蒼白球電毀損對帕金森病大鼠HVSs振蕩波的影響研究.pdf

1、隨著對大腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的電生理學(xué)研究的不斷進步，我們已清楚的了解神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)上的振蕩活動具有一些固有的特性以及各神經(jīng)元之間振蕩存在一定同步性特征。人們開始利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)上的這些特性來解釋與大腦功能相關(guān)的生理現(xiàn)象，同樣，也考慮用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)上的一些異常表現(xiàn)來解釋有關(guān)的大腦功能紊亂，從而發(fā)現(xiàn)與這些大腦紊亂現(xiàn)象相關(guān)的腦功能性疾病的發(fā)病機理，進而研究出相應(yīng)的治療機制。在帕金森病人和動物的研究中已觀察到基底節(jié)核團內(nèi)部及核團之間振蕩活動在不同頻段的同步性增強，目

2、前研究已表明多巴胺的缺失可造成紋狀體和黑質(zhì)網(wǎng)狀部神經(jīng)元高電壓主軸（HVSs）的同步性增強。HVSs振蕩活動最初是在清醒靜止狀態(tài)下的大鼠皮層網(wǎng)絡(luò)上自發(fā)出現(xiàn)而被記錄下來的，它是一種頻率在7-14Hz范圍內(nèi)的振蕩活動，其特征為釘突狀的尖峰主軸與起伏波形的交替出現(xiàn)。除大腦皮層神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)外，在紋狀體、蒼白球、丘腦底核及黑質(zhì)網(wǎng)狀部局部場電位的記錄中也發(fā)現(xiàn)了HVSs活動。同時大多數(shù)研究還表明皮層或核團內(nèi)部以及皮層與核團之間HVSs振蕩活動表現(xiàn)出高同步性

3、。越來越多的證據(jù)表明這種多頻率范圍的同步振蕩是大腦信息加工的一種重要機制，而異常的同步可能是許多大腦功能紊亂的基礎(chǔ)。
　　目前，對帕金森病的外科治療仍然采用毀損手術(shù)及DBS兩種方式共存。對于不同情況的帕金森病人將有針對的采用DBS或者毀損術(shù)或者綜合采用兩種方式。毀損術(shù)治療帕金森病已經(jīng)歷了長期的廣泛的臨床實踐，對帕金森病癥狀的治療效果是值得肯定的。而采用毀損手術(shù)治療帕金森病的原理，至今仍不清楚，相關(guān)實驗也開展較少。
　　回顧文

4、獻資料，推測毀損手術(shù)治療帕金森病的可能機制與影響基底神經(jīng)節(jié)環(huán)路上的HVSs振蕩活動有關(guān)，由于PD狀態(tài)下基底節(jié)環(huán)路上的HVSs振蕩活動存在同步性的增高，直流電毀損了基底節(jié)環(huán)路上的重要核團蒼白球可能導(dǎo)致環(huán)路上增強的同步振蕩的傳導(dǎo)部分受到抑制或者折返回上級傳出核團。為驗證所作出的假設(shè)，設(shè)計了以下實驗，實驗采用在體活動大鼠腦電生理記錄的方式記錄皮層腦電圖及腦深部局部場電位變化情況，經(jīng)蒼白球內(nèi)側(cè)部直流電毀損手術(shù)，記錄分析手術(shù)前后大鼠腦電信號特性的

5、變化并與正常組大鼠相對比，以證實毀損手術(shù)對帕金森病大鼠模型的治療機制。
　　目的:
　　應(yīng)用直流電核團毀損術(shù)毀損帕金森病（PD）大鼠模型的內(nèi)側(cè)蒼白球（GPi），記錄其手術(shù)前后腦電生理活動的變化，以探討內(nèi)蒼白球射頻毀損術(shù)治療PD的可能機制。
　　方法:
　　1.實驗大鼠分組：成年SD大鼠隨機分為GP毀損組、假手術(shù)組及正常組。對PD毀損組和假手術(shù)組大鼠采用6-羥基多巴胺（6-OHDA）右側(cè)黑質(zhì)致密部（SNc）、中腦腹

