早期运动训练对大鼠重度颅脑外伤后脑功能的作用及其机制研究

【摘要】：研究背景：颅脑外伤是世界范围的公共卫生问题,随着急救水平的提高,颅脑外伤死亡率也明显降低,很多患者长期遗留不同的程度的神经功能障碍,目前没有一种有效的方法和药物来治疗这类疾病,康复治疗仍然是治疗的主要手段之一。越来越多的研究提示,颅脑外伤后进行运动康复治疗可以改善脑外伤后的预后,然而介入的时间窗和运动强度尚未完全阐明。本课题从康复介入时间点和运动强度这两方面进行研究,观察跑台运动训练对重度颅脑外伤大鼠运动和认知功能的影响及其可能的作用机制。研究方法：首先,观察不同时间点开始的运动康复对脑外伤大鼠神经功能、体积缺失以及大脑相关蛋白表达的影响。将成年SD大鼠随机分为假手术组、对照组和康复训练组。康复训练组根据介入的时间点不同分为24小时运动组,3天运动组和7天运动组。制作大鼠控制性皮质冲击损伤(Controlled cortical impact, CCI)的颅脑外伤模型,在受伤后不同时间点开始进行为期两周的较高强度跑台运动训练,并观察一系列行为学表现(包括足误试验、角落试验、圆筒试验和Morris水迷宫等)；于造模后第26天通过焦油紫(Cresyl violet, CV)染色检查各组大鼠脑组织体积缺失情况；通过western blots检查大脑脑源性神经营养因子(brain-derived neurotrophic factor, BDNF)和突触素(synapsin)的表达。其次,施加的训练强度大小和神经功能恢复有关。因此,在实验的第二部分对24小时运动组进行较低的运动强度训练,观察大鼠行为学表现和大脑损伤体积,同时我们也通过western blots检查大脑BDNF和synapsin的表达,评估较低的运动强度训练对大鼠神经功能的影响。主要研究结果：在第一部分的研究中,经过康复训练(较高强度),3天运动组和7天运动组显著促进大鼠运动协调能力(P0.05),而24小时组的运动功能没有明显的影响；重度脑损伤后早期(7天内)的运动训练对脑组织体积缺失、空间学习和记忆能力也没有明显影响；我们发现3天运动组和7天运动组有效上调损伤对侧皮层BDNF蛋白表达,但对synapsin蛋白无明显影响。在此基础上,在第二部分的研究中,进一步探索颅脑外伤后24小时后较低强度运动康复训练对外伤大鼠的神经保护作用,发现经过低强度运动训练后,大鼠运动协调能力、对称使用前肢的能力、空间学习和记忆能力得到明显改善：低强度运动训练有效上调对侧海马和皮层BDNF蛋白表达,但不能明显影响synapsin蛋白,也不能减少脑组织损伤体积。结论：我们的结果证明于重度颅脑损伤后3天或7天时进行为期两周的较高强度跑台训练,能改善大鼠肢体运动协调能力,不能改善认知功能,可能和上调损伤对侧皮层区域BDNF的表达有关。颅脑损伤后24小时低强度运动康复训练对脑外伤后大鼠运动和认知功能具有保护作用,其促进作用与脑组织缺失体积无关,涉及的机制可能和上调对侧皮层和海马区域BDNF的表达。我们的研究为重度脑外伤的康复治疗策略提供了新思路,也为早期康复治疗的临床应用提供了坚实的理论基础。