Эффекты раздавливания седалищного нерва (SNC) и лечения рилузолом на мышечную активность во время неограниченной локомоции были идентифицированы на животной модели путем анализа ЭМГ-активности, зарегистрированной для камбаловидной (Sol) и длинного разгибателя пальцев (EDL) обеих задних конечностей; у интактных крыс (IN) и в группах крыс, получавших в течение 14 дней физиологический раствор (S) или рилузол (R) после раздавливания нерва правой конечности на 1-й (1S и 1R) или 2-й (2S и 2R) день после рождения. Изменения в двигательном паттерне ЭМГ-активности коррелировали с количеством выживших двигательных единиц (МЕ), идентифицированных в исследуемых мышцах. Крысы S с 2-8 и 10-28 МЕ, которые выжили в мышцах Sol и EDL, соответственно, показали увеличение продолжительности и коэффициента заполнения мышечной ЭМГ-активности и потерю корреляции между факторами нагрузки мышечной активности и аномальной совместимостью сгибателей-разгибателей. -активация через 3 месяца после SNC. У крыс R с 5, 6 (Sol) и 15–29 МЕ (EDL) развивалась почти нормальная ЭМГ-активность как Sol, так и контрольных EDL-мышц, тогда как EDL-мышцы с SNC демонстрировали недостаточное восстановление. У крыс R с 8 (Sol) и 23–33 (EDL) МЕ развивалась почти нормальная ЭМГ-активность всех четырех мышц. Подгруппа крыс S с недостаточным выздоровлением и крыс R с почти полным выздоровлением, которые имели одинаковое количество МЕ (8 и 24–28 против 8 и 23–26), показали, что количество МЕ не было единственным определяющим фактором лечения. эффективность. Результаты показали, что крысы с SNC не смогли развить нормальную мышечную активность из-за нарушения работы нейронных цепей, ослабляющих мышечную активность EDL во время фазы стойки, тогда как лечение рилузолом обеспечивало почти нормальную EMG-активность Sol и EDL мышц во время локомоторного движения.
Как правило, травмы периферических нервов приводят к нарушению произвольных движений и аномалиям походки с последующей атрофией мышц. Без фармакологической терапии, способствующей функциональному восстановлению, пациенты полагаются исключительно на хирургическое лечение и реабилитацию. К сожалению, функциональные результаты у людей остаются плохими. Таким образом, большое количество исследований, проведенных на животных моделях, было сосредоточено на влиянии повреждения нервов на структуру и функцию нейронных цепей, участвующих в мышечном контроле, а также на поиске фармакологических методов лечения, которые могут улучшить функциональные результаты у пациентов. Особый интерес представляют исследования влияния раздавливания седалищного нерва (SNC), поскольку SNC является отличной моделью того типа повреждения нерва, который часто возникает во время родов, делая детей инвалидами на всю жизнь.
Неполное восстановление двигательной функции на животных моделях может быть связано с потерей моторных и сенсорных нейрональных аксонов и рецепторов, что вызывает потерю связи в нейронных цепях, участвующих в моторном контроле. В зависимости от возраста животного на момент ВНС количество выживших мотонейронов колеблется от примерно 15% у новорожденных до почти 100% у взрослых, при этом потеря сенсорных нейронов у новорожденных крыс составляет 40%. –60%. Меньше известно о влиянии повреждения периферических нервов на цепи проприоцептивной обратной связи. Функция этих цепей может быть нарушена из-за потери нейронов, проприорецепторов и дегенерации аксонов, а также из-за неспособности регенерирующих афферентов восстановить связи и / или неправильного направления регенерирующих аксонов в зависимости от метода травмы и возраста животного.
