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缺血性卒中治疗的新方向|肢体电刺激的效应与神经血管耦联机制

2021.08.18

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      在卒中的康复中,施加一定强度和频率的电刺激是常用的治疗手段。而电刺激引发去极化、动作电位的传递、到最终产生相应的效果,整个过程涉及多种机制参与。其中,神经信号与血管功能之间的相互作用以及其中的机制,对于恢复脑血流灌注,改善疾病转归都有着重要价值。


肢体电刺激的效应

       在脑缺血的治疗领域,电刺激技术对于神经功能的保护作用,以及梗死的改善都有一定的效果。为了探明电刺激和血管变化之间的效应,通过肢体电刺激技术来提高梗死区的血流量一直是缺血性卒中研究的热门方向。如2019年发表在Lancet的文章¹表明,采用翼腭神经节的电刺激疗法,对于急性缺血性卒中的脑血流恢复、防止梗死灶扩大、稳定血脑屏障功能有很好的治疗效果。

²研究人员将外周肢体电刺激技术应用于缺血性卒中的SD大鼠,并在肢体电刺激后同时监测皮层脑电及血流灌注情况,以监测神经血管耦联(neurovascular coupling,NVC)机制的表现。


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肢体电刺激模式及采集模式时间线

备注:蓝色代表皮层脑电记录及脑皮层血流灌注量记录;PTI代表光栓法制造缺血性卒中模型;黄色代表电刺激的时间。


       在使用该治疗方法后,研究人员发现前肢电刺激后对于缺血区域周边的侧支循环血流灌注情况有明显改善。其效果要优于对于后肢给予电刺激后的效果。


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缺血性卒中后,在不同的肢体电刺激模式下通过激光散斑成像设备获得的脑血流灌注量彩图。

备注:在缺血性卒中发生以后,分别对于前肢和后肢进行电刺激,并观察皮层侧支循环区域血流的变化情况。通过灌注量图像可见前肢电刺激后血流灌注情况的恢复要明显优于对后肢进行电刺激的结果。


Abbr.S1-somatosensory cortex;S1FL- somatosensory cortex forelimb cortex;S1HL- somatosensory cortex hindlimb cortex;PTI- photothrombotic ischemic;MCA- middle cerebral artery;ACA- arteria cerebri anterior

 

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不同的侧支循环区域内的灌注量量化数据情况。

备注:与血流灌注彩图对应的,不同侧支循环区域血流灌注量的恢复情况。可见前肢电刺激后的血流灌注量数据要明显高于后肢电刺激后的血流灌注量数据。


研究发现通过电刺激前肢,可以改善缺血性卒中后侧支循环的血流灌注情况,但这其中的神经血管耦联机制仍待探索。


神经血管耦连机制

大脑生理功能的实现依赖于神经活动与血流之间的相互配合,这种机制称为神经血管耦合(Neurovascular Coupling,NVC)。

尽管大脑本身仅占体重的2%,但脑血流量仍占心输出量的15%、静止总耗氧量的20%。因此,脑血流量必须不断地与当前活跃的大脑区域相匹配。而NVC是负责此复杂操作的机制,这种机制对于神经元兴奋所致的大脑局部血流的分配具有重要意义。

NVC功能的完成需要由血管平滑肌细胞、周细胞、神经元、星形胶质细胞等细胞的参与。脑实质内的小动脉主要通过平滑肌细胞实现血管的舒缩功能,而毛细血管的舒缩功能更多依赖于周细胞。二者被星形胶质细胞终足包裹,且周围存在丰富的神经元突触。当神经元活动时,神经递质被释放出来,与星形胶质细胞上的受体结合,并激活钙信号,传递至终足附近的血管上,激活对应的信号通路后,引发血管活性物质的释放从而引起血管反应,这一系列复杂结构通过协同或拮抗作用参与基本NVC功能的维持与调节。


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³依据不同神经支配来源分类的三种不同的脑血流神经血管调控机制图片


      如Anna Csiszar⁴等人通过老年小鼠的触碰胡须刺激等系列实验,结合血流灌注量的情况,得出靶向于线粒体的过氧化氢酶过表达改善了老年小鼠的神经血管耦合反应,并改善了行为表现。


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在线粒体活性氧的研究方向上与NVC相关的关键研究机制。


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⁵NVC中不同类型细胞的机制及研究方向,不同的研究靶点所带来的效应都能在血管层面体现。通过对组织血管效应的分析,对于完善NVC相关机制及效应研究有很大帮助。

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