6、側(cè)被蓋區(qū)（VTA）兩點注射法建立PD大鼠模型，并經(jīng)腹腔注射阿撲嗎啡（APO）誘發(fā)旋轉(zhuǎn)以對模型建立進行評價，并記錄大鼠旋轉(zhuǎn)圈數(shù)以與毀損術(shù)后大鼠經(jīng)誘導(dǎo)的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)相對比。
　　2.各組大鼠腦電信號記錄：各組大鼠均植入相同的電極，在大鼠運動皮層M1、M2區(qū)及腦深部紋狀體和蒼白球的相應(yīng)位置植入金屬電極，通過多導(dǎo)聯(lián)宏電極在體腦電生理記錄技術(shù)對各組大鼠進行右側(cè)（注射側(cè)）大腦皮層M1、M2區(qū)腦電及紋狀體場電位的連續(xù)24小時記錄，同時進行視頻錄像，

7、連續(xù)記錄并監(jiān)視2天。而后對GP毀損組大鼠行直流電GPi毀損術(shù)，直流電強度選擇0.5mA毀損時間為10s，術(shù)后恢復(fù)4天，然后對各組大鼠均行阿撲嗎啡誘導(dǎo)旋轉(zhuǎn)行為檢驗，記錄各組大鼠旋轉(zhuǎn)圈數(shù)以于之前旋轉(zhuǎn)圈數(shù)進行比較；繼續(xù)記錄腦電活動2天。
　　3.所有記錄數(shù)據(jù)經(jīng)頻率譜分析及相干分析，再經(jīng)統(tǒng)計分析以揭示各記錄位點信號的頻率成分以及不同位點神經(jīng)元集群間的功能連接和同步性。信號數(shù)據(jù)采用均數(shù)±標準差（x±s）表示。PD毀損組大鼠毀損術(shù)前后腦電信號

8、的比較采用配對t檢驗，毀損后PD毀損組與假手術(shù)組之間的比較采用兩樣本t檢驗，各處理組之間采用方差分析進行比較。p＜0.05認為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。使用matlab軟件進行功率譜分析，計算各導(dǎo)聯(lián)記錄的腦電信號在不同頻率上的相對或絕對功率，分析信號中的各種頻率成分及其頻域范圍，以分析局部神經(jīng)元放電的同步情況。
　　結(jié)果:
　　1.帕金森模型大鼠經(jīng)內(nèi)側(cè)蒼白球電毀損術(shù)后，由阿撲嗎啡誘導(dǎo)的行為檢測旋轉(zhuǎn)圈數(shù)較毀損前有顯著減少，并較假手術(shù)組

9、有顯著的差異。毀損組大鼠手術(shù)后較術(shù)前平均旋轉(zhuǎn)圈數(shù)減少13圈/分，具有統(tǒng)計學(xué)意義；而假手術(shù)組術(shù)后較術(shù)前平均旋轉(zhuǎn)圈數(shù)減少0.37圈/分，結(jié)果不具有統(tǒng)計學(xué)意義。
　　2.對GP毀損組大鼠毀損術(shù)前后在清醒靜息狀態(tài)下的皮層腦電和紋狀體場電位有明顯改變，術(shù)后HVSs（HighVoltageSpindles）在持續(xù)時間上明顯縮短發(fā)作次數(shù)明顯減少。毀損組大鼠HVSs發(fā)作次數(shù)在毀損術(shù)后較術(shù)前平均減少169.44次/24小時；假手術(shù)組大鼠術(shù)后發(fā)作次數(shù)

10、較術(shù)前平均增加1.88次/24小時，該差異不具有統(tǒng)計學(xué)意義；而毀損術(shù)后毀損組大鼠與正常組大鼠發(fā)作次數(shù)相近，組間平均差異不具統(tǒng)計學(xué)意義（P﹥0.05）。在HVSs持續(xù)時間上，毀損組大鼠在術(shù)后持續(xù)時間較術(shù)前平均減少1.61s，假手術(shù)組大鼠在術(shù)后較術(shù)前減少0.01s，且毀損組大鼠術(shù)后持續(xù)時間與正常組大鼠的持續(xù)時間1.86±0.45s相近，其組間差異不具統(tǒng)計學(xué)意義（P﹥0.05）。
　　3.對各組大鼠術(shù)后在靜息狀態(tài)下的腦電信號進行對比，G

