健侧颈7神经移位术治疗大鼠脑损伤后单侧上肢运动功能障碍的应用

杜洪澎 李明远 高晓宁 陈 正 郭 科 魏 琦

1 滨州医学院附属医院神经外科 山东 滨州 256603；2 滨州医学院附属医院肌电图室 山东 滨州 256603；3 滨州医学院第一临床医学院 山东 烟台 264003

脑损伤发生率高，致残率高，痉挛和肌无力是常见的肢体严重后遗症,患者会出现运动功能的丧失，导致偏侧肢体运动功能障碍，肢体逐渐出现痉挛性瘫痪，使患者生活质量低下，甚至丧失劳动力，给社会和家庭带来巨大负担。复旦大学附属华山医院徐文东教授在国际上首次提出利用健侧颈7神经移位术改变外周神经通路的方法，通过诱导脑重塑促使一侧大脑半球同时支配双侧上肢，以恢复中枢神经系统损伤后肢体功能，并在临床推广用以治疗脑损伤如脑外伤、中风、脑瘫后肢体功能障碍的后遗症，取得良好效果[1]。本研究设计动物实验通过检测大鼠行为学评估成年大鼠健侧颈7神经移位术治疗脑损伤后一侧上肢运动功能障碍的效果，验证健侧颈7神经移位术治疗脑损伤的有效性及可行性。

1 资料与方法

1.1 实验动物和分组 本实验共采用健康清洁级SD大鼠(由滨州医学院临床实验中心提供)30只，雌性，实验初体质量为250～300 g，分笼饲养，每笼4只，自由进水及进食，人工光照12 h/12 h循环，通风良好，动物房温度设定在(23±2)℃，湿度保持在60%±10%。术前大鼠先在实验室适应1周，并进行平衡木行走训练。术后继续在实验室分笼颗粒饲料喂养，每天换水及垫料。实验动物随机分为对照组(A组)、脑损伤组(B组)和脑损伤后健侧颈7神经移位组(C组)，每组10只，以左侧上肢为健侧，右侧为患侧。分别于术前、术后2周、1月、3月、 7月、10月通过动物行为学观察大鼠瘫痪肢体功能恢复的情况。该动物实验获得滨州医学院附属医院伦理委员会批准，实验操作过程遵循实验动物使用及保护原则。

1.2 实验动物模型制备 大鼠用10%水合氯醛(3 mL/kg)腹腔麻醉，消毒手术野及铺巾。

1.2.1 脑损伤模型制备 将大鼠头顶皮毛剃净后上耳棒，将大鼠头部三点固定于立体定向架上，碘酒、乙醇消毒后铺无菌巾，沿头皮中线切开皮肤及筋膜，分离骨膜至颅骨，在前囟左侧额骨用小磨钻钻孔，扩大骨窗至1 cm，由矢状缝向外旁开5 mm，自前囟前6 mm至前囟后2 mm切开硬脑膜找到上肢运动皮层区，使用双极电凝切除该皮层区，止血后缝合硬脑膜关颅，缝合头皮各层。

1.2.2 健侧颈7神经移位术 仰卧位，两前肢外展固定，取双侧锁骨下横行切口，剪开胸浅肌，向上牵拉锁骨及深面的颈神经血管鞘，向下外牵拉颈外静脉，于左侧胸锁乳突肌内侧进入在前中斜角肌之间暴露臂丛神经，解剖左侧颈7神经根，近端分离至椎间孔处，远端分离至前后股分别加入外侧束和后束处，测量神经根自椎间孔至中干分叉处约8.0 mm，直径约1.0 mm，2%利多卡因近端封闭后，于干股交界处切断备用。同法解剖右侧颈7神经游离至前后股分别与外侧束、后束的神经纤维明显交叉无法继续向远端分离处，于椎间孔处切断备用。随后于头长肌、 颈长肌后方打通椎前通道，将左侧颈7神经远端与右侧颈7神经近端用10-0显微缝线端端无张力直接吻合(图1、2)。

图1 手术体位及切口(仰卧位，锁骨下横行切口)

