繆培，張通，米海霞，張玉閣

·基礎(chǔ)研究·

運動訓(xùn)練對局灶性腦缺血大鼠學(xué)習(xí)記憶能力及彌散張量成像的影響①

繆培，張通，米海霞，張玉閣

目的探討運動訓(xùn)練對局灶性腦缺血大鼠學(xué)習(xí)記憶能力的影響，并運用彌散張量成像（DTI）參數(shù)分析運動訓(xùn)練后大鼠腦組織結(jié)構(gòu)的變化。方法24只SPF級雄性Sprague-Dawley大鼠隨機分為假手術(shù)組（n=8）、自然恢復(fù)組（n=8）和運動訓(xùn)練組（n=8）。后兩組根據(jù)Longa改良線拴法制備大鼠左側(cè)大腦中動脈閉塞（MCAO）模型。運動訓(xùn)練組于術(shù)后24 h進行跑輪訓(xùn)練，共14 d。所有大鼠術(shù)后第15天進行Morris水迷宮測試。記錄定位航行實驗中三組大鼠到達平臺的潛伏期，空間探索實驗中三組大鼠第1次到達平臺所在位置的潛伏期、邊界時間百分比、邊界距離百分比、平均速度及游泳路徑。各組選取Longa評分相近的4只大鼠進行磁共振DTI掃描，測量腦缺血皮質(zhì)及海馬區(qū)域及對側(cè)相應(yīng)區(qū)域的部分各向異性（FA）、軸向擴散系數(shù)（λ‖）和徑向擴散系數(shù)（λ⊥）。結(jié)果定位航行實驗中，三組大鼠的潛伏期均隨訓(xùn)練天數(shù)的增加呈下降趨勢（P＜0.05）。自然恢復(fù)組大鼠各時間點潛伏期均大于假手術(shù)組（P＜0.05）；運動訓(xùn)練組大鼠前3 d潛伏期大于假手術(shù)組（P＜0.05），第4、5天潛伏期與假手術(shù)組無顯著性差異（P＞0.05），且小于自然恢復(fù)組（P＜0.05）。空間探索實驗中，自然恢復(fù)組大鼠潛伏期、邊界時間百分比及邊界距離百分比均明顯大于假手術(shù)組（Z＞2.627，P＜0.01），邊界時間百分比及邊界距離百分比大于運動訓(xùn)練組（Z＞2.521，P＜0.05）。三組大鼠平均速度無顯著性差異（P＞0.05）。運動訓(xùn)練組和假手術(shù)組的游泳路徑更優(yōu)。假手術(shù)組大鼠左側(cè)皮質(zhì)感興趣區(qū)FA及相對FA（rFA）均高于運動訓(xùn)練組和自然恢復(fù)組（P＜0.05），運動訓(xùn)練組大鼠左側(cè)皮質(zhì)感興趣區(qū)FA及rFA稍高于自然恢復(fù)組，但無顯著性差異（P＞0.05）。三組大鼠右側(cè)大腦皮質(zhì)感興趣區(qū)FA無顯著性差異（F=0.532，P=0.607）。假手術(shù)組大鼠左側(cè)皮質(zhì)感興趣區(qū)λ⊥和λ‖及相對λ‖（rλ‖）和相對λ⊥（rλ⊥）均低于自然恢復(fù)組（P＜0.05）。運動訓(xùn)練組大鼠左側(cè)皮質(zhì)感興趣區(qū)λ⊥和λ‖及rλ‖和rλ⊥與自然恢復(fù)組及假手術(shù)組相比均無顯著性差異（P＞0.05）。三組大鼠右側(cè)大腦皮質(zhì)感興趣區(qū)λ⊥和λ‖均無顯著性差異（F＜1.030，P＞0.05）。三組大鼠雙側(cè)海馬感興趣區(qū)FA、λ‖及λ⊥及相對值均無顯著性差異（F＜1.845，P＞0.05）。皮質(zhì)感興趣區(qū)rFA、rλ‖、rλ⊥及左側(cè)λ⊥與空間探索實驗中潛伏期相關(guān)（P＜0.05），其中rλ⊥與潛伏期相關(guān)性較高（r=0.761，P＜0.01）。結(jié)論適當(dāng)?shù)倪\動訓(xùn)練可改善局灶性腦缺血大鼠學(xué)習(xí)記憶能力，并可促進其皮質(zhì)缺血區(qū)神經(jīng)纖維損傷修復(fù)和減輕血管源性水腫。DTI參數(shù)中，皮質(zhì)的rFA、rλ‖、rλ⊥及患側(cè)皮質(zhì)區(qū)λ⊥可能是大鼠局灶性腦缺血后認知功能恢復(fù)的有效預(yù)測指標，其中rλ⊥的預(yù)測價值更高。

局灶性腦缺血；運動訓(xùn)練；學(xué)習(xí)記憶能力；彌散張量成像

［本文著錄格式］繆培，張通，米海霞，等.運動訓(xùn)練對局灶性腦缺血大鼠學(xué)習(xí)記憶能力及彌散張量成像的影響［J］.中國康復(fù)理論與實踐，2016，22（8）：896-903.

