成年大鼠全臂丛根性撕脱伤后初级体感皮层可塑性变化的脑电生理研究

� � � 中华手外科杂志 ��� � 年 �� 月第 �一卷第 � 期 ���� � �� � � ��� � , � � 】� � , � � � � ·基础研究 · 成年大鼠全臂丛根性撕脱伤后初级体感皮层 可塑性变化的脑电生理研究 李占玉 徐建光 徐文东 顾玉 东 【摘要】 目的 探讨成年大鼠一侧全有丛根性撕脱伤后双侧初级体感皮层可 塑性变化的规律 。 方 法 将 �� 只 �� 雄性大鼠分为 � 组 , 分为正常对照组 和全释丛 根性撕脱伤术后 � � 、� � 、 � 个月 、� 个月 、 � 年共 � 个时间组 , 每组 � 只 。 采用体感皮层诱发电位��� � � �� �� � �� �� �� �� ! ∀� ��� �� �� , �� �� 法 , 定� 评价 一侧全, 丛根性撕脱伤后双侧初级体感皮层 ��� �� 可塑性变化的时程 。 结果 术后不同时间段电刺激患 爪正中神经支配 区 , 在双侧 ��� 均未诱发出 �� �。 电刺激健侧前爪正 中神经支配 区 , 在健爪同侧 �耐 未 记录到 �� � , 只在其对侧 �� � 记录到 ��� �但不 同时间段的 � �� 位点数目均明显多于正常对照组 。 结论 成年大鼠的初级体感皮层仍具有可塑性 , 一侧全臂丛根性撕脱伤后诱发了双侧 �� �动态的功能重组 。 两 大脑半球相对应的同位区域之间存在着维持半球间平衡和协调的特殊机制。 胜侧前爪体感代表区的扩 大可提高健爪的感觉辨别能力 , 以部分代偿患肢感觉功能的丧失 。 【关拉词 】 仲丛 � 神经损伤 � 脊神经根 � 大脑皮层 � 神经元可塑性 � 功能重组 �� ��廿� �切目目叼因 咖� � 帕 � 加口��� �� �】班时� �� ! �如��阁 � � 血� 口 幼� 旧‘侧犯侧沁叮 �� 州比� �� �� � �”� �� 。日 ��� �抽�� ��� �� �以时 � �� ! �加 呵� � � � � � �� � �� �� � �� 。一�� ‘ , � � 加� 一�叨�� , � � 叭�� 面�� , 以 以 � 公脚月。瓜 �� � 月彻卿�众 �城尹叮 , 月�幼 月帅“ , ��� �� �� ‘决�� �� ��� ��以 �� 肠呀� , ��� 昭�� � �田�� � , �� �� ��加。, �� � � 讨伙。� � 肠 �� �� �‘� � �。 山� � ��� � � , �� � �� � ��� ��� 。� ���� , �旧 �� 一 。� �迁咙�� � � ��� � �� 山 �� �� �鸣 ��� �� �� ��目 �� � � ��� � �� � �� �� � ���面�� �� �� �� � �� �� � �� �� �� � �� 回 ���� ��� � ���� �� � �� 氏旧� � � ���� � ����� � 记� � � �� �� � � � �� �� � �� � ��� , �一 ��� �� � �� �� � 仆� � � � �� � �� ��� � �� �� � 脚� � � 即� � �� �鸣 �� � 汪���� �� �� �� �� �� � �� � � �� �� � ��� � , ��� �一���� � �叮 , � ��� � , � � � � �� , � � �� �� , , �� � � �� �� 脚�声 �� �� � � � �� 肠 诫 ��� � � �山召�口 �� ! �� ��� � �园 � �� �� �� �� 川犯�� � ��� � � �� � � ���� ��� � � � �� ��� �� 卿�� �� � ‘� ��� � ��� � �� � �� � ��� � 召�� �� ��翻� ��� �� �� � �� �� �� � � � �� �� �� �� �� � � �� � � � � �� �� � 丘� � ����� ��� !