背景:脊髓损伤(SCI)严重影响患者的生理、心理和社会健康。SCI多发生在处于生育高峰的年轻男性,其中90%存在生殖功能障碍,精子质量下降是重要原因之一。SCI男性患者具有独特的精液特征,即浓度正常,而活力、活率下降,形态异常。但损伤后精子质量开始下降的确切时间点、慢性期精子质量是否会随时间持续下降及精子质量特征性变化的原因尚不完全清楚。运动训练是SCI患者不可替代的康复手段。有研究表明,运动训练能够减轻非SCI男性不育症患者精液中促炎性细胞因子和氧化标志物水平,增强抗氧化防御系统,提高精液质量和精子DNA完整性。而运动训练对SCI男性患者精子质量的影响未见研究。运动训练是否对SCI这一特殊男性群体精子质量也有改善作用?不同强度运动训练作用效果如何?以上问题的解决可以帮助临床康复护理人员更全面的了解SCI患者的生理变化,明晰精子质量的时间变化特征及影响因素;进一步认识运动训练对SCI男性患者的康复影响;对康复护理人员为有生育需求的SCI男性患者开展全面评估,选择有针对性的干预措施及更好地制订康复策略,促进患者全面康复具有重要临床意义。精子的发生、成熟涉及到多个器官、组织,过程复杂,受到取材等因素的限制,本研究选择以雄鼠为研究对象,对SCI及SCI运动训练引起的精子质量变化及影响因素做深入探讨。目的:建立规范的SCI大鼠模型,明确SCI后雄鼠精子质量的时间变化特征,分析其影响因素;在此基础上研究不同强度减重步行训练(BWSTT)对SCI雄鼠精子质量的影响。方法:1.大鼠建模方法的研究设计一种新型椎板移除辅助器(LAD),并进行应用效果评估。雄鼠24只,随机均分为N组(正常对照)、CONV组(常规椎板移除)、LAD组(LAD椎板移除)。从切口大小、成功率、手术时长、体重、运动功能(BBB评分、RRMPS步态分析)、脊髓神经功能(tce MEPs)、机体氧化应激(ELISA方法测定血清SOD活力、MDA含量)方面评估LAD的应用效果。2.LAD椎板移除对雄鼠精子质量影响的评估雄鼠12只,随机均分为N组(正常对照)、LAD组(LAD椎板移除)。于术后1周使用血细胞计数板测定附睾精子质量;ELISA方法测定血清FSH、LH、T水平,睾丸组织匀浆SOD活力、MDA含量,精浆IL-1β、IL-6、TNF-α浓度;HE染色观察睾丸组织结构;TUNEL染色观察睾丸生精细胞凋亡。3.SCI雄鼠精子质量的时间变化特征及影响因素雄鼠60只,随机均分为Sham组(只开椎板,不打击脊髓)、SCI组(打击脊髓)。两组大鼠分别于SCI后1、2、3、4、5周各处死6只,测定指标及方法同“方法2”。4.不同强度BWSTT对SCI雄鼠精子质量的影响雄鼠30只,随机均分为Sham组(只开椎板,不打击脊髓)、Sedentary组(打击脊髓,但不进行运动训练)、BWSTT-A组(低强度,7cm/s)、BWSTT-B组(中强度,15cm/s)、BWSTT-C组(高强度,21cm/s)。BWSTT于SCI后14天开始,为期3周。测量指标及方法同“方法2”,此外增加大鼠后肢功能BBB评分及下丘脑Gn RH蛋白表达测定(免疫组化染色法)。结果:1.大鼠建模方法的研究(1)一般情况:与CONV组相比,LAD组手术切口小(1.3cm vs.2.2cm)、操作时间短(4.82±0.67min vs.14.64±1.62min)、成功率高(100%vs.88.89%)。(2)体重:术后1周,CONV组和LAD组体重增长幅度差异无统计学意义,但均低于N组(均有P<0.01)。术后2周、3周,三组大鼠体重增长幅度差异均无统计学意义。(3)后肢运动功能:手术当天麻醉清醒后,与N组相比,CONV组步高降低(左:P<0.01,右:P<0.05),LAD组无显著变化;三组大鼠步长差异无统计学意义。术后1周,三组大鼠步高、步长差异均无统计学意义。(4)脊髓神经传导功能:术后1天、1周,三组大鼠脊髓神经传导潜伏期、波幅差异均无统计学意义。(5)血清SOD活力、MDA含量:术后1周,与N组相比,CONV组、LAD组SOD活力均降低(均有P<0.01);CONV组MDA含量升高(P<0.05),LAD组无显著变化。术后2周、3周,三组大鼠SOD活力、MDA含量差异均无统计学意义。2.LAD椎板移除对雄鼠精子质量影响的评估(1)精子质量:LAD组、N组精子计数、活率、快速前向运动率及异常形态发生率差异均无统计学意义。(2)下丘脑-垂体-睾丸(HPT)轴功能:LAD组、N组血清LH、FSH、T水平差异均无统计学意义。(3)睾丸组织结构、生精细胞凋亡:LAD组、N组睾丸组织生精小管结构均完整,细胞排列有序;生精细胞凋亡指数(AI)差异无统计学意义。