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user: 7. 在呼吸过程中，在脊髓的中间神经元所充任的多种角色 7.1. 在八十年代已经发现在呼吸过程中，大脑与脊髓联系 几十年前，Feldman 等在猫模型的脑干处将染色剂(一种氨基酸混合物)加压注射到称为腹侧呼吸组(VRG)的一组细胞中 [ 29 ]。在注入部位和沿脊柱的多个位置也检测到有韵律性的电势活动。测量到胸腔的活动模式也与那些电势活动同步。牺牲动物模型后，通过放射自显影技术(autoradiographic technique)，研究人员可以观察到颈和胸段的神经胞体。结果清楚地表明，沿颈椎C3-C6，有二组神经元束存在于白质区：一组神经元束在侧索(即图八中的圆形状的亮蓝色区)，而另一组神经元束在前/腹角的尖端。沿胸椎T1-T10，却有一组在前–侧索(即如图8中的L形状的亮蓝色区)。这个发现，显示在白质区的二组神经元束，有分支支配邻近于前/腹角尖端的运动神经元和支配与呼吸活动相关的一些肌肉。 图10. 在人脑皮层上的体感皮层涂上了红色，初级运动皮层着上了彩绿色，前运动皮层着上了暗绿色，辅助运动皮层涂上了蓝色。作者冯戬云手绘此图 图11. 在体感皮层和初级运动皮层之间的边界处的冠状平面图。根据本节的解释， 同时参考图7和图8，用热针刺激穴位LU10 (鱼际)/LU5 (尺泽))，在附近的感觉神经元，会发送三个讯号经背柱–内侧盘区束，前脊髓丘脑束和侧脊髓丘脑束传递到达丘脑的同一部位，因此，我们绘一红束代表所述的三束。二阶神经元的轴突经此束上达至丘脑的后腹外侧核，接触三阶神经元的胞体。三阶神经元的轴突再突触在初级运动皮层的反射神经元胞体 [ 14 ] [ 15 ]。在右边蓝色有箭嘴的组织代表下行神经轴突。同理，热针剌穴位LU5 (尺泽)，在近左边蓝色有箭嘴的组织就代表其反射下行神经轴突。作者冯戬云手绘此图 7.2. 膈核的发现：它是一组在连续伸延在颈脊髓腹角中的中间神经元，能够启动膈神经，使膈肌收缩，是吸气操作的第一步 在一项早期研究中，在将辣根过氧化物酶注射到大鼠模型的膈肌后，发现这种酶标记了一组在颈脊髓(C3-C6)腹角处的中间神经元 [ 30 ]。接着，另一组使用稍微复杂的染色方法确定了该组前/腹角处的中间神经元的位置 [ 31 ]。以猫模型，应用类似的方法，发现这组能够启动膈神经的中间神经元，位于C3-C6/7之间 [ 32 ]。这组有一点不规则的结构体便定名为膈核。兔子的膈核，处在C4-C6的前角 [ 33 ]。在人类中，用甲酚紫染色8位尸体的脊椎，发现膈核在脊髓C3至C5间伸延 [ 34 ] [ 35 ]。 为了研究膈核的驱动力来源(一个关键问题)，Lane等使用了大鼠模型 [ 36 ]。首先从颅底到脊髓C3节段开一个切口，然后在第二个颈节段(C2)进行椎板切除术(laminectomy)。膈运动神经元通过单突触连接膈肌。霍乱毒素B亚基(CT-B)是单突触示踪剂，在膈注入这种示踪剂，能够让膈运动神经元染色；这染色方法在文献 [ 37 ] 中详述。 另一方面，伪狂犬病病毒(PRV)的Bartha株可以经反突触方向慢慢地转运。所以，在膈注入PRV的特异性抗体，可以把连接膈核的神经元组织慢慢地染色。因此他们利用CT-B及PRV抗体两种染色剂体作为逆行示踪剂，共注入膈肌，在64小时内把脊柱切片，就可以展示截面/剖面的染色神经元。实验中，将动物模型分为两组，以上提及的是第一组。跟随Lane等的发现，在图12，我们手绘三个纵向截面(脊髓节段C3至C6)的中间神经元的胞体分布，对应于在横过图十二上面的三个部分：(A) 背角；(B) 穿过中央管；(C) 前角的截面。这是第一组实验的结果。从这个结果不难了解到在相同一个横截面，有一些神经元在背角，一些在椎板VII和相对更多在椎板X；大量神经元胞体在前角。神经元的胞体分布是三维性的。在图12右边垂直，从C3至C6的神经元组便是大鼠的膈核。