张 裕，黄剑平，汪圆圆 ，杨子健，杨 琳，余永莉，李光林

(1.遵义医学院 珠海校区，广东 珠海 519041； 2.中国科学院人机智能协同系统重点实验室，广东 深圳 518055)

基础医学研究

跑台训练对大鼠神经功能重建模型术后康复效果的影响

张 裕1，黄剑平2，汪圆圆2，杨子健2，杨 琳1，余永莉1，李光林2

(1.遵义医学院 珠海校区，广东 珠海 519041； 2.中国科学院人机智能协同系统重点实验室，广东 深圳 518055)

目的研究跑台训练对靶向肌肉神经功能重建(TMR)大鼠模型术后康复效果的影响。方法利用SD大鼠建立TMR模型，建模后随机分为两组：TMR组和TMR跑台组。TMR组常规饲养4周，TMR跑台组在建模后第4天开始进行跑台训练10d后常规饲养。两组均于建模后4周进行康复评价。通过检测肱二头肌肌张力、计算肌湿重维持率、运动终板染色评价两组的模型术后神经-肌功能重建的效果。结果①TMR跑台组肱二头肌的最大单收缩力(5.14±0.49)g明显高于TMR组最大单收缩力(3.12±0.41)g(P≤0.05)；②TMR跑台组的肌湿重维持率(0.81±7)%大于TMR组肌湿重维持率(66±9)%(P≤0.05)；③两组均能染出运动终板，但TMR跑台组运动终板数量(6.09±0.58)个/视野较TMR组数量(3.56±0.42)个/视野多(P≤0.05)。结论跑台训练有利于TMR大鼠模型术后的康复。

靶向肌肉神经功能重建术；神经-肌功能重建；康复训练

靶向肌肉神经功能重建(Targeted Muscle Reinnervation，TMR)技术是为了针对高位截肢患者缺少肌电信息源的问题而提出的一种新的神经-肌肉功能重建的手术方法，它利用临床神经外科手术的方式将截肢者残留的神经移植到附近的功能健全的靶向肌肉中，将该肌肉作为放大器和过滤器，同时离断支配靶向肌肉的原神经，经过术后的康复，新植入神经在靶向肌肉中重新生长，与靶向肌肉建立新的功能连接，形成新的神经-肌肉支配关系，这样可以将该神经刺激肌肉产生的肌电信号(肌电信息源)通过特定装置将此肌电信号转换成控制假肢的信号，使患者假肢产生的动作与患者的意识具有一致性和统一性[1-5]。在TMR术后，尽快实现新的神经和靶向肌肉的功能重建成为术后康复的关键。有文献表明[6]，跑台运动能够有效地促进周围神经损伤的恢复，加速肢体运动功能的康复。但能否将跑台运动作为TMR术后加速神经功能重建的手段，查阅文献并未见相关报道。故本研究拟将SD大鼠作为研究对象，建立大鼠前肢TMR模型，将跑台运动作为术后康复训练手段，探索跑台训练对TMR术后神经-肌功能重建效果的影响，为临床术后康复治疗的研究提供理论和实验依据。

1 材料与方法

1.1 实验动物 成年雄性SPF级SD大鼠10只，6～8周龄，体重180～220 g，由北京维通利华实验动物技术有限公司(实验动物生产许可证号：SCXK(京)2016-0011)提供。所有大鼠均在中科院深圳先进技术研究院动物实验中心饲养，在实验和饲养过程中，如若出现大鼠感染甚至死亡现象时，则将其剔除，补充新的大鼠重新进行实验，以确保每组的实验大鼠最少有5只。本研究的开展得到中科院深圳先进技术研究院动物伦理委员会的批准。

1.2 主要仪器与试剂 SXP-1C双人双目手术显微镜(上海医光仪器有限公司)；MedLab-U/8C502生物信号采集处理系统(南京美易科技有限公司)；BSA224S电子天平(德国sartorius公司)；ZH-PT动物实验跑台(淮北正华生物仪器有限公司)。

1.3 动物建模与分组 利用10%水合氯醛，按照0.3 mL/100 g的剂量对SD大鼠进行腹腔注射麻醉，将麻醉后的大鼠仰卧位固定于动物操作台，对手术区域(右侧前肢)用脱毛膏进行脱毛，然后用碘伏和75%酒精分别对手术区域进行消毒和脱碘，保证手术区域的无菌要求。切开右侧肱二头肌的体表皮肤，分离并离断尺神经(UN)，并用10#带线缝合针将已离断的尺神经的近端植入肱二头肌的肌腹中，再离断支配肱二头肌的原神经——肌皮神经(MCN)。最后用4#带线缝合针缝合皮肤，再用碘伏对皮肤缝合处消毒，具体手术模式图见图1。将建模后的大鼠随机分为两组——TMR组和TMR跑台组，每组5只。TMR跑台组除在建模后第4天开始进行跑台运动10d以外，其他饲养方式同TMR组。两组均于建模后第29天进行神经功能重建效果评价。

