前肢的运动机能的恢复机理后在大鼠颈脊髓半切术:电生理学的验证

文摘

本研究的目的是电生理评估成年老鼠的皮质脊髓束和运动机能的恢复他们的前肢后颈线半切术。39岁的成年老鼠使用、复合肌肉动作电位(CMAPs)前肢的15大鼠进行评估,在他们收到离开C5节段脊髓半切术,通过刺激延髓的金字塔使用令人兴奋的微电极一侧。所有15个老鼠表现出侧电活动,但他们CMAPs一半切除后消失。其余24老鼠收到半切术,12 CMAPs老鼠评估随着时间的推移,研究他们的恢复时间。他们都表现出电活动的前肢在手术后4周。剩下的12个老鼠收到额外的C2节段半切术,和变体之间的CMAPs手术前后检查。右边的12大鼠接受额外的半切术表现出没有电活动反应的刺激双方的金字塔。这些结果表明,切除和健康之间的路径的变化,腹侧皮质脊髓束的激活,propriospinal神经元参与颈脊髓损伤后运动功能的恢复。

1。介绍

认为中枢神经系统受损将永远不会恢复(1),但我们报道,一旦瘫痪的幼年大鼠前肢的运动功能恢复由于发生了重大变化,在脑损伤后的皮质脊髓束路径(2]。我们也评估了这些老鼠的前肢的运动机能后颈线半切术和报道,恢复运动功能在老鼠大约60%的青少年和40%的成年大鼠(3]。

在过去的解剖实验验证在啮齿动物皮质脊髓束损伤,据报道,不仅轴突re-elongation和抵押品萌芽发生在受损的部分还完整的神经元的轴突延长新分支的地方除了伤害,从而使后肢比前肢恢复(4- - - - - -6]。然而,这个恢复过程从来没有电生理学的验证。

本研究的目的是电生理评估成年老鼠的皮质脊髓束,然后电生理验证后随着时间的推移,前肢的运动机能的恢复颈线半切术,最后,研究补偿途径的恢复运动功能进行一个额外的半切术。

2。材料和方法

2.1。动物

39 twelve-week-old男性威斯特大鼠作为实验动物,15用于初步实验前颈脊髓节段半切术的初步实验老鼠(集团),剩下的24收到颈线半切术没有受到初步的实验(半切术组大鼠)。

2.2。外科手术

动物是由腹腔麻醉管理甲苯噻嗪(10毫克/公斤;德国拜耳医疗、Monheim)和氯胺酮(90毫克/公斤;第一三共制药,日本东京)。在手术过程中监测生命体征,直肠温度、动脉氧饱和度,心率和呼吸率连续测量。

半切术是表现如下:老鼠是固定在脑立体定位器,被曝光后的薄片方法C2和C5椎板切除术是在C3和C4。在这部分解剖硬脑膜后,颈脊髓半切术在左边C5片段进行2毫米的宽度方向头部到尾部,根据长谷川合著者的方法,防止readhesion神经的解剖部分(图1)[3]。这些动物皮下接种(南)注射丁丙诺啡(0.02毫克/公斤;大冢,东京,日本)每隔12小时3天作为术后镇痛,除了肌肉(坜)注射青霉素G(22000单位/千克;Tsumura & Co .)、东京、日本)每隔3天24小时作为抗菌药物预防。

一个额外的半切术进行12的24把老鼠,6周后第一个半切术。C1和C2薄片被后暴露的方法,进行C2椎板切除术,硬脑膜是解剖,然后对C2节段颈绳(图执行半切术2)。

2.3。电生理过程

电生理评估,Neuropack meb - 2200®测量系统(日本Kohden、东京、日本),ss - 203 j®隔离器(日本Kohden),和森- 3401®microstimulator(日本Kohden)。

公开尾脑干,执行后颅骨切开术,然后一个刺激电极(tk212 - 048®epoxy-insulated微电极;独特的医疗有限公司,日本东京)是安装在左或右金字塔延髓的插入在一个位置接近头部大约1.5毫米和0.5毫米外,在插入和大约30°角向头,obex,分别提供了和恒流刺激(7,8]。

