功能性电刺激对脑梗死大鼠偏瘫肢体功能恢复的影响及其诱导脑皮质可塑性变化的分子机制研究

摘要

背景:脑卒中(stroke)又称脑血管意外，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。根据1995年我国脑血管疾病的分类，脑卒中分为脑梗死、脑出血和蛛网膜下腔出血。脑卒中是神经系统的常见病及多发病，中国的发病率在城市为219/10万人口，农村为185/10万人口，死亡率在城市为116/10万人口，农村为142/10万人口。脑卒中是中国人疾病谱中主要的致残原因之一，存活者中50％70％病人遗留有偏瘫、失语等严重残疾，其中偏瘫是脑卒中患者最常见的后遗症，急性期患者的发生率为80％，严重影响了患者的日常生活活动能力，给家庭和社会带来沉重的负担。
　　 在脑卒中后肢体瘫痪的康复治疗中，电刺激技术是一种广泛应用的治疗方法。大量临床研究证明，电刺激治疗(结合其他康复治疗)能显著改善脑卒中患者的肢体功能，提高患者的生活自理能力，明显降低致残率。功能性电刺激(functional electrical stimulation，FES)是电刺激技术中一种新兴的电刺激。国外许多临床研究表明，FES在改善脑卒中偏瘫患者肢体功能方面具有重要作用。近年来，国内也有一些FES应用于脑卒中偏瘫患者的报道，但由于缺少基础理论指导，在推广应用过程中还具有一定的盲目性，因此积极开展FES的作用机制研究，对科学地应用FES治疗技术具有重要意义。
　　 目的:评定FES对脑梗死大鼠偏瘫肢体功能恢复的效果；观察应用FES对脑梗死偏瘫大鼠梗死灶半影区和镜区脑皮质可塑性的影响；深入探讨FES促进偏瘫肢体功能康复的可塑性机制。
　　 方法:108只成年雄性SD大鼠，分为FES组、安慰刺激组、假手术组，36只/组，每组动物再分为治疗前、治疗3d、7d和14d组共4个亚组(9只/亚组)。造模术后3天开始进行FES治疗。安慰刺激组(治疗亚组)应用相同的FES仪治疗3d、7d或14d，但不予以电流刺激；假手术组未给予任何治疗。分别在治疗前和治疗后各时间点给予平衡木行走测评、转棒上行走测评和网屏实验等功能评定；以电子显微镜技术观察梗死灶半影区和镜区突触可塑性的变化；以免疫组织化学技术观察半影区和镜区胶质纤维酸性蛋白(GFAP)、突触素(Syp)、神经颗粒素(Ng)的蛋白表达水平变化；以Western blot技术观察半影区和镜区GFAP、Syp、神经丝蛋白(NF)的蛋白表达水平变化；以RT-PCR技术观察办赢取和镜区微管相关蛋白(MAP-2)的基因表达水平变化。
　　 结果:
　　 1.功能评定
　　 (1)平衡木行走测评：与假手术组大鼠比较，FES组和安慰刺激组大鼠均表现出运动功能损害(P＜0.05)。虽然在不同时间点上FES组和安慰刺激组大鼠的平衡木评分均有上升的趋势，但两者在各个时间点上的差别无统计学意义。14d时，FES组平衡木行走测评评分显著高于治疗前；而安慰刺激组与治疗前相比差异无统计学意义。
　　 (2)转棒行走测评：与假手术组大鼠比较，FES组和安慰刺激组大鼠均有运动功能损害(P＜0.05)。虽然不同时间点FES组与安慰刺激组的转棒上行走评分有逐渐上升的趋势，但两者在各个时间点上的差别无统计学意义。14d时，FES组转棒行走测评评分显著高于治疗前；而安慰刺激组与治疗前相比差异无统计学意义。
　　 (3)网屏试验评分：与假手术组大鼠比较，FES组和安慰刺激组大鼠均有运动功能损害(P＜0.05)。在3d时间点上，FES组与安慰刺激组大鼠的网屏试验评分相比差异无统计学意义；在7d和14d时间点上，FES组大鼠网屏试验评分显著高于安慰刺激组(P＜0.05)；FES组大鼠7d和14d时间点上的网屏试验评分显著高于治疗前(P＜0.05)；安慰刺激组大鼠与治疗前相比，虽然有改善趋势，但差异无显著性。
　　 2.半影区及镜区突触超微结构观察
　　 (1)半影区：在为期2周的观察时段内，治疗前、后假手术组半影区突触超微结构未见显著变化。治疗前安慰刺激组和FES组突触间隙增宽、突触前后膜大多平直、突触后密度降低、线粒体肿胀明显。与治疗前相比，安慰刺激组在3d、7d时间点上无显著变化；14d时，偶见突触活性区延长、突触间隙缩窄、细胞内水肿缓解。与治疗前相比，FES治疗组在3d时尚无显著变化，7d和14d时，凹型突触明显增多，表现为突触活性区明显加长、突触间隙模糊、突触后密度增加，是突触活化、功能增强的表现，同时线粒体肿胀消失，变化较安慰刺激组显著。