CITED AS：Miao P，Zhang T，Mi HX，et al.Effects of exercise training on learning and memory ability and diffusion tensor imaging in rats after focal cerebral ischemia［J］.Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian，2016，22（8）：896-903.

腦卒中是一種急性腦血管疾病，已成為我國第一位死亡原因，也是中國成年人殘疾的首要原因。腦卒中后發(fā)生認知障礙是臨床較常見的癥狀，也是一種嚴重的后遺癥，影響患者生活質(zhì)量。早期發(fā)現(xiàn)并及時干預(yù)認知障礙對患者身心功能的全面恢復(fù)有著特別重要的意義。目前不少研究顯示運動訓(xùn)練有助于促進認知功能改善，大多集中于對患側(cè)腦區(qū)神經(jīng)元增殖、存活和分化［1-3］，一些基因蛋白表達增強［4-6］，突觸結(jié)構(gòu)參數(shù)改變［7］，血管構(gòu)筑出現(xiàn)以及健側(cè)半球樹突分支及突觸數(shù)量增多等機制的探討，關(guān)于運動訓(xùn)練促進學(xué)習(xí)記憶能力的腦組織結(jié)構(gòu)方面的改變還不明確。

彌散張量成像（diffusion tensor image，DTI）是基于組織中水分子擴散運動測量的成像方法，可無創(chuàng)監(jiān)測腦組織微結(jié)構(gòu)及纖維束解剖連接的改變。本研究除探討運動訓(xùn)練對于局灶性腦缺血大鼠學(xué)習(xí)記憶能力的影響外，還運用DTI參數(shù)，包括各向異性（fractional anisotropy，F(xiàn)A）、軸向擴散系數(shù)（axial diffusivity，λ‖）和徑向擴散系數(shù)（radial diffusivity，λ⊥），分析運動訓(xùn)練后大鼠腦組織結(jié)構(gòu)的變化。

1　材料與方法

1.1實驗動物

成年雄性SPF級Sprague-Dawley大鼠24只，體質(zhì)量250～280 g，飼養(yǎng)于北京友誼醫(yī)院實驗動物部動物屏障實驗室，許可證號SYXK（京）2012-0023。將大鼠隨機分為假手術(shù)組（n=8）、自然恢復(fù)組（n=8）和運動訓(xùn)練組（n=8）。

1.2模型制備

根據(jù)Longa改良線栓法［8］制備大鼠大腦中動脈閉塞（middle cerebral artery occlusion，MCAO）模型。自然恢復(fù)組和運動訓(xùn)練組大鼠10%水合氯醛3 ml/kg腹腔注射麻醉后，頸部正中皮膚切開，鈍性分離暴露左側(cè)頸總動脈、頸外動脈和勁內(nèi)動脈分岔口處，結(jié)扎頸總動脈近心端及頸外動脈遠心端，動脈夾臨時夾閉頸內(nèi)動脈，于頸總動脈遠心端上做一切口，插入相應(yīng)直徑的硅膠頭線栓，使其沿著頸總動脈進入頸內(nèi)動脈，到達大腦中動脈起始部（有輕微阻力感止，深度約1.8～2.0cm）后固定線栓，檢查無出血后縫合頸部皮膚。為補充體液，皮下注射生理鹽水5 ml，連續(xù)3 d。

假手術(shù)組大鼠10%水合氯醛0.3 ml/100 g腹腔注射麻醉后，頸部正中皮膚切開，鈍性分離暴露左側(cè)頸總動脈、頸外動脈和勁內(nèi)動脈分岔口處，檢查無出血后縫合頸部皮膚。皮下注射生理鹽水5 ml，連續(xù)3 d。

1.3納入標準

所有大鼠術(shù)后24 h時，參照Longa等5分制評分標準［8］進行評分。0分，無神經(jīng)功能損傷癥狀。1分，不能伸展對側(cè)前爪。2分，向?qū)?cè)轉(zhuǎn)圈。3分，向?qū)?cè)傾倒。4分，不能自發(fā)行走。5分，意識喪失。1～2分為模型成功，納入實驗。所有大鼠均成功造模。

