文摘
周围神经损伤可导致肢体功能的部分或完全丧失,和神经传递是一种有效的手术抢救这些伤害患者。不能剥夺了克服相应的适应不良的皮质区域代表受损的神经可塑性肌肉纤维和感官神经移植后受体被认为是与持久的和不利的功能恢复。然而,中枢神经系统可塑性很少阐明的概念在经典教科书包括周围神经损伤,更别说周围神经转移。本文旨在提供一个全面了解中枢神经系统可塑性包括周围神经损伤评估研究主要在人类或非人类的灵长类动物,通过强调功能和结构修改后的中枢神经系统,外周神经转移。希望它能帮助外科医生执行成功的神经传递神经可塑性的现代概念的指导下。
1。介绍
在临床实践中,周围神经传输(PNT),作为一个有效的医疗干预,已普遍采用在周围神经损伤或颈脊髓损伤患者的手术抢救恢复瘫痪肢体的关键功能(1- - - - - -10]。健康供体神经少的重要角色牺牲和转移到网站受损的神经(8]。PNT后,供体神经的轴突预计功能reinnervate以前瘫痪肌肉恢复良好的伤残肢体的控制。然而,理想的恢复正常的感觉和肌肉控制无法实现即使完成神经再生(11- - - - - -13]。外科医生越来越意识到改变大脑和脊髓的电路由周围神经损伤引起的,它可以对最终产生的负面影响功能恢复。这些变化被称为神经可塑性(14]。
可塑性是一个独特的生物属性,是指中枢神经系统(CNS)的能力来修改本身功能和结构响应的变化或生物体内部和外部环境的要求。这允许对中枢神经系统构造的其他身体部位,如心血管、呼吸系统和消化系统(15]。最令人印象深刻的神经可塑性形式是连续在成年神经发生的能力(16]。神经可塑性的研究涉及周围神经损伤的历史可以追溯到1895年17]。它始于“错误的定位,”现象是指病人无法准确定位一个点对皮肤的刺激正中神经横断后尽管感觉良好的再生纤维(17,18]。在接下来的世纪,大量的动物实验在非人灵长类动物,猫,浣熊进行检查隐式功能和结构修改周围神经损伤引起的中枢神经系统(18- - - - - -20.]。近几十年来,发达的录音技术进一步提高了我们的知识皮层和皮层可塑性的细胞和神经电路在啮齿动物模型水平。同时,大胆氧气等级相关功能性磁共振成像(fMRI)大胆开发在1990年代提供了一个深刻的理解这个问题。然而,神经可塑性很少阐明的概念在经典教科书包括周围神经损伤,更不用说PNT。本文旨在提供一个全面了解审查涉及周围神经损伤的神经可塑性的研究主要集中在人类或非人类的灵长类动物,通过强调PNT后中枢神经系统的功能和结构的修改。
2。涉及周围神经损伤的中枢神经系统的可塑性
2.1。时间后的中枢神经系统可塑性感觉传入神经阻滞和运动Deefferentation
最早的实验研究周围神经伤害有关中枢神经系统的可塑性进行纯粹感觉传入神经阻滞的动物模型,其中包括横断面的正中神经在腕级别(限制传入神经阻滞模型)和切除脊髓背根的(大量的传入神经阻滞模型)(21,22]。感觉传入神经阻滞引起的中枢神经系统的可塑性特点是时间的特性(12]。以限制传入神经阻滞模型为例,代表区域的神经以及(正中神经)初级躯体感觉皮层立即把沉默的刺激相应的皮肤区域,和反应迟钝的状态一般持续几小时(23]。然后,沉默的大脑皮层就响应从邻近皮肤字段输入部分在几小时到几天内的代表地区初级躯体感觉皮质通常毗邻切断神经(22]。立即激活在几小时到几天后神经损伤是由于γ-氨基丁酸受体调节的快速减少快速抑制神经传递在第四层的剥夺大脑皮层区域,允许先前存在的阈下兴奋性输入的展览从邻近皮肤领域(24]。剥夺了皮质区域继续进行以下3到4周内完成领土复活,这是由于加强现有阈下的输入,减少潜在的相关性,持久的γ-氨基丁酸受体在绑定级别后传入神经阻滞(25]。正常的n -甲基- d受体发挥决定性的作用的起始完整领土复活(24,25]。当神经横断结合管理的n -甲基- d受体拮抗剂,剥夺了皮质区域的75%仍然对外围刺激传入神经阻滞(4周后24,25]。戏剧性的内部地形重组,以大脑大致接受字段的锐化更明显的接受领域,坚持重新激活了大脑皮层区域4周后与日常使用和康复(22,23,26,27]。在这个阶段,完整的领土复活的细化是由于upregulation氨甲基膦酸受体,表达潜在的突触和轴突发芽从邻近的皮质区域到贫困地区25,27- - - - - -30.]。另一方面,发芽的皮神经纤维在皮肤上不会出现在所有整个时间框架(31日]。
