测量力、速度和死后时间对中枢神经系统灰白质弹性比的影响

为探究中枢神经系统（CNS）灰白质弹性比差异的原因，研究人员利用原子力显微镜（AFM）测量，发现多因素影响弹性比，为后续研究奠基。

　　在人体的中枢神经系统中，灰质和白质如同精密的 “零件”，各自承担着独特的功能。灰质主要由神经元细胞体和突触构成，像是信息处理的 “中央处理器”；白质则由髓鞘化的轴突束组成，如同一条条高速 “信息高速公路”，负责传递神经信号。了解它们的机械特性，对揭示神经元和神经胶质细胞的功能奥秘，以及理解神经系统疾病的发生发展机制至关重要。

然而，过去几十年间，科学家们虽尝试用各种方法探究灰质和白质的机械特性，但结果却相互矛盾。例如，关于灰质与白质的弹性比（Kg/Kw），时而大于 1，时而小于 1，背后的原因一直成谜。为了破解这一难题，来自英国剑桥大学、德国埃尔朗根 - 纽伦堡大学以及马克斯 - 普朗克物理与医学中心的研究人员展开了深入研究，相关成果发表在《Biophysical Journal》上。

研究人员运用原子力显微镜（AFM）技术，对新鲜大鼠脊髓切片进行了基于压痕测试的实验。在实验过程中，他们系统地改变了测量力、测量速度、解剖平面、死后时间和测量温度等参数。

在测量力和速度方面，研究人员发现，在几乎所有的组织切片中，增加测量力或速度，都会使灰质和白质的测量弹性模量（K）增大。不过，随着力和速度的增加，灰质的硬度相对增加较少，而白质的硬度增加较多，这使得Kg/Kw比值下降。比如，在低力和低速条件下，Kg/Kw的值可高达约 5，而在高力和高速条件下，该比值降至约 1。

解剖平面也对测量结果有着显著影响。研究发现，白质在横切面方向上弹性最低，而在水平和矢状面方向上弹性较高；灰质在横切面方向上则呈现出最硬的趋势。因此，Kg/Kw在横切面中的数值明显高于纵向切面。

死后时间同样不可忽视。研究人员对大鼠脊髓横切面进行多次测量后发现，灰质弹性在死后约 3 小时内相对稳定，之后开始下降，约 6 小时后达到平台期，其弹性约为初始值的三分之二；白质弹性则从测量开始就持续下降，约 6 小时后趋于平稳，稳定在初始值的 50% 左右。受此影响，Kg/Kw在死后约 6 小时内逐渐增加，之后趋于稳定。

测量温度的变化对组织弹性也有影响。当测量温度在 38°C 至 20°C 之间变化时，灰质和白质的弹性都随温度降低而增加。但由于两者弹性变化速率相近，所以Kg/Kw不受温度影响。

通过此次研究，研究人员明确了测量力、速度、解剖平面和死后时间等因素对中枢神经系统灰白质弹性比的重要影响，排除了温度这一因素。这一成果有助于解释以往研究中关于灰质和白质弹性比的矛盾结果，为后续实验设计提供了关键参考。同时，研究人员也指出，未来还需进一步研究其他因素，如探头尺寸和中枢神经系统组织的多孔粘弹性等，以更全面地理解中枢神经系统组织力学的复杂性。

在研究方法上，研究人员主要运用了原子力显微镜（AFM）技术，通过定制的 AFM 装置获取力 - 距离曲线，进而计算出组织的弹性模量。在样本准备方面，选用大鼠脊髓作为研究对象，在大鼠处死后迅速进行脊髓的解剖和切片处理，并使用人工脑脊液（aCSF）溶液维持组织活性。数据分析则借助 MATLAB 软件和相关统计分析工具完成。

综上所述，这项研究为中枢神经系统机械特性的研究提供了重要的参考，有助于科研人员更深入地了解中枢神经系统的奥秘，也为未来神经系统疾病的研究和治疗奠定了基础。