图1 TMR手术模型示意图(A)远离尺神经(B)尺神经植入肱二头肌(C)肌皮神经

1.4 跑台运动训练 参照Boeltz等[7]关于跑台运动训练对大鼠周围神经损伤后功能恢复的影响中的方法，在建模后第4天开始对TMR跑台组进行跑台训练，大鼠跑台参数设置为：跑步2 min，休息1 min，速度12 m/min，刺激强度0.05 mA，总时长90 min。每天1次，持续10 d，见图2。

A：跑台操控系统图 ；B跑台实验图。图2 跑台运动训练图

1.5 检测SD大鼠术侧肱二头肌肌张力 术后第29天，将麻醉后的大鼠仰卧位固定于动物操作台，切开右侧肱二头肌体表皮肤，将钩形电极与重建神经相连，并接入系统刺激输出通道；找到并剪断肱二头肌止点，用无弹力线在止点处结扎，通过滑轮与系统自带的张力换能器连接，将张力换能器接入系统输入通道。利用Medlab-U/8C502系统的电刺激系统刺激重建的神经干，选择系统中的自动幅度调节方式，刺激参数为：首幅度0 v，幅度增量0.2 v，截止幅度10 v，波宽0.2 ms，主周期1 s，波形设置为方波，观察波峰值，记录肱二头肌产生的最大单收缩力。

1.6 检测SD大鼠双侧前肢肱二头肌湿重维持率 在完成肱二头肌肌张力检测后，将双侧肱二头肌表面的结缔组织(筋膜、脂肪等)剔除，从起点至止点完整剥离双侧肱二头肌，用滤纸吸净表面残留的组织液，通过电子天平称量湿重，检测肌湿重维持率(肌湿重维持率=术侧肌湿重/健侧肌湿重×100%)。记录检测结果后将大鼠尾静脉注射处死。

1.7 观测SD大鼠术侧肱二头肌运动终板 在完成上述实验后将完整剥离的肱二头肌放置于25%甲酸溶液中固定2 h，待肌组织完全透明后用蒸馏水速洗数次，将其表面残留液用滤纸吸干，将表面筋膜完全剔除，放入1%氯化金溶液中至肌组织呈金黄色后，用滤纸吸干，再转入20%甲酸溶液中至肌组织呈棕褐色时取出组织，用蒸馏水速洗数次，最后用滤纸将表面液吸干，放进甘油中软化过夜。将过夜后的肌组织切成1×1×1 mm大小，滴入中性树胶后进行压片，放置在显微镜下，将倍率调至10×40，以视野为单位，对比每视野下的运动终板数量。

2 结果

2.1 肱二头肌肌张力 建模后，Medlab-U/8C502系统检测到肱二头肌的最大单收缩力为：TMR跑台组(5.14±0.49)g明显高于TMR组(3.12±0.41)g，两组比较差异显著(P<0.05)。

2.2 肱二头肌湿重维持率 将双侧肱二头肌表面的结缔组织(筋膜、脂肪等)剔除，从起点至止点完整剥离双侧肱二头肌，用滤纸吸净表面残留的组织液，通过电子天平称量湿重，分别计算TMR组、TMR跑台组的肌湿重维持率，结果显示TMR跑台组肌湿重维持率(81±7)%大于TMR组肌湿重维持率(66±9)%，两组比较，P<0.05，差异有统计学意义。

2.3 肱二头肌运动终板染色 TMR跑台组运动终板数量(6.09±0.58)个/视野大于TMR组(3.56±0.42)个/视野，两组比较，P<0.05，差异有统计学意义，见图3。

A：TMR组 ；B：TMR跑台组；图中黄色箭头所指为运动终板。 图3 运动终板染色图(10×40)

3 讨论

TMR技术，是针对需要佩戴肌电假肢的高位截肢患者提出的一种神经-肌肉功能重建手术模式，美国的Kuiken研究团队已成功为多位截肢患者进行了TMR手术，并且在术后为截肢者安装了多功能肌电假肢[8-10]。但是，对于进行了TMR手术的截肢者而言，距离佩戴肌电假肢还需要相当长时间的术后恢复过程，如何缩短术后康复时间，提高神经肌肉功能重建的效果，使得重建神经更加有效地支配靶向肌肉运动，成为了术后康复最关键的问题。张良清等[11]研究发现在TMR术后恢复过程中，使用低频电刺激治疗能够促进重建神经的再生。但电刺激治疗可造成肌肉的损伤，若操作不当易发生皮肤灼伤等不良后果。而跑台训练则副作用较小，而且能够有效促进感觉和运动功能的恢复[12-13]。例如：高尚等[14]研究发现跑台训练能够促进大鼠跟腱损伤的修复；Ilha等[15]研究发现跑台训练能够加速恢复脊髓损伤后下肢的运动功能。但未有研究将跑台训练作为TMR术后康复效果影响的报道。

