一种实时监测动物脑组织胞外间隙动态变化的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于神经生理医学技术领域，设及一种神经信号的获得及处理方法，具体 是一种实时监测动物脑组织胞外间隙动态变化的方法。
【背景技术】
[0002] 了解脑组织细胞生存的胞外空间微环境对于了解脑细胞的活性及各种疾病的发 生前兆有重不可或缺的重要关系。分子在细胞间的扩散受2个物理因素制约，第一是狭小 的细胞外间隙（或称胞外空间）使得分子浓度相对增加，其胞外空间占组织总体积的分率 定义为a ;第二是胞外间隙的曲折度A，弯曲的胞外间隙路径使胞外间隙的扩散缓慢。脑 胞外间隙的大小及构造细节并非固定而是随细胞新陈代谢活性、离子浓度、或各种应激而 作相应的调整，而参数a和A决定了分子在胞外间隙扩散的快慢和信息传递的有效距离， 是决定脑胞外结构的重要参数。
[0003] 对脑胞外间隙的常用测定方法是监测一些不易被细胞膜吸附或吸收的分子探 针的胞外浓度。传统的阶跃式实时离子电泳实验方法（Nicholson&Phillips，1981，J 化ysiol (Lond) vol. 321, PP. 225-257)是W阶跃形式电泳方法导入胞外离子探针至组织胞 外间隙，并W离子选择性电极在导入点固定距离外实时测量胞外离子探针浓度的扩散变 化，经由电脑拟合时间域的扩散曲线W得到a和A。由于此方法的实施是在假设胞外结构 恒定的前提下，因此无法正确地监测急性病理态下的脑胞外间隙动态变化并提供足够的时 间分辨率。另一种实验常用的方法是W离子探针的浓度倒数变化来表示胞外空间改变的百 分比，但是此种方法误差极大且在脑片灌流情况下易受灌流液的影响。截至目前为止，尚无 任何可行的方法来研究脑胞外组织的动态结构。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术存在的不足，本发明提供了一种实时监测动物脑组织胞外间隙动 态变化的方法，通过频率域数据的分析得到脑组织的动态间隙结构，由模拟验证本发明方 法能方便可靠地量测急性病理态下的脑组织胞外结构变化，可填补此领域空白。
[0005] 为了实现上述的目的，一种实时监测动物脑组织胞外间隙动态变化的方法，简称 相位偏移法，采用如下的技术方案： 该方法是通过分析胞外示踪探针在固定频率下所产生的正弦扩散波形中的相位偏移 及波形振幅来实现实时监测脑组织的动态间隙结构，该种方法可简便快速地得到急性病理 态下活体动物或离体脑组织的动态结构变化。
[0006] 其中，所述胞外示踪探针的电泳电流包括两个成分；恒定的电泳电流I。和正弦电 泳电流II，所述的正弦电泳电流II具有固定频率，随时间作正弦变化并且无限循环，另外恒 定的电泳电流I。必须大于正弦电泳电流II。两者的组合关系为公式[1]: I (t) = I〇+IiSin(?t - e ), [1] 其中，I。为恒定电流，I 1为正弦循环电流，sin为正弦函数，t为时间（秒），《为周期 频率，e为起始相差。
[0007] 实时监测动物脑组织胞外间隙动态变化的方法具体包含W下步骤： S1;将胞外示踪离子探针W固定频率的正弦电泳电流和恒定电流组合方式导入于活体 或离体的动物脑组织中； 52 离子选择性侦测电极实时记录病理态下的示踪探针组织的胞外扩散浓度； 53 ;每次自所记录的探针浓度曲线取一个完整周期波形，W周期平均法去除振荡成分 W获得平滑的探针胞外浓度曲线，周期平均法代替传统低通滤波器W消除特定频率成分； S4;将原记录的探针浓度正弦波形与所述的的平滑的探针胞外浓度曲线相减，得到无 基线偏移的振幅波形； 55 ;取一段固定长度的无基线偏差的波形数据，W Levernberg-Marquar化运算法作 最适拟合，得到平均时间点的最适振幅A与相位差0，向右移动一个时间点并重复所述的 Levernberg-Marquar化法作最适拟合，直至到达波形尾端，W获得完整的波形振幅A(t)及 相位0 (t)变化的时间函数； 56 ;运用数学公式[2]和巧]，分析波形振幅及相位变化，将在某一个时间点ti的探针 浓度正弦波形振幅Ai与相位差0 i代入下列关系式W求得最适合的a i和入
【主权项】
1. 一种实时监测动物脑组织胞外间隙动态变化的方法，其特征在于，从频率域分析得 到脑组织的动态间隙结构，以分析胞外示踪探针在固定频率正弦波形的扩散方式下所产生 的相位偏移及波形振幅来实现实时监测脑组织的动态间隙结构，得到急性病理态下活体动 物或离体脑组织的动态结构变化。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述注入胞外示踪探针的电泳电流包括 两个成分：恒定的电泳电流和正弦电泳电流，所述的正弦电泳电流具有固定频率，随时间作 正弦变化的无限循环，且恒定的电泳电流必须大于正弦电泳电流。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，具体实施方法包含以下步骤： 51 :将胞外示踪离子探针以固定频率（频率范围为0.04~0.25Hz)的正弦电泳电流和 恒定电流组合方式导入于活体或离体的动物脑组织中； 52 :以离子选择性侦测电极记录病理态下的示踪探针因胞外扩散所产生的组织浓度正 弦波形； S3:以周期平均法去除振荡成分以获得平滑的探针胞外浓度曲线，周期平均法代替传 统低通滤波器以消除特定频率成分； 54 :将平滑的曲线与原振荡曲线相减后得到无基线偏移的振幅波形； 55 :取一段固定长度的无基线偏差的波形数据，以Levernberg-Marquardt运算法 作最适拟合，得到平均时间点的最适振幅与相位差，向右移动ー个时间点并重复所述的 Levernberg-Marquardt法作最适拟合，直至到达波形尾端，以获得一段完整的波形振幅及 相位变化的时间函数； 56 :分析波形振幅及相位变化，将各个时间点的探针浓度正弦波形振幅A与相位差0 代入下列关系式，求得到各个时间点的胞外间隙大小分率a和扩散迂曲度A的实时变 化；
其中，F为法拉第常数，z为离子探针电荷常数，r为探针扩散距离，K为离子探针线性 清除速率常数，D为离子探针在水溶液中无阻碍扩散系数，nt为离子探针电泳分率，在上述 关系式的右侧中，除了參数a和A为变数外，其它皆为已知不变的參数。
【专利摘要】本发明公开一种从频率域实时监测动物脑组织胞外间隙动态变化的方法，以分析胞外示踪探针的固定频率正弦扩散波形的相位偏移及波形振幅来实现实时监测脑组织的动态间隙结构；所述胞外示踪探针的电泳电流包括两个成分：一个恒定的电泳电流和另一个具有固定频率随时间作正弦变化的无限循环正弦电泳电流。本发明可以简便快速地得到急性病理态下活体实验动物或离体脑组织的动态结构变化，可应用于实时监测急性病理态(如脑缺血、癫痫、传播性抑制、失血性休克等)发生时脑组织胞外结构的动态变化，对了解脑细胞的生理应激反应和增进脑科医学知识有莫大帮助。
【IPC分类】C12Q1-02, A61B5-05
【公开号】CN104622469
【申请号】CN201510027640
【发明人】陈致铠, 马霞辉
【申请人】汕头大学
【公开日】2015年5月20日
【申请日】2015年1月20日