空间的重组躯体感觉皮质约1 - 2毫米的限制模型,它可以达到大约10 - 20毫米的广泛的模式29日]。脊髓背根的切除在C5级代表广泛的传入神经阻滞导致中枢神经系统相同的重组模式。在猴子,下巴响应区域可以入侵deafferented手皮层在7毫米(宽的距离32]。下巴传入从正常的增长目标,三叉神经核,剥夺了楔形核负责重组(宽度的增加33]。最初反应下巴刺激大脑皮层区域代表手神经支配可以完全废除楔形原子核在脑干的失活32]。在灵长类动物,剥夺大脑皮层区域不能应对面部皮肤刺激在下巴切除后的脊髓背根C5水平。这是由于组织边界限制的新long-projection传入纤维(32]。总之,大规模重组后的初级躯体感觉皮层大量传入神经阻滞增长主要是由于新long-projection传入这发生在脑干和丘脑核的水平而不是皮质区域的塑性(33- - - - - -38]。除了增长long-projection传入,增加神经胶质激活在丘脑反映外周传入纤维的连续改变也揭示了正电子发射计算机断层扫描在人类可以持续多年后传入神经阻滞(39]。
电动机的横断纤维直接排除了信息运动皮层的流出,和大脑皮层的运动区域对应于去除神经支配的肌肉也立即把沉默(40,41]。几个小时后,沉默的运动皮层下行投射的转移到新的肌肉组织。剥夺了电动机的电刺激区域可以产生肌肉的活动最初由相邻运动表征(41- - - - - -43]。以前臂截肢为例,肩膀表示初级运动皮层迅速侵入邻近地区的前臂肌肉在一周内,呈现显著增加皮层大小(40]。在灵长类动物前肢截肢,刺激的运动皮层,原本负责远端肌肉的运动功能,带来的近端肌肉收缩前翼树桩和肩膀44,45]。经颅磁刺激和正电子发射断层扫描检查显示增大手表示与内侧转移到原始的大脑皮层在人类面临地区遭受一段长期的面部麻痹(46,47]。这表明仅仅是电机deefferentation足够刺激以及成年人皮质的变化(40,43,47]。表示几小时的快速转移是由于先前存在的解剖框架,水平预测的初级运动皮层,遍历表示边界而不是形成新的突触联系或地方发芽(48,49]。
2.2。中枢神经系统的可塑性包括周围神经损伤和再生
中枢神经系统的可塑性包括周围神经损伤与神经损伤和再生的生理过程。起初,代表的皮质区域受伤神经把沉默;他们很快被邻皮质区域应对侵略其他输入或产生新的肌肉激活(收复阶段)。在人类社会,寻求两点歧视嘴唇附近的观察能力,有刺激的定位错觉的尺骨一边第四局部麻醉后第三个手指封锁径向和正中神经(50]。短暂的麻醉传入神经阻滞的桡神经在肘部被发现导致快速调制正中神经皮层处理的输入和输出在人类51]。然后,有一个阶段的皮层组织显示神经损伤和再生的联合效应(中间阶段)(31日]。沉默的复活的躯体感觉皮质区域一般出现在一个特定的方式,反映出连续的近端到远端感觉神经再生过程(31日]。完整的再生后,皮质地形重建,受伤前periphery-to-cortex通讯可以重新连接52]。最后,内部地形重组可以坚持躯体感觉皮质和重塑康复或日常使用(内部装修阶段)。然而,受伤前皮质地形不能完全恢复(31日]。恢复皮质地形不同取决于神经损伤的类型,即粉碎或横断52]。神经横断更可能导致误导比神经轴突产物镇压,导致大脑改变表示(52]。猴子切断和再生正中神经,记录网站异常位置或多个皮肤接受字段和重建等主要地形变化不连续的小块的数字表示皮层公布(31日]。相比之下,几乎正常的手表示,在proximal-to-distal(皮肤palmar-to-digital)皮质安排和连续的方式,恢复后,可以观察到碎正中神经损伤(31日,52]。婴儿猴子可以达到高级地图皮质躯体感觉和感觉功能恢复后正中神经横断与成年人相比(53]。因此,最终恢复正常的程度地形在周围神经损伤后的剥夺了躯体感觉皮质取决于正确的轴突产物。关于运动神经病变,长期变化在更高的运动皮质水平包括相应的收缩区域代表受伤的外围传出,其兴奋性降低,可以观察到即使完成神经再生(54]。
