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在过去的20年,随着各种脊髓损伤(spinal cord injury,SCI)动物模型的出现,对于脊髓损伤的研究也取得了突飞猛进的发展,目前比较常用的大鼠脊髓损伤模型是切割型和撞击型两种。理想的动物模型行为学的反应应该和病人的临床症状具有一定的相似性,因此采取一定的方法对实验动物的行为学进行评价也是十分必要的,而且行为学的恢复也是动物模型和人类患者进行干预治疗的重要目的。已有大量研究证实康复训练有助于脊髓损伤患者运动功能的恢复,并且可防止后肢肌肉发生萎缩,近期,国外一些学者提出了脊髓步行中枢模式发生器(central pattern generator,CPG)理论,认为CPG对临床患者及动物模型脊髓损伤后步行能力的提高起着关键性作用,运动行为的产生需要脊髓运动神经元和CPG网络神经元的相互协调。
神经系统损伤修复后运动功能的恢复最终要依赖于运动终板结构的保存及其生理功能的恢复,运动终板的病理变化和功能与治疗效果密切相关。由于周围神经系统是由脊髓神经元、神经干、外周靶器官三者组成的统一整体,那么中枢神经元中必然存在具有维持外周靶肌肉形态、发挥运动终板功能的神经调制质,许多研究已经证实,CGRP和AChE在该周围神经环路中发挥着及其重要的作用。
本实验通过使用多种评价标准结合BBB法对大鼠不同种脊髓损伤后不同时相的行为学变化进行观察;研究脊髓损伤后大鼠运动终板内AChE、CGRP的含量及腓肠肌肌纤维直径的变化,探讨不同脊髓损伤后大鼠运动终板的变化规律及腓肠肌的形态学改变;对脊髓损伤平面以下运动神经元内AChE、CGRP、NF200的改变情况进行对比;并研究脊髓内残留纤维及CPG对脊髓损伤大鼠行为学恢复的影响。将142只大鼠随机分为假手术组(A组,38只)、单纯损伤组(B组,38只)、撞击型脊髓损伤组(C组,26只)、单纯损伤术后康复训练组(D组,32只)及单纯切割损伤组(E组,8只);术后1到10周每周及术后20周、30周和50周分别对各组大鼠后肢运动功能的恢复情况进行观察比较;术后1周、4周、10周通过AChE组化染色、CGRP免疫组化染色观察B组和C组大鼠运动终板和脊髓损伤平面以下运动神经元内两种递质含量的改变;通过NF免疫组化染色、Dystrophin免疫荧光染色分别观察B组和D组大鼠术后损伤平面以下运动神经元NF200的表达及腓肠肌的形态学改变。
实验结果表明,大鼠不同种脊髓损伤后,多种行为学评价均证实后肢运动功能可出现一定的自发性恢复,各种行为学评分结果呈高度相关性;术后1周至10周B组和C组大鼠损伤平面以下运动神经元及运动终板内CGRP和AChE的含量均下降,但C组10周时有了明显恢复,而B组一直处于较低水平,CGRP的改变早于AChE;术后不同时间点对B组和D组损伤邻近段脊髓横断面行NF200免疫组化染色,发现脊髓损伤后NF200阳性神经元的出现在时间上和分布上都有一定的规律,伤后初期增多较快,且D组尤为明显,2周以后逐渐稳定,Dystrophin免疫荧光染色显示脊髓损伤后B组和D组腓肠肌肌纤维横截面积均减小,但D组萎缩程度较轻。
本研究说明大鼠脊髓损伤后,由于脊髓内CPG及残留纤维的影响,后肢运动功能可出现一定的自发性恢复,脊髓损伤程度不同CGRP和AChE在运动神经元及运动终板内的变化规律也不同,康复训练有利于脊髓损伤大鼠运动功能的恢复及CPG神经环路的激活,并能减缓后肢肌肉发生萎缩,脊髓损伤大鼠运动功能变化与损伤下段脊髓前角运动神经元及运动终板的功能状态具有较强的相关性,前角运动神经元及运动终板功能的恢复决定大鼠运动功能的最终恢复。