1.4跑輪訓(xùn)練

運動訓(xùn)練組大鼠在術(shù)后24 h開始進行跑輪訓(xùn)練。采用YLS-15A大鼠轉(zhuǎn)輪式跑步機（北京眾實迪創(chuàng)科技發(fā)展有限責(zé)任公司）對大鼠進行跑步訓(xùn)練。初始轉(zhuǎn)速設(shè)定為10 r/min。根據(jù)大鼠的運動耐力調(diào)整跑步機速度，設(shè)置疲勞標準。大鼠忍受了10 s電擊后，轉(zhuǎn)輪進入停轉(zhuǎn)保護狀態(tài)，隨之得到1 min的休息，休息后轉(zhuǎn)輪繼續(xù)運行，如果在10 min內(nèi)大鼠連續(xù)休息3次以上者，下調(diào)跑籠速度繼續(xù)跑步訓(xùn)練。每次30 min，每天1次，連續(xù)14 d。

1.5Morris水迷宮訓(xùn)練

所有大鼠術(shù)后第15天開始水迷宮訓(xùn)練，共7 d。

采用Morris水迷宮（安徽正華生物儀器設(shè)備有限公司）對大鼠進行水迷宮訓(xùn)練。直徑170 cm，高50 cm，深41 cm的圓形水池，水池內(nèi)壁被漆為黑色，水溫保持在（23±1）℃，房間內(nèi)光照恒定，并保證無光線反射在池內(nèi)。池壁上以4個等距離點（A、B、C、D）將水池分為4個象限，分別稱西南（southwest，SW）、西北（northwest，NW）、東南（southeast，SE）及東北（north east，NE）象限。在NE象限正中，距離池壁35 cm處放一個直徑9 cm，高35 cm的圓形平臺，平臺頂?shù)陀谒? cm，水池中倒入墨水以掩蓋圓形平臺。水迷宮上方安置有攝像機，用于同步記錄大鼠運動軌跡。訓(xùn)練期間，水迷宮外參照物保持不變。

1.5.1定位航行實驗

動物完成實驗方案后，在每天的8：00 a.m.～11：00 a.m.進行4次訓(xùn)練，主要用于測量大鼠獲取經(jīng)驗的能力，共6 d。4次訓(xùn)練依次選擇A、B、C、D作為動物入水點，將大鼠面向池壁放入水池，同一次訓(xùn)練所有大鼠入水點相同。觀察和記錄每個大鼠尋找到平臺的時間。

第1天訓(xùn)練作為適應(yīng)性訓(xùn)練，不計入統(tǒng)計。如果大鼠在水中游泳一段時間后爬上站臺，并在站臺上停留時間超過3 s，則認為大鼠找到站臺，軟件系統(tǒng)將記錄大鼠在水中游泳時間，此為尋找站臺的潛伏期。如果大鼠90 s內(nèi)未找到平臺，人為將其引上平臺，潛伏期記為90 s。大鼠每次爬上平臺或被引上平臺后，讓其在平臺上休息10 s。每個時間段內(nèi)，4次潛伏期的算術(shù)平均值作為這一時間段的學(xué)習(xí)成績。

1.5.2空間探索實驗

在第6天訓(xùn)練后，撤除迷宮內(nèi)的平臺，于第7天進行空間探索實驗，主要用于測量大鼠保存經(jīng)驗（記憶）的能力。選擇平臺象限的對側(cè)象限（SW象限）作為入水點將大鼠面向池壁放入水中120 s。軟件記錄其第一次到達平臺所在位置時間（潛伏期），大鼠游泳邊界時間百分比、邊界路程百分比、平均速度以及大鼠的游泳路徑?？臻g探索實驗只訓(xùn)練1次。

