针刺治疗脊髓损伤后神经源性膀胱动物实验研究进展

何星艳 罗 维 蒋 理 刘继生

(1 贵州中医药大学,贵阳,550025; 2 贵州中医药大学第二附属医院,贵阳,550003)

神经源性膀胱(Neurogenic Bladder,NB)是指调节排尿功能的中枢和(或)周围神经系统病变而引发的膀胱和尿道功能障碍[1],也是脊髓损伤(Spinal Cord Injury,SCI)常见并发症[2],严重者可危及患者生命[3],是目前医学亟待解决的热点问题。本研究以动物实验为立足点,从动物模型、病理生理机制、疾病的发展和转归的相关指标等多个角度全面阐释了针刺治疗NB的动物实验研究进展,从作用机制层面揭示了针刺治疗NB的多种途径,为针刺治疗NB提供科学的理论依据。

1 NB动物模型制作

动物模型的建立是开展基础研究必不可少的程序,对研究疾病的发生、发展及探索新的治疗手段均有重要意义。因此,构建实验性SCI后NB功能障碍的动物模型对研究针刺治疗SCI后导致的NB是很有必要的。但目前有关进行此实验的动物选择、SCI的方式及位置节段无统一标准。以往有不少研究选择犬、兔等制备NB动物模型,与之相比大鼠具备生命周期短、价格低廉、容易饲养等特点。此外,与雄性大鼠相比,雌性大鼠不仅尿道短、直,便于行膀胱尿流动力学检测,且能避免前列腺疾病对实验结果的影响。故大部分实验研究往往选取雌性大鼠制备SCI后NB动物模型。其SCI方式可大致分为以下2种:一是重物坠击法、钳夹法、定点打击法等[4-5],此类方法虽易掌握,重复性较好,但大鼠具有较强的神经再生能力,操作时无法确保SCI损伤,不能确保造模成功率;二是脊髓直接完全横断法[6],有研究对脊髓进行完全横断后,在脊髓两断端进行异物填充,此法虽可确保SCI彻底横断,给研究人员提供一个低可变性、可复制性的造模机会,但这可能并不是生活中大多数患者SCI的实际情况,与临床不具有相似性。SCI位置节段不同则临床表现各异,若损伤位置过高,极易累及大鼠心血管、呼吸等高位中枢神经系统导致大鼠死亡,大大降低造模成功率,损伤位置过低骶髓排尿中枢的完整性可能会遭受破坏。故在构建SCI后NB大鼠模型时,应根据实验研究具体需要选择合适的造模方法,争取最大程度地具备临床相似性。

2 SCI后NB的病理生理机制

2.1 现代医学对SCI后NB的认识 NB也称神经源性膀胱功能障碍,是由于调节膀胱和尿道的中枢和(或)周围神经系统受到损害,进而产生一系列下尿路症状及并发症的疾病总称。排尿反射在机体中是一个十分复杂的生理反射过程,当膀胱内的尿液累积到一定程度时膀胱内压会随之升高,此时逼尿肌因受其牵张力的影响而产生活跃的神经冲动沿盆神经传至位于骶髓(2～4节段)的排尿反射中枢,并经薄束传至位于大脑皮质的排尿中枢后由运动纤维传到脊髓排尿中枢,经尿道括约肌、盆底肌、逼尿肌功能的共同作用产生排尿[7]。随着SCI时间的延长,膀胱长期排空不全将导致膀胱内压升高,膀胱长期异常的高压状态致使平滑肌细胞和成纤维细胞增殖,导致细胞外基质、胶原纤维过度沉积,最终膀胱组织发生纤维化样改变、膀胱功能减弱、容量降低,甚者将进一步损伤输尿管抗反流机制,膀胱内的尿液通过输尿管反流至肾脏,继而引发一系列上尿路损害[8]。一般情况下,当膀胱处于充盈状态时,通过平滑肌的伸展,膀胱内压力处于较低水平,有助于尿液排出体外。但在NB病理状态下,尿道括约肌与逼尿肌的协同作用失衡导致膀胱内压力持续升高,平滑肌细胞、成纤维细胞及上皮细胞为克服膀胱内的高压力发生代偿性进行性肥大,同时细胞外基质、胶原纤维蛋白过度沉积于膀胱组织中[9],沉积物的大量蓄积导致逼尿肌挛缩、膀胱无力收缩、尿液排空障碍等多种严重并发症[10-11]。还有研究证实持续的异常高压可对细胞造成损害,导致细胞内信号通路表达异常,异常激活的信号通路增加基因转录,致使组织器官加速纤维化样改变[12]。也有研究表明异常的高压刺激通过细胞间结合位点传导压力信号作用于细胞骨架,引起细胞的异常增殖导致组织纤维化[13]。因此,临床在治疗SCI后NB应尽早预防和延缓膀胱组织纤维化,最大可能恢复膀胱功能,避免上尿路功能损害,在延长患者生命的基础上提高患者生命质量。