双相情感记录进行检查电势的屈肌和伸肌的肌肉前肢使用电极针。记录电极的屈肌和伸肌,分别安装在位置远离弯头在10毫米的间隔测量复合肌肉动作电位(CMAPs)(图2)。记录频带被设定在3千赫范围从10赫兹,和刺激提供了10次总在下列条件:频率、1赫兹;ISI, 1毫秒;持续时间,0.2毫秒;和火车,3。刺激强度,产生波形的运动阈值被认为是1 T,和主要实验进行2 T,延迟稳定。

2.4。老鼠的初步实验

使用15老鼠初步实验,运动阈值T(1)检查,然后从2 T刺激强度增加到8 T检查增加对波形的影响形成刺激。振幅和延迟记录最优激励强度,允许延迟稳定,然后左C5节段的颈脊髓半切术(图执行3)。

2.5。老鼠为半切术

24的老鼠接受左C5节段半切术不进行初步实验,12评估时间检查其功能恢复的时间,3,分别评估电生理在1,2,4,6周后手术(图3)。

剩下的12把老鼠受到额外的C2节段半切术6周后第一个半切术。他们收到了正确的C2节段半切术在C2椎板级,和电生理评价(图3)。

2.6。CMAPs评价

峰振幅测量屈肌和伸肌。延迟的时间从第一个刺激波形测量的开始。

2.7。评价刺激和半切区域

检查区域的半切颈绳和刺激区域的金字塔,金字塔的39个老鼠经过电生理评估被烧死在20 mA, 50赫兹5分钟。然后,病理标本准备如下:在全身麻醉下进行管理50毫克/公斤的戊巴比妥钠进入腹部,血被使用磷酸盐(PBS),并使用4%多聚甲醛灌注固定进行缓冲溶液。延髓、颈线的宽度大约10毫米被削减,刺激区域的金字塔和受损区域视为中心,使用30%的蔗糖溶液和嵌入式通过冻结。脊髓是切成薄膜厚度为20μ米使用切片机,染色用甲苯胺蓝染色和苏木精和伊红染色,光学显微镜下观察(数字4(一)和4 (b))。

2.8。统计分析

分析提出振幅和延迟,三个人员进行两次测量,顶部和底部离群值被排除在外,而且使用剩余值的平均值。统计分析是由执行Mann-WhitneyU测试比较两组和Steel-Dwass测试三个或更多组的比较,与重要性设置为低于5%的水平。

3所示。结果

3.1。老鼠的初步实验

C5节段半切术之前,运动阈值T(1)老鼠的初步实验为110.5±70.5μ答:为了应对刺激的金字塔(2 T的最佳刺激强度),这一组中的所有老鼠表现出电势在左边。提出平均振幅左前肢的屈肌是780±709μV和其平均延迟8.3±0.95女士,和平均提出振幅左前肢伸肌是1259±1000μV和其平均延迟7.86±0.82 ms。然而,屈肌和伸肌右边CMAPs展出。同样,在反应的刺激了金字塔,所有的老鼠表现出右侧电势。提出平均振幅的前肢屈肌是516±671μV和其平均延迟8.1±0.83女士,和的平均振幅提出正确的前肢伸肌是1238±1191μV和其平均延迟7.76±0.43 ms。屈肌和伸肌左侧展出CMAPs(数字5(一个)和5 (b))。

正确的锥体刺激,刺激强度增加到4 T (480μ一个),然后到8 T (960μ),但是没有记录在CMAPs刺激。同样,左锥体刺激,刺激强度增加到4 T (480μ一个),然后到8 T (960μ),但是没有记录在CMAPs刺激(图6)。

后立即离开节段半切术,在正确的锥体刺激,CMAPs左前肢的屈肌和伸肌(图7)。

3.2。老鼠为半切术

所有6大鼠用于功能恢复的研究在手术后1到2周展出CMAPs侧前肢的屈肌和伸肌的锥体刺激,三分之二的人也表现出CMAPs侧前肢的屈肌和伸肌。同样,在左边的锥体刺激,所有6侧前肢的老鼠表现出CMAPs屈肌和伸肌,其中三分之二展出CMAPs侧前肢的屈肌和伸肌。此外,所有6大鼠用于功能恢复的研究在4到6周后手术展出CMAPs左右双方的反应向右或向左锥体刺激(表1)。

