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穿梭箱训练对脑梗死恢复期大鼠 认知功能的影响
点击次数:420 发布时间:2019-12-04

重复经颅磁刺激结合穿梭箱训练对脑梗死恢复期大鼠 认知功能的影响

 

目的:比较重复经颅磁刺激(repetitive transcranial magnetic stilation,rTMS)单独或与穿梭箱训练结合对短暂性 大脑中动脉闭塞(transient middle cerebral artery occlusion,tMCAO)大鼠恢复期认知功能的影响。

方法:60只雄性SD大鼠经tMCAO术后,根据神经功能评分分为5:rTMS刺激组(n=7)、训练组(n=8)rTMS结合 训练组(n=7)对照组(n=7)假手术组(n=6)于术后7天开始进行20Hz rTMS/或穿梭箱训练,术后第17142128天进行改良神经功能缺陷程度评分(mNSS )术后第28天进行Morris水迷宫实验。

结果:28天时rTMS结合训练组(P<0.001)rTMS刺激组(P<0.05)mNSS评分均低于对照组。水迷宫实验第

1 5天训练组及对照组平均逃避潜伏期较假手术长(P<0.05)3rTMS结合训练组的平均逃避潜伏期较rTMS 组及训练组短CP<0.05)对照组穿越平台次数较假手术组少(P<0.05)rTMS结合训练组穿越平台次数较rTMS 组、训练组及对照组多(P<0.05)

结论:rTMS结合穿梭箱训练可以改善脑梗死恢复期大鼠的认知功能,效果优于单一的rTMS刺激或训练。

关键词重复经颅磁刺激;短暂性大脑中动脉闭塞;恢复期;认知功能

 

我国每年新发的脑卒中病例超过240万,其中 脑梗死患者占76%[|_2],脑梗死常导致运动功能和进 行性认知功能等障碍。研究表明[3],30%以上的脑卒 中患者在发病3个月内出现认知障碍,与无认知障 碍的患者相比,存在认知障碍的患者在其他受损功 能的恢复上也受到严重影响,但目前针对脑卒中后 认知功能障碍(post- stroke cognitive impairment, PSCI)的治疗手段仍有限。重复经颅磁刺激(repeti-tive transcranial magnetic stimulation, rTMS)一■ 种非侵人性的神经刺激技术,其作用在刺激结束后 可维持1—2h已被逐渐用于PSCI的治疗'目前 临床上有rTMS联合认知功能训练改善脑卒中患者 认知功能的研究[5],但其作用机制尚不明确。本研 究假设,rTMS结合即刻认知功能训练对认知功能 的改善具有易化作用,效果优于单独的刺激或训 练。为此,本研究比较了重复经颅磁刺激与认知功 能训练单一治疗或联合治疗对短暂性大脑中动脉闭 塞(transient middle cerebral artery occlusion, tM- CAO)大鼠恢复期认知功能的影响,为rTMS临床应 用方案提供理论依据,为进一步研究机制打下基础。

1材料与方法

1.1实验材料

1.1.1实验动物SPF级雄性SD大鼠60只,体重 240—260g由广东省中医药大学动物实验中心提 供,许可证号:SCXK(粤)2013-0034,所有动物均饲 养于中山大学(生命科学学院中药与海洋药物实验 室)SPF级实验环境中,许可证号SYXK(粤)2014- 0020,采用已消毒颗粒型大鼠饲料喂养,饮用消毒灭 菌水,环境温度控制在20—25°C

1.1.2主要仪器与试剂XR-XC105型水迷宫视频 分析系统上海欣软信息科技有限公司),CCY-I型 磁场刺激仪武汉依瑞德医疗设备新技术有限公 司),XR-XC105型穿梭实验视频分析系统(Shuttle- box system) (上海欣 软信息 科技有 限公司

3讨论

作为近年来新兴的非侵人性脑刺激技术,rTMS 已被广泛应用于多种疾病的诊断和治疗,如抑郁症、 脑卒中、帕金森病等[|4-|6],临床上也逐渐将rTMS

PSCI的治疗手段之」17]。[卩等[18]的研究表明, rTMS能改善脑卒中患者的认知和记忆功能,且治 疗效果持续2个月。另外,在基础实验研究方面, Guo[4]SD大鼠的tMCAO模型进行10HzrT-MS 干预 ,并用水迷宫实验检测认知功能 ,发现 rT-MS 组大鼠的认知功能较对照组有显著改善。

