健側(cè)頸7神經(jīng)移位術(shù)治療大鼠腦損傷后單側(cè)上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙的應(yīng)用

杜洪澎 李明遠(yuǎn) 高曉寧 陳 正 郭 科 魏 琦

1 濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院神經(jīng)外科 山東 濱州 256603；2 濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院肌電圖室 山東 濱州 256603；3 濱州醫(yī)學(xué)院第一臨床醫(yī)學(xué)院 山東 煙臺(tái) 264003

腦損傷發(fā)生率高，致殘率高，痙攣和肌無力是常見的肢體嚴(yán)重后遺癥,患者會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)功能的喪失，導(dǎo)致偏側(cè)肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙，肢體逐漸出現(xiàn)痙攣性癱瘓，使患者生活質(zhì)量低下，甚至喪失勞動(dòng)力，給社會(huì)和家庭帶來巨大負(fù)擔(dān)。復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院徐文東教授在國際上首次提出利用健側(cè)頸7神經(jīng)移位術(shù)改變外周神經(jīng)通路的方法，通過誘導(dǎo)腦重塑促使一側(cè)大腦半球同時(shí)支配雙側(cè)上肢，以恢復(fù)中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后肢體功能，并在臨床推廣用以治療腦損傷如腦外傷、中風(fēng)、腦癱后肢體功能障礙的后遺癥，取得良好效果[1]。本研究設(shè)計(jì)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)通過檢測大鼠行為學(xué)評估成年大鼠健側(cè)頸7神經(jīng)移位術(shù)治療腦損傷后一側(cè)上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙的效果，驗(yàn)證健側(cè)頸7神經(jīng)移位術(shù)治療腦損傷的有效性及可行性。

1 資料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物和分組 本實(shí)驗(yàn)共采用健康清潔級SD大鼠(由濱州醫(yī)學(xué)院臨床實(shí)驗(yàn)中心提供)30只，雌性，實(shí)驗(yàn)初體質(zhì)量為250～300 g，分籠飼養(yǎng)，每籠4只，自由進(jìn)水及進(jìn)食，人工光照12 h/12 h循環(huán)，通風(fēng)良好，動(dòng)物房溫度設(shè)定在(23±2)℃，濕度保持在60%±10%。術(shù)前大鼠先在實(shí)驗(yàn)室適應(yīng)1周，并進(jìn)行平衡木行走訓(xùn)練。術(shù)后繼續(xù)在實(shí)驗(yàn)室分籠顆粒飼料喂養(yǎng)，每天換水及墊料。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物隨機(jī)分為對照組(A組)、腦損傷組(B組)和腦損傷后健側(cè)頸7神經(jīng)移位組(C組)，每組10只，以左側(cè)上肢為健側(cè)，右側(cè)為患側(cè)。分別于術(shù)前、術(shù)后2周、1月、3月、 7月、10月通過動(dòng)物行為學(xué)觀察大鼠癱瘓肢體功能恢復(fù)的情況。該動(dòng)物實(shí)驗(yàn)獲得濱州醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，實(shí)驗(yàn)操作過程遵循實(shí)驗(yàn)動(dòng)物使用及保護(hù)原則。

1.2 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型制備 大鼠用10%水合氯醛(3 mL/kg)腹腔麻醉，消毒手術(shù)野及鋪巾。

1.2.1 腦損傷模型制備 將大鼠頭頂皮毛剃凈后上耳棒，將大鼠頭部三點(diǎn)固定于立體定向架上，碘酒、乙醇消毒后鋪無菌巾，沿頭皮中線切開皮膚及筋膜，分離骨膜至顱骨，在前囟左側(cè)額骨用小磨鉆鉆孔，擴(kuò)大骨窗至1 cm，由矢狀縫向外旁開5 mm，自前囟前6 mm至前囟后2 mm切開硬腦膜找到上肢運(yùn)動(dòng)皮層區(qū)，使用雙極電凝切除該皮層區(qū)，止血后縫合硬腦膜關(guān)顱，縫合頭皮各層。