1.6MRI

1.6.1MRI掃描

在MCAO大鼠造模術(shù)后21 d使用7.0 T MRI掃描儀（PharmaScan，Bruker Biospin，Rheinstetten，Germany）對各組中Longa評分相近的4只大鼠進行掃描。掃描圖像包括定位圖、T2WI、T2map及DTI圖。定位相序列類型為RARE，層厚1 mm，掃描層數(shù)8層，TR= 2000 ms，TE=32.2 ms，F(xiàn)A=180°，F(xiàn)OV=330×330 mm，矩陣為256×256；T2W序列類型為RARE，層厚0.7 mm，掃描層數(shù)30層，TR=5000 ms，TE=36 ms，F(xiàn)A=180°，F(xiàn)OV=330×330 mm，矩陣為256×256；DTI序列采用單次激發(fā)自旋平面回波序列（SE-EPI），彌散敏感梯度為非共線且非共面的30個梯度方向，b= 1000 s/mm2，同時包括5個b值為0 s/mm2的DTI圖像，層厚0.7 mm，掃描層數(shù)30層，TR=7500 ms，TE=25 ms，F(xiàn)A=90°，F(xiàn)OV=330×330 mm，矩陣為256×256，相位編碼方向為從左到右，平均激勵次數(shù)4次。

1.6.2DTI數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)由同一實驗人員在工作站采集，選取T2圖上顯示缺血灶面積最大的層面，在病灶側(cè)選取缺血皮質(zhì)區(qū)面積為1 mm2的感興趣區(qū)（region of interest，ROI），以冠狀位為中軸，在病灶對側(cè)對應(yīng)位置取相同面積感興趣區(qū)。測定缺血灶感興趣區(qū)FA、λ⊥和λ‖，計算病灶側(cè)與對側(cè)正常感興趣區(qū)的相對值rFA、rλ⊥和rλ‖。

1.7統(tǒng)計學(xué)分析

2　結(jié)果

2.1學(xué)習(xí)能力

三組大鼠的潛伏期均隨訓(xùn)練天數(shù)的增加呈下降趨勢（P＜0.05）。組內(nèi)比較顯示，假手術(shù)組第2天潛伏期明顯小于第1天（P＜0.01）；在運動訓(xùn)練組及自然恢復(fù)組大鼠中，第3天訓(xùn)練時潛伏期小于第1天（P＜0.05），而第2天訓(xùn)練潛伏期與第1天相比無顯著性差異（P＞0.05）。在運動訓(xùn)練組大鼠中，第4天與第5天訓(xùn)練時潛伏期均小于第2天（P＜0.05）。在自然恢復(fù)組大鼠中，后4 d訓(xùn)練潛伏期兩兩比較均無顯著性差異（P＞0.05）。見表1。

組間比較顯示，自然恢復(fù)組大鼠各時間點訓(xùn)練的潛伏期均大于假手術(shù)組（P＜0.05）；運動訓(xùn)練組大鼠前3 d訓(xùn)練的潛伏期大于假手術(shù)組（P＜0.05），第4、5天訓(xùn)練時潛伏期與假手術(shù)組大鼠比較無顯著性差異（P＞0.05）；在前3 d訓(xùn)練中，運動訓(xùn)練組大鼠與自然恢復(fù)組大鼠潛伏期無顯著性差異（P＞0.05），但在第4、5天訓(xùn)練中，運動訓(xùn)練組大鼠潛伏期顯著小于自然恢復(fù)組（P＜0.05）。見表1。

2.2記憶能力

三組大鼠之間潛伏期、邊界時間百分比及邊界距離百分比關(guān)系為：假手術(shù)組＜運動訓(xùn)練組＜自然恢復(fù)組。采用秩和檢驗進行組間比較，自然恢復(fù)組潛伏期、邊界時間比及邊界距離比均明顯大于假手術(shù)組（P＜0.01）；與運動訓(xùn)練相比，自然恢復(fù)組大鼠邊界時間比及邊界距離比增加（P＜0.05）；然而運動訓(xùn)練組大鼠與假手術(shù)組大鼠相比，在潛伏期、邊界時間比及距離比方面無顯著性差異（P＞0.05）。三組大鼠平均速度值無顯著差異（P＞0.05）。見表2。

自然恢復(fù)組大鼠游泳軌跡集中于周邊區(qū)域，屬于典型的邊緣式游泳策略，而運動訓(xùn)練組及假手術(shù)組大鼠更有趨向性，目的性更強，并且游泳路線主要集中于平臺所在象限。見圖1。

表1　定位航行實驗中潛伏期變化（s）

表2　空間探索實驗中三組大鼠潛伏期，邊界時間、距離比及平均速度

2.3磁共振

2.3.1皮質(zhì)

2.3.1.1FA及rFA

采用方差分析進行組間比較，假手術(shù)組大鼠左側(cè)（患側(cè)）皮質(zhì)感興趣區(qū)FA（LFA）及rFA均高于運動訓(xùn)練組和自然恢復(fù)組（P＜0.05）。運動訓(xùn)練組大鼠LFA及rFA稍高于自然恢復(fù)組，但無顯著性差異（P＞0.05）。三組大鼠右側(cè)（健側(cè)）FA（RFA）無顯著性差異（P＞0.05）。見表3。

