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        周圍神經(jīng)損傷及腦功能重塑研究進(jìn)展

        2019-01-02 16:17:09馬書杰吳佳佳華續(xù)赟徐建光
        中國康復(fù) 2019年3期
        關(guān)鍵詞:軸突重塑移位

        馬書杰,吳佳佳,華續(xù)赟,徐建光

        作者單位:1.上海中醫(yī)藥大學(xué)康復(fù)醫(yī)學(xué)院,上海201203;2.上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬岳陽中西醫(yī)結(jié)合醫(yī)院,上海200437

        目前,盡管顯微外科技術(shù)的進(jìn)步,能夠最大程度地恢復(fù)神經(jīng)連續(xù)性,但周圍神經(jīng)損傷后的功能恢復(fù)并不能令人滿意,尋求新的臨床治療及康復(fù)策略來促進(jìn)神經(jīng)再生,提高肢體功能恢復(fù)迫在眉睫。近年來研究顯示,周圍神經(jīng)損傷后引起大腦功能重塑,并在周圍神經(jīng)損傷后的功能恢復(fù)中起重要作用[1]。深入了解周圍神經(jīng)損傷后腦重塑規(guī)律,對于制定適合的康復(fù)策略,提高臨床療效有重要意義。

        1 周圍神經(jīng)損傷的治療現(xiàn)狀

        周圍神經(jīng)損傷是臨床常見的創(chuàng)傷或其并發(fā)癥。流行病學(xué)研究表明,每年新發(fā)生超過千萬的創(chuàng)傷患者中,2.8%合并有周圍神經(jīng)損傷[2-3],而其在肢體創(chuàng)傷中的比例則高達(dá)3%~10%[4-5],周圍神經(jīng)損傷后,由于神經(jīng)再生速度緩慢以及失神經(jīng)肌萎縮等因素,部分患者甚至終身殘疾。因此采取積極措施促進(jìn)神經(jīng)再生,盡早與靶器官建立突觸連接,防治失神經(jīng)肌萎縮對于周圍神經(jīng)損傷后功能恢復(fù)與手術(shù)修復(fù)同等重要,目前神經(jīng)損傷后的臨床治療措施主要涉及以下幾個方面。

        1.1 促進(jìn)周圍神經(jīng)再生 周圍神經(jīng)損傷后軸突再生,如何加快周圍神經(jīng)再生速度是提高周圍神經(jīng)修復(fù)療效的重要方法之一。針對這個問題,國內(nèi)外學(xué)者已在多方面進(jìn)行了研究,包括藥物治療、神經(jīng)電刺激、基因治療、中國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)等。Li等[6]采用神經(jīng)營養(yǎng)因子治療糖尿病周圍神經(jīng)損傷大鼠,能夠顯著促進(jìn)雪旺氏細(xì)胞增殖、調(diào)節(jié)神經(jīng)相關(guān)蛋白表達(dá),從而加快神經(jīng)再生及髓鞘化。此外,基因治療[7]、激素治療[8]、TNF-α等也有一定的促進(jìn)周圍神經(jīng)再生作用[9]。近年來,中國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)在周圍神經(jīng)損傷的康復(fù)中嶄露頭角,Wu等[10]研究發(fā)現(xiàn)電針可以改善大鼠神經(jīng)修復(fù)后感覺功能恢復(fù),并可以改善大鼠步態(tài)及協(xié)調(diào)性,從而促進(jìn)周圍神經(jīng)損傷后功能恢復(fù)。Yu等[11]研究發(fā)現(xiàn)推拿通過下調(diào)組織纖溶酶原激活劑(Tissue Type plasminogen Activator,TPA)和纖溶酶原激活物抑制物-1(Plasminogen Activator Inhibitor-1,PAI-1)的水平,改善坐骨神經(jīng)擠壓傷大鼠的運(yùn)動功能。

