Cervical spinal hemisection effects on spinal tissue oxygenation and long-term facilitation of phrenic，renal and splanchnic sympathetic nerve activity

頸椎半切對(duì)脊柱組織氧合以及膈、腎和內(nèi)臟交感神經(jīng)活動(dòng)的長(zhǎng)期促進(jìn)作用的影響

期刊：Experimental Neurology  368 (2023) 114478

 

摘要核心內(nèi)容

 

本研究探討中度急性間歇性缺氧（mAIH）對(duì)大鼠頸髓半切（C2Hx）后脊髓組織氧合及神經(jīng)可塑性（膈神經(jīng)長(zhǎng)時(shí)程易化，pLTF；交感神經(jīng)長(zhǎng)時(shí)程易化，sympLTF）的影響。關(guān)鍵發(fā)現(xiàn)包括：

 

脊髓組織缺氧：C2Hx后2周，損傷同側(cè)膈肌運(yùn)動(dòng)核區(qū)脊髓組織氧分壓（PtO?）顯著降低，且與低血壓相關(guān)。

 

膈神經(jīng)可塑性受損：完全性C2Hx損傷同側(cè)pLTF消失，但對(duì)側(cè)pLTF保留。

 

交感神經(jīng)可塑性差異：完全性C2Hx后，內(nèi)臟交感神經(jīng)（splanchnic）sympLTF消失，但腎交感神經(jīng)（renal）sympLTF保留。

 

結(jié)論：C2Hx通過低血壓加劇脊髓缺氧，損傷同側(cè)呼吸和交感神經(jīng)可塑性，但保留對(duì)側(cè)呼吸及腎交感神經(jīng)的可塑性，為mAIH治療脊髓損傷提供新見解。

 

研究目的

 

明確C2Hx后脊髓組織氧合狀態(tài)的變化及其機(jī)制。

 

評(píng)估損傷嚴(yán)重性（部分性vs.完全性C2Hx）對(duì)mAIH誘導(dǎo)的pLTF（同側(cè)/對(duì)側(cè)）和sympLTF的影響。

 

探究血壓與脊髓氧合的關(guān)系，為mAIH治療脊髓損傷的優(yōu)化提供依據(jù)。

 

研究思路

 

動(dòng)物模型：雄性SD大鼠分為三組：

 

假手術(shù)組（Intact）

 

部分性C2Hx（單一切割）

 

完全性C2Hx（切割+1mm組織抽吸）

 

時(shí)間點(diǎn)：損傷后2周進(jìn)行終末神經(jīng)生理學(xué)實(shí)驗(yàn)。

 

干預(yù)：給予mAIH（3次5分鐘13.5%O?，間隔5分鐘）。

 

檢測(cè)指標(biāo)：

 

脊髓PtO?：丹麥Unisense 50μm氧微電極植入C4節(jié)段膈肌運(yùn)動(dòng)核（圖1B）。

 

 

神經(jīng)活動(dòng)：雙側(cè)膈神經(jīng)、內(nèi)臟/腎交感神經(jīng)放電（圖1B）。

 

生理參數(shù)：動(dòng)脈血壓、血?dú)夥治觯ū?）。

 

 

 

測(cè)量數(shù)據(jù)及其意義

 

脊髓組織氧分壓（PtO?）

 

數(shù)據(jù)來源：圖2

 

結(jié)果：

 

完全性C2Hx組基線PtO?顯著低于假手術(shù)組（圖2B）。

 

mAIH期間PtO?進(jìn)一步降低（圖2C-D）。

 

意義：證實(shí)C2Hx通過低血壓減少脊髓氧供，加劇組織缺氧，可能通過腺苷積累抑制神經(jīng)可塑性。

 

血壓與PtO?相關(guān)性

 

數(shù)據(jù)來源：圖3

 

結(jié)果：線性回歸顯示平均動(dòng)脈壓（MAP）與PtO?正相關(guān)（R2=0.39，p<0.01）。

 

意義：低血壓是C2Hx后脊髓缺氧的關(guān)鍵機(jī)制；擴(kuò)容（如羥乙基淀粉）可恢復(fù)PtO?（圖3C）。

 

膈神經(jīng)長(zhǎng)時(shí)程易化（pLTF）

 

數(shù)據(jù)來源：圖4（同側(cè)）、圖5（對(duì)側(cè)）

 

 

結(jié)果：

 

完全性C2Hx組同側(cè)pLTF消失（圖4B-C）。

 