∀ #∃%& ∋∃% ∀% () �& &%�∗% �%+) ,& −. ∋∃% /以介Cted fo 比Pa w w as st imu la ted , n e i t h e r w e 二 th e y e vo k ed 如m ipsila*eral Sm l when th e m edian nerv e re gi on Of th e una ffe eted fo 此钾侧 wasst im 己a一ed a t d 过re re nt interv al s fo liow i贻 to园 left brac hial plexu s roo t avul sion inj uri es. o n th e co n饥叮 , S E Ps w e re i n d u e e d 如m eontr司区Ieral Sm l of the un以fe eted fo re paw th功ughou t the entire pe ried fo ll眯i飞 total l吹 bra eh过 ple xus , t avuls i on inj Ury . Me anw h让e , s i te s n u m be r of th e e v o k e d S E Ps a r di ffe re n t i n te rv al s w o m u e h m ore th an t h at o f th e e o n tr 0 1 . C o . c 】u目011 Th e Sm l of ad ul t rat s stili had th e ab ility of plas lieity . 伪nanu c fu netional re毗ani za 石on too k Pl ac e in b i坛tetal Sm l Of adul t rat s foll ow ing to园 bra ehial Plexus , t av山ion 词叼 of one fo此li lnb . S pe cial二eh如sm that mainta汕 the bal anc e and eoo n五朋‘o n be tw e e n tbe e ~ s四ndi 昭 homo logous re gi o of bilat eralce, b r目 cort ex Iha y ex ist · E 司碑ementof so ma tOSe nso 口 e o rte x re p re se n扭石o n regi on of th e in tac t fo reli mb 而gh re汕anc ei ts se n即fxy djSC ri ha na ‘on a加ity in c阳钾刊劝山n for th e se n‘o ry l姗 of 对介c囚 肠况li m b .【Key w or山】 Brac hial p一exu , ; N e rv e i nj 函es; spin目 。e ry 。 roo 。; so m at o se n啊eortex ; Neuro 耐plastieity ; Fu nc tional reo rgan月zat io n 臂丛神经损伤后 , 如何使瘫痪的肢体恢复功能是 手外科领域里最大的难之一[’] 。 大脑的可塑性研究 有助于我们进一步了解臂丛神经损伤的实质 。 关于臂 丛根性撕脱伤后 双侧初级体感皮层可塑性变化 的研 究 , 尚未见报道 。 为此 , 我们制作了成年 sD 大 鼠左侧 全臂丛根性撕脱伤模型 ￡2] , 采用体感皮层诱发 电位记 录法 , 定量评价一侧全臂丛根性撕脱伤后双侧初级体 感皮层可塑性变化的时程 , 旨在探讨成 年大 鼠臂丛损 伤后大脑初级体感皮层 可塑性变化的规律 , 从而为健 侧 q 移位术后大脑可塑性变化的研究奠定理论基础 。 材料与方法 基金项 目 :国家自然科学基 金资助项 目(302( X) 288 ) ;国家 97 3 创伤 荃础研究基金资助项 目 (G1 99 卯54 20 2) ;复旦 大学研究生创新基 金资助 项 目 (e Q F15I802) 作者单位_二2 00 1 27 上海第二医科大学附属仁济医院骨科 (李 占玉 ); 上海复旦大学附属华山医院手外科(徐建光 、徐 文东 、顾玉东 ) 一 、 模型制作及动物分组 大鼠颈胸椎后路全臂丛根性撕脱伤模型的制作方 法同文献[2]。 