        1.2 防治失神經(jīng)肌萎縮 周圍神經(jīng)損傷后,失神經(jīng)骨骼肌萎縮的防治是周圍神經(jīng)功能恢復(fù)的另一個重要方面。骨骼肌失神經(jīng)支配后會發(fā)生一系列形態(tài)學(xué)、組織學(xué)及分子化學(xué)變化,包括肌纖維橫截面積變小、纖維排列紊亂、細(xì)胞凋亡、蛋白質(zhì)降解、膠原纖維增生、肌肉微環(huán)境改變等[12-15]。目前臨床常用的延緩失神經(jīng)骨骼肌萎縮的方法主要包括被動運(yùn)動、神經(jīng)肌肉電刺激、脈沖式磁療、異位寄養(yǎng)、基因治療以及干細(xì)胞移植等[16-21]。研究表明,高頻電流(>50 Hz) 可增加肌纖維直徑,低頻電流(<20 Hz)可增加氧化酶活性[22]。此外,異體神經(jīng)干細(xì)胞移植能夠維持骨骼肌纖維直徑、抑制膠原纖維增生、維持失神經(jīng)肌肉突觸后膜形態(tài)及功能,在防治失神經(jīng)肌肉萎方面也具有潛力[23-25]。

        1.3 后遺癥的治療 神經(jīng)病理性疼痛是周圍神經(jīng)損傷的主要后遺癥之一,這種疼痛可能長期存在,并給患者帶來巨大的痛苦,嚴(yán)重影響生活質(zhì)量,目前臨床上對神經(jīng)病理性疼痛的治療效果并不令人滿意。研究認(rèn)為中樞神經(jīng)系統(tǒng)膠質(zhì)細(xì)胞活化是周圍神經(jīng)損傷后神經(jīng)病理性疼痛的主要原因之一[26]。Qiu等[27]利用20Hz重復(fù)經(jīng)顱磁刺激刺激患肢對應(yīng)運(yùn)動皮質(zhì)緩解臂叢損傷后長期、頑固性神經(jīng)痛,20d后患者疼痛評分下降了30%以上。Dimov等[28]通過電刺激島葉皮質(zhì)緩解大鼠神經(jīng)損傷后頑固病理性疼痛的研究也得到類似結(jié)果,其機(jī)制可能是通過促進(jìn)大鼠中腦導(dǎo)水管周圍灰質(zhì)疼痛回路中阿片類物質(zhì)分泌,誘導(dǎo)鎮(zhèn)痛作用。另外,一些藥物治療,如雌激素[29]、水楊酸等也可在一定程度上緩解神經(jīng)病理性疼痛[30]。

        2 周圍神經(jīng)損傷后的腦重塑規(guī)律

        2.1 周圍神經(jīng)損傷后的腦功能重塑規(guī)律 隨著功能磁共振(functional magnetic resonance imaging,fMRI)、腦電圖(electroencephalogram,EEG)、腦磁圖(Magnetoencephalography,MEG)等無創(chuàng)性腦功能研究技術(shù)的發(fā)展,周圍神經(jīng)損傷修復(fù)后腦功能重塑的研究逐漸受到國內(nèi)外重視??偨Y(jié)其基本規(guī)律為:神經(jīng)失傳入后,相應(yīng)大腦皮質(zhì)面積逐漸萎縮,并發(fā)生沉寂;同時其鄰近的皮質(zhì)發(fā)生擴(kuò)張并侵占該皮質(zhì)功能區(qū)。Franck等[31]切斷貓的脊神經(jīng)背根,觀察到其相應(yīng)的初級體感皮質(zhì)被鄰近皮質(zhì)侵占。切斷貓正中神經(jīng)、尺神經(jīng)和橈神經(jīng)后,相應(yīng)體感皮質(zhì)同樣發(fā)生沉寂和萎縮,即使在術(shù)后一年,其皮質(zhì)依然存在沉寂區(qū)域[32]。在猴子的研究中發(fā)現(xiàn),成年猴子各手指在感覺皮質(zhì)由內(nèi)向外依次排列,正中神經(jīng)切斷后相應(yīng)皮質(zhì)區(qū)發(fā)生沉寂,被鄰近擴(kuò)張的皮質(zhì)侵占,這種沉寂與擴(kuò)張交錯排布,甚至可完全占據(jù)失神經(jīng)傳入皮質(zhì)[33]。這種現(xiàn)象在坐骨神經(jīng)橫斷的嚙齒類動物模型中得到印證[34]。

