不同參數的重復經顱磁刺激對大鼠血清腦源性神經營養因子的影響

董國英 陳 霞 周先舉 王林曉

南京醫科大學附屬常州市第二人民醫院神經疾病研究室，江蘇常州 213003

重復經顱磁刺激（rTMS）作為一項無痛無創、安全有效且操作簡便的診斷和治療方法，在神經精神領域具有廣闊的應用前景［1-3］。rTMS 作用效果受刺激線圈、方向、部位、強度、頻率等多種因素影響，不同刺激參數可對皮層產生興奮或抑制作用，進而使大腦內部發生可塑性變化［4-6］。然而，目前分子機制尚不完全清楚，有待進一步研究。腦源性神經營養因子（BDNF）作為神經營養因子家族成員之一，在促進突觸可塑性、神經元網絡重構和神經元存活中發揮重要的作用［7-9］。在2000 年，Muller 等［10］發現長期rTMS 導致腦內BDNF表達上調，從而促進神經保護，揭示BDNF 可能是rTMS發揮突觸可塑性和神經元成活的重要中介［11-12］。本研究旨在研究低頻1 Hz rTMS、高頻10 Hz rTMS 和間斷θ 節律性刺激（iTBS）3 種模式的rTMS 在不同刺激強度下對BDNF 的影響，為rTMS 的基礎研究和臨床治療的方案選擇提供參考。

1 材料與方法

1.1 實驗動物

健康雄性Sprague-Dawley（SD）大鼠54 只，體重250～270 g，由江蘇卡文斯實驗動物中心（合格證號：201710466，生產許可證：SCXK（蘇）2016-0010）。實驗前，將動物置于實驗環境適應3 d。本研究所有實驗均經過南京醫科大學動物保護和倫理委員會（IACUC）批準。

1.2 主要儀器設備

磁場刺激儀（型號：CCY-Ⅳ）由武漢依瑞德醫療設備有限公司生產，最高刺激頻率為100 Hz，圓形刺激線圈直徑為6 cm。

1.3 主要試劑

大鼠BDNF 酶聯免疫吸附試驗（ELISA）試劑盒（Thermo，美國，REF：ERBDNF，LOT：0750040317，生產批號：25042016）。

1.4 方法

SD 大鼠根據rTMS 模式分為三組，分別是Sham 組（18 只）、1 Hz rTMS 組（12 只）、10 Hz rTMS 組（12 只）和iTBS 組（12 只）。具體參數見表1。每一組根據測得rMT（機器最大輸出的25%），分為Sham 組（6 只）、低強度組（80% rMT，機器最大輸出的20%，6 只）和高強度組（120% rMT，機器最大輸出的30%，6 只）。根據分組，將SD 大鼠固定于自制固定罩（目前正在申請專利中）內暴露鼠腦，線圈平行置于大鼠頭部上方［13］。Sham 組大鼠進行同樣操作，但將刺激線圈垂直放置，使大鼠受到同樣的束縛，聽到同樣的刺激聲音但不會受到刺激，從而避免容器束縛和刺激聲音對實驗結果的影響。rTMS 實驗操作持續進行5 d，第5 天刺激結束后眼眶取血進行ELISA 檢測。

表1 不同模式rTMS 的參數設定（n=6）

1.5 統計學方法

采用SPSS 19.0 對所有數據進行統計分析，計量資料以均數±標準差（±s）表示，多組間比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用q 檢驗。以P＜0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 不同刺激強度1 Hz rTMS 對大鼠血清BDNF 水平比較

低強度1 Hz rTMS 組BNDF 水平顯著高于Sham組，差異有統計學意義（P＜0.05）。高強度1 Hz rTMS組與Sham 組比較，差異無統計學意義（P＞0.05）。見圖1。

圖1 不同刺激強度1 Hz rTMS 大鼠血清腦源性神經營養因子比較

2.2 不同刺激強度10 Hz rTMS 大鼠血清BDNF 比較

Sham 組、低強度10 Hz rTMS 組和高強度10 Hz rTMS 組BDNF 水平比較，差異無統計學意義（P＞0.05）。見圖2。

圖2 不同刺激強度10 Hz rTMS 大鼠血清腦源性神經營養因子比較

2.3 不同強度iTBS 大鼠血清BDNF 比較

高強度iTBS 組血清中BNDF 表達明顯低于Sham 組，差異有統計學意義（P＜0.05）。而低強度iTBS 組與Sham 組比較，差異無統計學意義（P＞0.05）。見圖3。

圖3 不同刺激強度iTBS 大鼠血清腦源性神經營養因子比較

3 討論

不同刺激參數如頻率和強度對臨床治療至關重要，目前臨床rTMS 的方案確定仍沒有統一標準。臨床治療在確定rTMS 強度時，80%～120% rMT 都是被普遍認可的安全有效范圍［1］。然而，正常范圍內的強度選擇也很可能導致治療效果的差異。除rTMS 對象自身敏感性外，刺激強度是影響rTMS 效果的重要因素。rTMS 刺進強度的選擇應與頻率模式的設定相適應。有研究發現高頻rTMS，尤其是iTBS 在實施過程中強度不宜設置過高［14-17］。對于高頻的刺激，即使是短促且間歇性的iTBS 可能也會導致治療反效果，尤其是針對某些腦創傷性患者。因此，臨床上rTMS 長期實施往往偏向選擇低強度的治療方案［18］。

為了進一步確定強度對rTMS 治療效果的影響，本研究選取正常刺激強度范圍的最低值（80% rMT）和最高值（120% rMT）分別進行3 種模式的rTMS 干預。鑒于BDNF 已被證實是rTMS 發揮神經保護和改善認知作用的重要介質［19-21］，本研究應用ELISA 檢測BDNF 的表達變化來評估rTMS 的效果。研究結果顯示，高強度iTBS 組大鼠BDNF 表達顯著降低，而高強度10 Hz rTMS 組和高強度1 Hz rTMS 組BDNF 均未受影響。在低強度干預條件下，低強度1 Hz rTMS 組大鼠BDNF 水平顯著升高，而低強度10 Hz rTMS 組和低強度iTBS 組并無明顯變化。本研究證實了強度選擇與頻率模式的密切關系，為rTMS 的臨床應用提供了新線索。