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文檔簡介
1、研究背景:
帕金森病(Parkinson'sdisease,PD)是一種常見于中老年人群的中樞神經(jīng)系統(tǒng)退行性疾病,主要臨床表現(xiàn)為肢體靜止性震顫、運動遲緩和肌僵直三大運動癥狀。由于PD病因和發(fā)病機制尚不明確,尚無根本性的治療方法。目前,所有臨床治療技術(shù)以控制癥狀、改善運動功能、延緩致殘時間為目的。以左旋多巴(L-DOPA)為代表的內(nèi)科藥物治療可改善PD早期運動癥狀,但隨著病程進展,藥物耐受情況日漸明顯,異動癥、開關(guān)現(xiàn)象等晚期
2、并發(fā)癥相繼出現(xiàn),因此需要新的干預手段。深部腦刺激術(shù)(deepbrainstimulation,DBS),是通過立體定向手術(shù),將刺激電極植入病人特定深部腦神經(jīng)核團,對核團進行慢性刺激,調(diào)節(jié)引起癥狀的異常電活動,從而消除或改善患者癥狀,以達到臨床治療目的。高頻電刺激丘腦底核(Subthalamicnucleus,STN)可改善晚期PD的大多數(shù)運動癥狀,并且具有可控、可逆、微創(chuàng)等較傳統(tǒng)外科手術(shù)的明顯優(yōu)勢,使其成為晚期PD的標準治療方案。但是高
3、頻電刺激丘腦底核并不能改善PD的所有癥狀,尤其是對晚期PD的步態(tài)紊亂、平衡障礙等軸性癥狀療效欠佳,后者是導致PD患者摔倒的高危因素,引起患者股骨頸骨折、腦卒中等一系嚴重并發(fā)癥。因此,探索對晚期PD軸性癥狀具有治療作用的新靶點是DBS研究的熱點問題。
腳橋核(Pedunculopontinenucleus,PPN)是位于中腦、橋腦交界處的神經(jīng)元核團,是中樞運動中樞的重要組成部分。研究提示電刺激PPN可有效改善晚期PD的運動癥
4、狀,尤其對丘腦底核電刺激無效的姿勢不穩(wěn)、步態(tài)障礙等為主的軸性癥狀有明顯療效。低頻刺激腳橋核可改善晚期PD的軸性癥狀,但動物實驗的研究結(jié)果間存在較大差異,甚至出現(xiàn)矛盾,究其原因可能在于目前尚缺乏統(tǒng)一的量化行為學指標,尤其是步態(tài)方面的量化研究。為此,本研究采用CatWalk自動步態(tài)分析系統(tǒng)檢測6-羥基多巴胺(6-OHDA)致PD模型大鼠的不同時期的步態(tài)變化,并對其進行量化分析,探討量化研究PD步態(tài)變化的可靠的行為學指標。
目的
5、:
1.建立基于CatWalk自動步態(tài)分析系統(tǒng)分析正常大鼠步態(tài)的分析方法;
2;研究偏側(cè)帕金森病模型大鼠在CatWalk自動步態(tài)分析系統(tǒng)中的步態(tài)特點,探討最佳的參數(shù)特征。
方法:
1.正常大鼠的CatWalk行為學研究采用6只正常近交系雄性SPF級Wistar大鼠進行行為學檢查無明顯異常后,實施CatWalk行為學檢查及圓柱實驗(Cylindertest,又稱前肢不對稱實驗)。每只
6、大鼠接受前期訓練(該期間的數(shù)據(jù)不進行統(tǒng)計分析),采集基線值,其主要目的是:在盡可能減少食物引誘之外的其他干擾因素的情況下,使大鼠可以順利通過CatWalk玻璃板,即在8s內(nèi)不停頓、不回頭地通過CatWalk玻璃板。CatWalk步態(tài)分析系統(tǒng)主要由含內(nèi)置熒光燈的玻璃板、玻璃下方的高頻攝像頭及圖像傳輸轉(zhuǎn)換系統(tǒng)、計算機等硬件設(shè)施和自帶軟件組成。CatWalk步態(tài)采集,試驗過程為:大鼠至少記錄3次順暢通過玻璃板,而且每次記錄通過至少有10步。當
7、大鼠順利通過CatWalk時,大鼠爪印會因玻璃內(nèi)的熒光燈發(fā)出的熒光發(fā)生反射,被下方的攝像頭捕捉,從而傳輸?shù)接嬎銠C,記錄下來,然后進行離線或在線處理、分析。CatWalk系統(tǒng)根據(jù)每個爪印的位置、大小、壓強及不同時間點爪印之間的相互關(guān)系,計算出步態(tài)的定量及定性參數(shù),從而計算出步態(tài)的靜態(tài)及動態(tài)指標。本實驗關(guān)注CatWalk原始的、定量性爪印指標,包括:站立時間(s,站立期內(nèi)爪印與玻璃板接觸的時間),站立指數(shù)(衡量肢體離開玻璃板的速度),最大接
8、觸面積(cm2,爪印與玻璃板的最大接觸面積),爪印長度(cm,爪印在水平方向上的距離),爪印寬度(cm,爪印在垂直方向上的距離),爪印面積(cm2,爪印與玻璃板接觸的表面積),最大壓強(a.u.,爪印與玻璃板完全接觸時的最大壓強),最小壓強(a.u.,爪印與玻璃板完全接觸時的最小壓強),平均壓強(a.u.,爪印與玻璃板完全接觸時的平均壓強),最大接觸時最大壓強(a.u.),最大接觸時平均壓強(a.u.),懸空時間(s,爪印離開玻璃板的時
9、間),懸空時速度(cm/s,爪印處于懸空期的速度),行走循環(huán)(s,站立期與懸空期時間總和)等。
