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背景:
脑卒中(stroke),又称中风、脑血管意外,是指急性起病、迅速出现局限性或弥漫性脑功能缺失征象的脑血管性临床事件。脑卒中是神经系统的常见病及多发病,目前已经成为世界范围内成人致死和致残的第二大病因。其中,88%脑卒中为缺血性脑脑卒中——脑梗死,脑梗死是目前脑卒中研究领域的热点之一。
脑卒中后偏瘫即肢体运动功能障碍,是主要的残疾病征。急性期患者的发生率约为80%,严重影响了患者的日常生活活动能力,给患者、家庭和社会造成沉重的负担。随着生活水平的提高和医疗模式的转变,对脑卒中的治疗不只是挽救和延长患者的生命,更强调改善患者的生活自理能力和提高生存质量,因此,卒中后的运动功能恢复具有重要意义。
脑卒中发生后患者的运动功能会有一定程度的自我恢复。然而这种程度的恢复并不能满足患者及其家属对于卒中后日常生活和工作的需求。研究证明,从以Bobath、Brunnstrom和Rood技术为代表的神经促进技术到近年来以运动再学习、重复性训练、强制性运动疗法和神经肌肉电刺激为代表的新兴康复手段都被证明能够改善患者感觉运动功能和行为能力,提高患者生活自理能力,改善其生活质量。
功能性电刺激(functional electrical stimulation,FES)就是一种新兴的物理治疗技术,属于神经肌肉电刺激的范畴。近年来,国内外大量临床研究表明,功能性电刺激能显著改善脑卒中患者的肢体功能,明显降低致残率。尽管如此,FES治疗所产生的上述功能性结局的改变,其具体机理尚未明了。虽然普遍认为可能与神经可塑性(neuroplasticity)和功能重组(functional organization)有关,但动物实验研究相对较少,其功能恢复的形态学结构和其神经可塑性的具体发生机制仍有待进一步深入阐明。
另一方面,神经干细胞(neural stem cells,NSC)是神经可塑性研究方向最重要的热点。近年来关于NSC的研究主要集中在两个方面:外源性和内源性NSC。相对与外源性NSC具有的来源困难、医学伦理、难以控制数量、迁移途径不明和如何功能重组等瓶颈问题,内源性NSC显示出来源稳定可靠、无免疫原性、避免内环境紊乱和无成瘤危险等特有优势而成为研究的主要方向。
目前公认的哺乳动物脑内源性NSC集中在海马齿状回颗粒细胞层下区(subgranularzone,SGZ)和脑室管膜下区(subventricularzone,SVZ)。研究表明,在卒中等病理状态下,内源性NSC会发生增殖现象,参与神经修复。同时也发现,在众多的影响内源性NSC增殖的因素中,以碱性成纤维细胞生长因子(basic fibroblast growth factor,bFGF)、表皮生长因子(epidermal growth factor,EGF)为代表的细胞因子是最重要的一种。
然而,这种程度的内源性NSC增殖不足以完全替换坏死的神经细胞,难以彻底重建神经网络。因此,如何有效的促进内源性NSC的增殖,通过外来干预手段增加NSC的数量、修复神经功能成为目前干细胞研究的前沿领域。
目的:
建立“线栓法”大鼠脑梗死模型,观察FES治疗对脑梗死大鼠运动功能(行为学)恢复的影响。同时,观察大鼠脑梗死侧组织bFGF、EGF、Nestin的表达量,并对梗死侧SVZ和SGZ区内源性NSC数量的变化进行动态检测,从而探讨FES治疗促进脑梗死大鼠功能恢复的可能机制。
方法:
清洁级成年Sprague-Dawley(SD)雄性大鼠,体重(270±30)g。共造模成功108只大鼠,按电脑随机数字表的方法随机分为FES治疗组、安慰刺激组和假手术组(每组各36只)。FES治疗组、安慰刺激组大鼠以10%水合氯醛按0.4mg/kg体重剂量行腹腔注射麻醉,以Longa线栓法建立大鼠左侧大脑中动脉闭塞(MCAO)模型,之后再行FES治疗电极安置手术。于术后6h采用改良的Bederson标准对大鼠进行神经功能初步评分,选取神经功能评分为2~3分的大鼠纳入本研究。假手术组大鼠行相同切口,但不以栓线阻断左侧MCA的血流,作为正常对照。FES治疗组、安慰刺激组和假手术组又分为FES治疗基线组、3天组、7天组和14天组(每组各9只)。
FES治疗组大鼠于造模术后3d开始FES治疗(每天1次,每次10min),刺激参数为双向对称方波,频率30Hz,脉宽250甲,波升/波降为1s/1s,强度3mA,通断比为3s∶5s;安慰刺激组连接FES治疗导线,但不予电刺激;假手术组不予特殊处理。各组大鼠手术或假手术后均分别置于普通笼内饲养(3~4只/笼),笼内环境和饲养条件相同。
于FES治疗基线、治疗第3d,7d,14d各时间点分别进行平衡木试验、转棒试验和网屏试验评定,随后处死取材,通过免疫组化观察大鼠梗死侧大脑海马齿状回和室管膜下区NSC巢蛋白(Nestin)表达阳性的细胞数目,并采用免疫印迹法(western blotting)和RT-PCR方法检测大鼠梗死侧脑组织bFGF、EGF、Nestin的蛋白和基因表达量。
应用SPSS13.0统计软件进行统计分析。各组结果以x±s表示,组间相同时间点比较采用单因素方差分析。设P<0.05表示差异有统计学意义。
结果:
1.在FES治疗基线和治疗第3d、7d时,FES治疗组和安慰刺激组网的屏试验评分差异无统计学意义,但在FES治疗第14d时,FES治疗组大鼠的网屏试验评分优于安慰刺激组(P<0.05)。在任何一时间点,FES治疗组和安慰刺激组在平衡木、转棒试验评分的差异均无统计学意义(P>0.05)。
2.FES组大鼠梗死侧脑组织bFGF、EGF的蛋白表达量在FES治疗第3d时已经开始增加,治疗第7d时进一步升高,较安慰刺激组和假手术组差异有显著性意义(P<0.05),在治疗第14d时mRNA表达量较第7d时略有下降,但仍高于安慰刺激组和假手术组(P<0.05)。
3.FES组大鼠梗死侧脑组织bFGF、EGF的基因表达量在FES治疗第3d时已经开始增加,治疗第7d时进一步升高,较安慰刺激组和假手术组差异有显著性意义(P<0.05),在治疗第14d时mRNA表达量较第7d时略有下降,但仍高于安慰刺激组和假手术组(P<0.05)。基因表达量的变化趋势与蛋白量变化保持一致。
4.FES治疗组和安慰刺激组SGZ和SVZ区Nestin阳性细胞数在治疗第3d时增高,第7d时达到高峰,14d时有所下降,两组各时间点Nestin阳性细胞数均高于假手术组,差异具有显著性意义(P<0.05)。FES治疗组第3d Nestin阳性细胞数较安慰刺激组增高,差异无显著性意义(P>0.05),但在第7d、14d时差异具有显著性意义(P<0.05)。Nestin阳性细胞数的变化趋势和bFGF、EGF的变化保持一致。
结论:
1.FES治疗能促进脑梗死大鼠行为学的恢复。
2.FES治疗能上调大鼠梗死侧脑组织bFGF、EGF、Nestin的表达量。
3.FES治疗能促机大鼠梗死侧脑组织SGZ和SVZ区内源性NSC的增殖。
4.FES治疗促进脑梗死大鼠行为学恢复的机制,可能与上调梗死侧脑组织bFGF、EGF、Nestin水平,进而促进内源性NSC增殖,参与神经重塑有关。