2.2 中医学对SCI后NB的认识 中医学认为,NB属“癃闭”“遗溺”等范畴。正如《素问·宣明五气》曰:“膀胱不利为癃,不约为遗溺。”《证治准绳·癃闭》曰:“癃者病久,溺癃淋沥,点滴而出,一日数十次或百次。”督脉主一身之阳,督脉损伤后瘀血停滞导致经络气血运行受阻不能抵达膀胱。正如《景岳全书·癃闭》所言:“或以败精,或以槁血,阻塞水道而不通也。”表明本病发于膀胱气化失司。中医理论认为肾与膀胱相表里,肾的气化功能正常与否决定膀胱能否发挥正常的贮尿、排尿功能。督脉受损伤及肾阳,致使肾及膀胱气化功能失司,患者出现尿失禁或尿潴留,从中医学角度出发治疗NB时,应当以疏督通脉、调理肾及膀胱气化功能为原则,改善患者排尿功能障碍,最终达到标本兼治的目的。

3 实验研究常用评估指标

3.1 针刺促进NB尿流动力学改变 膀胱逼尿肌与括约肌的协同功能失调是导致NB排尿功能障碍的主要原因。研究表明对骶神经根传出神经进行针刺,可引起膀胱逼尿肌及括约肌进行规律的收缩和舒张运动,促进排尿反射通路功能的恢复[14]。尿流动力学检查目前被国际公认为是评价SCI患者下尿路功能障碍最为全面的方法,为SCI后NB尿道功能障碍的诊断、治疗及疗效评价提供直接的客观依据[15],可见,在进行研究时将尿流动力学检查方法用于评价逼尿肌与膀胱内括约肌的协调功能是十分可靠的。SCI所导致的NB排尿功能障碍严重影响患者的生命质量,甚者可导致患者死亡[16-17]。李正飞等[18]、胡映秋等[19]、卢壮等[20]通过建立SCI后NB大鼠模型观察电针对其膀胱功能的影响,实验结果均显示,经电针干预后的膀胱最大容量、漏尿点压力、膀胱顺应性均降低,说明针刺可通过增加逼尿肌与膀胱内括约肌的协调功能,改善SCI后NB大鼠的排尿能力。

3.2 针刺改善NB组织形态学改变 SCI分为骶髓损伤和骶上脊髓损伤(Supersacral Spinal Cord Injury,SSCI),研究表明,骶髓损伤能够导致膀胱逼尿肌无反射(Detrusor Areflexia,DA),SSCI则会先后出现逼尿肌反射功能降低、逼尿肌反射亢进(Detrusor Hyperreflexia,DH)[21]。SCI后逼尿肌的反射异常及逼尿肌纤维的病理改变是导致NB的主要原因。朱毅等[22]研究表明,电针治疗膀胱逼尿肌功能减弱类型的排尿功能异常疗效显著。艾坤等[23]认为,电针治疗SCI后NB可能是通过提高膀胱逼尿肌兴奋性、增加逼尿肌的收缩频率,使膀胱收缩能力增强、膀胱最大容量和残尿量减少从而达到膀胱功能重建的目的。有研究表明,对SSCI所导致的NB大鼠,通过电针大椎穴、次髎穴后逼尿肌异常亢进受到抑制,膀胱功能明显改善[24]。还有研究表明,电针关元穴能增强逼尿肌的收缩性,改善逼尿肌顺应性,促进膀胱排尿功能重建[25]。李景兴等[26]研究发现,模型组大鼠膀胱组织中可见大量空泡细胞,黏膜层及肌层可见大量中性粒细胞浸润,同时,血管外可见大量的异常出血灶及严重的毛细血管扩张,通过电针干预中极、次髎、三阴交后膀胱组织形态学较模型组得到明显改善。许明等[27]研究表明,电针治疗以上三穴及大椎穴后可减轻膀胱逼尿肌细胞形态大小和肌纤维排列的损害。以上实验研究充分说明针刺不仅能增强低顺应性膀胱逼尿肌的收缩作用,而且能减轻亢进型逼尿肌的无抑制性收缩,双向调节NB功能障碍。