Влияние повреждения нерва на двигательные функции и эффективность фармакологического лечения и хирургического вмешательства на двигательное поведение изучались с использованием моделей SNC на животных. Были использованы такие показатели результатов, как скорость движения, продолжительность шагового цикла и фазы опоры, шкала BBB, индекс седалищной функции (SFI), силы реакции опоры и кинематика суставов. Однако чувствительности этих показателей недостаточно, чтобы выявить послеоперационные изменения в работе отдельных мышц. Измерения сил реакции опоры показывают, что взрослые крысы полностью восстанавливают нормальные вертикальные силы только через 2 месяца после SNC. Исследования на крысах с SNC на 3-й день а.б. Используя тесты SFI, ступенчатую перекладину и сужающуюся балку, было выявлено нарушение работоспособности пораженной конечности, наблюдаемое в течение 12 недель, в отличие от предыдущих результатов, предполагающих восстановление нормальных двигательных движений. Кемп и его коллеги [21] показали, что нейропротекторный агент P7C3 увеличивает выживаемость моторных и сенсорных нейронов и вызывает частичное восстановление работоспособности животных. Кроме того, у крыс с SNC на уровне P3-P30 сообщалось, что восстановление локомоторного движения, оцениваемое с помощью SFI у крыс P7, было хуже, чем у наивных животных, и снижение количества моторных и сенсорных нейронов наблюдалось на P7 и P30, а также серьезное нарушение мышечной функции, наблюдаемое при применении SNC до P30. В целом, отсутствуют систематические экспериментальные данные о влиянии SNC на нейронные цепи, участвующие в локомоторном контроле и восстановлении локомоторной функции, что указывает на необходимость более эффективных методов оценки результатов.
Анализ ЭМГ-активности мышц задних конечностей использовался в ограниченном количестве исследований на крысах с ВНС при рождении, частичной денервацией или рассечением и хирургическим вмешательством. Однако анализ ограничивался продолжительностью активности отдельных мышц или общей картиной активности ЭМГ. Влияние лечения Рилузолом на восстановление двигательной ЭМГ активности не изучалось. Однако было установлено, что лечение рилузолом (единственным препаратом, который в настоящее время используется для лечения пациентов с нейродегенеративным заболеванием) защищает мотонейроны от дегенерации после повреждения периферических нервов у взрослых и новорожденных крыс. Сообщалось также о нейрозащитном действии рилузола на мотонейроны и улучшении локомоторной функции (локомоторная оценка BBB) после совместного лечения с GDNF у взрослых крыс после отрыва нерва и повторной имплантации, а также об усилении роста нейритов в культурах взрослых и нейроны ганглия задних корешков новорожденных крыс. Cabaj и Sławińska изучали влияние лечения рилузолом у крыс с SNC при рождении на количество двигательных единиц и сократительные характеристики камбаловидной (Sol) и длинного разгибателя пальцев (EDL), а также на движение по взлетно-посадочной полосе, оцененное с помощью SFI, обнаружив, что крысы с большим количеством МЕ и лучшими сократительными свойствами мышц демонстрируют значительное снижение дефицита SFI, наблюдаемое после лечения рилузолом.
Настоящее исследование было разработано, чтобы выявить влияние SNC при рождении в одной конечности у крыс на ЭМГ-активность мышц Sol и EDL во время локомоции, зарегистрированной одновременно в мышцах обеих конечностей (SNC и контрлатеральный контроль), что дает новые данные о поражении мышц. контроль во время движения и эффект от лечения рилузолом. Примечательно, что при том же количестве моторных единиц, спасенных при их лечении с использованием Sol и EDL, мышцы позволили развить почти нормальный контроль мышц по сравнению с крысами, получавшими физиологический раствор. Часть этих результатов ранее была представлена в абстрактной форме.
В этом исследовании мы впервые проанализировали влияние SNC у новорожденных крыс и лечения рилузолом на активность камбаловидной мышцы и длинного разгибателя пальцев во время движения. Используя ЭМГ-активность, записанную одновременно с мышц-разгибателей и мышц-сгибателей голеностопного сустава обеих задних конечностей, мы исследовали паттерн спонтанного локомоторного поведения на горизонтальной взлетно-посадочной полосе.