2.3.1.2λ‖及rλ‖

采用方差分析進行組間比較，假手術(shù)組大鼠左側(cè)（患側(cè)）皮質(zhì)感興趣區(qū)λ‖（Lλ‖）及rλ‖低于自然恢復(fù)組（P＜0.05），與運動訓(xùn)練組比較無顯著性差異（P＞0.05）。運動訓(xùn)練組Lλ‖及rλ‖與自然恢復(fù)組比較無顯著性差異（P＞0.05）。三組大鼠右側(cè)（健側(cè)）大腦皮質(zhì)感興趣區(qū)λ‖（Rλ‖）無顯著性差異（P＞0.05）。見表4。

2.3.1.3λ⊥及rλ⊥

采用方差分析進行組間比較，假手術(shù)組大鼠左側(cè)（患側(cè)）皮質(zhì)感興趣區(qū)λ⊥（Lλ⊥）及rλ⊥低于自然恢復(fù)組（P＜0.05），與運動訓(xùn)練組比較無顯著性差異（P＞0.05）。運動訓(xùn)練組Lλ⊥及rλ⊥與自然恢復(fù)組比較無顯著性差異（P＞0.05）。三組大鼠右側(cè)（健側(cè)）大腦皮質(zhì)感興趣區(qū)λ⊥（Rλ⊥）無顯著性差異（P＞0.05）。見表5。

2.3.2海馬

三組大鼠雙側(cè)海馬區(qū)FA、λ‖及λ⊥均無顯著性差異（P＞0.05）；兩側(cè)海馬區(qū)rFA、rλ‖及rλ⊥也無顯著性差異（P＞0.05）。見表6、表7、表8。

圖1　三組大鼠游泳軌跡

表3　三組大鼠皮質(zhì)區(qū)感興趣區(qū)FA及rFA比較

表4　三組大鼠皮質(zhì)區(qū)感興趣區(qū)λ‖及rλ‖比較

表5　三組大鼠皮質(zhì)區(qū)感興趣區(qū)λ⊥及rλ⊥比較

表6　三組大鼠海馬感興趣區(qū)FA及rFA比較

表7　三組大鼠海馬感興趣區(qū)λ‖及rλ‖比較

表8　三組大鼠海馬感興趣區(qū)λ⊥及rλ⊥比較

2.4磁共振指標與學(xué)習(xí)記憶能力指標相關(guān)性分析

皮質(zhì)rFA與Morris水迷宮空間探索實驗潛伏期呈負相關(guān)（P＜0.05）。rλ‖、Lλ⊥和rλ⊥與Morris水迷宮逃避潛伏期呈正相關(guān)（P＜0.05）。其中rλ⊥與潛伏期相關(guān)性較高（r=0.761，P＜0.01）。見表9。

3　討論

表9　磁共振參數(shù)與Morris水迷宮逃避潛伏期的相關(guān)性分析

認知功能障礙是腦缺血損傷后患者常見的功能障礙，是制約腦卒中患者全面康復(fù)的重要因素。早期發(fā)現(xiàn)并及時干預(yù)認知障礙對患者身心功能的全面恢復(fù)有著特別重要的意義。本研究通過Morris水迷宮實驗對MCAO大鼠的空間學(xué)習(xí)能力以及記憶能力進行研究。逃避潛伏期作為一個主要觀察指標，它的時間長短也代表著動物空間學(xué)習(xí)記憶能力的好壞，潛伏期短，預(yù)示著動物的學(xué)習(xí)記憶能力好［9］。

本研究通過比較三組不同大鼠潛伏期發(fā)現(xiàn)，與假手術(shù)組大鼠相比，自然恢復(fù)組大鼠潛伏期明顯延長，運動訓(xùn)練組與自然恢復(fù)組比較，潛伏期明顯縮短。三組大鼠平均速度基本相同，可排除速度對于潛伏期的影響。從而提示MCAO后大鼠學(xué)習(xí)記憶能力減弱，康復(fù)訓(xùn)練可以提高大鼠學(xué)習(xí)記憶能力。在定位航行實驗中，大鼠尋找平臺所在位置的游泳策略是衡量動物分析判斷能力及解決問題能力的指標。正常大鼠隨著訓(xùn)練次數(shù)的增加，游泳軌跡更有趨向性及直線性，目的性較強，而癡呆大鼠可能更趨向于邊緣性及隨機性，趨向性及直線性較少［9］。從圖1可以看出，自然恢復(fù)組大鼠在第7天訓(xùn)練中游泳軌跡仍集中于水池邊緣，邊界時間及距離比顯著高于假手術(shù)組及運動訓(xùn)練組，而運動訓(xùn)練組及假手術(shù)組大鼠游泳軌跡及邊界時間、距離比未見顯著性差異。提示未經(jīng)運動訓(xùn)練的MCAO大鼠認知損傷較重，記憶恢復(fù)較慢，而運動訓(xùn)練可顯著改善腦梗死大鼠的認知功能。這與不少國內(nèi)外動物實驗結(jié)果［10-11］相一致。