11、P毀損組大鼠較假手術(shù)組的相干性分析顯示GP毀損組大鼠術(shù)后在HVSs頻段（5-13Hz）上的相干程度顯著小于假手術(shù)組。通過軟件分析可得在M1區(qū)的導(dǎo)聯(lián)上對照組、假手術(shù)組、毀損組的相對功率譜密度分別為3.78±1.03％、12.75±4.08％、3.59±0.98％，該導(dǎo)聯(lián)上GPi毀損組大鼠的相對功率譜比假手術(shù)組有明顯降低，數(shù)據(jù)經(jīng)方差分析結(jié)果顯示兩組間差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P﹤0.05），而毀損組大鼠rPSD與正常對照組大鼠間差別不具有統(tǒng)計學(xué)意義

12、（P﹥0.05）。在M2區(qū)的導(dǎo)聯(lián)上對照組、假手術(shù)組、毀損組的rPSD分別為3.71±1.18％、5.21±1.72％、3.92±1.23％，在紋狀體的導(dǎo)聯(lián)上對照組、假手術(shù)組、毀損組的rPSD分別為8.57±2.73％、12.60±3.83％、8.65±2.38％，兩組導(dǎo)聯(lián)上毀損組大鼠相對功率譜都較假手術(shù)組有明顯降低，差異具有統(tǒng)計學(xué)意義（P﹤0.05），并接近對照組大鼠水平，其組間差異都不具有統(tǒng)計學(xué)意義（P﹥0.05）。各組大鼠各導(dǎo)聯(lián)間相

13、干系數(shù)的對比顯示，在M1-Striatum兩導(dǎo)聯(lián)之間，毀損組的相干系數(shù)為0.24±0.10，較假手術(shù)組的0.77±0.08有顯著的減少，在M2-Striatum導(dǎo)聯(lián)之間毀損組相干系數(shù)為0.27±0.12，較假手術(shù)組的0.59±0.16有顯著減少，在M2-M1導(dǎo)聯(lián)之間毀損組相干系數(shù)0.26±0.10比假手術(shù)組的0.45±0.14也有顯著減少，各組數(shù)據(jù)經(jīng)方差分析顯示三組導(dǎo)聯(lián)之間毀損組與假手術(shù)組相干系數(shù)的差異都具有統(tǒng)計學(xué)意義（P﹤0.05）。

14、三組導(dǎo)聯(lián)之間M1-Striatum、M2-Striatum、M2-M1的正常對照組相干系數(shù)分別為0.24±0.10、0.29±0.13、0.27±0.10，與相應(yīng)導(dǎo)聯(lián)間毀損組的相干系數(shù)接近，分析顯示兩組間差異均不具有統(tǒng)計學(xué)意義（P﹥0.05）。
　　結(jié)論:
　　1.在清醒靜息狀態(tài)下6-OHDA建立的PD大鼠皮層-基底節(jié)環(huán)路上HVSs持續(xù)時間延長且發(fā)生頻率增高，各導(dǎo)聯(lián)間相干系數(shù)也有所增高。
　　2.經(jīng)GP毀損術(shù)后帕金森病

15、模型大鼠皮層-基底節(jié)環(huán)路上的HVSs持續(xù)時間縮短發(fā)作次數(shù)減少，各導(dǎo)聯(lián)間同步性降低并接近正常水平。從而改善PD癥狀，行為檢測顯示毀損術(shù)后大鼠旋轉(zhuǎn)圈數(shù)有所減少并接近于正常組大鼠水平。該現(xiàn)象可能解釋臨床采用蒼白球射頻毀損術(shù)治療PD的治療機制。
　　創(chuàng)新點：
　　1.本實驗采用了新的皮層電極及腦深部電極，并革新了電極植入的位點及方式，不僅使實驗中噪聲的干擾得到顯著控制，而且使植入的電極更為穩(wěn)固，減少記錄的干擾及失敗發(fā)生率。