皮层电刺激联合康复锻炼对大鼠脑缺血模型运动区突触可塑性的作用及机制

运动区皮层电刺激与功能锻炼联合治疗脑卒中肢体功能障碍比单纯锻炼更能提高肢体的功能，并且作用持久。这一现象为动物实验和临床所证实。我们假设可能是由于适合参数的皮层电刺激信号与由于功能锻炼传入的各种感觉信号相联合，在皮质运动区产生了突触传递和突触结构的可塑性改变，导致了康复效果的提高。为了证实这种假设，我们以内皮素1方法制作脑缺血大鼠模型，并对大鼠患肢功能进行评分比较。对模型大鼠予以运动锻炼同时施加电刺激，寻找最适刺激频率。检测模型大鼠运动皮层突触可塑性变化，包括突触传递和突触结构可塑性，前者以长时程增强为指标，后者包括突触超微结构变化和突触可塑性相关蛋白表达的变化。其突触可塑性的改变将从丝裂原活化蛋白激酶信号传导通路，cAMP反应元件结合蛋白的表达，以及胶质细胞对神经元的调节作用着手研究相关变化的具体机制，旨在为临床优化电刺激参数，选择适应症病人及术后有效评估提供依据。

皮层电刺激与功能锻炼联合治疗脑卒中肢体功能障碍比单纯锻炼更能提高肢体的功能，并且作用持久。课题假设可能是由于适合参数的皮层电刺激信号与由于功能锻炼传入的各种感觉信号相联合，在皮质运动区产生了突触传递和突触结构的可塑性改变，导致了康复效果的提高。课题达到以下三个目标：1行为学评估指标：我们成功应用内皮素制作大鼠局灶性脑缺血模型，并在相应缺血区硬膜外放置刺激电极。模型大鼠分为2组“功能锻炼组”和“电刺激+功能锻炼组”进行相应治疗，行为学评分结果显示实验组大鼠抓取成功率高于对照组，统计学上有明显差异。皮层电刺激联合康复锻炼比单纯康复锻炼更能促进大鼠偏瘫前肢运动功能的恢复。 2突触可塑性形态学指标：我们应用免疫组织化学的方法，比较两组模型大鼠，结果显示刺激组大鼠脑缺血皮层运动区微管相关蛋白-2和生长相关蛋白-43的表达比对照组增多，统计学上有明显差异。取缺血侧运动区皮层，电镜下观察突触超微结构改变 ,结果显示刺激组大鼠脑缺血皮层运动区突触数量增多，突触间隙宽度两组未见明显差异。形态学研究提示皮层电刺激联合功能锻炼治疗促进了大鼠突触形态学可塑性。以上两项成果我们已发表核心期刊文章2篇。3 电生理指标：我们原拟寻找最适刺激频率，检测模型大鼠运动皮层是否发生以长时程增强。由于对于自由活动的大鼠神经电生理监测技术掌握不稳定，实验未获得满意结果。此后我们选取离体脑片应用平面微电极阵列等技术在突触网络水平进行突触可塑性的电生理研究，亦未获得成功。我们计划与加州大学旧金山分校神经外科实验室合作，继续此部分的研究。在课题进行中，国外临床III期结果发表，提示皮层电刺激治疗方法可能依赖皮质-脊髓通路的完整性才能提高患肢功能，。我们增加了实验内容，假设皮层电刺激可以通过皮质-脊髓束等神经网络，在中枢神经系统多个部位产生神经可塑性和学习记忆的改变。我们应用免疫组化的方法检测缺血周围运动皮层、海马、小脑及对侧颈髓前角等部位相关蛋白的变化，发现刺激组大鼠的梗塞灶周边区和对侧颈髓前角区的MAP-2值增加， GFAP值降低，NeuN没有变化，在海马NMDA受体增加等。结果提示皮层电刺激能促进大鼠神经网络上多部位的突触可塑性，不过需要依赖神经网络的相对完整；在选择适应症的基础上，皮层电刺激治疗仍然是局灶性脑缺血后康复治疗的一种有效手段。相应结果为brain research网上发表。其他论文在书写中。