1.2.2 健側(cè)頸7神經(jīng)移位術(shù) 仰臥位，兩前肢外展固定，取雙側(cè)鎖骨下橫行切口，剪開胸淺肌，向上牽拉鎖骨及深面的頸神經(jīng)血管鞘，向下外牽拉頸外靜脈，于左側(cè)胸鎖乳突肌內(nèi)側(cè)進(jìn)入在前中斜角肌之間暴露臂叢神經(jīng)，解剖左側(cè)頸7神經(jīng)根，近端分離至椎間孔處，遠(yuǎn)端分離至前后股分別加入外側(cè)束和后束處，測量神經(jīng)根自椎間孔至中干分叉處約8.0 mm，直徑約1.0 mm，2%利多卡因近端封閉后，于干股交界處切斷備用。同法解剖右側(cè)頸7神經(jīng)游離至前后股分別與外側(cè)束、后束的神經(jīng)纖維明顯交叉無法繼續(xù)向遠(yuǎn)端分離處，于椎間孔處切斷備用。隨后于頭長肌、 頸長肌后方打通椎前通道，將左側(cè)頸7神經(jīng)遠(yuǎn)端與右側(cè)頸7神經(jīng)近端用10-0顯微縫線端端無張力直接吻合(圖1、2)。

圖1 手術(shù)體位及切口(仰臥位，鎖骨下橫行切口)

圖2 雙側(cè)頸7神經(jīng)直接吻合

1.3 行為學(xué)評估

1.3.1 Longa評分法 ① 無神經(jīng)功能缺陷為0分；②癱瘓側(cè)前爪不能完全伸展為1分；③行走時(shí)向癱瘓側(cè)轉(zhuǎn)圈為2分；④行走時(shí)向癱瘓側(cè)傾倒為3分；⑤不能自動(dòng)行走，存在意識(shí)喪失現(xiàn)象為4分。

1.3.2 Bederson評分法 抓起動(dòng)物的尾巴，使動(dòng)物離臺(tái)面10 cm高。此時(shí)，正常大鼠的前爪處于伸直狀態(tài)，而存在神經(jīng)功能病變的動(dòng)物可出現(xiàn)如下表現(xiàn)：①無神經(jīng)功能缺陷為0分；②動(dòng)物尾巴提起后，癱瘓側(cè)前肢回收并屈于腹下，而正常側(cè)肢體伸向臺(tái)面為1分；③除②表現(xiàn)以外，俯臥于臺(tái)面時(shí)向癱瘓側(cè)側(cè)推動(dòng)物的阻力較正常側(cè)明顯降低為2分；④除①和②以外，動(dòng)物行走時(shí)向癱瘓側(cè)旋轉(zhuǎn)為3分。

1.3.3 平衡木評分法 一根80 cm×2.5 cm的木條，水平固定在離臺(tái)面10 cm高度的地方，然后讓動(dòng)物在木條上行走。①能跳上平衡木條，可以自由行走但不跌倒為0分；②能跳上平衡木條，動(dòng)物在上面行走會(huì)跌下，但跌下的機(jī)會(huì)小于50%為1分；③能跳上平衡木條，動(dòng)物在上面行走會(huì)跌下，但跌下的機(jī)會(huì)大于50%為2分；④動(dòng)物在正常側(cè)身體的幫助下可以跳上平衡木條；但是癱瘓側(cè)的后肢不能夠幫助身體向前移動(dòng)為3分；⑤動(dòng)物無法在平衡木條上行走，但是可以坐在木條上為4分；⑥將動(dòng)物放在木條上，動(dòng)物很快會(huì)掉落下來為5分。

2 結(jié)果

進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室訓(xùn)練1周后，各組大鼠均能夠在平衡木上行走。術(shù)前各組大鼠評分差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。腦損傷發(fā)生2周后B組和C組大鼠均出現(xiàn)右側(cè)肢體完全癱瘓，平衡失調(diào)，表現(xiàn)為屈指抓握不能，無法自主屈肘伸肘，Longa評分及Bederson評分在3分左右，平衡木行走評分在4分以上。電生理監(jiān)測顯示大鼠右側(cè)肱三頭肌無復(fù)合肌肉動(dòng)作電位(CMAP)引出。然后各實(shí)驗(yàn)組大鼠右側(cè)肢體運(yùn)動(dòng)功能逐漸恢復(fù)，術(shù)后3 個(gè)月，C組大鼠右側(cè)肢體行為學(xué)評分均低于B組，兩組Longa評分及Bederson評分比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但兩組平衡木行走評分比較，P<0.01，電生理監(jiān)測顯示大鼠右側(cè)肱三頭肌記錄到CMAP，波幅逐漸增大，潛伏期逐漸縮短。術(shù)后7個(gè)月C組大鼠右上肢活動(dòng)明顯增多，能夠完成伸展及平衡木行走動(dòng)作，B組大鼠右側(cè)癱瘓肢體活動(dòng)少，無法完成伸展及平衡木行走動(dòng)作。兩組大鼠癱瘓肢體活動(dòng)度差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)，C組優(yōu)于B組。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示術(shù)后7個(gè)月各實(shí)驗(yàn)組癱瘓肢體評分恢復(fù)趨于穩(wěn)定(表1～3)。

