牽拉損傷對蛙坐骨神經干動作電位影響的定量研究

陳鈺涵，陳 穗，羅 勇，王水金，郭佳銘，林柏先，劉 靜，2

（1．汕頭大學醫學院機能學實驗室，廣東 汕頭 515041；2．汕頭大學醫學院生理學教研室，廣東 汕頭 515041）

周圍神經損傷是臨床上常見的一類疾病，若未能及時有效地接受神經修復和康復治療，患者的感覺和運動功能將會受損，甚至喪失工作和生活能力[1]。而牽拉損傷是一種特殊的周圍神經急性損傷類型，嚴重的牽拉損傷可引起失神經支配導致不可逆的功能障礙[2]。某些手術容易引起神經牽拉損傷，如甲狀腺腺葉切除術、腰椎間盤切除術等[3-4]。此外，牽拉伸長神經在一些手術操作中必不可少，如神經延長術和肢體延長術等[5-6]。因此，神經牽拉損傷也是這類手術的重要并發癥，若外科手術中牽拉使神經張力過大將導致神經損傷，從而影響神經的修復與功能，而預防神經牽拉損傷的關鍵在于明確神經能夠耐受牽拉的程度。本研究使用牛蛙坐骨神經作為研究對象，建立簡便、可量化的神經牽拉損傷模型，探究牽拉對蛙坐骨神經動作電位的影響及坐骨神經能夠耐受的牽拉程度，為臨床手術中神經牽拉損傷的研究提供動物模型的參考。

1 材料與方法

1.1 實驗動物

牛蛙60只，年齡、雌雄不限，健康，體質量約200 g，由汕頭大學醫學院機能學實驗室提供。

1.2 主要儀器和試劑

常用蛙類手術器械、經典神經干屏蔽盒、BL-420F生物機能實驗系統（成都泰盟軟件有限公司）、艾德堡HP-5N推拉力計及HLA螺旋機架（樂清市艾德堡儀器有限公司）、任氏液（自配）。

1.3 蛙坐骨神經干牽拉裝置

HP-5N推拉力計固定于配套的HLA螺旋機架上，轉動螺旋機架的轉盤可使推拉力計勻速上升或下降。在推拉力計下方的小鐵鉤加套一條小塑膠管（圖1），使鉤子牽拉神經干的接觸面積增大，同時避免金屬對神經干的影響。牛蛙毀髓后剪開大腿部皮膚，用玻璃分針沿坐骨神經溝游離出坐骨神經。用蛙足釘穿過蛙的髖關節和膝關節，避開坐骨神經，將蛙固定在蛙板上，置于推拉力計下方。推拉力計調零后，使其鉤子勾住坐骨神經干的中段，轉動轉盤，緩慢勻速地向上牽拉神經干。當推拉力計顯示拉力到達目標拉力值后，維持拉力不變持續30 s。實驗過程中在神經干表面滴加任氏液保持濕潤。

圖1 蛙坐骨神經干牽拉實驗裝置示意圖

1.4 蛙坐骨神經干動作電位相關指標的測量

牽拉后的坐骨神經干兩端結扎后剪斷，離體，長度約6～7 cm，在任氏液中浸泡10 min后，置于神經干屏蔽盒中且使神經干頭端位于刺激輸出電極一側，尾端位于記錄電極一側（圖2）。蓋上屏蔽盒蓋子，開始運行系統模塊：（1）最適刺激強度，程控單刺激，波寬0.05 ms，延時5 ms，采樣率50 kHz，刺激強度從0開始，增量為0.02 V；（2）不應期，起始波間隔8 ms，減量為0.2 ms，刺激時間間隔2 s，刺激強度2 V；（3）雙電極法測神經干動作電位傳導速度，刺激強度2 V，見圖3。

圖3 蛙坐骨神經干動作電位相關指標的測量

1.5 牽拉處理分組

將60只牛蛙的120根坐骨神經隨機分為12組，每組10根，區分左右。其中一組為對照組，將神經干離體后在任氏液中浸泡10.5 min，之后測量相關指標。其余為實驗組，各組體神經干分別以0.4、0.8、1.2、1.6、2.0、2.4、2.8、3.2 N的拉力牽拉30 s，之后將神經干離體，于任氏液中浸泡10 min后測量相關指標。根據需要加做0.1、0.2、0.3 N組。

1.6 統計學分析

將BL-420F生物機能實驗系統的數據導出，整理出各組標本的動作電位幅度、絕對不應期、神經干傳導速度。采用SPSS 20.0軟件進行統計分析，符合正態分布的計量資料以±s表示，多組間比較采用單因素方差分析，組間兩兩比較采用Dunnett-t檢驗，不符合正態分布的數據以[M（Q1，Q3）]表示，多組間比較采用Kruskal-WallisH檢驗，組間兩兩比較采用Bonferroni檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 不同牽拉力對蛙坐骨神經干完整性及活性的影響

牽拉力＜2.8 N時，神經干未斷裂。牽拉力為2.8 N時，有2條神經干引導出的動作電位幅度為0 mV，其余神經干可引導出一定幅度的雙相動作電位。而牽拉力為3.2 N時，該組所有神經干均斷裂。

2.2 不同牽拉力對蛙坐骨神經干動作電位波形的影響

選擇各組中有代表性（各項指標接近平均值）的動作電位波形進行比較。牽拉力不超過2.8 N時，隨著刺激強度增大，動作電位波形表現為幅度降低、波寬增大、波峰與刺激起點的時間間隔增大；牽拉力達到3.2 N時，無動作電位產生。見圖4。

