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编号:10270720
缺血前运动训练对小鼠脑局灶缺血后功能恢复的影响
http://www.100md.com 《中国康复医学杂志》 1999年第3期
     作者:高 谦 姚志彬 袁群芳 雷万龙

    单位:高 谦 第三军医大学附属西南医院康复医学科,重庆沙坪坝,400038;姚志彬 袁群芳 雷万龙 中山医科大学解剖学教研室,脑研究室

    关键词:脑缺血;运动训练;康复;小鼠

    缺血前运动训练对小鼠脑局灶缺血后 功能恢复的影响 摘要 目的:探讨在大脑中动脉闭塞前进行运动训练,是否有利于小鼠脑局灶缺血后的功能恢复。方法:选雄性C57BL/6J小鼠23只,随机分两组;缺血前运动组(A, n=11)和不运动对照组(B,n=12),运动组每天跑笼训练1小时,连续14天后两组均电凝右侧大脑中动脉,制成脑梗塞模型,在其后3、7、14天观察动物的行为变化,并在术后14天,取脑,进行尼氏染色,观察梗塞体积。结果:缺血前运动组较对照组功能恢复快(P<0.01);两组梗塞体积,运动组小于对照组(P<0.05);运动组行为变化与梗塞体积成负相关(P<0.05)。结论:缺血前运动训练有助于小鼠脑局灶缺血后的功能恢复,并能减少梗塞灶。
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    Effects of preoperative wheel-running train on the functional outcome after focal brain infarction in mice

    GAO Qian, YAO Zhibin, YUAN Qunfang, et al

    Department of Rehabilitation Medicine, South-Western Hospital of the Third Military Medical University ,Chongqing,400038

    Abstract Objective:To determine whether preoperative wheel-runninng training can enhance the functional outcome after cerebral infarction in mice.Method:Male C57BL/6J mice were trained in running-wheel for 14 days as physical activity group (A,n=11), control group mice (B,n=12) stayed in the normal cages. All the mice were underwent the right middle cerebral artery occlusion (MCAO) with electric coagulation.A battery of three tests that assessed muscle strengh,posture-reflex and balance were performed at day 3,7,14, and infarct volume was calculated at day 14 after MCAO. Result:Group A performed significantly better than group B in motor behavior(P<0.01), after MCAO at day 3,7. Infarct volume in group A was smaller than that in group B (P<0.05). The relationship between infarct volume and behavior were negatively related in group A (P<0.05) but not in Group B (P>0.05) at day 14 after MCAO. Conclusion:The preoperative wheel-running train can enhance the functional outcome and reduce infarct volume.
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    Key words Cerebral infarction;Physical activity;Rehabilitation;Mouse

    脑卒中发生后,动物出现严重的功能障碍〔1〕。有实验研究表明〔2〕,将大鼠在大脑中动脉结扎术前、术后均置于“丰富环境”中,动物的功能结局较术后置于“丰富环境”中的好。所谓“丰富环境”包括社会、运动、操纵等多种因素。本研究选取其中的一个重要因素——运动,研究在梗塞前给予运动训练,是否可能减轻脑梗塞损害,有益于功能恢复。

    1 材料与方法

    1.1 转笼设备


    转笼由3部分组成,铁架共6层,最上层安装中心控制器与计数器(自动记录小鼠的跑圈数),下面5层安装转笼。
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    1.2 术前处理 选雄性C57BL/6J小鼠(中山医科大学实验动物中心提供)25只,5月龄,体重约25克。随机分为2组,术前运动组(A组,n=12),将小鼠放在转笼中,小鼠自动跑,每天1小时,共跑14天。对照组(B组,n=13),正常置于转笼中,但转笼固定不转动。运动训练在动物暗周期:晚6点到10点完成。两组动物均置于安静的动物房内饲养。

    1.3 大脑中动脉梗塞(middle cerebral artery occlusion,MCAO)模型 运动训练14天后,两组小鼠均用氯胺酮1.5mg/kg麻醉,体温保持在近37℃。开颅后,在4×4倍显微镜下,找到近端右侧大脑中动脉〔4〕,电凝。为缩短手术时间,防止影响小鼠行为学测定,动物不加温不测血压及血气。手术在20min内完成。

    1.4 行为学测定

, 百拇医药     采用修订的Combs DJ〔3〕方法。 行为学测定在手术后3、7、14天进行。由两位观察者进行打分,记录平均分数。所有的每项行为测定完后,均休息2~3min,以防止动物疲劳。行为测定在安静的环境中进行(表1)。

    表1 行为测定记分标准

    分数

    斜板

    平衡木

    肌力

    0

    0~5s滑下

    不能维持平衡

    吊在绳上0~2s
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    1

    6~10s滑下

    保持10s

    吊在绳上3~4s

    2

    11~14s滑下

    保持11~20s

    吊在绳上5s,无第3个肢体上绳

    3

    在板上15s

    保持21~30s

    吊在绳上5s
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    将放在绳上

    总行为测定计分为9分

    1.4.1 斜板测验:斜板为28×30cm,可从水平0°至垂直90°旋转,其上格子为0.6×0.7cm,斜板下有5cm 厚泡沫塑料,距斜板70cm高。将小鼠水平放置,斜板转至90°。最长维持时间15s。