作者没有发表在横截面上呈现神经元的分布。由于到了第64小时，板层X侧的对侧有一些神经元，这结果表明对侧的神经元也被连接上了。 在第二组的模型，将隔肌及脑干暴露，并通过常规测量电活动方法(EMG)，测量到在脑干的延髓中，存在一个称为“腹侧呼吸组”的细胞群；这细胞群及隔肌，显示了同侧同步电图活动。这第二组结果告诉我们有一个“呼吸中心”在脑干。从上述两组的结果，可以了解到在脑干“呼吸中心”，通过一些中间神经元，使膈核活动起来，而膈核神经元也可以逐渐突触灰质其它一些中间神经元。 图12. 介绍Lane等的发现 [ 36 ]。根据此文献的结果，作者手绘在三个纵向截面(脊髓节段C3至C6)的中间神经元的胞体分布图，对应于在横过图上面的三个部分：(A) 背角；(B) 穿过中央管；(C) 前角的截面。在图右边，从C3至C6的垂直神经元胞体团组便是大鼠膈核的纵截面。这是第一组大鼠模型实验的结果。作者冯戬云手绘此图 7.3. 到了二零零九年，从猫模型实验中，知道膈肌和数脊髓节段的中间神经元组成一个通讯系统，直达背角的第二板层 在Lois等的研究中 [ 38 ]，实验的主要部分是将狂犬病病毒的N2C株用作反突触方向神经元示踪剂，注入到14只猫的膈肌。使用立体声研究图像分析系统，对6例的脑干、中脑和间脑内感染的神经元分布进行了定量定位记录。在图13中，根据文献的发现，绘出了C4、C5和C6脊髓的横截面图，其中显示了脊髓的白质(涂浅蓝色)和灰质(涂深灰色)。前/腹角中的黄色圆圈代表较大的细胞簇，便是膈核的横截面。支配膈肌/膜的膈神经也涂成黄色。虚线管表示，在神经生理学上，膈核的中间神经元和运动神经元是连接的。以脊髓C5为例，发现有较细小(相对运动神经元)的中间神经元胞体(橙色)在同侧板层X和板层VII受到感染。在对侧中，一些在板层VII和VIII的胞体也受感染。这个初步结果，代表分散在板层VII、VIII和X的中间神经元可以和隔神经元沟通(这部分结果与使用大鼠模型 [ 36 ] 的结果类似)。Lois等也发表了横截面显示图，报导受感染神经元在C1-C8间脊髓节段的灰质中，受感染神经元的详细分布。在图14中，使用绘画展示了它们发现的示意图；此图只显示约略的胞体密度分布图，然而，我们观察到在C5、C6的胞体密度是明显的高。 图13. 介绍Lois等在猫模型的隔膜左侧肋上注射病毒 [ 38 ]。根据他们的研究成果，手绘出示意图：在同侧密集在前/腹角的细胞体群(黄色圆圈)，其实就是膈核的横截面。橙色的小区域表示(在检测时间)能够和隔神经通讯的中间神经元胞体。等待足够的时间后，便会有更多在对边的细胞被感染。作者冯戬云手绘此图 图14. 基于Lois等的发现 [ 38 ]，手绘出他们的猫模型脊髓C1至C8灰质中的中间神经元胞体分布示意图。每个橙色的小圆圈代表几个胞体；此图只显示约略的胞体密度分布，然而，我们观察到在C5、C6的胞体密度是明显的高。作者冯戬云手绘此图 鉴于第6.1~6.3节的讨论，体会到数个重要的事实：(甲) 在脊椎动物及人体中的一串脊髓中，存在能够与膈神经通讯的一群中间神经元，而其中一组密度高的集中在灰质前角中部，形成膈核：在人体膈核伸延于C3至C5脊髓。(乙) 除此之外，还有一大堆中间神经元能够与膈神经传递讯息分布在多个板层内，如板层X、VIII、VII、VI、V…直达至背角的板层II及III。从膈肌收缩的功能来看，它受膈神经，亦即膈核及其他相连接的中间神经元所支配。因为膈核的胞体密度特高，而且在上三节列出的文献中，都有证据提出当膈核被启动后，它就令膈肌收缩，走出吸气的第一步。(丙) 根据第7.1及8节的分析，有证据显示在脊椎动物脑干的呼吸启动细胞组就是一个在无意识及有意识下都能启动膈核及连带启动膈收缩的“呼吸起搏器”。 推论到了这步，不期然的会提出一个重要的问题：除了上述在脑干的呼吸起搏器之外，那些直伸延到背角第二、三板层的中间神经元，是否组成另一起搏器，或组成一个能参加调节呼吸的系统？回答这问题之前，先略述人体的“呼吸起搏器”组织。