目前有不少學(xué)者研究了運動訓(xùn)練促進認知功能改善的神經(jīng)機制，主要集中于皮質(zhì)及海馬腦區(qū)某些蛋白分子表達、神經(jīng)細胞增殖分化或者突觸可塑性的研究［12］。

DTI是利用水分子在不均質(zhì)組織中的擴散具有各向異性特征進行成像。人體組織的擴散特征大多表現(xiàn)為各向異性，尤以大腦白質(zhì)為著。DTI通過改變擴散敏感梯度方向測量體素內(nèi)水分子在各個方向上的擴散強度，在三維空間內(nèi)定量分析組織內(nèi)水分子的擴散運動，與常規(guī)MRI不同，DTI是以參數(shù)值而不是以灰階反映組織特征，不同參數(shù)成像從不同的側(cè)面反映體素內(nèi)水分子的平均位移、分子位移差別及其主要方向。其中主要參數(shù)中最常用的是部分FA［13］。FA指擴散張量的各向異性部分與總擴散張量之比［14］，F(xiàn)A取值范圍是0～1。FA的測量可以反映腦組織神經(jīng)纖維排列方向的一致性及纖維束完整性，目前主要用于評價組織結(jié)構(gòu)完整性、病理改變及組織結(jié)構(gòu)和功能關(guān)系，是DTI的重要組成部分［15］。

λ‖和λ⊥分別代表著體素中平行和垂直于纖維方向的擴散系數(shù)。λ‖反映水沿著軸突的擴散運動，λ‖升高反映這種擴散運動更加自由。有研究表明，λ‖減少與缺血后的細胞毒性水腫有關(guān)［16］。λ⊥反映水垂直于軸突的擴散運動，當(dāng)水分子接觸到細胞膜和髓鞘時，運動會發(fā)生變形。λ⊥升高反映細胞結(jié)構(gòu)的破壞和髓鞘損傷。雖然FA被廣泛地使用，而λ⊥和λ‖可以提供更詳細的關(guān)于擴散方向的信息，也可以更具體地體現(xiàn)組織變化的表征。因此，F(xiàn)A、λ⊥、λ‖協(xié)同研究可以更具體地了解其組織學(xué)變化。

Bhagat等研究表明，腦梗死后梗死區(qū)急性期和亞急性期的特點是標志性FA的減小，這是由于白質(zhì)和灰質(zhì)的結(jié)構(gòu)小梁的破壞［17］。此外，λ⊥顯著提高，λ‖保持不變，這與正常髓鞘壁的破壞和血管源性水腫的加重有關(guān)。在慢性期，由于血管性水腫進一步發(fā)展，形成囊腔，這個充滿液體的囊性區(qū)域增加了水的自由運動，導(dǎo)致λ‖、λ⊥迅速升高；而FA不變或增加，這可能與運動和神經(jīng)功能的恢復(fù)有關(guān)［18］。這與本實驗中所觀察到的自然恢復(fù)組及運動訓(xùn)練組大鼠左側(cè)皮質(zhì)梗死區(qū)λ‖、λ⊥的升高相一致，反映了大鼠腦梗死后皮質(zhì)區(qū)血管性水腫的存在，導(dǎo)致水分子垂直及平行于軸突方向的擴散運動均更加自由。也有研究表明，隨著缺血的持續(xù)，血管源性水腫引起細胞外自由水的相對增加，細胞膜碎裂，細胞壞死，結(jié)構(gòu)小梁破壞，可能導(dǎo)致FA降低到正常值以下。因此，F(xiàn)A降低可能反映了細胞腫脹、血管源性水腫以及細胞壞死的過程。