在回答正确的锥体刺激,12组大鼠接受额外的正确的C2节段半切术表现出以下:提出平均振幅左前肢的屈肌的496±784μV和平均延时6.0±1.02毫秒;提出平均振幅的伸肌296±207μV和平均延时6.04±0.95毫秒;提出平均振幅的前肢屈肌的420±226μV和平均延时5.85±1.07毫秒;提出平均振幅的右前肢伸肌的536±391μV和平均延时5.85±1.07 ms。在左边的锥体刺激,该集团表现出以下:提出平均振幅右前肢屈肌的498±333μV和平均延时6.42±1.14毫秒;提出平均振幅的前肢伸肌的526±350μV和平均延时6.28±1.29毫秒;提出平均振幅左前肢的屈肌的580±581μV和平均延时6.29±1.07毫秒;提出平均振幅的左前肢伸肌的569±679μV和平均延时6.48±1.38 ms(数据5(一个)和5 (b))。

之间的对比提出振幅和延迟组大鼠的初步试验和接受额外的C2节段半切术治疗的患者表现出幅值无显著差异,但显著缩短延迟被发现的组获得了额外的C2节段半切术( )(数据5(一个)和5 (b))。

与集团获得了额外的C2节段半切术,对金字塔是刺激,然后对C2节段半切术。提出平均振幅的右前肢屈肌,这是377±195μV平均在手术之前,更改为0μV,提出振幅的右前肢伸肌,这是573±391μV平均在手术之前,也失去了。与此同时,左前肢屈肌的平均提出振幅显著降低从303±254到147±94μV和左前肢伸肌也表现出明显降低232±178到121±77μV,但不会丢失( )(数据8(一)和9(一个))。左锥体刺激的结果,提出平均振幅的右前肢屈肌,这是460±316μV在手术之前,失去了(0μV)和伸肌,也就是496±332μV,丢了(0μV)而提出的平均振幅明显降低被发现的左前肢屈肌,从545±622到227±183μV,也在他们的伸肌,从535±721到220±219μV,不会丢失( )(数据8(b)和9(一个))。显著延长延迟被发现在左侧前肢记录的结果对锥体刺激( ),显著缩短被发现在左侧前肢记录的结果离开锥体刺激( )(图9 (b))。

结果总结如下:所有的大鼠组初步实验表现出侧CMAPs只有当刺激对方的结果在手术之前。所有6大鼠用于功能恢复的研究在4周后半切术开始展出CMAPs两前肢肌肉刺激一侧的结果。虽然没有发现改变振幅,延迟被发现了。作为额外的结果对节段半切术在C2的层面上,这是接近头部,只把一边的电势(图10)。

4所示。讨论

在开发过程中皮质脊髓束的老鼠,领先的轴突是出生后立即在延髓和扩展对腰骶的绳在一段大约3周,达到成年老鼠的状态(9,10]。也Corticofugal投射纤维形成神经元轴突预测中存在的红核、前庭神经核、延髓的腹侧网状核,和球的脑干中缝核,这被认为是参与运动控制(11- - - - - -13]。它已被证实使用成年老鼠,单方面破坏引起的大脑半球在青少年时期(皮质脊髓束轴突仍形成预测尾方向)允许corticofugal下行投射纤维,从大脑皮质感觉运动区未损坏的一侧形成双边轴突投射在每个级别的丘脑(14];纹状体(15];上丘、红核、桥的原子核在中脑(16];锥体交叉(17];和脊髓(18]。我们确认这个双边轴突投射的电生理验证(19]。过去的研究报告病例的颈脊髓挫伤受伤和简单的选择性切割(20.- - - - - -23),但没有报告情况节段颈线半切术进行消除的可能性readhesion的神经纤维把区域。本研究采用这种损伤的方法,因为它允许评估可再生的补偿函数通过清晰地留下完整的部分。另外,关于电生理评估,没有报告情况一边的金字塔是有选择地接受microstimulation评估功能恢复。