选用体重 250 9 一 3 00 9 的 sp F 级雄性 sD 大鼠 30 只 , 分为 6 组 , 每组 5 只 。 组别为正常对照组 、 全臂丛根性撕脱伤模型术后 l d 、7 d 、 1 个月 、 3 个月和 1年组 。 中华手外科杂志 200 5 年 一2 月第 2 1卷第 6 期 chin J H an d Surs .De eem悦r Zoo s , v o l 2 1 . N o . 6 3 6 3 二 、 刺激方法 刺激前的动物准备 :刺激体感皮层 时不 打开硬脑 膜 , 其余方法同文献〔3]。 刺激是通过一对插人 SD 大鼠前爪掌侧 正中神经 支配区皮下 的光滑不锈钢针 电极 (相隔 5~ )来产生 的 , 通过两电极间的电流 (0 .sm A , 间隔 0 .3Ins )诱发出 最大的皮层反应 。 用一有弹性 的银球 电极 为记 录电 极 , 置于硬脑膜外记 录皮层反应 。 参考 电极置于鼻骨 中线处 , 另一针电极插人大 鼠股部皮下 , 作为接地 (零 线 )。 S m l 的位置通过立体定位坐标来确定 , 大鼠前爪 区在前囱前 。.5 一 1 . 5 ~ , 中线外侧旁开 3 一 4 ~ [’] 。 为确定前爪正中神经体感代 表区 的精确位置 , 我们在 大鼠前自后 0 .sm m 一 前囱前 2~ , 中线旁开 2 .5 一 5 ~ 的双侧大脑皮层 范 围内 , 从硬 脑膜外 用银球 电极 以 o .s m m的间隔规律 地记 录其来 自同侧 和对 侧 Sm l 的 SE P 。 S E P 被前置放大器放大 200 倍 , 并滤过 (带通 1 - 1 000 H :)。 将 20 个脉 冲反应 叠加平均后在示波器上 显示 。 三 、绘图 用 。ri gi n 6 . 1 绘图软件绘制体感运动皮层 x 一 Y 轴 坐标的散点图 。 通过坐标系统来定义的记录位点 , 代 表距离前 自和矢状缝 的位置 。 记录 sm l 的 SEP 位点 数 、波峰的波幅和潜伏期 。 四 、统计学处理 体感皮层所诱发的 SE P 位点数 、波峰的波幅和潜 伏期数据均用均数 土 标准差表示 。 各组数据的统计学 处理均采用单因素方差分析 (A N O V A )的 S 一 N 一 K 法 。 统计软件为 SPS S 11 .0 。 结 果 本研究中波峰向上的波被描述为正波。 刺激可以 产生一个典型 的正 一负双峰混合波 :在 10 一 13 tns 潜伏 期处有一大的正波峰 , 在随后的 18 一 Zl ms 处有一大的 负波峰 。 尽管 sE P 波幅 的实际阑值在不 同大鼠中高 度变异 , 但每个峰的分布模式在所有大鼠中是恒定的 。 第一个波峰向上 的大波被认 为是 “主反应 ”波 , 而后面 的波峰向下的大波被认为是 “ 次反应 ”波 。 由于 “ 主反 应 ”潜伏期短而恒定 , 在大脑皮层上 出现的区域有局限 性 , 有一个中心的反应区 , 离开中心反应 区几 mIn 处反应就显著下降;而次反应潜伏期长而不恒定 , 可以 出现 在整个大脑皮层上 [s] 。 所 以 , 我们分析 的就是第一个 出现大正向波峰的主反应波 , 该波峰 的波幅从前面小 正波的波峰测量 , 如果小波不存在则从基线测量 。 我们将最大反应的区域定义为皮层代表 区 :最大 记录反应 SE P 峰 (峰波幅 为 80 % 一 100 % ) 的区域 , 该 区域的直径很少会超过 1.。一 1 . 5 ~ [’] 。 一 、正常大鼠 Sm l前爪正中神经代表区的描述 电刺激大 鼠前爪掌侧皮肤 的正 中神经支配区 , 只 在对侧 Sm l诱发 出 SE P 。 其代表区的位点数 目为 2 一 4 个 , 平均 (2 .60 土 0 . 8 9) 个 。 位置 在前 自前 0 .5 一 1 . 5 m m 、中线外侧旁开 3.5 一 s mln 范围内 , 波幅为(224 .46 土 3 2 . 44 ) 拜V , 潜伏期为(11.15 , 0 . 5 9 ) ms 。 二 、电刺激患爪 ,在双侧 Sm l 记录 SE P 电刺激不 同时间段全臂丛根性撕脱模型大鼠的左 爪 (患爪 ) , 在双侧 Sm l 均未记录到 SEP 。 表 明全臂丛 已经完全根性撕脱 , 患爪失神经支配 。 