2.偏側(cè)PD大鼠的CatWalk行為學研究采用18只正常近交系雄性SPF級Wistar大鼠進行行為學檢查無明顯異常,隨機分為6-OHDA損傷組(n=12)、假手術(shù)組(n=6),采用立體定向手術(shù)將6-OHDA溶液和等量生理鹽水注入假手術(shù)組和6-OHDA組大鼠的左側(cè)內(nèi)側(cè)縱束(MLF)。術(shù)前1周訓練大鼠并CatWalk系統(tǒng)中采集行為學
10、數(shù)據(jù)基線值,術(shù)后3d、1周、2周,依次進行圓柱實驗,再將大鼠置于Catwalk自動步態(tài)分析儀中,記錄其步態(tài)變化,離線分析相關(guān)數(shù)據(jù)。CatWalk實驗方法同前。然后取所有6-OHDA組大鼠、假手術(shù)組大鼠2只進行免疫組織化學染色,檢測黑質(zhì)-紋狀體多巴胺能神經(jīng)元的凋亡情況。
結(jié)果:
1.正常大鼠的圓柱實驗結(jié)果提示,左、右前肢差異無統(tǒng)計學意義,且不隨時間變化(P>0.05)。CatWalk自動步態(tài)分析系統(tǒng)的分析參數(shù)包
11、括:爪印分析、步序分析(StepSequence)、BOS(BaseofSupport)、爪印位置(PrintPosition)支持力(Support)、時相分布(PhaseDispersions)和聯(lián)結(jié)(Couplings)。爪印分析中有定性、定量分析;步序有6種,Wistar大鼠以AB為主;BOS分為前肢與后肢;爪印位置分為左肢與右肢;時相分布有對角線(右前肢-左后肢,左前肢-右后肢)、共側(cè)(左后肢-右后肢、左前肢-右前肢)和同側(cè)(
12、右前肢-右后肢、作前肢-左后肢);聯(lián)結(jié)有對角線(右前肢-左后肢、左前肢-右后肢、右后肢-左前肢)、共側(cè)(左后肢-右后肢、左前肢-右前肢、右后肢、左后肢)和同側(cè)(右前肢-右后肢、左前肢-左后肢、左后肢-左前肢)。
2.偏側(cè)PD大鼠的CatWalk行為學特征,圓柱實驗顯示:立體定向術(shù)后,6-OHDA組大鼠的左、右前肢對比差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05),假手術(shù)組大鼠左、右前肢對比差異無顯著性意義(P>0.05)。CatWalk
13、分析顯示:假手術(shù)組大鼠手術(shù)后左、右肢體對比,各肢體的術(shù)前、術(shù)后對比中各指標比較差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05)。6-OHDA組大鼠手術(shù)后,左、右肢體對比中,雙前肢的最大接觸面積、爪印長度、爪印寬度和爪印面積以及雙后肢的最大接觸面積之間比較差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05);6-OHDA組大鼠各肢體的術(shù)前、術(shù)后對比中,右后肢的四項下降,左前肢的爪印長度、爪印寬度和爪印面積下降,右前肢的最大接觸面積、爪印長度和爪印面積下降,四項參數(shù)在左后肢中
14、僅爪印寬度下降,差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。
結(jié)論及討論:
1.CatWalk自動步態(tài)分析系統(tǒng)可以從多方面、定性、定量的對正常大鼠的步態(tài)進行分析。
2.并非所有參數(shù)都是反映PD步態(tài)的合適指標,結(jié)合偏側(cè)PD大鼠模型的特點,CatWalk參數(shù)除在假手術(shù)組中要保持穩(wěn)定性,還應符合以下要求:A.PD模型成功后,左、右肢體對比有差異,這與經(jīng)典的圓柱實驗原理類似;B.PD模型術(shù)前、術(shù)后比較中有差異,而
15、且不同側(cè)、不同肢體間的情況不同,即該參數(shù)在毀損對側(cè)有差異,且同側(cè)無差異,并且在毀損對側(cè)的前肢、后肢都有差異,這樣就能具有更好的敏感性與特異性,從而很好地從行為學上定量反應PD模型中黑質(zhì)-紋狀體多巴胺能神經(jīng)元死亡情況。結(jié)合本研究結(jié)果,只有最大接觸面積符合要求,也就是說從制動期到推進期轉(zhuǎn)折點時爪印與玻璃板的接觸面積。爪印長度、爪印寬度和爪印面積雖然在術(shù)后2周左、右前側(cè)肢體對比中有顯著差異,符合要求A,與經(jīng)典的圓柱實驗結(jié)果一致。爪印長度與爪印
16、面積雖然在毀損對側(cè)的前、后肢體上均存在差異,似乎部分符合要求B,但是這2項參數(shù)在毀損同側(cè)前肢也存在差異,所以不作為首選指標。爪印寬度在毀損對側(cè)前肢有差異,但不能完全反應對側(cè)后肢的運動情況;另外,爪印寬度在毀損同側(cè)前、后肢體均存在差異,不符合要求B。綜合CatWalk的各項參數(shù),最大接觸面積同時符合上述提到的2項要求,這與PD患者在起步、轉(zhuǎn)身、有復雜思維活動時運動癥狀加重有某種意義上的聯(lián)系,但具體機制尚不明確??傊?,CatWalk是一種檢
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