图2 双侧颈7神经直接吻合

1.3 行为学评估

1.3.1 Longa评分法 ① 无神经功能缺陷为0分；②瘫痪侧前爪不能完全伸展为1分；③行走时向瘫痪侧转圈为2分；④行走时向瘫痪侧倾倒为3分；⑤不能自动行走，存在意识丧失现象为4分。

1.3.2 Bederson评分法 抓起动物的尾巴，使动物离台面10 cm高。此时，正常大鼠的前爪处于伸直状态，而存在神经功能病变的动物可出现如下表现：①无神经功能缺陷为0分；②动物尾巴提起后，瘫痪侧前肢回收并屈于腹下，而正常侧肢体伸向台面为1分；③除②表现以外，俯卧于台面时向瘫痪侧侧推动物的阻力较正常侧明显降低为2分；④除①和②以外，动物行走时向瘫痪侧旋转为3分。

1.3.3 平衡木评分法 一根80 cm×2.5 cm的木条，水平固定在离台面10 cm高度的地方，然后让动物在木条上行走。①能跳上平衡木条，可以自由行走但不跌倒为0分；②能跳上平衡木条，动物在上面行走会跌下，但跌下的机会小于50%为1分；③能跳上平衡木条，动物在上面行走会跌下，但跌下的机会大于50%为2分；④动物在正常侧身体的帮助下可以跳上平衡木条；但是瘫痪侧的后肢不能够帮助身体向前移动为3分；⑤动物无法在平衡木条上行走，但是可以坐在木条上为4分；⑥将动物放在木条上，动物很快会掉落下来为5分。

2 结果

进入实验室训练1周后，各组大鼠均能够在平衡木上行走。术前各组大鼠评分差异无统计学意义。脑损伤发生2周后B组和C组大鼠均出现右侧肢体完全瘫痪，平衡失调，表现为屈指抓握不能，无法自主屈肘伸肘，Longa评分及Bederson评分在3分左右，平衡木行走评分在4分以上。电生理监测显示大鼠右侧肱三头肌无复合肌肉动作电位(CMAP)引出。然后各实验组大鼠右侧肢体运动功能逐渐恢复，术后3 个月，C组大鼠右侧肢体行为学评分均低于B组，两组Longa评分及Bederson评分比较差异无统计学意义，但两组平衡木行走评分比较，P<0.01，电生理监测显示大鼠右侧肱三头肌记录到CMAP，波幅逐渐增大，潜伏期逐渐缩短。术后7个月C组大鼠右上肢活动明显增多，能够完成伸展及平衡木行走动作，B组大鼠右侧瘫痪肢体活动少，无法完成伸展及平衡木行走动作。两组大鼠瘫痪肢体活动度差异有统计学意义(P<0.01)，C组优于B组。实验数据显示术后7个月各实验组瘫痪肢体评分恢复趋于稳定(表1～3)。

表1 术前术后不同时间段各实验组大鼠Longa评分

表2 术前术后不同时间段各实验组大鼠Bederson评分

表3 术前术后不同时间段各实验组大鼠平衡木行走评分

3 讨论

脑损伤发生后往往导致偏侧肢体运动功能障碍等，具体机制为当脑和脊髓疾患累及锥体束时，不同类型的抑制机制丧失(如Ia、I类传入抑制、突触前抑制、腱器官抑制、α运动神经元抑制等)导致牵张反射过度、协同肌和拮抗肌的运动失衡，使姿式系统趋向于过度收缩，最终导致痉挛状态[2]。典型的上肢痉挛表现为肘关节弯曲、前臂旋前、手腕弯曲、手掌拇指弯曲、手指弯曲[3]。当前常用治疗方法有口服抗痉挛药巴氯芬、物理康复、选择性背根切开术、周围神经选择性部分切断术、脑深部电刺激术等[4-8]。这些治疗在减少痉挛和平衡拮抗肌群方面有一定作用，但治疗难以改善肌力，难以提高协调性和灵活性，不会增强靶肌的协调性或强度。上世纪80年代复旦大学附属华山医院顾玉东院士首创健侧颈7神经移位术用于臂丛神经损伤的治疗，切断颈7神经根通常导致上肢一过性的肌力减退和感觉麻木，3个月之内即可由C5、C6、C8、T1代偿其功能，单独切断健侧颈7神经根不会明显影响健侧上肢的功能[9-10]。健侧颈7神经移位术是通过手术在颈前将健侧颈7神经远端连接到患侧颈7近端，从而在外周建立了一个神经交叉，使患侧上肢通过颈7神经与同侧大脑皮层形成连接，一侧半球皮层同时支配双侧上肢。这一里程碑式的手术已使世界上无数的患者得以受益[11]。随后徐文东教授等通过功能磁共振研究进一步发现正常人一侧上肢运动时，主要兴奋的是对侧初级运动区和辅助运动区，同时同侧的初级运动区和辅助运动区也有兴奋，但以对侧为主。鉴于此徐文东教授在国际上首次提出健侧颈7神经移位术可以诱发大脑皮层发生跨半球重组，进而产生一侧大脑半球同时控制双侧上肢，以恢复中枢损伤后肢体运动功能的新概念，随访表明该手术在术后1年时显著提高了患肢运动功能，并降低了痉挛程度[1,12]。