三 、 电刺激健爪 , 在双侧 Sml 记录 SE P 电刺激不同时间段全臂丛根性撕脱模型大鼠的右 爪 (健爪 ) , 在其同侧 Sm l 未记录到 SE P , 只在其对侧 Sm l记录到 SE P 。 1 . 各组对 侧 Sm l 右 爪 (健 爪 )正 中神 经代表 区 SEP 位点数 目的 比较 :各组位点 数 目之 间的差异有统 计学意义 (F = 17 .38 , 尸 < 0 .01 ) 。 各实验组的位点数 均明显多于正常对照组 (尸 < 0 .0 1 ) 。 其中 , 术后 l d 组 的位点数多于其它 4 个实验组 (尸均 < 0 .01) , 余 4 个 实验组之间的差异无统计学意义 (尸 > 0 .05 ) 。 2 . 各组对侧 Sm l 右爪 (健爪 )正 中神经代表区 SE P 潜伏期的比较 :各组位点 SEP 潜伏期之间的差异 无统计学意义 (尸 = 1 .15 7 , p > 0 . 0 5 ) 。 3 . 各组对侧 Sm l 右爪 (健爪 )正 中神经代表区 SEP 波幅的比较 :各组位点 SEP 波幅之间的差异有统 计学意义 (F 二 45 . 66 , 尸 < 0 .0 1 ) 。 正 常对照组 SEP 的 波幅明显大于各实验组 (尸 < 0 .0 1 ) , 而术后 3 个月组 又明显大于其它 4 个实验组(P < 0 .0 1) , 但其它 4 个实 验组之间的差异无统计学意义 (尸 > 0 .05 ) 。 讨 论 实验结果显示 , 电刺激各实验组 大鼠左前爪 (患 爪 ) , 在双侧 Sm l均未记录到 SEP , 表明全臂丛神经根 性撕脱伤模型的制作是成功 的 , 左侧臂丛神经已经完 全撕脱 , 左前爪已失神经支配 。 电刺激各实验组大 鼠右前爪 (健爪 )正中神经代表 区 , 在健爪同侧 Sm l 没有记录到 SEP , 只在其对侧 Sm l 记录到 SE P 。 各实验组的位点数 目均明显多于正常对 照组 , 其中以术后 l d 组的位点数 目最多 , 另 4 个实验 组之间的差异无统计学意义 。 这表明左侧竹丛损伤 后 , 双侧 Sm l 同位区代表区均发生了可塑性变化 , 不 但患肢 (左前爪 )对侧 Sm l可塑性发生了变化 , 而且同 中华手外科杂志 2005年 12 月第 21 卷第 6 期 Ch抽 J H . 记 S 1无倪口阮r Z侧万 . vo l 21 .而.6 侧 Sm l也发生了变化 , 健侧前爪 正中神经代表区 明显 扩大 。 这提示两个大脑半球之间发生了相互作用[6] 。 术后 l d 立 即出现的健肢代表 区显著扩 张 , 类似 于短暂失神经传人或神经损伤后立 即出现的现象 , 即 “被传导的可塑性 (tra ns fe rre d Pl as tic itv )” , 是 由于一种 紧张性抑制状态 (tonie inhibito叮 ton e )经脐服体削弱所 致[6] 。 由于兴奋性突触抑制 的突然解除 , 降低 了 y - 氨基 丁酸(G A B A )能 的抑制 , 使得 以前存在 、但功能静 止的 连 接暴露 , 介 导 了短 期 , 即快 速 重 组 期 (I’a p记 reo rgan iz at io n) 的可塑性 变化 。 而术后 7 d 的代表 区 明 显缩小 , 这种去抑制 的逆转 不能简单地用原来未表达 输人的暴露来解释 。 对该逆转 的任何解释都离不开中 间神经元介导的抑制效力提高 , 并且很可能在对 正在 进行的 、变化的活性模式的应答中发生[,] 。 而更长时间 (术后 1 个月 、 3 个 月和 1年 )的同侧 50 1健肢代表区扩张是一种较缓慢的重组过程 , 其机 制不同于短暂失传人所描述的“被传导的可塑性 ” 。 损 伤可 能 干 扰 了 同 位 代 表 区 之 间 “ 半 球 间 平 衡 (inteth e而spherie bal an ee)” [‘· , ] , 引起皮层 一皮层连接 的 可塑性变化 。 已经证实在飞狐 Sm l 之间有直接 的半 球间连接〔‘“] , 也有人推测大 鼠也存在这种连接川 。 我 们认为:由于左前肢(患肢)功能完全丧失 , 导致右前肢 (健肢)的过度使用 , 这种使用依赖性可引起皮层 一 皮 层连接的可塑性变化 , 使对右前爪正中神经支配区起 作用的神经元数目增多 , 加强对健肢的中枢控制 , 以代 偿患肢的功能丧失 。 