    1.4.2 平衡木测验:测定其运动整合及协调能力。平衡木长2m,宽1.5mm,高8cm,置于高于地面1.5m的墙旁。

    1.4.3 肌力测验:直径0.25cm尼龙绳,长46cm,置于距地面70cm高度上,其下放置高3.5cm泡沫箱。将鼠前爪放在绳上、放开,记录鼠在绳上的时间。

    1.5 组织病理学

    完成上述行为学测定后,所有小鼠均在氯胺酮麻醉下,开胸经心尖插管至主动脉根部,快速灌注生理盐水50ml,连续先快后慢灌0~4℃4%多聚甲醛80ml,在45min左右灌完。迅速开颅取脑组织,固定2h,移入30%蔗糖液中至脑组织块沉底。冰冻连续冠状切片40μm,每6片取1片为标本,每片间距240μm,进行尼氏染色。每鼠10张切片,用计算机图像分析系统,以左侧大脑半球的像素大小减去右侧保留的像素,得出梗塞面积,根据切片面积与每片间距离,用Cavalieri原理,直接计算出梗塞体积。用百分数表示(占正常脑半球的百分数)。
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    1.6 统计分析

    行为学测定结果两组间比较用t检验,两组梗塞体积比较用秩和检验。梗塞体积与行为关系采用Spearman等级相关分析。显著性水平定为0.05。

    2 结果 运动组1只鼠手术时因麻醉过深死亡,对照组在术后第2天死亡1只,原因不明。运动组11只小鼠,对照组12只小鼠进行分析。

    运动量:运动组平均每天每小时跑笼圈数为1507±383,每圈周长为0.5m。对照组每天正常活动。

    行为测量结果:见表2。行为测量总分第5天、第7天,运动组均较对照组好,第14天,运动组较对照组好,但两组无显著差异。

    表2 行为测量总计分 (Image143.gif (855 bytes)±s)
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    天 数

    运动组(11例)

    对照组(12例)

    t值

    P值

    3

    3.82±1.26

    1.66±1.15

    4.74

    <0.01

    7

    6.36±1.30

    3.66±0.88
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    7.31

    <0.01

    14

    8.27±1.76

    7.00±1.12

    1.36

    >0.05

    梗塞体积比较:MCAO后14天梗塞体积结果(Image143.gif (855 bytes)±s):运动组为25.37±3.1,对照组为27.91±3.42。运动组较对照组梗塞体积小,经秩和检验,两组有显著性差异(P<0.05)。
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    行为变化与梗塞体积的相关性:MCAO后14天梗塞体积与行为变化Spearman等级相关分析结果:运动组(11例):r=-0.64,P<0.05;对照组(12例)r=0.24,P>0.05。运动行为与梗塞体积呈负相关,差异有显著性。而梗塞前不运动组即对照组,运动行为与梗塞体积无相关性。差异无显著性。

    3 讨论 本研究发现,脑梗塞前进行适量的运动训练,可减轻脑损害,有利于MCAO后的功能恢复。脑梗塞前运动训练动物与不运动训练动物,脑梗塞后定量组织病理学观察发现,均存在有神经元损害。而梗塞前运动鼠损害减轻,梗塞体积减小。本实验证实,运动训练对神经元有保护作用。

    有资料表明〔3~5〕:脑梗塞后的功能恢复,有两个病理过程参与,即失能(diaschisis-like)区的功能重新出现,或通过神经系统的功能重组。本实验发现,MCAO术后,小鼠的行为快速恢复,似乎不支持神经系统的功能重组,更趋于支持是失能区的功能重现所致。进行运动训练,不仅在训练的当时能使神经系统功能活动发生短暂的变化,而且还能起到“锻炼和加强”大脑皮质的活动能力的作用,使神经系统的兴奋性、灵活性和反应性都大为改善。即运动具有健脑的作用。运动可促进大脑皮层厚度增加,蛋白质含量增加及新的血管生成〔6〕。运动也可增加脑内的NE、Ach等神经递质分泌〔7〕。运动的脑保护作用,尽管这些实验证据在本研究发现中所起的作用及意义有多大尚不清楚,但这些均支持运动可抑制缺血后神经元死亡的观点。
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    本研究发现梗塞前运动组较对照组梗塞体积小,且在运动组,梗塞体积越小,行为恢复越快,呈负相关。说明运动训练具有一定的脑保护作用,使梗塞减轻,神经元损失少,失能区功能恢复加快。而不运动组,梗塞体积与行为恢复无相关性,这与Florence〔8〕报告的结果相似。说明自然恢复的动物,在一定范围内,可能梗塞体积与行为恢复无关。运动的脑保护机制,也可能是由于运动影响了兴奋性氨基酸的释放〔8~10〕。它诱导了同源性鸦片系统与谷氨酸递质相互作用发生变化。鸦片与吗啡类物质是N-甲基-D-门冬氨酸(NMDA)受体的非竞争性拮抗剂,运动增加了内源性鸦片类物质释放,抑制了梗塞后发生的谷氨酸对NMDA受体的兴奋性毒性刺激,从而减轻了脑损害。本研究所有动物均用相同性别,种系、年龄体重有可比性,随机分组。麻醉、行为测定均采用盲法。通常定量评定脑梗塞损害比较困难。本研究用正确的解剖标志,计算机图像分析,避免了研究者的主观偏性。本实验采用每日定时、适量的重复自主运动训练,运动量每天1小时〔11〕,不同于游泳等过量的疲劳性运动实验。关于在第14 天,运动组与对照组的行为变化无显著性差异,可能是测量工具不敏感或运动的脑保护作用消失,有待进一步研究。
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    总之,运动训练对脑缺血有保护作用,其机制尚不明确。深入研究这一现象的产生机制,对预防脑卒中发生,防止残损加重及改进脑卒中的功能结局均有意义。

    4 参考文献 [1]Rileck,CE, Wade DT, Langton HR,et al. Recovery after stroke. J Neurol Neurosurg Psychiatry,1983,14:5.

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    收稿日期:1998-12-22, http://www.100md.com