目前关于rTMS干预脑梗死后认知功能障碍的 动物实验研究多数集中于脑梗死后急性期(24h后) 且干预时间较短,一般不超过7 — 14天[10州。然而在 临床上,将rTMS应用于急性期脑卒中患者通常是 不可行的。此外,一般认为受损大脑在急性期非常 容易受到过度激发[2021], Risedal[22]使用大脑中动 脉闭塞大鼠模型的研究表明,急性期(大脑中动脉闭 塞后24h)的训练增加了组织损伤,延迟训练(闭塞 后7天)能获得更好的效果,说明脑卒中急性期应用 rTMS可能是不利的。我们既往研究表明,脑梗死 后恢复期28—56天的大鼠始终存在认知功能障 碍[23]。本研究对tMCAO术后7天的大鼠进行较长 时间的rTMS干预,并观察对恢复期认知功能障碍 的影响,为本研究的一个创新点,为临床上脑梗死恢 复期患者认知障碍的rTMS治疗提供了实验依据。

在临床的实际应用中有时会将rTMS与传统的 常规治疗相结合。有研究表明rTMS刺激18名健康 受试者的M1S1可以加强对侧手臂运动任务的训 练效果,增强感觉运动能力的学习,表明rTMS可以 改变皮层兴奋性,从而有可能增强后续的训练和学 习效果[24]。刘远文等[25]对脑卒中患者试验组左侧前 额叶背外侧区DLPFC)予以10Hz rTMS刺激及认 知功能训练,对照组仅给予认知功能训练,结果表明 高频rTMS联合认知功能训练可以改善脑卒中患者 的执行功能障碍,且疗效优于单一的认知功能训 练。目前尚未有rTMS结合其他训练干预脑梗死后 认知功能障碍的动物实验研究。本研究将缺血 90min后再灌注的大鼠tMCAO模型作为干预对象 进行rTMS及训练处理,为本实验的另一创新点,也 为深人研究机制打下基础。

穿梭箱训练是一种双向主动回避(two-way ac-tive avoidance, TWAA) 训练,通常用 于检测 动物的 学习记记忆能力及执行决策能力。动物在刚开始接 触电刺激时明显处于应激状态,Stark[26]研究发

 

现,动物在应激状态下受到的压力本身并不能决定 其规避策略的形成。有研究表明,对海马(尤其是海 马腹侧)活动的短暂抑制会干扰主动回避的学习[27], 海马区主要是处理学习、记忆等与认知功能有关任 务的区域,表明TWAA训练可能与认知功能存在密 切关系。动物在受到非条件刺激时逃向安全区,同 时学习与条件刺激的关联,并逐渐形成主动条件反 射,是一个不断强化学习记忆的过程。本研究中将 穿梭箱训练作为认知功能训练,也是本研究创新点 之1'。

研究提示,脑的状态依赖性(brain state depen-dent) 是决定 rTMS 诱导脑可塑性改变的一个关键因 素[28-29]Jung[3]发现,兴奋性或抑制性磁刺激后 即刻进行训练,均可强化运动学习,符合非稳态可塑 性理论(non-homeostatic plasticity)。本研究表明, rTMS后即刻进行穿梭箱认知训练对认知功能改善 效果较单独rTMS治疗及单独认知训练好,与临床 研究结果一致[25]

20Hz的高频rTMS作用于患侧大脑半球,可引 起长时程增强的作用,产生提高皮层兴奋性的后效, 这一机制可能与双向突触可塑性的bienenstock- cooper-munroBCM)理论有关,该理论的一个基本

原理是突触的近期活动情况影响其当前的反应水 平[31]。本实验中高频rTMS可能是通过改变突触可 塑性,提高皮层兴奋性,加强后续认知功能训练的效 果。有研究发现,TMS可以促进更广泛的树突和轴 突分枝,上调轴突出芽标志物GAP-43的表达[32]。同 时TMS磁刺激区域附近的白质完整性较刺激前有 提高[33_34],有研究表明,白质损伤在脑血管病致认知 功能损害中起重要作用[35],打皿8可能促进神经网络 结构的修复。

本实验初步验证了rTMS结合穿梭箱训练对脑 梗死恢复期大鼠认知功能改善效果较单独rTMS治 疗及单独训练好,但未能在多个时间点动态观察大 鼠认知功能改善的情况,尚未能深人探讨相关机 制。本研究提示临床上对于脑梗死后认知障碍的患 者,可在rTMS刺激后立即对患者进行认知功能训 练,对于患者的康复可能更加有效。我们下一步拟 对rTMS与其他训练相结合对脑梗死恢复期认知功 能影响的机制进行深人探讨。

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