脊髓闭环性电刺激系统及模型的建立

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目的:
  通过电生理检测正常小鼠脊髓及胫骨前肌(Tibialis anterior,TA)神经电信号传导特点,设计闭环性电刺激系统。模拟脊髓感觉.运动神经环路电信号发放,通过TA记录电生理传导信号筛选促进脊髓损伤小鼠运动功能恢复有效闭环性电刺激频率。探讨特定频率的闭环性电刺激对脊髓损伤小鼠TA肌间隙以及外周神经对神经肌肉接头(Neuromuscular junction,NMJ)支配的影响。同时也为进一步探究闭环性电刺激促进脊髓损伤后局部神经环路的恢复机制提供一定的线索。
  方法:
  1.TA注射荧光金(Fluorogold,FG)逆行标记脊髓运动神经元,通过运动神经元所在的脊髓节段,确定脊髓硬膜外刺激部位。
  2.分别在正常小鼠脊髓硬膜外和TA给予不同强度的电刺激,利用Biopac多导生理记录仪在TA和脊髓硬膜外记录电信号,确定脊髓硬膜外及TA最佳刺激强度。
  3.鞘内注射河豚毒素(Tetrodotoxin,TTX)和替扎尼定(Tizanidine),利用Biopac检测TA记录的脊髓诱发电位,确定电信号经过不同神经环路传导途径形成的波形。
  4.利用Biopac检测TA记录的脊髓诱发电位,Matlab软件编程分析小鼠脊髓损伤后l周脊髓诱发电位波形的变化。
  5.脊髓损伤后小鼠经不同频率(1Hz,5Hz,10Hz,15Hz,20Hz,30Hz,40Hz)的闭环性电刺激训练3周,3周后利用Biopac检测TA记录的脊髓诱发电位,筛选促进诱发电位中、晚期响应(电信号经过多突触传递到达TA)恢复的有效刺激频率。
  6.利用BMS(Basso Mouse Scale)评分评估小鼠脊髓损伤后不同时间段后肢运动功能恢复情况。
  7.利用苏木精-伊红(Hematoxylin-eosin,HE)染色法,检测不同频率的闭环性电刺激训练对脊髓损伤小鼠TA肌间隙大小的影响。
  8.利用全组织染色(Whole-mount)检测不同频率的闭环性训练对神经肌肉接头支配的影响。
  结果:
  1.FG逆行标记结果显示,支配TA的运动神经元分布在脊髓L2-L4节段。从而确定脊髓硬膜外电刺激的位置。
  2.400-1000mV的脊髓硬膜外电刺激可以观察到明显的诱.发电位波形,包括早、中、晚期响应。随着电压强度的增强,700mV以上的刺激强度导致中、晚期响应振幅逐渐下降。观察到脊髓刺激发放到诱发电位结束的总时长不大于4l ms。TA肌肉表面电刺激的阈值为1V,电信号从TA到脊髓的传导时间不大于6ms。
  3.鞘内注射TTx结果显示,TA记录脊髓诱发电位中、晚期响应振幅减弱。鞘内注射tizanidine后,脊髓诱发电位的晚期响应振幅减弱。
  4.脊髓损伤后1周,TA记录脊髓诱发电位的中、晚期响应消失。
  5.TA的EMG结果显示,经l Hz,5Hz,30Hz,40Hz闭环性电刺激训练组与未经闭环性电刺激组TA记录脊髓诱发电位中、晚期响应无明显变化。经10Hz,15Hz,20Hz闭环性电刺激组TA记录脊髓诱发电位中、晚期响应振幅及峰下面积有一定程度的恢复。
  6.BMS评分显示,经l Hz,5Hz,30Hz,40Hz闭环性电刺激训练组与未经闭环性电刺激组后肢运动功能无明显恢复。经10Hz,15Hz,20Hz闭环性电刺激训练后,脊髓损伤小鼠的后肢运动功能得到了一定程度的恢复。
  7.HE染色的结果显示,脊髓损伤小鼠经10Hz,20Hz闭环性电刺激后,TA肌间隙显著减小。
  8.Whole.mount染色结果显示脊髓损伤小鼠经10Hz,20Hz闭环性电刺激训练后,可促进外周神经对NMJ的支配。
  结论:
  小鼠脊髓L2-L4节段硬膜外电刺激,TA记录的诱发电位包括电信号通过传出神经到达TA引起的早期响应,兴奋运动神经元引起的中期响应及兴奋中间神经元引起的多突触传递的晚期响应。基于电生理信号特征的探究,建立了模拟感觉一运动神经环路信号发放的闭环性电刺激系统,确定了硬膜外电刺激强度为400-600mV,刺激发放50ms后,TA给予l V电刺激强度的闭环性电刺激训练模式。筛选出促进脊髓诱发电位中、晚期波形恢复的闭环性电刺激频率,经10.20脊髓闭环性电刺激系统及模型的建立中文摘要Hz的特定频率闭环性电刺激能促进脊髓损伤后小鼠中、晚期波形恢复,同时能有效改善后肢运动功能,减缓肌萎缩,促进外周神经对NMJ的支配。
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