(4)睾丸氧化损伤、精浆炎症反应:LAD组、N组睾丸SOD活力、MDA含量,精浆IL-1β、IL-6、TNF-α浓度差异均无统计学意义。3.SCI雄鼠精子质量的时间变化特征及影响因素(1)精子质量:SCI后精子计数无显著变化;活率、快速前向运动率于损伤后1周开始下降,2周下降至最低水平(均有P<0.01);异常形态发生率在损伤后1周无显著改变,2周升高(P<0.01);损伤3周及以后,精子各参数略有好转并保持稳定,但均较Sham组差。(2)HPT轴功能:血清T水平于SCI后1周(P<0.05)、2周(P<0.01)显著降低,3周基本恢复正常,之后保持稳定;血清LH、FSH水平无显著变化。(3)睾丸组织结构、生精细胞凋亡:SCI后1周,可见部分睾丸组织生精小管结构破坏,生精细胞AI升高(P<0.01),损伤后2周变化最明显(P<0.001),3周及以后略有好转并保持稳定,但均较Sham差(均有P<0.01)。(4)睾丸氧化损伤、精浆炎症反应:SCI后睾丸SOD活力显著降低,MDA含量显著升高;精浆IL-1β、IL-6、TNF-α浓度均显著升高,以损伤后1周变化最明显,之后略有好转并保持稳定,但与Sham组相比均存在统计学差异。4.不同强度BWSTT对SCI雄鼠精子质量的影响(1)后肢BBB评分:BWSTT-A组高于Sedentary组(P<0.05);BWSTT-B组、BWSTT-C组又高于BWSTT-A组(均有P<0.05)。(2)精子质量:与Sedentary组相比,BWSTT-A组计数、活率、快速前向运动率均无显著变化,异常形态发生率显著升高(P<0.05);BWST-B组、BWST-C组计数、活率均无显著变化,快速前向运动率均显著降低(均有P<0.05),异常形态发生率均显著升高(均有P<0.001)。BWST-C组异常形态发生率又高于BWSTT-A组(P<0.05)。(3)HPT轴功能:与Sedentary组相比,BWSTT-A组血清LH、FSH、T水平,下丘脑Gn RH蛋白表达均无显著变化;BWSTT-B组、BWSTT-C组血清FSH、T水平,下丘脑Gn RH蛋白表达均显著降低(均有P<0.05);BWSTT-C组血清LH水平亦显著降低(P<0.05)。与BWSTT-A组相比,BWSTT-B组血清T水平显著降低(P<0.05);BWSTT-C组血清FSH、T水平,下丘脑Gn RH蛋白表达均显著降低(均有P<0.05)。(4)睾丸组织结构、生精细胞凋亡:BWSTT-A组生精小管结构略差于Sedentary组;BWSTT-B组、BWSTT-C组睾丸组织结构破环明显,生精小管管腔内精子明显减少。BWSTT-A组生精细胞AI高于Sedentary组(P<0.001);BWSTT-B组、BWSTT-C组又高于BWSTT-A组(P<0.001)。(5)睾丸氧化损伤、精浆炎症反应:与Sedentary组相比,BWST-A组睾丸SOD活力、MDA含量无显著变化;BWST-B组、BWST-C组SOD活力显著降低(均有P<0.05),MDA含量显著升高(均有P<0.01);BWST-B组、BWST-C组MDA含量又高于BWST-A组(均有P<0.05)。与Sedentary组相比,BWSTT-A组精浆IL-1β、IL-6、TNF-α浓度无显著变化;BWSTT-B组、BWSTT-C组TNF-α浓度均显著升高(均有P<0.05);BWSTT-A组、BWSTT-B组、BWSTT-C组比较,精浆IL-1β、IL-6、TNF-α浓度差异均无统计学意义。结论:1.本研究设计了一种新型椎板移除辅助器(LAD),与常规椎板移除方法相比,更适用于SCI建模过程中的椎板移除;亦适合用于精子质量研究的SCI大鼠模型的椎板移除。2.SCI大鼠精子质量的时间变化特征为:损伤后1周开始下降,2周下降至最低水平,慢性期略有好转并保持稳定,但始终低于正常水平。各参数特征为精子计数正常,而活率、快速前向运动率下降,形态异常。3.SCI后HPT轴功能出现短暂抑制,可能参与了SCI早期精子质量下降;SCI后睾丸组织持续存在氧化损伤,是睾丸精子发生异常的一个重要原因;SCI后精浆炎症反应持续存在,是精子质量低下的一个重要原因。4.BWSTT能够促进大鼠后肢运动功能康复,强度越高效果越好。然而,BWSTT却加重SCI大鼠精子质量下降,且强度越高精子质量下降越明显。5.BWSTT能够通过抑制HPT轴功能、增强睾丸组织氧化损伤,严重破坏精子生成和成熟的微环境;同时,BWSTT还能够增加精浆促炎性细胞因子的产生,在运动诱导的精子质量下降中起重要作用。