表1 術(shù)前術(shù)后不同時(shí)間段各實(shí)驗(yàn)組大鼠Longa評分

表2 術(shù)前術(shù)后不同時(shí)間段各實(shí)驗(yàn)組大鼠Bederson評分

表3 術(shù)前術(shù)后不同時(shí)間段各實(shí)驗(yàn)組大鼠平衡木行走評分

3 討論

腦損傷發(fā)生后往往導(dǎo)致偏側(cè)肢體運(yùn)動(dòng)功能障礙等，具體機(jī)制為當(dāng)腦和脊髓疾患累及錐體束時(shí)，不同類型的抑制機(jī)制喪失(如Ia、I類傳入抑制、突觸前抑制、腱器官抑制、α運(yùn)動(dòng)神經(jīng)元抑制等)導(dǎo)致牽張反射過度、協(xié)同肌和拮抗肌的運(yùn)動(dòng)失衡，使姿式系統(tǒng)趨向于過度收縮，最終導(dǎo)致痙攣狀態(tài)[2]。典型的上肢痙攣表現(xiàn)為肘關(guān)節(jié)彎曲、前臂旋前、手腕彎曲、手掌拇指彎曲、手指彎曲[3]。當(dāng)前常用治療方法有口服抗痙攣藥巴氯芬、物理康復(fù)、選擇性背根切開術(shù)、周圍神經(jīng)選擇性部分切斷術(shù)、腦深部電刺激術(shù)等[4-8]。這些治療在減少痙攣和平衡拮抗肌群方面有一定作用，但治療難以改善肌力，難以提高協(xié)調(diào)性和靈活性，不會(huì)增強(qiáng)靶肌的協(xié)調(diào)性或強(qiáng)度。上世紀(jì)80年代復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院顧玉東院士首創(chuàng)健側(cè)頸7神經(jīng)移位術(shù)用于臂叢神經(jīng)損傷的治療，切斷頸7神經(jīng)根通常導(dǎo)致上肢一過性的肌力減退和感覺麻木，3個(gè)月之內(nèi)即可由C5、C6、C8、T1代償其功能，單獨(dú)切斷健側(cè)頸7神經(jīng)根不會(huì)明顯影響健側(cè)上肢的功能[9-10]。健側(cè)頸7神經(jīng)移位術(shù)是通過手術(shù)在頸前將健側(cè)頸7神經(jīng)遠(yuǎn)端連接到患側(cè)頸7近端，從而在外周建立了一個(gè)神經(jīng)交叉，使患側(cè)上肢通過頸7神經(jīng)與同側(cè)大腦皮層形成連接，一側(cè)半球皮層同時(shí)支配雙側(cè)上肢。這一里程碑式的手術(shù)已使世界上無數(shù)的患者得以受益[11]。隨后徐文東教授等通過功能磁共振研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)正常人一側(cè)上肢運(yùn)動(dòng)時(shí)，主要興奮的是對側(cè)初級運(yùn)動(dòng)區(qū)和輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)，同時(shí)同側(cè)的初級運(yùn)動(dòng)區(qū)和輔助運(yùn)動(dòng)區(qū)也有興奮，但以對側(cè)為主。鑒于此徐文東教授在國際上首次提出健側(cè)頸7神經(jīng)移位術(shù)可以誘發(fā)大腦皮層發(fā)生跨半球重組，進(jìn)而產(chǎn)生一側(cè)大腦半球同時(shí)控制雙側(cè)上肢，以恢復(fù)中樞損傷后肢體運(yùn)動(dòng)功能的新概念，隨訪表明該手術(shù)在術(shù)后1年時(shí)顯著提高了患肢運(yùn)動(dòng)功能，并降低了痙攣程度[1,12]。

