后肢制动对大鼠比目鱼肌神经传导功能的影响

赵雪红，高艳，樊小力，唐一通

制动是临床治疗骨关节疾病的一种常用治疗手段，然而制动在保护受损组织的同时，也会对周围健康组织产生不利的影响。制动引起的最明显变化是废用性肌肉萎缩。正常的肌肉功能一方面依赖于骨骼肌自身结构的完整，更重要的是依赖于正常的神经支配。研究资料表明，在制动条件下神经系统的改变在废用性肌萎缩发生中有着极其重要的作用，但以往的研究都集中在中枢神经的改变上[1-4]。迄今为止，很少有外周神经传导功能改变方面的研究，尤其是感觉神经纤维的传导功能。本研究拟采用电生理技术，观察后肢制动条件下大鼠比目鱼肌神经纤维传导功能的改变，旨在揭示废用性肌萎缩发生的机制，为进一步制定有效的防治肌萎缩的措施提供研究资料。

1 材料与方法

1.1 实验动物分组

实验选用24只健康雌性Sprague-Dawley大鼠，由西安交通大学医学院实验动物中心提供，体质量220～250 g。按体重配对原则随机分为正常对照组、制动7 d组和制动14 d组，每组8只。所有实验动物单笼喂养，能够自由活动与进食、进水。室温保持在20～25℃，人工控制动物室内照明，每昼夜均保持12 h光明与黑暗交替循环。

1.2 后肢制动模型的建立

制动组大鼠采用改良后Bobath等的方法建立大鼠后肢制动模型[5-6]。动物用水合氯醛0.4 g/kg腹腔注射麻醉，在其左侧后肢的踝关节、膝关节及腹股沟等血管容易受压处衬一层薄厚适宜的棉垫，然后用石膏绷带由踝关节向上缠绕至大腿与腹股沟处，将动物后肢固定在缩短位。在石膏层的外面用一层铜网保护，以防止动物咬毁石膏。

1.3 手术及固定

动物经腹腔注射戊巴比妥钠45 mg/kg麻醉，行常规气管插管和颈静脉插管术。将动物置于恒温控制操作台上，头部固定于脑立体定位仪上，实验开始后动物用箭毒制动行人工呼吸，频率控制在75次/min，视动物呼吸幅度及状态调节通气量，整个实验过程中用示波器连续监测动物心电(R-R间期维持在120～160 ms)，用温控仪将体温维持在37～38℃，随时观察动物瞳孔大小及皮肤色泽。

1.3.1 椎板切开术 沿正中线纵行切开皮肤，向两侧分开竖脊肌，切除第2至第1骶椎脊突及椎板，撕去硬脊膜及珠网膜，暴露腰骶脊髓，并辨认左侧L4、L5、L6背根，做标记备用。最后拉起皮瓣，缝制油槽，内充37℃左右的液体石蜡加以保护。

1.3.2 比目鱼肌及比目鱼肌神经分离术 分离大腿后侧肌与腓肠肌，暴露比目鱼肌，从比目鱼肌逆行分离比目鱼肌神经至胫神经处，暴露坐骨神经主干及其主要分支。切断比目鱼肌神经以外的分支。

1.4 神经纤维动作电位传导速度的测定

1.4.1 传入神经传导速度 在背根细束上置一单极铂金丝电极，作为记录电极；在比目鱼肌神经上置一双银丝电极作为刺激电极。在记录电极上引导比目鱼肌肌梭单一细束传入放电(CED 1401，英国CED公司)。测量该动作电位的潜伏期，作为该动作电位在刺激电极与记录电极之间的传导时间(t)。实验结束后沿比目鱼肌神经逆行分离神经纤维至记录电极处的背根细束，用丝线测量该段神经纤维的长度，作为该动作电位在刺激电极与记录电极之间传导的距离(s)。按照公式V=s/t计算该动作电位的传导速度(V)。

1.4.2 M波潜伏期 在比目鱼肌远侧端的肌腱上用手术线结扎，离断比目鱼肌远侧端肌腱。测量比目鱼肌最小生理长度(约为22.43±3.12 mm)和最大体内长度(约为28.45±4.17 mm)。最后制备下肢油槽，内充37℃左右的液体石蜡加以保护。

将一对双银丝电极(电极间距为2 mm)作为刺激电极置于坐骨神经上，阴极靠近中枢端。同心针电极作为记录电极垂直于肌纤维方向刺入比目鱼肌肌腹处。以2倍阈刺激强度的方波电流刺激坐骨神经(SEN-7203，日本NIHON KONDEN公司)，引导比目鱼肌M波。