本實驗中腦梗死大鼠左側(cè)皮質(zhì)FA及rFA均有不同程度的降低，可能反映了腦梗死后大鼠皮質(zhì)區(qū)細胞結(jié)構(gòu)及髓鞘結(jié)構(gòu)的破環(huán)，神經(jīng)纖維完整性降低。而自然恢復(fù)組大鼠與運動訓(xùn)練組大鼠相比，左側(cè)皮質(zhì)FA、rFA降低，λ‖、λ⊥、rλ‖、rλ⊥升高更加顯著。提示運動訓(xùn)練可以減輕梗死區(qū)血管源性水腫，促進神經(jīng)纖維的損傷修復(fù)。而三組大鼠右側(cè)皮質(zhì)區(qū)FA、λ‖、λ⊥及其相對值無顯著性差異，提示右側(cè)皮質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)未有明顯損傷。

本實驗中腦梗死大鼠雙側(cè)海馬區(qū)FA、λ‖、λ⊥及其相對值與假手術(shù)組大鼠相比未見明顯差異。提示實驗所選取的海馬區(qū)層面未出現(xiàn)纖維結(jié)構(gòu)受損、血管性水腫等缺血改變。Huang等曾報道海馬的血供主要是由大腦后動脈的分支供應(yīng)，少部分由頸內(nèi)動脈發(fā)出的脈絡(luò)膜前動脈供應(yīng)，因此MCAO并不會引起海馬的缺血改變［19］。Block等的報道顯示其改變可能與腦梗死后在其周圍皮層形成的擴散性抑制波有關(guān)，擴散性抑制波會引起皮層釋放過量的谷氨酸，過量的谷氨酸順突觸傳遞到同側(cè)海馬，引起同側(cè)海馬神經(jīng)元的興奮性中毒和環(huán)氧化酶2（COX-2）的升高，進而引起海馬的炎癥反應(yīng)和神經(jīng)元的凋亡退變［20］。由此可見腦梗死后海馬區(qū)改變與原發(fā)性病灶的細胞壞死不同，主要以繼發(fā)性細胞凋亡改變?yōu)橹?，可能細胞結(jié)構(gòu)及纖維髓鞘結(jié)構(gòu)未有明顯破壞。然而腦梗死后與海馬相關(guān)的學(xué)習(xí)記憶能力受損嚴重，考慮可能與皮質(zhì)及海馬未缺血區(qū)的纖維聯(lián)系斷裂有關(guān)。

本實驗選取Morris水迷宮主要觀察逃避潛伏期作為評價學(xué)習(xí)記憶能力好壞的指標。將其與腦梗死大鼠皮質(zhì)感興趣區(qū)磁共振參數(shù)（FA、λ‖、λ⊥）進行相關(guān)性分析。結(jié)果顯示皮質(zhì)感興趣區(qū)rFA、rλ‖、rλ⊥及左側(cè)λ⊥與潛伏期相關(guān)（P＜0.05），其中rλ⊥的相關(guān)性最高。2012年在臨床研究中，Tang等發(fā)現(xiàn)單側(cè)MCA梗死患者腦梗死灶的rFA與認知功能明顯相關(guān)［21］，與本實驗研究結(jié)果一致。但腦梗死后梗死灶λ‖、λ⊥及其相對值與認知功能的關(guān)系目前還未看到相關(guān)報道。本實驗顯示皮質(zhì)的rFA、rλ‖、rλ⊥及患側(cè)λ⊥可能是大鼠局灶性腦缺血后認知功能恢復(fù)的有效預(yù)測指標，其中rλ⊥的預(yù)測價值更為顯著。

綜上所述，局灶性腦缺血大鼠會出現(xiàn)學(xué)習(xí)記憶能力障礙，可能與缺血側(cè)皮質(zhì)區(qū)神經(jīng)纖維損傷、皮質(zhì)與海馬未缺血區(qū)纖維聯(lián)系斷裂及缺血區(qū)血管源性水腫相關(guān)。而適當(dāng)?shù)倪\動訓(xùn)練可改善其學(xué)習(xí)記憶能力，并可促進大鼠皮質(zhì)缺血區(qū)神經(jīng)纖維損傷修復(fù)和減輕血管源性水腫。此外，DTI參數(shù)中，皮質(zhì)的rFA、rλ‖、rλ⊥及患側(cè)皮質(zhì)區(qū)λ⊥可能是大鼠局灶性腦缺血后認知功能恢復(fù)的有效預(yù)測指標，其中rλ⊥的預(yù)測價值更高。本實驗樣本量偏低，此結(jié)果還需大量動物實驗數(shù)據(jù)來驗證。

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Effects of Exercise Training on Learning and Memory Ability and Diffusion Tensor Imaging in Rats after Focal Cerebral Ischemia