本研究中 , 健侧前爪 (右前爪 )Sm l 正 中神经代表 区扩大的同时 , 其潜伏期与正常对照一样 , 而波幅却较 正常对照明显小得多 。 这完全不 同于 a , y 等[;] 的研 究结果 :即扩张的代表 区内位点刺激所诱发应答的波 幅增大 、潜伏期变短 , 进一步延长对侧体感皮层的冷却 时间 , 这些暴露作用逆转 , 感 受也恢 复到原来大小 , 波 幅也降低 。 两者不同的原因可能是彼此采用的模型不 同 , 他们使用的模型是短暂的失神经传人 , 是外周神经 发生 了短暂的功能性变化 ;而我们的模 型则是全臂丛 根性撕脱 , 周围神经发生的是器质性变化 。 一侧全臂 丛根性撕脱可引起脊髓感觉和运动神经元发生不可逆 性损伤 ,从而也会引起对侧臂丛神经传导功能降低 , 导 致本应增大的 SE P 波幅变得比正常对照还低 , 而本应 缩短的潜伏期也延长到和正常对照无差别 。 综上所述 , 成年大 鼠的初级体感皮层仍具有可塑 性 , 一侧全臂丛根性撕脱伤诱发 了双侧初级体感皮层 原前肢代表区发生了动态的功能重组 。 两大脑半球相 对应的同位 区域之间存在着维持半球间平衡和协调的 特殊机制 。 健侧前爪体感代表区的扩大可提高健爪的 感觉辨别能力 , 以部分代偿患肢感觉功能的丧失 。 本 研究为进一步研究健侧 G 移位术后大脑可塑性的变 化奠定了理论基础 。 参 考 文 献 顾玉 东. 手外科的现状与展望 . 中华手外科杂志 , 2 侧刀 .18 :卜2 . 郑圣湘 . 张高孟 , 张丽银 . 等 . 中断神经 节与尺神经联系对健侧 C , 神经根移位疗效影 响的实验研究 . 中华手外科杂志 .么幻3 , 19 : 7 2 一 7 4 . 李占玉 , 徐文东 , 徐建光 , 等. 成年大鼠全臂丛根性撕脱伤后对 侧运动皮层可塑性变化的实脸研究 . 中华手外科杂志.2以抖 , 20 : 5 卜54 . Sa kata ni K , I i z uk a H , Y o u ng W . 肠mat ~ 成”, e vo k司 即比ntial s in 皿 eere b阁 eortex 玩fo 花 朋d aft er 而ddl e cere b司 叭e叮 姗lusion . Stroke.I, 引】, 2 1 : I 解一 1 3 2 . 唐仲良 , 潘建粹 , 吴及荣 , 主编 .神经系统生理学 .第 l版 .上海 : 复旦大学 出版社 .199 1.316 . Ca】fo 记 M B , Tw ee da 】e R . In te而misP heri c 饰肚血r Of P las tieity in tha ce花bra] co rt ex . Sc ie l耽 , 1 9 以〕.24 9 二加5名0 7 . C lare y JC , Tw . 伐lale R , C 以fo 记 M B . In t。而面呐“e m记』at i. 试 ~ .以泌n SO ry ~ Pti , 6 d ds : evi 血nce for P山tieity in 州口. 寸 so 口. t以比n 知叮 加d “. Ce 花卜Cart ex , l侧拓.6 :l % .2伪 . 乙花1 M . Sre户enso n JD . I脚i】a t. 司 .司 肠1川. 司 欣印石ve 6日ds in 皿 州m.甲 so . tOSe . 姆ry 咖ex .NeurO悦即“ , 1 9 兜 , 7 : 64 7- 6 51 . 弘in H C , W o n C K , J u 嗯 SC , et 司. Inte 出em i.Ph面e m记』目ion 试 二nso 口 t, sm iss ion in th e州m盯y 50厅曰t, n的ry eort ex of ra ts . N e ~ i 肠tr. 1卯7 .230 :137一 1 39 . K n d , i t此r L , C l a 佗y JC , T 初.记目e R . et al . Inte山蒯叩卜颐e eonnec tions of so ma t二nSO叮 加d“ in tha 口户ng fox . J Co m p N eo . , l 卯8 .叨2 :53 8- 559 . (收稿日期 :以刃5一犯) (本文编辑 :郑忆柳)