圖4 不同牽拉力作用對蛙坐骨神經干動作電位波形的影響

2.3 不同牽拉力對蛙坐骨神經干動作電位各項指標的影響

采用0～0.4 N的牽拉力處理蛙坐骨神經干，發現動作電位的傳導速度顯著下降，差異具有統計學意義（P值均＜0.05），見表1。進一步加大牽拉力，結果發現除了2.8 N處理組，其他組動作電位的刺激閾值與對照組相比差異無統計學意義（P值均＞0.05）；對于絕對不應期，2.4、2.8 N處理組與對照組相比差異有統計學意義（P值均＜0.05）；而動作電位幅度及傳導速度均隨著牽拉力的增大而逐漸減少（P值均＜0.05）。見圖5。

表1 不同牽拉力對蛙坐骨神經干傳導速度的影響

圖5 不同牽拉力對蛙坐骨神經干動作電位的影響

3 討論

周圍神經牽拉損傷是臨床常見的疾病，嚴重的神經牽拉損傷可導致不可逆的感覺及運動功能障礙。對周圍神經牽拉損傷進行定量研究將有助于明確神經可耐受的牽拉程度。本研究中，0.4 N的牽拉力對神經干的動作電位幅度未產生顯著影響，0.8 N以上的牽拉力才能降低神經干的動作電位幅度，而0.1 N的牽拉力則足以使神經干的動作電位傳導速度降低，這表明與動作電位幅度相比，傳導速度的變化對牽拉損傷更為敏感。因此，推測0.1～0.4 N的牽拉力與≥0.8 N的牽拉力造成神經損傷的機制不同。

根據神經結構受損情況，Sunderland將神經損傷分為5個級別。Ⅰ級：髓鞘中斷，軸突連續性完好；Ⅱ級：軸突及其髓鞘失去連續性，神經的各種結締組織即神經內膜、神經外膜和神經束膜得以保留；Ⅲ級：軸突和神經內膜受損，但神經束膜未受損；Ⅳ級：軸突、神經內膜和神經束膜受損，但神經外膜保留；Ⅴ級：神經斷裂[7-8]?？梢?，髓鞘是神經最早、最易損傷的結構。脊椎動物神經產生的動作電位依賴郎飛結進行快速的跳躍性傳導，而髓鞘化的軸突是形成郎飛結的結構基礎[9]，髓鞘損傷將導致神經傳導速度降低[10]。因此，本研究中0.1～0.4 N的牽拉力對神經干造成的損傷可能屬于Sunderland Ⅰ級，僅造成了神經干內軸突髓鞘損傷或中斷從而引起傳導速度減慢，而軸突的連續性保留使動作電位得以正常產生。0.8 N以上的牽拉力造成的神經損傷可能屬于Sunderland Ⅱ級，由于軸突的斷裂，部分神經纖維在刺激電極處產生的動作電位無法傳導至接收電極，使神經干動作電位幅度降低。3.2 N的牽拉力使神經干完全斷裂，屬于Sunderland Ⅴ級損傷。

0.4～2.0 N的牽拉力對絕對不應期沒有明顯影響，而2.4 N的牽拉力則引起絕對不應期的明顯延長。與此類似的是刺激閾值，2.8 N的牽拉力才足以引起刺激閾值的增大。且絕對不應期與刺激閾值隨牽拉力變化的曲線非常相似。絕對不應期是神經細胞在發生一次興奮后細胞膜鈉通道失活的時期，之后鈉通道開始復活[11]。刺激閾值主要與細胞膜中鈉通道的密度和功能狀態以及細胞外的鈣離子濃度有關。本實驗中絕對不應期和刺激閾值在牽拉力較大時也無明顯變化，原因可能是牽拉后部分未斷裂軸突的離子通道的密度和功能仍正常，動作電位在這些“幸存”的軸突中能正常產生并被接受電極記錄。本研究的不足之處在于未能在細胞水平觀察不同程度牽拉力造成的神經損傷病理變化，對神經損傷的量化局限于神經功能水平，對損傷引起的神經結構的改變仍有待進一步研究。

目前國內外對周圍神經損傷的研究多為探討其損傷后的病理學改變或修復機制，且絕大多數所用的模型為大鼠或家兔。用無齒輸精管分離鉗在體牽拉大鼠或家兔的坐骨神經至神經延長1倍長度并持續30 s[12-14]，使用高精度測力計以0.2 N的拉力在體牽拉大鼠的海綿體神經[15]。上述牽拉神經干的方法多為一次性的牽拉，不能用于定量研究牽拉程度對神經的損傷情況。

本研究利用定量研究的方法探討了牽拉力對蛙坐骨神經干的損傷程度。蛙坐骨神經干在2.8 N以下的牽拉力作用下可保持形態完整，3.2 N牽拉力則可使神經干發生斷裂。蛙坐骨神經干動作電位的不同指標對牽拉損傷的耐受程度不同，傳導速度對牽拉損傷最敏感，0.1 N的牽拉力即可降低傳導速度。當牽拉力達到0.8 N時，動作電位幅度才開始降低。這可能是因為0.1～0.4 N的牽拉力只造成神經髓鞘損傷而引起傳導速度的減慢，0.8 N以上的牽拉力則可造成神經干內軸索斷裂而降低復合動作電位幅度。刺激閾值和絕對不應期則對牽拉損傷的耐受程度較高。本研究的蛙坐骨神經牽拉損傷模型量化了牽拉力對坐骨神經動作電位相關指標的影響。