MIAO Pei，ZHANG Tong，MI Hai-xia，ZHANG Yu-ge
1.Capital Medical University School of Rehabilitation Medicine，Beijing 100068，China；2.Beijing Bo'ai Hospital，China Rehabilitation Research Center，Beijing 100068，China

Correspondence to ZHANG Tong.E-mail：zt61611@sohu.com

Objective To explore the effect of exercise training on learning and memory ability in rats with focal cerebral ischemia，and to analyze the changes of brain tissue structure of rats after exercise training through diffusion tensor imaging（DTI）.Methods Twenty-four SPF male Sprague-Dawley rats were randomly divided into sham operation group（n=8），natural recovery group（n=8）and exercise training group（n=8）.The left middle cerebral artery occlusion（MCAO）model was established.The exercise training group received running wheel training 24 hours after modeling，for 14 days.All groups were tested by the Morris water maze 15 days after modeling.The latency in the navigation experiment，as well as the first latency，boundary swimming time ratio，the boundary swimming distance ratio，the average speed and the swimming path in the space exploration experiment were recorded.Four rats with similar Longa scores in each group received routine magnetic resonance imaging and DTI scanning，the fractional anisotropy（FA），axial diffusivity（λ‖），and radial diffusivity（λ⊥）of isch-emic cortex and hippocampal lesion and contralateral side were measured.Results In the navigation experiment，the latency of three groups showed a downward trend along with training days（P＜0.05）.The latency was longer in all the time points in the natural recovery group than in the sham operation group（P＜0.05），and was longer in the first three days in the exercise training group than in the sham operation group （P＜0.05），however，there was no significant difference between them in the last two days（P＞0.05），while it was shorter in the exercise training group than in the natural recovery group in the same time（P＜0.05）.In the space exploration experiment，the latency，the boundary swimming time ratio and the boundary swimming distance ratio were more in the natural recovery group than in the sham operation group（Z＞2.627，P＜0.01），and the latter two indexes were also higher in the natural recovery group than in the exercise training group（Z＞2.521，P＜0.05）.No significant difference was found in the average speed among three groups（P＞0.05）.The swimming paths in the exercise training group and the sham operation group were better than that of the natural recovery group.The FA and rFA in the left cortical area were higher in the sham operation group than in the exercise training group and the natural recovery group（P＜0.05），however，no significant difference was found between the exercise training group and the natural recovery group（P＞0.05）.There was no significant difference in the FA in the right cortical area among three groups（F=0.532，P=0.607）.The λ⊥，λ‖，rλ‖and rλ⊥in the left cortical area were lower in the sham operation group than in the natural recovery group（P＜0.05），and no significant difference was found from the exercise training group to the natural recovery group，nor to the sham operation group（P＞0.05）.There was no significant difference in the λ⊥and λ‖in the right cortical area among three groups（F＜1.030，P＞0.05）.There was no significant difference in the FA，λ⊥，λ‖and rFA，rλ⊥and rλ‖in the bilateral hippocampal interest area among three groups（F＜1.845，P＞0.05）.The rFA，rλ‖，rλ⊥and left λ⊥were correlated with the latency in the space exploration experiment in the Morris water maze test（P＜0.05），in which the correlation coefficient of rλ⊥was the highest（r=0.761，P＜0.01）. Conclusion Proper exercise training can improve the learning and memory ability of rats with focal cerebral ischemia，and can promote the repair of nerve fiber damage and reduce the vascular edema.In addition，the rFA，rλ‖，rλ⊥and λ⊥of ischemic cortex may be predictors of cognitive function recovery in rats after focal cerebral ischemia，especially rλ⊥.

focal cerebral ischemia；exercise training；learning and memory ability；diffusion tensor imaging

10.3969/j.issn.1006-9771.2016.08.005

中國康復(fù)研究中心與廣東天普生化醫(yī)藥股份有限公司合作項目（No.2015HZ-7）。

1.首都醫(yī)科大學(xué)康復(fù)醫(yī)學(xué)院，北京市100068；2.中國康復(fù)研究中心北京博愛醫(yī)院，北京市100068。作者簡介：繆培（1992-），女，漢族，河北保定市人，碩士研究生，主要研究方向：神經(jīng)康復(fù)。通訊作者：張通，男，博士，主任醫(yī)師，教授，博士生導(dǎo)師。E-mail：zt61611@sohu.com。

R743.3

A

1006-9771（2016）08-0896-08

（2016-06-15

2016-07-22）