        2.2 周圍神經(jīng)直接修復(fù)后的腦功能重塑規(guī)律 周圍神經(jīng)損傷后,對于損傷程度較輕,未造成神經(jīng)缺損的情況下,可直接修復(fù)神經(jīng)兩斷端。神經(jīng)修復(fù)后,連續(xù)性恢復(fù),并通過軸突再生重新建立與靶器官的突觸連接,此時大腦可再一次發(fā)生可塑性變化。但由于在前期神經(jīng)失傳入階段,大腦相應(yīng)皮質(zhì)區(qū)被侵占,即使神經(jīng)修復(fù),由于再生軸突錯向生長,對肢體的再支配不能恢復(fù)到原來水平,其腦功能重塑也往往是不完全的。一項(xiàng)關(guān)于周圍神經(jīng)損傷的經(jīng)典研究表明,猴子的正中神經(jīng)修復(fù)后,其相應(yīng)感覺皮質(zhì)區(qū)變?yōu)椴贿B續(xù)的、模糊的馬賽克樣,這嚴(yán)重影響該皮質(zhì)精確處理正中神經(jīng)信息的能力[35-36]。臨床上斷手再植的患者,移植手獲得一定功能后,原手部對應(yīng)皮質(zhì)區(qū)重新激活并逐漸恢復(fù)原來狀態(tài),但仍有部分手部皮質(zhì)區(qū)與肘部皮質(zhì)區(qū)無法分離,從而導(dǎo)致患手無法實(shí)現(xiàn)獨(dú)立控制[37]。因此,肢體功能無法完全恢復(fù)的原因可能與大腦皮質(zhì)重塑不良有關(guān)。

        2.3 周圍神經(jīng)移位修復(fù)后的腦功能重塑規(guī)律 在某些情況下(如臂叢神經(jīng)根性撕脫傷等),神經(jīng)損傷后不能進(jìn)行直接修復(fù),而需要進(jìn)行神經(jīng)移位術(shù)。具體做法是將功能較不重要的其它神經(jīng)切斷,作為動力神經(jīng)移位修復(fù)損傷神經(jīng),有時甚至需要用對側(cè)(健側(cè))上肢的神經(jīng)移位修復(fù)患肢(如健側(cè)頸7神經(jīng)移位術(shù)等)[38]。神經(jīng)移位術(shù)后腦重塑過程更加復(fù)雜[39],神經(jīng)移位后功能恢復(fù)良好的患者,早期需要依靠動力神經(jīng)聯(lián)動來帶動患肢運(yùn)動,到后期患肢可以實(shí)現(xiàn)完全或部分獨(dú)立運(yùn)動。這個過程中大腦出現(xiàn)相應(yīng)變化:術(shù)后早期患肢由動力神經(jīng)的代表區(qū)控制,經(jīng)過一段時間康復(fù)訓(xùn)練后,患肢原皮質(zhì)功能區(qū)重新激活并控制患肢[40-41]。患肢原皮質(zhì)功能區(qū)能否重新激活與其功能恢復(fù)程度息息相關(guān)。

