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目的:建立大鼠脊髓损伤(SCI)模型,观察水中平板步行训练对SCI大鼠后肢运动功能及脊髓中脑源性神经营养因子(BDNF)、神经营养因子-3(NT-3)表达的影响,探讨水中平板步行训练在脊髓损伤修复中的作用及其与脊髓可塑性的关系。
方法:将40只成年雄性SD大鼠,随机分为假模组(Sham组)、对照组(Control组)、水疗(HT组)、减重平板训练(BWST组)及水中平板步行(UWTT组),每组8只。除Sham组仅行椎板切除术外,其余各组均用MASCISImpactor建立大鼠SCI模型,训练组于术后1周开始进行不同的康复训练,均训练8周,在术后第1天及第1、3、5、7、9周进行BBB评分,术后9周对各组动物进行爬网格测试(45°斜坡),观察其后肢运动功能的恢复情况。术后9周处死动物,多聚甲醛灌注取材,石蜡包埋切片,用尼氏体染色方法观察脊髓神经细胞中尼氏体的变化,免疫组织化学法检测脊髓中BDNF蛋白和NT-3蛋白的表达。
结果:
1、行为学表现:
(1)BBB评分:除Sham组均为21分外,其余造模组术后1天BBB评分均为0分;术后1周时BBB评分为0~3分,各组比较差异无统计学意义(P>0.05);术后3周和术后5周时,3组训练组大鼠后肢运动功能与Control组相比明显恢复(均P<0.05),且UWTT组高于HT组(P<0.05);术后9周时,UWTT组评分高于其余造模组(均P<0.05)。
(2)爬网格试验:术后9周,假模组均能通过网格坡道攀上平台;Control组大鼠后肢无法攀爬,只能依靠前肢拖行,该组无1只攀上平台;其他3组训练组大鼠均能不同程度地利用后肢运动攀爬,部分能用后肢支撑爬行。HT组有3只攀上平台,BWST组有4只攀上平台;UWTT组有6只攀上平台。
2、尼氏体变化:各组间尼氏体染色总IOD值差异有统计学意义(P<0.05);Control组、HT组、BWST组和UWTT组尼氏体染色总IOD值小于Sham组(均P<0.05);HT组、BWST组和UWTT组尼氏体染色总IOD值大于Control组(均P<0.05);UWTT组与HT组、BWST组相比尼氏体显著增加(均P<0.05);BWST组与HT组相比差异无统计学意义(P>0.05)。
3、BDNF蛋白表达:BDNF蛋白主要定位于脊髓前角神经元胞浆中,在胞核中分布很少。各组间BDNF阳性神经元数及总IOD值差异有统计学意义P<0.05):HT组、BWST组和UWTT组BDNF阳性神经元数及总IOD值大于Control组(均P<0.05);HT组、BWST组及UWTT组之间两两比较差异无统计学意义(均P>0.05)。
4、NT-3蛋白表达:各组间NT-3阳性神经元数及总IOD值差异有统计学意义(P<0.05);HT组、BWST组和UWTT组大于Control组(均P<0.05);UWTT组大于BWST组(P<0.05);UWTT组与HT组无差异(P>0.05)。
结论:
1、参照改良的Allens造模方法,用MASCIS Impactor复制大鼠脊髓损伤模型,操作技术成熟,易于控制和掌握,质量可靠,重复性好。
2、三种康复训练均能促进SCI大鼠后肢运动功能的恢复以及使脊髓神经细胞中尼氏体数量增多,提示康复训练有保护神经细胞、促进神经细胞修复、稳定神经细胞结构的作用,尤以水中平板步行训练效果更为显著。
3、水中平板步行训练能上调脊髓前角细胞BDNF及NT-3蛋白的表达,提示水中平板步行训练促进脊髓损伤功能恢复的机制可能与促进神经营养因子表达有关,从而促进神经元回路重组,增强脊髓可塑性有关。