1.5 统计学分析

采用SPSS 10.0统计软件对实验数据进行统计学分析。实验数据以表示，采用单因素方差(ANOVA)分析，显著性水平α=0.05。

2 结果

2.1 传入神经传导速度

本研究用分离单一神经细束的方法在24只大鼠脊髓背根的比目鱼肌肌梭传入神经上共获得99个单位，按照Hunt(1954)的分类标准[7]，属于Ⅰ类传入神经纤维的单位(传导速度大于72 m/s)共有59个，属于Ⅱ类传入神经纤维的单位(传导速度为24～72 m/s)共有40个。

制动7 d后，大鼠比目鱼肌肌梭Ⅰ类传入神经纤维的传导速度与正常对照组相比明显减慢(P<0.01)；Ⅱ类传入神经纤维与正常对照组相比传导速度也减慢，但无显著性差异(P>0.05)。制动14 d后，Ⅱ类神经末梢的传导速度也降低(P<0.05)。见表1。

表1 制动对比目鱼肌肌梭传入神经传导速度的影响

2.2 M波潜伏期

制动7 d组M波潜伏期与正常对照组相比无显著性差异(P>0.05)；制动14 d后，M波潜伏期延长(P<0.05)。见表2。

表2 制动对比目鱼肌M波潜伏期的影响

3 讨论

本研究利用电生理实验技术，观察后肢制动对大鼠比目鱼肌神经纤维传导功能的影响。比目鱼肌神经是一种混合神经，它包含比目鱼肌的感觉传入和支配比目鱼肌运动的运动神经元的轴突纤维。

M波潜伏期通常作为研究神经肌肉传递功能的指标，反映的是运动神经纤维的传导功能。它由三个部分组成：①从刺激点到有髓神经末梢的传导时间；②从无髓末梢经运动终板到所支配肌纤维的传递时间，即神经-肌肉接头的传递时间；③产生肌纤维动作电位所需的时间，即在肌纤维上的传播时间。无论哪一部分结构功能的改变均会对M波潜伏期产生影响。Canu等研究表明，神经纤维髓鞘的厚度呈活动依赖性，废用条件下髓鞘的厚度降低[8]。Alves等最新研究也证实，制动条件下大直径的神经纤维髓鞘厚度降低[9]。研究资料表明，制动后神经-肌肉接头的结构发生失神经样改变，与肌肉兴奋-收缩耦联相关的膜系统结构发生改变，肌纤维膜的电学特性也发生改变[10-12]，这些变化必然会影响神经-肌肉接头处动作电位的扩布。另外，由于制动后肌肉萎缩，肌纤维的直径减小，这均会影响到动作电位在轴突末梢和肌纤维的传导，导致M波潜伏期的延长。本研究结果表明，制动14 d后大鼠比目鱼肌M波潜伏期延长。这与Cruz-Martínez等[13]和 Ruegg等[14]的研究结果一致。

本研究结果表明，后肢制动7 dⅠa类感觉末梢的传导速度降低，明显早于M波潜伏期的改变。Ⅰa纤维即肌梭的初级感觉末梢，是背根节(DRG)神经元的外周突，进入肌梭后主要感受所在骨骼肌的动态长度变化。神经营养因子-3(neurotrophin-3,NT-3)是本体感觉神经元存活和发挥生理功能所必需的营养因子[15-16]。在成年大鼠的骨骼肌组织中，NT-3主要在肌梭的梭内肌纤维中表达，而且主要是在核袋纤维中表达[17]。本课题组以往研究表明，在脱负荷条件下，肌梭NT-3的表达减少[18]，NT-3的表达减少必然会引起本体感觉神经功能的改变。Hirose等的研究还发现，后肢脱负荷3 d肌梭的Ⅰ型胶原蛋白的表达降低[19]。因此我们推测Ⅰa类传入纤维传导功能的改变主要与肌梭的改变有关。

在制动条件下骨骼肌处于脱负荷状态，肌梭的生理性牵拉刺激减少，因此肌梭的传入放电活动必然受到影响。我们前期的研究也证实，后肢制动3 d后，肌梭的自发性传入放电活动即明显抑制，几乎所有肌梭在静息长度下无自发放电，而且感觉末梢动作电位时程随制动时间的延长而延长(待发表)。动作电位时程的延长必将影响神经纤维上动作电位的传导。神经纤维传导速度的降低，反过来将进一步影响肌梭向中枢的信息传递。

综上所述，在制动条件下神经传导功能降低，而且传入神经纤维的功能改变要早于且重于运动神经纤维。因此，我们推测，在制动期间增加肌梭的传入活动能更有效延缓和/或对抗制动条件下神经肌肉功能的改变。

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