在临床实践中,神经修复或转移通常是执行一个或几个月后周围神经损伤。周围神经损伤后再生,Ia传入信息从腹侧脊髓肌肉长度和力学是永久地失去了电路,这会降低电动机性能完成后神经再生(55]。神经修复的延迟会导致不可逆的结构修改,恢复正常皮质产生负面影响表示,类似于脊髓吗?不幸的是,很少有实验集中在这个问题上。我们可以证实,剥夺大脑皮层区域可以被重新激活原有或新指控甚至经过一段长时间的不足。经过四年的去神经,手和手臂表示可以返回到原来的皮质手移植手术后6个月(56]。因此,皮质激活不能功能恢复的主要障碍患者周围神经损伤。
3所示。周围神经转移后中枢神经系统可塑性
神经传输可以被认为是一种特殊场景的周围神经损伤和再生。后神经再生的生理过程PNT由以下三个阶段:(1)健康供体神经的横断面,(2)供体神经的再生成目标肌肉或皮肤区域(形态神经移植术),和(3)转换从形态神经移植到功能性神经移植术。在中枢神经系统功能和结构变化PNT在前两个阶段类似于那些包括周围神经损伤。可以认为是误导轴突再生神经纤维结果考虑到恢复正常皮质地形,最初代表供体神经。因此,组织良好的供体神经的皮质区域往往变成了一个不明确的,美轮美奂的地区第三阶段后PNT [11]。然而,中枢神经系统的可塑性在第三阶段起着重要作用,更好的功能恢复。这个还没有充分认识到在临床实践中。
3.1。中枢神经系统可塑性涉及交叉运动神经的再生
3.1.1。固有的解剖和生理特征导致的神经可塑性良好的临床结果的运动皮层神经传递
欧柏林的过程(其中一个分册的尺骨神经支配的屈腕ulnaris转移到肌皮神经)是神经传递的一个典型的例子;最初开发和执行,1994年,多年来,变成了一线程序恢复屈肘由于其成功率≥90% (57]。取得了类似的优秀结果部分同侧C7转移和radial-to-axillary神经传输(58- - - - - -60]。良好的临床结果被归因于距离短神经再生和中枢神经系统的可塑性12]。使用欧柏林的过程为例,吻合站点之间的距离和有针对性的肱二头肌是不超过几厘米,显著减少有害影响的长时间的去神经(12]。关于神经可塑性,代表供体和受体的皮质区域运动皮层神经是相邻的,可能会收到部分相同的下行皮质脊髓的预测。
众所周知,上、中、下焦,和更低的臂神经丛的树干发出神经分支和支配上肢的肌肉(61年]。皮质脊髓的预测连接到三个臂神经丛的树干是发现在初级运动皮层,次级运动皮层,初级躯体感觉皮层,和次级躯体感觉皮质,三分之一的人连接到两个箱子(61年]。相当数量的皮质脊髓的神经元刺激活动颈椎和腰椎脊髓(62年]。因此,我们可以推断部分皮质脊髓的最初预测连接尺(供体神经)和肌皮神经(受体神经)。可检测活化的皮质区域在弯曲肘部受伤的病人经历了欧柏林的运营是类似于观察健康志愿者(63年]。同时,发现皮质脊髓的神经元表现出异构相关性,与运动包括沉默、不加选择地活跃,movement-active, quiescence-active州(64年]。单个细胞可导致小说跨天(皮质脊髓的活动和运动之间的联系64年]。因此,神经可塑性(图的两个原则1),导致优秀的临床结果的病人接受欧柏林的过程如下:(1)代表供体和受体神经皮层区域是相邻的,接收部分常见的皮质脊髓的预测运动皮层和(2)的动态变化的生理皮质脊髓的神经元和运动之间的相关性12,64年]。
3.1.2。皮质转移现象导致温和PNT结果
