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

頸椎半切對脊柱組織氧合以及膈、腎和內臟交感神經(jīng)活動的長期促進作用的影響

期刊：Experimental Neurology  368 (2023) 114478

 

摘要核心內容

 

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

 

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

 

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

 

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

 

結論：C2Hx通過低血壓加劇脊髓缺氧，損傷同側呼吸和交感神經(jīng)可塑性，但保留對側呼吸及腎交感神經(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)的變化及其機制。

 

評估損傷嚴重性（部分性vs.完全性C2Hx）對mAIH誘導的pLTF（同側/對側）和sympLTF的影響。

 

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

 

研究思路

 

動物模型：雄性SD大鼠分為三組：

 

假手術組（Intact）

 

部分性C2Hx（單一切割）

 

完全性C2Hx（切割+1mm組織抽吸）

 

時間點：損傷后2周進行終末神經(jīng)生理學實驗。

 

干預：給予mAIH（3次5分鐘13.5%O?，間隔5分鐘）。

 

檢測指標：

 

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

 

 

神經(jīng)活動：雙側膈神經(jīng)、內臟/腎交感神經(jīng)放電（圖1B）。

 

生理參數(shù)：動脈血壓、血氣分析（表1）。

 

 

 

測量數(shù)據(jù)及其意義

 

脊髓組織氧分壓（PtO?）

 

數(shù)據(jù)來源：圖2

 

結果：

 

完全性C2Hx組基線PtO?顯著低于假手術組（圖2B）。

 

mAIH期間PtO?進一步降低（圖2C-D）。

 

意義：證實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?相關性

 

數(shù)據(jù)來源：圖3

 

結果：線性回歸顯示平均動脈壓（MAP）與PtO?正相關（R2=0.39，p<0.01）。

 

意義：低血壓是C2Hx后脊髓缺氧的關鍵機制；擴容（如羥乙基淀粉）可恢復PtO?（圖3C）。

 

膈神經(jīng)長時程易化（pLTF）

 

數(shù)據(jù)來源：圖4（同側）、圖5（對側）

 

 

結果：

 

完全性C2Hx組同側pLTF消失（圖4B-C）。

 

對側pLTF保留（圖5B-C）。

 

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

 

交感神經(jīng)長時程易化（sympLTF）

 

數(shù)據(jù)來源：圖6

 

結果：

 

腎交感神經(jīng)sympLTF在完全性C2Hx后保留（圖6C-D）。

 

內臟交感神經(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。

結論

 

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

 

可塑性差異：

 

同側pLTF和內臟sympLTF受損，但對側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。

 

丹麥Unisense微電極測量數(shù)據(jù)的詳細解讀

 

技術背景與操作流程

 

微電極型號：Unisense針型氫微傳感器（50μm直徑），專為組織氧分壓（PtO?）監(jiān)測設計。

 

植入位點：C4脊髓節(jié)段（膈肌運動核區(qū)），坐標：中線旁1.5mm，背側1.5mm（圖1B）。

校準方法：雙點校準（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

 

揭示脊髓缺氧機制：

 

首次證實C2Hx后同側膈肌運動核區(qū)PtO?顯著降低（圖2），且與損傷嚴重性正相關。

 

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

 

闡明mAIH效應機制：

 

mAIH期間PtO?進一步降低（圖2C-D），提示缺氧加劇可能導致腺苷積累，抑制5-HT依賴性可塑性（如pLTF）。

 

擴容（羥乙基淀粉）或升壓藥（5-HT1B拮抗劑）可恢復PtO?（圖3B-C），驗證血壓的核心作用。

 

 

技術優(yōu)勢：

 

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

 

動態(tài)監(jiān)測能力：實時記錄mAIH期間PtO?變化（圖2A），揭示缺氧程度與神經(jīng)可塑性的負相關。

 

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

 

對SCI研究的價值

 

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

 

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

 

轉化潛力：Unisense微電極可作為評估神經(jīng)保護策略（如藥物、氧療）的有效工具。

 

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