孙宇楠，李二平，董世芬，秦灵灵，孙建宁

(1 北京中医药大学中药学院，2 基础医学院，北京 10012)

糖尿病周围神经病变(diabetic peripheral neuropathy, DPN)是糖尿病常见的并发症之一，发病率约占糖尿病患者的30%～50%，是糖尿病患者主要的致残因素之一[1]。DPN患者多是60岁以上的老年人，常见步态异常、体态不稳、摇摆，行走时出现跌倒、外伤[2]。DPN患者在病程早期会出现对称性肢体麻木、袜套样感觉、踩棉花感、蚁走感等[3]，但是这些异常感觉在实验动物身上表现不明显。目前对DPN动物模型的评价仍依赖神经电生理检查[4]，但其不适宜作为常规检查，易受到肢体温度的影响。所以有必要建立一种简便易行检测动物行为学的评价方法。

大小鼠实时步态分析系统是一个定量评价动物步态的装置，利用高速摄像头(120帧/s)捕捉脚印信息，然后通过计算机处理各脚印的照片信息和相互关系[5]，研究大小鼠行走时所表现的姿态，得到步行周期、支撑时相、步速等90余种指标，从而客观、准确和全面地反映出动物步态的变化情况。本研究建立实验性糖尿病周围神经病变大鼠模型，检测其实时步态行为变化，拟为DPN的基础和临床研究提供借鉴。

1 材料和方法

1.1 材料

1.1.1 实验动物和环境条件：健康SD大鼠，体重(200～240)g，由北京维通利华实验动物技术有限公司提供【SCKK(京)2012-0001】，在北京中医药大学无特定病原体(specific pathogen-free，SPF)的实验动物室【SYXK(京)2011-0024】饲养，每日光照12 h，房间温度和湿度保持在(23±1)℃和65%±5%，按照实验动物适用的“3R”原则给予人道关怀。实验前适应性饲养1周，自由摄取食水。

1.1.2 主要仪器：大小鼠步态分析处理系统，GAS-2，北京鑫海华仪科技有限公司生产。

1.2 方法

1.2.1 模型建立：大鼠禁食15 h后，链脲佐菌素以0.1 mol/L的枸橼酸缓冲液(pH4.4)配成1%的浓度，以45 mg/kg进行腹腔注射。于72 h、1周和4周测定血糖值，选择持续血糖水平≥16.7 mmol/L以上的大鼠为糖尿病周围神经病变组(DPN组，共13只，雄6只，雌7只)，健康大鼠作为正常对照组(共12只，雌雄各6只)。

1.2.2 步态分析：造模第12周，使用GAS-2对运动中的大鼠进行步态分析。连续训练7 d，每天3次，直到所有的动物在无刺激的条件下可以不停顿的在跑道上完成行走，进行3次实时步态行为录像[6]。大鼠脚掌与玻璃平板表面接触时，光线向下反射，下方的高速摄像头可以捕捉到清晰的脚印图像，经专用的分析软件Gait Analysis Lab 6.0分析。相关指标及定义见表1。