大鼠臂丛在解剖结构和功能上与人类极为相似[13]，本研究通过动物实验建立脑损伤致一侧上肢运动功能障碍的动物模型，然后行健侧颈7神经移位术，采用Longa评分法、Bederson评分法、平衡木行走评分法等动物行为学方法测量偏瘫上肢运动功能恢复情况，评估脑损伤后健侧颈7神经术对运动功能恢复的作用。结果表明脑损伤后，B、C组大鼠右侧肢体均表现为明显的运动功能障碍，无法完成平衡木行走。术后随着时间的推移，B、C组大鼠瘫痪肢体均有一定程度的自发性恢复。术后3个月行为学数据结果显示：Longa评分及Bederson评分两组比较差异无统计学意义，但平衡木行走评分两组比较差异有统计学意义，电生理监测显示大鼠右侧肱三头肌记录到CMAP，波幅逐渐增大，潜伏期逐渐缩短。研究表明中枢神经损伤后机体会产生相应的改变来代偿受损的脑功能。当受损侧的大脑半球损伤范围比较局限时，重组主要表现为损伤区附近功能区代偿[14]。Nudo等发现这种皮层功能的代偿与动物所接受的康复训练有关，缺少训练的动物所残存的手指功能代表区逐渐减小，接受反复训练的动物其功能代表区逐渐恢复，损伤病灶周围未受损皮层在功能恢复中起着重要的作用[15]。术后7个月，各实验组大鼠瘫痪肢体功能恢复趋于稳定，三组比较差异有统计学意义，A组优于C组，C组优于B组。研究表明当受损侧半球损伤范围比较广泛程度较严重的时候则受损侧脑半球残存皮层不足以代偿丧失的功能，这时的功能重组将主要依靠健侧半球代偿性重组[16]。 去抑制学说解释为两大脑半球通过跨胼胝体抑制维持平衡，一侧大脑半球皮层损伤后，从患侧半球经胼胝体向健侧的抑制减弱；健侧半球通过增强同侧通路代偿损伤侧大脑半球皮层的功能[17]。虽然健侧皮层能够通过同侧通路在某种程度上参加对患侧肢体的控制，但是往往不足以产生一个良好的预后[18]。因此B组大鼠瘫痪肢体的功能恢复远不如C组，更不如A组。徐文东教授的研究发现健侧颈7神经移位可以诱发一侧大脑半球同时控制双侧上肢，同时一侧大脑半球有试图将双侧上肢感觉皮层代表区分开的趋势。证实外周信号的改变可以诱发大脑体感皮层和运动皮层重组[1]。本实验也表明健侧颈7神经移位外周神经再生完成后，瘫痪肢体重新与中枢获得联系的信号通过健侧颈7神经根上传传人中枢。这种信号通路的重新建立产生了患肢同侧半球对患侧上肢的初步控制，进而促进同侧半球的功能重组。随着同侧半球对瘫痪肢体控制的逐渐加强，C组大鼠瘫痪肢体功能恢复明显优于B组。周围神经再生完成以后，瘫痪肢体重新与中枢建立联系，大量的神经信号通过健侧颈7神经上传入中枢神经系统，主要是传入健侧颈7的对侧半球。健侧大脑皮层功能重组后通过增强的同侧通路及新生的外周神经通路加强了对患肢的控制，反过来促进患肢运动功能恢复。本实验结果表明，在以大鼠为对象的实验模型中，通过动物行为学检测，健侧颈7移位术治疗脑损伤上肢功能障碍，瘫痪上肢运动功能恢复明显，同时没有影响健侧上肢的运动功能，这种方法是安全可行的，有效的。本实验建立了重复性好、操作简单的脑外伤动物模型，探讨了健侧颈7神经移位术后患肢运动功能恢复的相关机制，为进一步利用大脑潜在功能重塑提高脑损伤后上肢运动功能恢复奠定了一定的基础。