电生理结果评估成年大鼠皮质脊髓束的,本研究的首要目标,是如下:只有侧前肢复合肌肉动作电位(CMAPs)记录在回应刺激金字塔的一方面,甚至没有侧CMAPs记录与刺激强度的8倍运动阈值。大鼠皮质脊髓束源于层的锥体神经元V的大脑感觉运动皮质的,沿着内囊和轴突下,大脑脚、腹侧延髓的金字塔。轴突形成预测沿着两条途径:90 - 95%的轴突穿越金字塔,延伸向对面的背细绳,剩下的轴突延伸向同侧脊髓腹侧没有穿越金字塔(24,25]。这样的存在侧ventral-descending神经回路没有证实了电生理评估成年大鼠皮质脊髓束的进行。

关于时间的康复运动麻痹电生理评估,本研究的第二个目标,所有12个老鼠表现出CMAPs前肢肌肉的刺激一侧在手术后4周开始。这个结果符合恢复时间在我们的行为评估的结果(3]。过去的报告也显示类似的结果:复苏在4到6周26,27]。

通过对比提出波形初步实验的老鼠,老鼠的额外的半切术,缩短延迟是后者(图中观察到6、表1)。此外,由于执行额外的对C2节段半切术确认补偿途径的存在,本研究的最后目的,右边的电势是丢失,和电势降低被发现在左边。有各种补偿途径形成的研究报告在受伤后啮齿动物的中枢神经系统。与啮齿动物,即使一半的胸线被切断,他们不失去行走能力,和血清素(5 -羟色胺(5 -))的参与纤维在这种补偿机制报道(28- - - - - -30.]。在这个模型中,激活运动细胞的机制调整电路的步行运动模式(中枢模式发生器(CPG)) (31日- - - - - -33)和5 -纤维的出芽后腰部脊髓水平胸线半切术(29日,30.已经确认。

与成年老鼠接受解剖金字塔的一侧,mAb管理,从健康方面向受损方确认在脑干和脊髓水平后功能恢复(34]。老鼠背的同时,funiculi两边高C3水平完全被切断,据报道,他们的运动功能恢复自然在大约4周;发芽的腹侧皮质脊髓束的确认;此外,腹侧皮质脊髓束切断时,复苏瘫痪(没有被观察到33]。如上所述,也与成年啮齿动物,受损的涌现和健康方面,从腹侧皮质脊髓束已经被证实。前肢的运动机能的同时,作为补偿不同于这些复苏途径,同样propriospinal神经元首次报道了猫。它们形成一个间接corticomotoneuronal途径一起直接途径直接投影从大脑到运动神经元(35- - - - - -38]。propriospinal神经元已报告也存在于灵长类动物和老鼠,他们被认为是极其重要的尤其是手指的运动机能的恢复(39- - - - - -42]。在这项研究中,左propriospinal神经元减少C5节段左颈脊髓半切术。同时,自右propriospinal神经元完好无损,有可能他们参与经济复苏。然而,由于左右的皮质脊髓束在不同的水平,没有发芽的补偿途径不能占整个受损和健康。虽然延迟的扩展因此预期,得到相反的结果由于原因如麻醉深度和神经传导速度的差异之间的背侧和腹侧皮质脊髓束。技术因素也可能参与其中。确定确切的原因,我们认为有必要进行解剖验证神经解剖学的束跟踪。

5。结论

这些结果表明,受损的涌现和健康,腹侧皮质脊髓束的激活,propriospinal神经元复杂参与薪酬的增长路径假设的电生理学的验证(图11)。

信息披露

手稿的一部分提出了在临床神经生理学作为一个社会诉讼(卷128,问题9,2017年9月,页e171-e172)。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢瑞穗Kosuge女士她的援助。这项工作是由日本骨科及创伤学基金会的资助,Inc .(没有。252)。

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