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背景:许多临床和动物实验证明强制诱导运动疗法(CIMT)可明显改善脑卒中后慢性期的运动功能,但是其促进功能改善的机制仍存在争论。
目的:探索非人灵长类动物脑栓塞后是否存在习得性废用现象,验证CIMT的有效性,研究其作用机制。
方法:①10只恒河猴通过血管内介入方法栓塞利手对侧大脑中动脉制备脑栓塞慢性期模型。②观察猴脑栓塞模型恢复过程中的神经行为学变化,通过小槽任务和阶梯任务连续评价运动功能。当运动功能恢复进入平台期后,动物被分为两组:实验组(CIMT组)和对照组。实验组动物接受CIMT,用固定装置限制健侧上肢活动,动物被迫使用患侧上肢进行任务训练,对照组动物不接受CIMT。以小槽取食平均时间、取食成功率和阶梯任务得分作为测量参数。在栓塞前后及CIMT前后分别行经颅磁刺激(TMS)检查,测量各大脑半球激活位点数、平均波幅,绘制大脑的皮质运动输出图。③CIMT结束后处死动物,取材,电镜观察超微结构改变并进行突触定量分析。行运动感觉相关皮层及病灶周围皮层HE染色、SYN、GFAP、MAP-2和BDNF免疫组织化学染色进行光镜观察,定量分析免疫阳性细胞数及阳性表达灰度值。
结果:①动物存活4只,其中3只为大脑中动脉上干栓塞,均遗留患侧手的运动感觉功能障碍,梗死灶主要位于中央前回,累及部分中央后回。1只为大脑中动脉下干栓塞,未遗留运动感觉障碍。②在动物自然恢复过程中,动物习惯于使用健手完成任务训练。在进行CIMT前,所有的动物均不使用患手操作任务,患手取食成功率是0。实验结束时CIMT组动物患手的运动功能明显改善,主动使用患手完成任务,平均取食时间逐渐缩短,取食成功率明显提高,CIMT40天时成功率达到93％。对照组动物持续不使用患手进行操作。③TMS检查发现CIMT组动物脑栓塞后大脑激活位点数从术前的23个减少到15个,接受CIMT10天后,激活位点数增加到17个,患手对侧大脑半球平均波幅显著增加。CIMT40天后激活位点数增加到20个,平均波幅较CIMT10天时降低。对照组动物脑栓塞后大脑激活位点数从术前的22个减少到15个,自然恢复期结束时激活位点增加1个,之后激活位点数未再变化。④对照组动物栓塞侧半球神经元变性程度及髓鞘板层松散程度较CIMT组动物相应部位严重。CIMT组动物栓塞侧中央前回下部,中央后回上部和下部,病灶后部的突触数目分别是3.76±1.48,11.32±2.39,9.56±1.45,9.64±2.12明显高于对照组相应部位的1.12±1:0.88,5.40±1.61,5.48±1.16,5.16±1.34(P<0.05)。CIMT组动物栓塞侧中央前回上部、下部,中央后回上部、下部,病灶后部及海马的SYN表达灰度值分别是172.15±1.44,163.09±1.76,167.75±2.04,164.68±2.73,172.97±0.40,173.10±2.61,明显低于对照组相应部位180.96±0.37,183.11±2.48,180.45±0.57,181.83±2.20,181.12±0.73,189.11±3.59(p<0.05)。CIMT组动物栓塞侧中央后回上、下部,病灶前部,病灶后部及海马等部位皮层GFAP阳性信号灰度值分别是145.83±2.28,136.05±4.80,148.42±5.04,138.33±7.87,143.96±5.29,明显低于对照组相应皮层的158.92±1.21,167.96±4.67,156.68±4.98,153.67±3.23,157.60±1.89(p<0.05)。而且中央后回上、下部,海马等处的GFAP阳性细胞数分别是51.00±12.66,38.80±11.44,20.20±6.38明显高于对照组对应部位的37.0±5.83,27.60±7.58,12.50±6.12(p<0.05)。CIMT组动物栓塞侧中央前回上、下部,中央后回上、下部,病灶后部的MAP-2灰度值分别是179.69±2.72,167.52±2.46,170.79±2.19,170.94±3.85,171.55±1.73明显低于对照组相应部位的187.68±3.34,178.43±3.24,175.86±1.47,181.74±1.13,178.24±2.18(p<0.05)。中央前回下部、中央后回上部、病灶后部的MAP-2标记阳性神经元分别是8.40±2.53,8.20±3.24,11.60±4.59明显多于对照组相应部位的4.40±1.15,4.20±1.12,7.40±2.25(p<0.05)。CIMT组动物栓塞侧中央后回上部和下部以及病灶后部的BDNF灰度值分别是168.08±1.62,158.78±2.41,178.74±2.04明显低于对照组相应部位的180.85±2.87,187.2±1.71,186.52±1.83,差异有统计学意义(p<0.05)。
结论:①猴脑栓塞后前肢运动功能恢复过程中存在习得性废用现象,阻碍了患侧上肢精细操作能力的进一步改善。CIMT可以明显克服习得性废用,促进患手的运动功能明显改善。②CIMT治疗后患手的皮质运动输出图明显增大。③CIMT可以促进与运动感觉相关和病灶周围区域皮质内的突触数量增多,使皮质的突触联系增强。④CIMT可以促进脑梗死周围及与运动感觉控制或与运动学习相关脑皮质增强表达SYN、GFAP、MAP-2、BDNF。