4 针刺治疗NB可能的效应机制

4.1 保护受损神经元,促进损伤脊髓修复 乙酰胆碱酯酶(Acetylcholinesterase,AChE)是中枢神经元递质的灭活剂,其含量的多少与胆碱能神经元兴奋性密切相关[28];琥珀酸脱氢酶(Succinate Dehydrogenase,SDH)作为三羧酸循环的关键酶,其含量的多少及活性的强弱反映了受损神经元有氧代谢功能的强弱;酸性磷酸酶(Acid Phosphatase,ACP)是溶酶体的标志酶,神经细胞在早期损伤和退变过程中其含量增多和活性增强。吴永刚等[29]研究发现,对SCI大鼠进行针刺后可明显提高脊髓前角运动,促进受损神经元的恢复,延缓或抑制脊髓神经元SDH、ACP、AChE含量及活性的表达,减缓继发性损伤的速度及程度。此外,研究还发现针刺能明显减轻损伤脊髓的早期病理损害,减少脊髓不可逆性的变性发生,明显表现出针刺能促进受损脊髓神经的修复[30]。研究表明,神经生长因子(Nerve Growth Factor,NGF)除对SCI继发性损伤的病理起着重要作用外,还对脊髓中的交感和感觉神经元起着修复作用,损伤脊髓局部的NGF增加,促进脊髓受损部位的轴突生长,对中枢和周围神经元均起着重要的调控作用[31]。有研究发现,SSCI后的NB大鼠脊髓中的NGF表达含量降低,电针三阴交、中极、次髎、大椎穴后,脊髓中NGF、神经营养因子-3(Neurotrophin-3,NT-3)蛋白以及mRNA含量显著提高,由此可见,针刺可以提高受损脊髓中NGF的表达促进损伤脊髓修复[32]。

4.2 调节逼尿肌组织缩舒作用,调控膀胱贮尿、排尿功能 膀胱正常的排尿和储尿功能离不开膀胱逼尿肌正常的缩舒作用。逼尿肌缩舒功能的平衡是决定膀胱排尿与储尿功能是否正常的关键。研究均证实电针治疗SCI后NB能明显改善膀胱逼尿肌功能、缓解尿道外括约肌痉挛状态、恢复内外括约肌的协同功能。逼尿肌中的收缩肌丝主要由具有收缩能力的α平滑肌肌动蛋白(α-smooth Muscle Actin,α-SMA)组成,α-SMA与逼尿肌的收缩功能密切相关,参与调节逼尿肌的兴奋性[21-23]。有研究报道,膀胱肌层中含有大量的α-SMA阳性染色纤维,其表达含量的高低与膀胱逼尿肌收缩功能的强弱正相关[33]。程宇核等[34]研究发现,电针治疗SCI后NB能显著增加膀胱逼尿肌中α-SMA的含量,增强膀胱逼尿肌的兴奋性,从而改善膀胱尿潴留情况。垂体腺苷酸环化酶激活肽(Pituitary Adenylate Cyclase Activating Polypeptide,PACAP)是从绵羊下丘脑组织中提取出的一种神经肽。研究表明PACAP不管是在抑制神经细胞凋亡,还是在促进平滑肌舒张等方面都起着非常重要的[35-36]。有研究发现,通过电针三阴交、次髎、中极等穴治疗SSCI后NB可增加脊髓中的PACAP I型受体(PACAP Type I Receptor,PAC1R)与PACAP-38蛋白的表达[35]。同时,本课题组研究亦发现,通过电针干预中极、次髎、三阴交等穴可以上调SSCI后NB大鼠的PACAP表达,激活腺苷酸环化酶(Adenylate Cyclase,AC),使cAMP含量升高,进一步作用于蛋白激酶A(Protein Kinase A,PKA),促进膀胱逼尿肌舒张,达到改善膀胱功能的目的[37]。DING等[38]研究发现,SCI可引起损伤局部cAMP的含量显著下降,而督脉电针能使SCI大鼠受损脊髓组织内的cAMP维持较高水平,并增加NT-3的表达,认为电针可能通过促进细胞内cAMP的生成,启动内源性神经营养因子的合成和释放,从而促进损伤神经元的存活和轴突再生,并有利于脊髓内移植神经干细胞的存活和分化。