對(duì)側(cè)pLTF保留（圖5B-C）。

 

意義：損傷側(cè)pLTF受損與脊髓缺氧及5-HT能神經(jīng)支配丟失相關(guān)，對(duì)側(cè)保留提示mAIH治療潛力。

 

交感神經(jīng)長(zhǎng)時(shí)程易化（sympLTF）

 

數(shù)據(jù)來源：圖6

 

結(jié)果：

 

腎交感神經(jīng)sympLTF在完全性C2Hx后保留（圖6C-D）。

 

內(nèi)臟交感神經(jīng)sympLTF消失（圖6A-B）。

 

意義：腎交感神經(jīng)可塑性可能通過升高血壓改善脊髓氧合，抵消SCI后低血壓。

結(jié)論

 

脊髓缺氧機(jī)制：C2Hx后低血壓（而非毛細(xì)血管周細(xì)胞收縮）是脊髓PtO?降低的主因（圖3）。

 

可塑性差異：

 

同側(cè)pLTF和內(nèi)臟sympLTF受損，但對(duì)側(cè)pLTF和腎sympLTF保留。

 

保留的交感可塑性可能通過血壓升高改善脊髓氧合。

 

治療意義：mAIH可能通過保留的交感神經(jīng)可塑性（如腎神經(jīng)）改善SCI后低血壓，間接支持呼吸功能恢復(fù)。

 

丹麥Unisense微電極測(cè)量數(shù)據(jù)的詳細(xì)解讀

 

技術(shù)背景與操作流程

 

微電極型號(hào)：Unisense針型氫微傳感器（50μm直徑），專為組織氧分壓（PtO?）監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì)。

 

植入位點(diǎn)：C4脊髓節(jié)段（膈肌運(yùn)動(dòng)核區(qū)），坐標(biāo)：中線旁1.5mm，背側(cè)1.5mm（圖1B）。

校準(zhǔn)方法：雙點(diǎn)校準(zhǔn)（21%O?生理鹽水vs.無氧溶液），確保數(shù)據(jù)精確性。

 

采樣頻率：1Hz，數(shù)據(jù)平滑處理（10秒平均）。

 

研究意義

 

揭示脊髓缺氧機(jī)制：

 

首次證實(shí)C2Hx后同側(cè)膈肌運(yùn)動(dòng)核區(qū)PtO?顯著降低（圖2），且與損傷嚴(yán)重性正相關(guān)。

 

通過線性回歸（圖3A）明確血壓是PtO?主要調(diào)控因素（R2=0.39），為治療提供靶點(diǎn)。

 

闡明mAIH效應(yīng)機(jī)制：

 

mAIH期間PtO?進(jìn)一步降低（圖2C-D），提示缺氧加劇可能導(dǎo)致腺苷積累，抑制5-HT依賴性可塑性（如pLTF）。

 

擴(kuò)容（羥乙基淀粉）或升壓藥（5-HT1B拮抗劑）可恢復(fù)PtO?（圖3B-C），驗(yàn)證血壓的核心作用。

 

 

技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

 

高時(shí)空分辨率：50μm微電極實(shí)現(xiàn)細(xì)胞水平氧監(jiān)測(cè)，優(yōu)于傳統(tǒng)方法（如激光多普勒）。

 

動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)能力：實(shí)時(shí)記錄mAIH期間PtO?變化（圖2A），揭示缺氧程度與神經(jīng)可塑性的負(fù)相關(guān)。

 

跨模型適用性：在麻醉、肌松條件下仍穩(wěn)定工作，支持復(fù)雜神經(jīng)生理實(shí)驗(yàn)。

 

對(duì)SCI研究的價(jià)值

 

解決爭(zhēng)議：明確C2Hx急性期（2周）脊髓氧合狀態(tài)，解釋既往pLTF結(jié)果不一致性（如慢性期恢復(fù)）。

 

指導(dǎo)治療：證實(shí)血壓管理（如擴(kuò)容）可改善脊髓氧合，為優(yōu)化mAIH療法提供依據(jù)。

 

轉(zhuǎn)化潛力：Unisense微電極可作為評(píng)估神經(jīng)保護(hù)策略（如藥物、氧療）的有效工具。

 

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總結(jié)：Unisense微電極是揭示SCI后脊髓缺氧機(jī)制的關(guān)鍵技術(shù)，其高精度動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)能力為理解神經(jīng)可塑性障礙及優(yōu)化治療策略提供不可替代的支持。