我们模拟临床手术,建立小鼠双侧臂丛神经通过脊髓前途径直接吻合的方案,有助于研究中枢和周围神经系统损伤后交叉神经转移后康复的神经机制。
跨神经转移手术是修复臂丛神经撕脱性损伤患者受伤上肢的有效方法。最近,该手术创造性地应用于脑损伤的临床治疗,实现了瘫痪手臂的实质性康复。手术后的这种功能恢复表明,外周感觉运动干预诱导了深刻的神经可塑性,以补偿脑损伤后的功能丧失;然而,潜在的神经机制知之甚少。因此,需要紧急临床动物模型。在这里,我们模拟了临床手术,以建立通过小鼠脊髓前途径直接吻合双侧臂丛神经的方案。神经解剖学、电生理学和行为学实验有助于确定这些小鼠转移的神经成功地重新支配了受损的前肢,并有助于加速脑损伤后的运动恢复。因此,小鼠模型揭示了中枢和周围神经系统损伤后交叉神经转移后康复的神经机制。
臂丛神经 (BP) 由五条具有不同脊柱节段 (C5-T1) 的神经组成,负责手臂、手和手指的感觉和运动。这五条血压神经从脊髓中退出后,它们合并形成三条神经干:上神经干(由 C5 和 C6 合并形成)、内侧神经干(来自 C7)和下神经干(C8 和 T1 的分支)。严重的损伤,特别是由于交通事故造成的伤害,往往会导致血压神经根撕脱,这种功能障碍对患者有毁灭性的影响1。作为一种强大的临床方法,已经进行了交叉神经转移手术,通过将受伤的神经末梢重新连接到血压的健康侧来修复血压的撕脱损伤 2,3。该手术可改善患者受伤手的功能,并直接重组患者双半球的感觉运动皮层4。动物研究表明,在交叉神经转移后诱导了皮质回路的剧烈重组5.由于周围感觉运动修饰可以重新激活成熟大脑的休眠可塑性,因此交叉神经转移手术在修复脑损伤方面也显示出巨大的潜力6。
最近,我们证实了创造性地使用交叉神经转移作为中枢神经系统问题的新周围神经改变策略的可能性。通过将 C7 神经从非瘫痪侧转移到瘫痪侧,应用一种交叉神经转移手术,即对侧颈椎第七神经转移术 (CC7),使瘫痪手臂显着恢复7。这种外科手术的一个独特之处在于,瘫痪的上肢的感觉和运动信号通过“左右交叉”移位神经传达到对侧半球。值得注意的是,CC7 手术引起的功能恢复不仅限于 C7 神经本身支配的功能8。此外,CC7手术不仅可用于治疗儿童脑瘫,还可用于中老年脑卒中患者的康复。因此,有充分的理由相信,交叉神经转移可以通过调节周围感觉运动系统来刺激神经可塑性,从而加速脑损伤中的运动恢复。
尽管跨神经移植手术在臂丛神经损伤 (BPI) 和脑损伤的临床治疗中取得了实质性的康复,但对这种手术背后的神经机制仍然知之甚少。缺乏具有临床特征的合适动物模型限制了对内部机制的研究。传统上,在临床上,病变对侧的 C7 神经根通过神经移植物(例如尺神经、腓肠神经或隐神经)转移到受伤侧,并与受累的臂丛神经(例如正中神经、C7 根或下躯干)连接2,3,9。该手术的一个相对较新的修改涉及将未受影响的 C7 根通过脊髓前途径直接转移到受影响的 C7 神经,没有任何间隙,这表明了最佳解决方案7。目前,小鼠在细胞类型特异性和遗传菌株多样性方面表现出优势,更适合研究神经生理机制。因此,模拟临床手术以建立小鼠通过脊髓前途径直接吻合双侧 C7 神经根的方案,并有助于研究交叉神经转移后康复的神经机制。
在临床上,交叉神经转移手术已被用于治疗臂丛神经撕脱损伤和脑损伤后的患者,例如中风和 TBI 7,9,12。值得注意的是,脑损伤是一种严重的神经系统疾病,可导致多种并发症,包括癫痫、脑疝和感染13。并非所有单侧脑损伤患者都适合 CC7 手术。一般来说,CC7手术已在慢性期(受伤后6个月)对中心性偏瘫患者进行,以尽可能避免脑水肿的影响。脑损伤后认知障碍和四肢瘫痪的患者被排除在 CC7 手术的治疗之外。
大多数研究报道了使用皮下入路和腓肠或尺神经移植吻合术转移对侧 C7 神经根14,15。然而,通过这种方法进行神经再生需要六个月的时间,这会阻碍运动恢复过程,甚至可能影响大脑的可塑性14。在之前的研究中,对侧C7转移在大鼠中进行,双侧C7神经通过4股插位自体移植腓肠神经使用。然而,目前还没有关于小鼠通过脊柱前途径转移 C7 神经的报道。我们对小鼠进行了改良的脊髓前途径的 CC7 手术,并验证了 C7 神经转移后的功能恢复速度。在这项研究中,通过脊髓前途径进行的对侧 C7 神经转移改善了手术后一个月瘫痪的肢体功能,反映了神经移植动物模型的恢复时间更短。因此,该模型可以精确模拟临床情况,为进一步的实验奠定基础。
如何解剖神经根并降低风险是 C7 转移的基本问题。与人类不同,小鼠的臂丛神经位于锁骨下方的胸部 5,16。因此,必须改变通路策略,以便观察 C7 神经和脊柱的根部 17。胸骨切开术是一种安全有效的手术方法,通常应用于心胸外科的小鼠实验18,19。C6腹板也是神经转移的障碍。因此,进行胸骨切开术以解剖 C7 神经根并切断 C6 腹板以缩短转移距离。
虽然脊髓前途径可以显著提高神经转移手术直接吻合的成功率,但并非所有小鼠都能直接吻合。这主要是由于这些小鼠的解剖学差异。中干(C7神经)在非常靠近椎间孔的位置与上干或下干合并。因此,可用于收获的 C7 神经的长度不足。目前,唯一的方法是神经移植或更换小鼠。该模型通常用于8周龄的小鼠(20-25g),因为小鼠已经成熟并且C7神经的大小足以处理。虽然这种手术方案也适用于年轻小鼠,但手术难度在年轻小鼠中会显着增加。
TBI+CC7组小鼠前肢运动功能在1个月和2个月时显著增加,提示转移的C7神经有助于受损前肢的恢复。髓鞘再生对功能性神经恢复至关重要。先前的一项研究表明,受伤神经的髓鞘在一个月后再生,与这些结果一致20。在这里,转移的神经逐渐成熟,这与行为测试一致。肌电图用于进一步测试神经转移后的功能恢复率。结果表明,转移的神经在手术后 4 周支配了受影响的肌肉。值得注意的是,这项研究是第一个确定交叉神经移植手术后直接吻合术神经再支配的时间点的研究。
综上所述,我们模拟了临床手术,建立了小鼠双侧臂丛神经通过脊髓前途径直接吻合的方案,并证实了移位神经的功能。小鼠模型有助于阐明中枢和周围神经系统损伤后交叉神经转移后康复的神经机制。
The authors have nothing to disclose.
这项工作得到了中国国家自然科学基金(82071406、81902296和81873766)的支持。
1 mL syringe | KDL | K-20200808 | |
12-0 nylon sutures | Chenghe | 20082 | |
5-0 silk braided | MERSILK,ETHICON | QK312 | |
75% ethanol | GENERAL-REAGENT | P1762077 | |
Acupuncture needle | Chengzhen | 190420 | Use for making retractors |
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