Intercostal-to-musculocutaneous神经转移患者执行完整的臂神经丛崩裂,平均成功率为60% - -70%,可以作为一个典型的方法对于理解大脑皮层转移现象(图2)。在功能恢复的开始,肱二头肌的收缩肌肉应该持续运动在吸气或呼气65年]。intercostal-to-musculocutaneous神经传输1到2年后,屈肘逐渐可以保持没有呼吸运动的援助65年]。同时,呼吸之间完全独立和屈肘运动永远无法实现(65年]。唤起最运动皮层的兴奋区域运动诱发电位的神经肱二头肌肌肉呈逐渐从肋间肌肉的皮质地图转向臂领土在同一1-2-year intercostal-to-musculocutaneous神经传输之后。这被称为皮质转移现象(65年]。既存的皮层中间神经元网络的连接与肋间臂表示皮质脊髓的神经元被认为是负责这种皮质转移现象(65年,66年]。同样,患者完整的臂神经丛崩裂,他收到phrenic-to-musculocutaneous神经传输恢复屈肘,有相同的临床恢复和皮质的转移现象的运动皮层在第三阶段那些intercostal-to-musculocutaneous神经传输(67年]。大胆的功能磁共振成像数据分析使用动态因果建模方法表明,新的神经可塑性之间的连接臂和膜片面积确实发生66年]。皮质的一部分地区代表膈神经可能逐渐分离电荷的新屈肘功能(66年,67年]。分离和原始的皮层区域之间的联系减弱,和分离皮层区域与剥夺臂区域[新连接66年,67年]。最后,代表手臂区域的皮质区域提供运动控制命令肘部弯曲的颈脊髓通过新的继电器隔膜区域(66年,67年]。从这个角度看,供体和受体神经必须有一些水平两者之间的内在联系运动区,皮质转移现象[奠定了基础12,66年]。投影距离的既存的皮层中间神经元网络(水平内在连接)可能决定皮质转移现象的发生(12,66年]。吻合的技术,end-to-side或端到端neurorrhaphy在PNT似乎确定电动机的模式组织(68年]。在啮齿动物intercostal-to-musculocutaneous神经传输,肱二头肌肌肉的运动表示完全恢复到原始的二头肌区10个月后端到端传输(68年]。在同一时间点,肱二头肌的一部分表示仍在最初的膜片面积end-to-side组表现为局部皮质转移(68年]。同样,皮质隔膜和手臂地区患者的就业end-to-side neurorrhaphy phrenic-to-musculocutaneous神经传输期间被激活在肘部弯曲(69年]。
欧柏林的过程和intercostal-to-musculocutaneous神经转移曾恢复屈肘。关于欧柏林的过程中,供体神经束支配的屈腕ulnaris最初负责手腕和肘部弯曲,这是协同的运动受肌皮神经支配。然而,肋间神经,用于intercostal-to-musculocutaneous神经传输,是灵感的神经完全无关的屈肘/过期。供体和受体之间的差异运动神经也是一个重要因素来确定临床结果(12]。
侧C7神经转移是患者治疗臂丛撕裂损伤恢复肩部绑架和肘部弯曲(70年]。在这些患者中,大胆的fMRI还显示,经过神经移植的上肢的运动皮层表示从侧转移到对侧半球后长期改造(71年]。受伤的肢体可以移动通过刺激侧运动皮层(72年]。侧运动皮层的解剖路径和机制控制的运动受伤后前肢侧C7神经转移发生通过皮层下连接(73年]。在患者中,高水平的脑葡萄糖代谢的胼胝体呈正相关,运动康复的受伤的手侧C7神经转移(4年之后74年]。
同侧和对侧的皮质的存在转移后PNT演示了其良好的运动恢复和自主运动控制至关重要,这可能是由于修改的兴奋性预测从一层一层II / III V的初级运动皮层(75年]。此外,皮质脊髓的神经元和层次也在第五层收到一层一层II / III预测V(侧皮质通过胼胝体。皮质转移患者侧C7神经转移也可能是由于侧通过胼胝体的预测。
3.1.3。皮质转移现象的缺乏导致不利PNT结果
永远不可能实现独立自主神经再支配控制肌肉hypoglossal-to-musculocutaneous神经转移后,和不自觉的收缩肱二头肌的肌肉可以诱发或咀嚼交谈12,76年]。同时,只有21%的患者达到M3或更高肘部弯曲强度根据医学研究委员会的指导方针。相比之下,好的结果(92%的成功率)后将单方面hypoglossal-facial神经传输(77年- - - - - -80年]。舌头皮质区和手臂之间的距离表示更大的(图3),这个距离可以使一个新的通路的形成和萌发的皮质转移hypoglossal-to-musculocutaneous神经传输(76年]。