4.3 影响相关信号通路递质的合成和释放有效治疗NB 近年来,随着对各相关信号通路的深入研究,通过观察针刺对信号通路的影响来揭示针刺治疗NB的效应机制已成为当今的研究热点。细胞凋亡信号通路既可因线粒体膜通透性的改变引起促凋亡分子的释放,如细胞色素C(Cytochrome C,Cyt C)等,促凋亡分子释放后激活胱天蛋白酶(Caspase)9级联反应诱发凋亡;又可因死亡受体(如相关蛋白Fas等)识别凋亡信号后同相关死亡结构域激活Caspase 8而启动凋亡过程[39]。艾坤等[40]对大鼠骶髓损伤后逼尿肌无反射型膀胱进行电针次髎、中极、三阴交穴,结果发现膀胱逼尿肌细胞中Caspase 3蛋白的激活受到抑制,提高逼尿肌收缩能力,舒张尿道外括约肌。有研究表明急性SCI大鼠损伤后,通过电针可影响Cyt C和Caspase 3的表达从而降低脊髓神经细胞的凋亡率,有效治疗SCI[41]。研究发现,膀胱Cajal间质细胞(Interstitial Cells of Cajal,ICCs)可通过调节细胞间的受体蛋白将神经兴奋信号传入膀胱逼尿肌[42]。超极化激活环核苷酸门控通道(Hyperpolarization-activated Cyclic Nucleotide-gated,HCN)仅在膀胱ICCs细胞中表达。研究表明通过电针次髎、中髎、中极、关元穴,SCI大鼠膀胱逼尿肌组织中ICCs和HCN通道的数量明显减少,HCN mRNA及其蛋白质表达降低,大鼠膀胱平滑肌的不稳定收缩频率和储存过程中的逼尿肌最大压力得到改善[43-44]。转录调控蛋白β-连环素(β-catenin)在胞质中的稳定性是此信号通路的核心,而细胞周期蛋白(Cyclin)D1作为该信号通路的下游靶基因,是细胞周期调控中最重要的亚单位,与β-catenin的表达正相关。研究发现,对SCI大鼠膀胱DH进行电针大椎、次髎穴,脊髓组织中Wnt-1、β-catenin及Cyclin D1 mRNA表达水平明显提高,促进脊髓内源性神经干细胞的增殖与活化[45-46]。此外,电针可提高SCI后大鼠逼尿肌中ICC数量及表面受体P2X5的阳性表达率,因此可改善逼尿肌的收缩功能[47]。

4.4 通过调节大脑皮质代谢产物,促进膀胱功能恢复 排尿反射受高级中枢大脑皮质的控制,当膀胱充盈到一定程度,大脑皮质接收到信号后使盆丛神经传出纤维兴奋,引发排尿行为[48]。有研究通过针刺治疗SCI后NB发现,秩边透水道针法既能刺激盆丛神经内的交感神经与副交感神经,调节逼尿肌与括约肌紊乱,又能促进大脑皮质代谢[49-50]。有研究发现,SCI后大鼠神经元胞体会出现萎缩,甚至坏死,对其进行电针可产生促进大鼠大脑皮质神经元生长代谢所需的物质,恢复膀胱的调节和支配功能[51-52]。

5 总结与展望

针刺治疗SCI后NB的疗效是肯定的,其疗法简便且安全可靠,值得医者在临床上普遍推广[53]。针刺对机体NB功能障碍的调整作用不是呈单纯的线型结构,而是呈多层次多环节的复杂过程,即串扰效应的网状结构。

针刺治疗SCI后NB的效应机制已成为当下研究的热点,但大多数的实验研究只是对其进行初步探讨,在今后的研究中,亟须解决以下几个方面的问题:统一穴位选择、参数选择及造模方法标准,分析疗效间的利弊关系;虽已证实针刺治疗SCI后NB有疗效,但其维持疗效时间不定,应定期随访;大部分实验多以集中研究某一信号分子或某一条信号通路,各信号分子及各通路间的交互作用有待进一步证实;针刺治疗SCI后NB的效应机制不管是通过直接促进损伤脊髓修复还是通过调节某一信号通路表达,但最终都是为了调节膀胱逼尿肌及括约肌的协调作用,恢复膀胱功能,这一研究机制应更多地从临床试验证实。此外,大部分实验是以炎症反应、细胞凋亡为基础进行研究,今后可多从电压门控离子通道、输尿管抗反流机制及高级中枢大脑皮质等方面进行探究,为针刺治疗NB的有效性提供更多的思路及干预靶点。

利益冲突声明:无。