大鼠臂叢在解剖結(jié)構(gòu)和功能上與人類極為相似[13]，本研究通過動(dòng)物實(shí)驗(yàn)建立腦損傷致一側(cè)上肢運(yùn)動(dòng)功能障礙的動(dòng)物模型，然后行健側(cè)頸7神經(jīng)移位術(shù)，采用Longa評分法、Bederson評分法、平衡木行走評分法等動(dòng)物行為學(xué)方法測量偏癱上肢運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)情況，評估腦損傷后健側(cè)頸7神經(jīng)術(shù)對運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)的作用。結(jié)果表明腦損傷后，B、C組大鼠右側(cè)肢體均表現(xiàn)為明顯的運(yùn)動(dòng)功能障礙，無法完成平衡木行走。術(shù)后隨著時(shí)間的推移，B、C組大鼠癱瘓肢體均有一定程度的自發(fā)性恢復(fù)。術(shù)后3個(gè)月行為學(xué)數(shù)據(jù)結(jié)果顯示：Longa評分及Bederson評分兩組比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但平衡木行走評分兩組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，電生理監(jiān)測顯示大鼠右側(cè)肱三頭肌記錄到CMAP，波幅逐漸增大，潛伏期逐漸縮短。研究表明中樞神經(jīng)損傷后機(jī)體會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的改變來代償受損的腦功能。當(dāng)受損側(cè)的大腦半球損傷范圍比較局限時(shí)，重組主要表現(xiàn)為損傷區(qū)附近功能區(qū)代償[14]。Nudo等發(fā)現(xiàn)這種皮層功能的代償與動(dòng)物所接受的康復(fù)訓(xùn)練有關(guān)，缺少訓(xùn)練的動(dòng)物所殘存的手指功能代表區(qū)逐漸減小，接受反復(fù)訓(xùn)練的動(dòng)物其功能代表區(qū)逐漸恢復(fù)，損傷病灶周圍未受損皮層在功能恢復(fù)中起著重要的作用[15]。術(shù)后7個(gè)月，各實(shí)驗(yàn)組大鼠癱瘓肢體功能恢復(fù)趨于穩(wěn)定，三組比較差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，A組優(yōu)于C組，C組優(yōu)于B組。研究表明當(dāng)受損側(cè)半球損傷范圍比較廣泛程度較嚴(yán)重的時(shí)候則受損側(cè)腦半球殘存皮層不足以代償喪失的功能，這時(shí)的功能重組將主要依靠健側(cè)半球代償性重組[16]。 去抑制學(xué)說解釋為兩大腦半球通過跨胼胝體抑制維持平衡，一側(cè)大腦半球皮層損傷后，從患側(cè)半球經(jīng)胼胝體向健側(cè)的抑制減弱；健側(cè)半球通過增強(qiáng)同側(cè)通路代償損傷側(cè)大腦半球皮層的功能[17]。雖然健側(cè)皮層能夠通過同側(cè)通路在某種程度上參加對患側(cè)肢體的控制，但是往往不足以產(chǎn)生一個(gè)良好的預(yù)后[18]。因此B組大鼠癱瘓肢體的功能恢復(fù)遠(yuǎn)不如C組，更不如A組。徐文東教授的研究發(fā)現(xiàn)健側(cè)頸7神經(jīng)移位可以誘發(fā)一側(cè)大腦半球同時(shí)控制雙側(cè)上肢，同時(shí)一側(cè)大腦半球有試圖將雙側(cè)上肢感覺皮層代表區(qū)分開的趨勢。證實(shí)外周信號的改變可以誘發(fā)大腦體感皮層和運(yùn)動(dòng)皮層重組[1]。本實(shí)驗(yàn)也表明健側(cè)頸7神經(jīng)移位外周神經(jīng)再生完成后，癱瘓肢體重新與中樞獲得聯(lián)系的信號通過健側(cè)頸7神經(jīng)根上傳傳人中樞。這種信號通路的重新建立產(chǎn)生了患肢同側(cè)半球?qū)紓?cè)上肢的初步控制，進(jìn)而促進(jìn)同側(cè)半球的功能重組。隨著同側(cè)半球?qū)Πc瘓肢體控制的逐漸加強(qiáng)，C組大鼠癱瘓肢體功能恢復(fù)明顯優(yōu)于B組。周圍神經(jīng)再生完成以后，癱瘓肢體重新與中樞建立聯(lián)系，大量的神經(jīng)信號通過健側(cè)頸7神經(jīng)上傳入中樞神經(jīng)系統(tǒng)，主要是傳入健側(cè)頸7的對側(cè)半球。健側(cè)大腦皮層功能重組后通過增強(qiáng)的同側(cè)通路及新生的外周神經(jīng)通路加強(qiáng)了對患肢的控制，反過來促進(jìn)患肢運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)。本實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在以大鼠為對象的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ椭校ㄟ^動(dòng)物行為學(xué)檢測，健側(cè)頸7移位術(shù)治療腦損傷上肢功能障礙，癱瘓上肢運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)明顯，同時(shí)沒有影響健側(cè)上肢的運(yùn)動(dòng)功能，這種方法是安全可行的，有效的。本實(shí)驗(yàn)建立了重復(fù)性好、操作簡單的腦外傷動(dòng)物模型，探討了健側(cè)頸7神經(jīng)移位術(shù)后患肢運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)的相關(guān)機(jī)制，為進(jìn)一步利用大腦潛在功能重塑提高腦損傷后上肢運(yùn)動(dòng)功能恢復(fù)奠定了一定的基礎(chǔ)。