本研究尝试建立大鼠TMR模型，在建模后将跑台训练作为术后康复干预方法，评估跑台训练对TMR术后神经肌肉功能重建效果。本实验在建立TMR模型后，通过刺激重建的尺神经，TMR组和TMR跑台组均可以引起肱二头肌的收缩，提示重建神经与靶向肌肉成功地形成了新的神经-肌肉连接，重建神经能够有效地支配靶向肌肉的收缩。通过对肱二头肌肌张力进行检测，发现TMR组的肌张力低于TMR跑台组，差异具有统计学意义，说明了相较于建模后正常饲养，跑台训练更加有利于重建神经支配靶向肌肉，能够更加充分地引起肌肉的收缩运动。通过称量TMR组和TMR跑台组术侧和健侧的肱二头肌肌湿重，计算肌湿重维持率，发现两组肌湿重维持率均小于1，术侧的肌湿重小于健侧，提示在建模后术侧肱二头肌出现了肌萎缩现象，这可能是由于在进行TMR建模时离断了该肌肉的原支配神经——肌皮神经所致。而TMR跑台组的肌湿重维持率高于TMR组，差异有显著性意义，该结果提示在建模后进行跑台训练能够有效促进重建神经在肌肉的生长，更好地发挥神经在肌肉中的营养作用，使得肌萎缩现象得到了有效地缓解。运动终板是一种神经-肌肉接头，是周围神经损伤和修复过程中常用观察指标之一。通过对两组进行运动终板染色，发现两组均可以染出运动终板，提示两组重建神经均能在靶向肌肉中生长，但是TMR跑台组中重建神经的运动终板数量明显多于TMR组，差异有统计学意义，提示和TMR组相比，TMR跑台组更加适合重建神经对于靶向肌肉的生理调节作用，在建立TMR模型后进行跑台训练能够更好地帮助恢复肌肉的运动。

本实验将SD大鼠作为实验对象，将右侧肱二头肌作为靶向肌肉，利用尺神经作为重建神经源建立了TMR大鼠模型，并在此基础上尝试将跑台训练作为术后干预因素，开展对肌肉功能、神经形态等方面的实验研究，评价跑台训练对TMR术后神经功能重建效果的影响，为进行外周神经功能重建术后康复提供一定的理论依据，为临床治疗提供实验基础。但本实验还存在着不足之处：①本实验在建模后第4天进行跑台训练时，发现部分实验大鼠出现伤口破裂、感染，甚至死亡现象，这可能是因为跑台训练和建模的时间间隔较短，大鼠伤口还未完全恢复，下一步可以考虑延长跑台训练和建模的时间间隔；②所进行的评价手段缺乏直观的外在行为学依据，例如大鼠的行走步态形态等；③本研究只将跑台训练作为了唯一的术后干预手段，手段较为单一，后续实验中可以考虑增加一些干预方法，相互进行比较，探索出最佳的术后康复手段。

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[收稿2017-08-10;修回2017-10-11]

(编辑：谭秀荣)

EffectsoftreadmilltrainingonreconstructionofneuromuscularfunctioninTMRrats

ZhangYu1，HuangJianping2，WangYuanyuan2，YangZijian2，YangLin1，YuYongli1，LiGuanglin2

(1.Zhuhai Campus of Zunyi Medical University,Zhuhai Guangdong 519041，China；2.The Key Lab of Human-Machine Intelligence-Synergy Systems,Chinese Academy of Sciences,Shenzhen Guangdong 518055，China)

ObjectiveTo study the effect of treadmill training on the postoperative rehabilitation effect in Targeted Muscle Reinnervation(TMR)rats.MethodsTMR models were established by SD rats.Rats were randomly divided into two groups:TMR group and TMR treadmill group.TMR group was fed for 4 weeks.TMR treadmill group started treadmill training on the 4th day after modeling,and continued for 10 days.Both groups were evaluated at 4 weeks after modeling.The effect of postoperative neuromuscular function reconstruction was evaluated by detecting the biceps muscle tension,calculating the wet weight maintenance rate,performing exercise endplate staining.Results1) The maximal single contractile force of the biceps of the TMR treadmill group (5.14±0.49) g was significantly higher than that of the TMR group (3.12 ± 0.41) g (P≤0.05).2)The wet weight maintenance rate of the TMR treadmill group (0.81 ± 0.07) was significantly higher than that of the TMR group (0.66 ± 0.09) (P≤0.05).3)Both groups were able to stain the motor endplate,but the number of TMR treadmill group (6.09 ± 0.58) were more than those in the TMR group (3.56 ± 0.42) (P≤0.05) .ConclusionTreadmill training is beneficial to the rehabilitation after TMR rat model.

targeted muscle reinnervation；nerve-muscle function reconstruction；rehabilitation training

深圳市孔雀计划技术创新资助项目(NO：KQCX2015033117354152)；深圳市基础研究项目(NO：JCYJ20160331185848286)。

余永莉，女，硕士，教授，硕士生导师，研究方向：免疫生物学，生殖毒理，神经生物等。E-mail：627639159@qq.com； 李光林，男，博士，教授，博士生导师，研究方向：神经康复工程、生物医学信号处理和生物医学仪器，E-mail：gl.li@siat.ac.cn。

R322

A

1000-2715(2017)06-0622-04