        3 周圍神經(jīng)損傷后腦功能重塑的機(jī)制

        研究表明,神經(jīng)損傷后的中樞重塑可發(fā)生在脊髓、腦干、丘腦和大腦皮質(zhì)水平,其機(jī)制涉及組織、細(xì)胞和分子水平的一系列變化。周圍神經(jīng)損傷后早期大腦出現(xiàn)快速重塑,受損神經(jīng)對應(yīng)皮質(zhì)功能區(qū)被鄰近皮質(zhì)區(qū)迅速侵占,鄰近皮質(zhì)的這種擴(kuò)張,可能是由于潛在的興奮性突觸連接暴露以及GABA抑制減少共同作用的結(jié)果[42]。在人類研究中已經(jīng)證實(shí)神經(jīng)失傳入后γ-氨基丁酸(GABA)及其谷氨酸脫羧酶(GABA的合成酶)迅速減少。而GABA受體拮抗劑的使用,又可以引起神經(jīng)元突起延伸及誘發(fā)電位反應(yīng)增強(qiáng),更加證實(shí)了GABA在腦功能重塑中的作用[43]。大腦可塑性的潛在機(jī)制也可能涉及到電壓門控系統(tǒng),包括鈉-鉀-鈣離子通道和HCN通道(hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated channels)表達(dá)的變化[44]。研究證實(shí),外周神經(jīng)損傷后,位于丘腦腹后外側(cè)核內(nèi)的三級傷害感受神經(jīng)元鈉通道的表達(dá)發(fā)生變化[45]。

        長時期的腦功能重塑可能涉及更穩(wěn)定的功能結(jié)構(gòu)機(jī)制,包括由軸突發(fā)芽和新突觸連接形成的現(xiàn)象或者皮質(zhì)內(nèi)和皮質(zhì)-皮質(zhì)下長時程增強(qiáng)(long-term potentiation, LTP)和長時程抑制(long-term depression, LTD)[46-47]。

        周圍神經(jīng)損傷后可塑性重組的穩(wěn)固需要結(jié)構(gòu)重塑,包括軸突側(cè)支發(fā)芽、樹突延長及形成新突觸連接而產(chǎn)生的新的神經(jīng)投射[48]。研究表明成年猴截肢后,脊髓和楔狀核中的傳入神經(jīng)終末區(qū)域異常增大,而慢性截肢可以引起更廣泛的皮質(zhì)擴(kuò)張,達(dá)10~14mm,這種擴(kuò)張與長程皮質(zhì)內(nèi)軸突發(fā)芽一致[49]。此外,與軸突回縮和代償性軸突芽生相關(guān)的繼發(fā)性跨神經(jīng)元萎縮似乎對大腦皮質(zhì)中腦圖譜重塑具有重要影響[56]。LTP和LTD在周圍神經(jīng)損傷后長時程腦重塑中起重要作用。LTP和LTD的這種長時程重塑可發(fā)生在運(yùn)動皮質(zhì)[50]、感覺皮質(zhì)和視覺皮質(zhì)中[51-52]。

        另外,中樞神經(jīng)系統(tǒng)可塑性還有許多分子的參與。皮質(zhì)重組可能上調(diào)了編碼與突觸活動(谷氨酸能和GABA能)有關(guān)的分子編碼基因,以及與神經(jīng)元生長和神經(jīng)元退化有關(guān)的分子通路,包括轉(zhuǎn)錄因子和神經(jīng)營養(yǎng)因子等[53-54]。不同的神經(jīng)營養(yǎng)因子可以作用于不同的神經(jīng)元靶點(diǎn),調(diào)節(jié)神經(jīng)電活動,突觸前和突觸后水平的突觸傳遞或皮質(zhì)內(nèi)抑制性連接[55]。神經(jīng)損傷擾亂營養(yǎng)因子及其受體的表達(dá)和分布,從而引起活動剝奪神經(jīng)元的回縮,同時誘導(dǎo)未被剝奪的神經(jīng)核團(tuán)向活動剝奪神經(jīng)元區(qū)域擴(kuò)張。

        4 小結(jié)與展望

        周圍神經(jīng)損傷后中樞系統(tǒng)整個神經(jīng)軸均出現(xiàn)可塑性改變,涉及組織、分子、基因各個層面,對于周圍神經(jīng)損傷后中樞重塑的整體機(jī)制目前尚不明確,科學(xué)研究任重而道遠(yuǎn)。了解周圍神經(jīng)損傷后中樞重塑規(guī)律,正確利用有利重塑,限制不良重塑,結(jié)合TMS等現(xiàn)代治療技術(shù),開發(fā)新的治療方法及策略,為臨床周圍神經(jīng)損傷患者的功能康復(fù)治療提供新的思路。

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