%,5～7岁的患儿

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发生率为43%,这些行为变化包括注意力的改变,人格的变化和技
巧的变化等.
从逻辑上讲,行为学的改变必定有相应的物质基础,可能与全
麻药影响了大脑皮层的突触联系和突触传递有关.而突触联系和突
触传递的直接解剖结构就是树突棘,因此有必要了解一下树突棘的
基本结构和全麻药对其的影响,这对了解全身麻醉药的作用方式,
效应有很大帮助.
各种麻醉药对树突棘的形态发生和可塑性也有不同程度的影
响.近年来,不论是神经科学领域还是麻醉界学者都对此进行了初
步的研究.现介绍其中比较全面的一项体外研究[15],其过程如下:
为研究吸入全麻药对树突棘的影响,将大鼠海马区神经元细胞
从E19的胚胎中取出,将其转染GFP-肌动蛋白,然后培养三周,
肌动蛋白主要出现在树突棘顶部,这样可以使用荧光显微镜适时拍
摄,观察树突棘的形态变化.得出的结论是:①树突棘是处于不断
的运动中;②在培养液中加入异氟醚,结果发现,对照组的树突棘
活力明显高于试验组.说明吸入麻醉药会影响海马区树突棘的动力
性.类似的结果在使用其他吸入麻醉药如安氟醚,氟烷,氯仿中也
得到证实;③这种变化是可逆的,一旦撤药,树突棘的活力会很快
恢复.抑制的程度和剂量有关,剂量越大,抑制越明显;④静脉麻
醉药如氯氨酮,异丙酚就没有影响树突棘的动力性.说明静脉麻醉
药和吸入麻醉药对树突棘的影响并不一致.
展望

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目前有关麻醉药对树突棘影响的研究大多停留在单个神经元细
胞培养[11]或离体脑片[15]的基础上,只能在体外给药,观察数分钟到
数小时,得到结论.而机体是一个复杂的有机体,各个系统相互作
用,共同维持稳定的状态,一旦使用麻醉药,特别是全身麻醉药,
会造成意识的丧失,运动能力的暂时消失,引起了内分泌,心血管,
消化,呼吸和泌尿系统等多个系统的改变,这些都可能间接的影响
到树突棘的形态和动力性.离体实验的结果是在没有以上因素影响
的情况下出现的,不够全面,而且离体实验只能在很短的时间内进
行,不能确定远期的影响.所以可以参考以上离体实验的结果,进
行在体实验,全面的了解全身麻醉药对树突棘发育的影响.对临床
的麻醉实践起参考作用.