3.1.4。对抗性运动对神经传递的影响
现代概念的可塑性表演时还应该考虑对手神经转移(供体和受体神经支配拮抗的肌肉)。患者近端值和尺神经损伤,将桡神经分支支配伸腕桡侧的短前骨间的神经可以带来完全的恢复手指和拇指屈肌肉力量达到M4 (81年,82年]。旋前肌方肌,伸腕桡侧的短神经肌肉运动分支转移可以产生90%的成功率的重建手腕扩展患者得分M4 C5-8臂丛神经麻痹(83年- - - - - -85年]。同时,部分尺骨神经分支转移的长期的肱三头肌已经完成恢复肘关节扩展,和90%的患者可以达到M4或高肘扩展强度(86年- - - - - -88年]。我们可以得出一个结论,对手上肢神经传输是一种有效的方法。然而,对手下肢神经传输不工作。胫骨branch-to-deep腓神经传输已经完成恢复踝关节背屈,只有大约25%的患者可以达到M3或更大的电动机恢复(89年]。前必须做更多的研究得出最终结论神经可塑性的对手神经传输(12]。
3.2。涉及交叉神经移植的感觉神经的中枢神经系统可塑性
周围神经损伤导致不仅运动功能障碍,而且丧失的感觉90年]。失去保护的感觉,尤其是温度的损失和痛苦感,可能导致二次身体伤害,甚至可以最终妥协的恢复运动功能(90年]。由于这些原因,恢复感觉一直强调和已经完成上、下肢(90年- - - - - -97年]。大脑皮层重组后如何感觉神经的交叉神经移植吗?尺骨神经近端向远端桡神经缝合在手腕级别在一只猴子来解释这个问题98年]。正中神经皮肤一直位于皮质区域应对尺骨神经输入没有皮质术后转移到原始地区,甚至2.9年后(98年]。换句话说,初级躯体感觉皮层的地形相对稳定和保护并不取决于外围感觉输入(99年]。我们应该注意,这感觉皮层组织模式是不同于运动皮层。
4所示。PNT的新的应用程序和神经可塑性的调制PNT后功能恢复更好
PNT已经新执行恢复患者的肢体功能的脊髓损伤,从而导致类似功能的改善治疗肌腱转移(3,4,6,90年]。外科手术进行神经转移应该基于功能水平的脊髓损伤和个人的需要One hundred.]。nonparalyzed的同时,侧C7神经转移到瘫痪的创造性表现在慢性脑损伤患者的痉挛状态改善上肢的影响,和满意的运动功能改善获得为期一年的随访期间(101年]。这侧C7神经的新应用程序,被顾et al ., 1992年开发是基于神经科学深入的基本规则隐含在电动机的区别和感觉皮层组织(102年]。在这些患者中,扩展运动瘫痪的手腕术前与弱激活侧半球(受伤),它变得更加惨淡后1年随访内侧C7神经传输(101年]。新兴的激活区域扩展所产生的侧半球的手腕手臂麻痹可以通过大胆的fMRI显示从8月手术后(101年]。单侧慢性脑损伤患者,同侧半球可以最终负责部分控制的运动机能瘫痪上肢内一年的随访(101年]。
不适应的中央可塑性有助于慢性功能障碍在神经损伤后,技术,重建正常的中央网络信号应该提高功能恢复。运动皮层刺激可以用来提高功能恢复,神经再生和肌肉神经移植后PNT [103年]。直接刺激的运动皮层调节中枢神经系统可塑性PNT[后功能恢复更好12]。最近,闭环迷走神经刺激可以提高改善感觉恢复中央可塑性,即使没有受损的神经本身的变化(13,104年,105年]。康复治疗、药物和电刺激通常用来提高神经再生,促进周围神经损伤后自适应电路变化(106年]。康复疗法结合迷走神经刺激目标可塑性治疗已成为一个新的趋势(105年,106年]。同时,重建的感官输入应该强调加强运动结果在临床实践中。
5。结论
成功的关键PNT现代概念的指导下神经可塑性如下:(1)供体神经应该正确选择目标肌肉;(2)皮质区域代表供体和受体神经应该尽可能接近;(3)术前训练所需的运动激活神经转移应加强;(4)可塑性应加强,特别是在早期阶段的运动再学习;(5)设计良好的康复计划和加强练习后应启动初始运动运动的观察(12,107年]。
的利益冲突
作者报告无利益冲突有关的材料或方法用于研究或指定的结果。
确认
这项工作是支持的博士后资助海军医科大学。