表1 步态指标定义

2 结果与分析

2.1 步行周期检测结果

STZ注射12周，与正常组比较，DPN模型大鼠的平均步行周期和四足步行周期均显著延长(P<0.01)。结果见表2。

2.2 支撑时长检测结果

STZ注射12周，与正常组比较，DPN模型大鼠的四足支撑时长均显著延长(P<0.01)。结果见表3。

2.3 摆动时长检测结果

STZ注射12周，与正常组比较，DPN模型大鼠的四足摆动时长均显著延长(P<0.05或P<0.01)。结果见表4。

2.4 支撑时相检测结果

STZ注射12周，与正常组比较，DPN模型大鼠的四足支撑时相有不同程度的增加(P<0.01)。结果见表5。

2.5 摆动时相检测结果

STZ注射12周，与正常组比较，DPN模型大鼠的四足摆动时相均显著减少(P<0.05或P<0.01)。结果见表6。

2.6 步幅检测结果

STZ注射12周，与正常组比较，，DPN模型大鼠的步幅减小，右前足步幅差异有显著性(P<0.01)。结果见表7。

2.7 速度检测结果

STZ注射12周，与正常组比较，DPN模型大鼠的速度和四足瞬时速度均显著降低(P<0.01)。结果见表8。

表2 步行周期

表3 支撑时长

表4 摆动时长

表5 支撑时相

表6 摆动时相

表7 步幅

表8 速度

表9 足迹最大面积

表10 足迹平均面积

表11 足迹最大强度

表12 足迹平均强度

表13 体态

表14 协调性

2.8 足迹最大面积检测结果

STZ注射12周，与正常组比较，DPN模型大鼠的四足足迹最大面积降低，左后足差异有显著性(P<0.05)。结果见表9。

2.9 足迹平均面积检测结果

STZ注射12周，与正常组比较，DPN模型大鼠的四足足迹平均面积降低，但无显著性差异(P>0.05)。结果见表10。

2.10 足迹最大压强检测结果

STZ注射12周，与正常组比较，DPN模型大鼠的四足足迹最大压强降低，左前足和右前足有显著性差异(P<0.05)。结果见表11。

2.11 足迹平均压强检测结果

STZ注射12周，与正常组比较，DPN模型大鼠的四足足迹平均压强有不同程度的增加(P<0.05或P<0.01)。.结果见表12。

2.12 体态指标检测结果

STZ注射12周，与正常组比较，DPN模型大鼠的体转角标准偏差显著增加(P<0.05)；绝对值平均体转角和和绝对值体转角标准偏差显著增加(P<0.01)。结果见表13。

2.13 协调性指标检测结果

STZ注射12周，与正常组比较，DPN模型大鼠的左前相对与右前的同源协调性和右前相对于左前的同源协调性显著降低(P<0.05)；右前相对于右后的同侧协调性和右后相对于右前的同侧协调性显著降低(P<0.05)。结果见表14。

3 讨论

DPN通常会先引起患者感觉异常、减退、缺失，合并血管病变导致肌肉和关节运动异常，足底压力异常，从而导致足部溃疡、坏疽，以至截肢。这通常是一个隐匿、渐进的过程，其病理的严重性与症状的出现及其严重性往往不一致。早期发现DPN，及时干预治疗，可避免不可逆晚期病变的发生[7]。临床检查主要通过一些评分方法对DPN症状进行量化和评估，如密西根神经病变筛查量表(Michigan Neuropathy Screening Instrument，MNSI)评分法[8]，多伦多临床评分系统(Toronto Clinical Scoring System，TCSS)[9]，糖尿病神经病变症状评分(Diabetic Neuropathy Symptom, DNS)评分法)[10]，这些方法受主观因素的影响较大，并且无法应用于四足动物的评估。对于DPN的确切诊断还必须依靠一些客观的神经功能检查，如神经传导功能检查、定量感觉检查、神经活检等[11]。

步态行为的变化是多因素共同作用于肌肉和关节的结果，DPN患者并发微血管病变和糖尿病足，会导致疼痛、针刺感、麻木、乏力、平衡障碍等感觉运动神经病变的发生[12]。临床通过步态定量分析步速、步长、足底对地压力等参数[13]，发现DPN患者在行走过程中与地面接触的时间更长，接触面积更大，力度与时间积分明显延长，速度更慢，步幅更小[14]。

目前国内外还未见有关糖尿病周围神经病变动物步态研究的相关报道。在本实验中STZ注射12周时，DPN模型大鼠也出现了步态行为的改变，平均步行周期和四足步行周期显著延长，支撑时长和摆动时长延长，支撑时相增加，摆动时相减少，足迹平均压强增加，步幅减小，步行速度减小，绝对值平均体转角增加，同源协调性和同侧协调性降低。绝对值平均体转角的增加和协调性指标的降低说明DPN模型大鼠的躯体摆动增加、平衡性下降。DPN模型大鼠足迹平均面积的变化与临床患者表现不同，可能与DPN模型大鼠的爪子存在内卷和外翻的畸形有关。

本实验使用的动物来源于同一批次，正常组和模型组动物均是随机挑选产生，因此认为步态数据基数处于同一水平，所以造模前未进行步态数据的检测。注射STZ后，大鼠逐渐出现糖尿病饮食水量增加，尿量增加，体重减轻。随着糖尿病病程的发展，出现了行动迟缓，步长变短，行走时躯体摆动幅度加大，足底压力增加。临床患者在高血糖的影响下，神经组织和微血管发生病变，外周神经受到损伤，跖屈肌能力减弱，出现步长缩短和步速减慢；对身体中心转移的适应性降低，身体左右、前后摆动增加[15]；随着病情发展，足底压力发生变化，区域压力异常，进而发生局部高压，加大足溃疡的风险[16]。本实验中DPN大鼠的步态变化情况与临床患者的症状吻合。

综上所述，GAS-2步态分析系统能够清晰明确地分析DPN模型大鼠的步态行为改变，结果准确可靠。希望通过对实时步态行为进行更深入的研究，使之成为一种评价DPN模型的新方法。

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