　　 (2)镜区：假手术组和安慰刺激组治疗前、后及FES组治疗前镜区突触超微结构变化差异均不显著，突触前、后膜大多平直，少数有轻度弯曲。与假手术组、安慰刺激组及FES组治疗前的大鼠相比，FES组治疗7天者镜区凹型突触明显增多，可见其前膜明显突向后膜，使突触的活性区加长，同时突触间隙变窄，突触后密度(PSD)增加。
　　 3.半影区及镜区GFAP、SYN、Ng、NF、MAP2蛋白/基因表达水平检测
　　 (1)半影区：与安慰刺激组相比，3d时FES组大鼠半影区GFAP Syp、Ng、NF蛋白表达水平无显著变化，MAP2的基因表达水平无明显变化；而7d和14d时显著升高(P＜0.05)。FES组和安慰刺激组在各个时间点上GFAP、Syp、Ng、NF、MAP-2蛋白/基因表达水平显著高于假手术组(P＜0.05)。
　　 (2)镜区：与安慰刺激组相比，FES组大鼠镜区Syp和Ng蛋白表达水平及MAP-2基因表达水平在7d时明显上调(P＜0.05)；假手术组在7d时Syp和Ng蛋白表达水平及MAP2基因表达水平明显低于FES组和安慰刺激组(P＜0.05)。
　　 7d时，FES组的GFAP和NF蛋白表达水平与安慰刺激组相比差异无统计学意义；FES组和安慰刺激组在7d时GFAP和NF蛋白表达水平显著高于假手术组(P＜0.05)。
　　 结论:
　　 1.FES治疗可促进脑卒中偏瘫大鼠肢体功能恢复。大鼠脑梗死后三天开始应用FES治疗(以下不作特别说明，与此相同)偏瘫肢体治疗7d和14d，可显著促进其功能改善；短期治疗(治疗3d)未见明显治疗效果。
　　 2.FES治疗对半影区和镜区突触可塑性均有诱导作用；FES治疗对半影区的影响强于镜区。应用FES治疗脑梗死大鼠偏瘫肢体7d和14d，梗死灶半影区皮质突触超微结构出现可塑性变化，而治疗3d者未见明显改善；应用FES治疗脑梗死大鼠偏瘫肢体7d，镜区皮质突触超微结构也出现活化性改变。
　　 3.FES治疗可使半影区胶质细胞功能维持在较强的功能状态，而对镜区胶质细胞功能无明显影响。应用FES治疗脑梗死大鼠偏瘫肢体7d和14d，半影区胶质细胞功能显著增强，梗死灶半影区皮质GFAP蛋白表达水平升高，而治疗3d者未见明显变化；应用FES刺激脑梗死大鼠偏瘫肢体7d，镜区皮质胶质细胞功能未见显著变化，GFAP蛋白表达水平未显著升高。
　　 4.FES治疗可诱导半影区和镜区神经元发生可塑性改变。应用FES治疗脑梗死大鼠偏瘫肢体7d和14d， Syp、Ng、MAP-2蛋白/基因表达显著上调，半影区神经元重塑作用增强，而治疗3d者未见明显变化；应用FES治疗脑梗死大鼠偏瘫肢体7d，镜区皮质Syp和Ng蛋白表达也显著上调，也有一定程度的可塑性变化。
　　 5.FES治疗可促进半影区神经元轴突再生；而对镜区神经元轴突无显著影响。应用FES治疗脑梗死大鼠偏瘫肢体7d和14d，半影区神经元轴突再生能力增强，NF200蛋白表达水平显著升高；而治疗3d者未见明显变化；应用FES治疗脑梗死大鼠偏瘫肢体7d，镜区皮质NF表达水平无显著变化。
　　 6.FES治疗对双侧脑皮质的影响强度和模式有所不同。FES治疗7d后，半影区GFAP、Syp、NF200、Ng、MAP-2表达均显著上调；而镜区只有Syp、Ng表达水平上调，GFAP、NF200和MAP-2表达水平无显著变化。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：缩写词

前言

第一部分 FES对脑梗死大鼠偏瘫肢体功能恢复的影响及脑皮质突触形态学观察

实验一 FES对脑梗死大鼠偏瘫肢体功能恢复的影响

实验二 FES治疗后脑梗死偏瘫大鼠半影区及镜区皮质突触超微结构观察

第二部分 FES促进偏瘫肢体功能恢复的可塑性分子机制研究

实验三 FES对脑梗死偏瘫大鼠半影区及镜区胶质细胞活性的影响

实验四 FES对脑梗死偏瘫大鼠半影区及镜区突触素表达的影响

实验五 FES对脑梗死大鼠半影区及镜区神经颗粒素和神经丝蛋白表达的影响

实验六 FES对脑梗死大鼠半影区及镜区微管相关蛋白mRNA表达的影响

小结

参考文献

附件

致谢