运动性疲劳根据其发生部位可分为外周疲劳和中枢疲劳。已有大量实验对中枢神经系统(Central Nervous System)在运动疲劳产生中的重要作用进行了验证,并证实许多情况下运动过程中肌肉工作能力的下降是由于CNS无法充分驱动运动神经元引起的。运动疲劳中枢机制的研究已成为运动疲劳机制研究的一个热点。丘脑底核(Subthalamic nucleus,STN)在基底神经节信息输出调控方面起关键性作用,其神经元电活动变化对运动控制及大脑皮层神经元兴奋性具有重要的调节作用。本实验室前期对运动疲劳后大鼠丘脑底核酪氨酸羟化酶(Tyrosine hydroxylase,TH)及多巴胺2型受体(D2DR)表达水平进行了观察,结果显示:运动疲劳后大鼠丘脑底核中TH表达明显降低,而D2DR表达显著增强,由此推测TH及D2DR表达水平的变化可能介导了STN神经元兴奋性改变,从而参与了运动疲劳的中枢调控。然而,目前尚未见到有关丘脑底核参与运动疲劳中枢调控并对其机制进行研究的报道。因此,本实验通过对一次性力竭运动过程中大鼠丘脑底核及皮层运动区神经元电活的同步观察,揭示丘脑底核神经元在运动性中枢疲劳产生中的调控作用；并通过对运动疲劳产生过程中丘脑底核细胞外液多种神经递质浓度及运动疲劳产生前后相关受体表达水平变化的检测,探讨丘脑底核神经元电活动变化的可能机制,从而为进一步理解运动疲劳的中枢机制提供实验依据和数据支持。　　 本文的主要研究结果如下:　　 1运用皮层脑电(ECoG)及局部场电位(LFPs],同步记录技术,对一次性力竭运动过程中皮层运动区ECoG及丘脑底核LFPs振荡性电活动变化规律进行同步观察。根据皮层脑电及大鼠行为能力的变化特征,将一次性力竭运动过程中发生的疲劳划分为两个阶段:运动疲劳第Ⅰ阶段和和运动疲劳第Ⅱ阶段。运动疲劳第Ⅰ阶段,除γ波段外,丘脑底核LFPs其它波段震荡活动均显著性增强,且高频波段增加更显著,所有频段功率变化整合后,其净变化表现为丘脑底核神经元兴奋性增加；ECoG表现为低频δ波震荡活动增强,皮层兴奋性降低。丘脑底核神经元电活动增强可对皮层神经元电活动产生一个强大的去兴奋作用,进而参与了对运动疲劳的中枢调控。运动疲劳第Ⅱ阶段,皮层兴奋性下降,尽管可能也有丘脑底核调控的参与,但其机制可能更加复杂。两阶段疲劳出现的时间差异表明,中枢疲劳的出现要先于外周疲劳。运动疲劳第Ⅰ阶段,丘脑底核、皮层两部位兴奋性变化有别于病理情况下两者的变化,丘脑底核、皮层之间电活动变化去同步化,可能是机体防止过度损伤发生的一种积极性防御措施。上述电生理学研究结果,证实丘脑底核参与了运动性中枢疲劳的调控。　　 2运用微透析-高效液相色谱联用技术,对一次性力竭运动过程中丘脑底核细胞外液中Glu、GABA、DA及5-HT浓度变化进行连续动态观察,结果发现,力竭运动过程中丘脑底核细胞外液Glu、GABA、DA及5-HT浓度均发生了显著性改变；神经递质浓度的改变是影响STN神经元电活动进而影响皮层兴奋性及运动能力的重要因素；根据Glu/GABA比值及电生理部分丘脑底核重心频率变化特征,推测:力竭运动过程中,STN神经元电活动变化主要受Glu、GABA的调控；而力竭恢复阶段,DA及5-HT与Glu、GABA共同参与了对STN神经元电活动的控制。　　 3运用免疫组织化学技术对安静、力竭即刻及恢复期三个组别大鼠丘脑底核mGluR5及GABA-ARα1受体表达变化进行观察。结果发现,力竭即刻mGluR5受体表达无显著变化,恢复期,mGluR5受体表达呈代偿性上调；而GABA-ARα1受体表达在力竭即刻及恢复期均未发生显著改变。因此,单就Glu、GABA及其相应受体这一系统而言,我们推测:力竭运动过程中,Glu、GABA及其相应受体对丘脑底核神经元电活动的调控主要通过Glu、GABA浓度改变实现。而力竭恢复阶段,Glu、GABA及其相应受体对丘脑底核神经元电活动的调控除通过Glu、GABA浓度改变以外,mGluR5表达升高,也是调控丘脑底核神经元电活动的重要因素。DA及5-HT受体表达变化对丘脑底核神经元电活动影响仍需进一步研究。　　 4采用微量注射技术,运动前在丘脑底核给予mGluR5拮抗剂,对其兴奋性进行干预,同时对皮层兴奋性及大鼠的运动能力进行观察。结果发现,阻断Glu与mGluR5的结合,可抑制一次性力竭运动过程中丘脑底核神经元电活动的过分增强,解除丘脑底核对皮层运动区神经元电活动的广泛抑制作用,延缓运动疲劳第Ⅰ阶段的出现,达到改善运动能力的目的。　　 综合全文结果,得出以下结论:丘脑底核兴奋性增强可对皮层兴奋性及运动能力产生重要影响,该影响对运动疲劳第Ⅰ阶段的发生贡献更大,而运动疲劳第Ⅱ阶段的发生,虽然丘脑底核可能也参与调控,但机制可能更复杂,是中枢与外周共同作用的结果。力竭运动过程中,Glu、GABA及其相应受体对丘脑底核神经元电活动的调控主要通过Glu、GABA浓度改变实现。而力竭恢复阶段,Glu、GABA及其相应受体对丘脑底核神经元电活动的调控除通过Glu、GABA浓度改变以外,mGluR5表达升高,也是调控丘脑底核神经元电活动的重要因素。通过mGluR5拮抗剂干预丘脑底核神经元兴奋性可达到改善运动能力的目的,丘脑底核可能成为新的疲劳干预的目标核团。