Мы обнаружили, что эффекты SNC и лечения рилузолом на локомоторное поведение отражались систематическими изменениями во взаимосвязи между продолжительностью всплеска мышечной активности ЭМГ и продолжительностью цикла. Основными эффектами SNC, о которых ранее не сообщалось в литературе, были: увеличение продолжительности импульса ЭМГ в обеих мышцах EDL, приводящее к удлинению совместной активации мышц Sol и EDL и потере корреляции между коэффициентом заполнения всплеска активности ЭМГ в мышцах. мышцы с SNC и контрольной мышцы для мышц Sol и EDL. Таким образом, наш анализ показал, что крысы с 2–8 (Sol) и 10–28 (EDL) МЕ в исследуемых мышцах после SNC при рождении не смогли развить нормальный мышечный контроль во время движения. Новым открытием этого исследования было то, что крысы, получавшие рилузол, развили почти нормальный контроль над мышцами Sol и EDL. Это наблюдалось как для Sol-мышц, так и для контрольных EDL-мышц у крыс с 5, 6 (Sol) и 15–29 (EDL) МЕ, спасенных после лечения, в то время как крысы с 8 (Sol) и 23–26 (EDL) МЕ показали почти нормальные контроль обеих исследуемых мышц. Напротив, животные, получавшие физиологический раствор, не смогли развить нормальный независимый контроль мышц Sol, даже когда количество MU было больше (6–8 и 16–28) или почти такое же (8 и 24–28), как у крыс, получавших рилузол. Подгруппа крыс, получавших физиологический раствор, не смогла развить нормальный контроль над мышцами Sol и EDL вместе, даже когда количество выживших MU было почти таким же, как у крыс, получавших рилузол. Наши результаты показали, что эффективность лечения в основном зависела от количества МЕ в мышце Sol. Этот результат можно объяснить, принимая во внимание тот факт, что нормальная длительность мышечного взрыва EDL генерируется с участием обработки сенсорной информации, производящей ингибирование взрыва EDL-мышцы во время фазы стойки на основе активности мышцы Sol. Таким образом, мы также показали, что количество двигательных единиц не было единственным фактором в определении эффективности лечения. Кроме того, результаты нашего настоящего исследования показали, что увеличение продолжительности всплеска активности EDL-мышцы EDL было результатом нарушения работы нейронных цепей, которые уменьшают всплески активности EDL-мышцы, после начала активности в Sol-мышце. Взятые вместе, наши результаты подтверждают гипотезу о том, что лечение рилузолом позволило крысам с SNC, полученным при рождении, развить почти нормальный контроль над мышцами Sol и EDL во время движения.
Результаты трудно сравнивать с данными в литературе из-за различий в методах травм и анализа данных. Однако локомоторная ЭМГ-активность мышц Sol и EDL с поражением SNC в ранние сроки после рождения была оценена в двух исследованиях Navarrete и Vrbová и Vejsada с коллегами. Кроме того, данные количественного анализа мышечной активности, проведенного Sławińska с коллегами, были получены для мышц с частичной денервацией. Ни в одном из этих исследований активность как контрольных мышц, так и мышц с повреждением нерва не регистрировалась одновременно для мышц Sol и EDL. Таким образом, влияние травмы на взаимосвязь между ЭМГ-активностью мышц с ВНС и контрольными мышцами, а также между мышцами-сгибателями-разгибателями выявить не удалось. Более того, эффект от лечения рилузолом и взаимосвязь между этим эффектом и количеством спасенных МЕ не изучались.
Результаты настоящего исследования, касающиеся влияния SNC на продолжительность всплеска активности ЭМГ, в целом согласуются с результатами, полученными в этих предыдущих исследованиях. Продление активности EDL-мышцы и сокращение продолжительности всплеска активности Sol-мышцы, связанное с аномальной активностью реиннервируемых мышц передней большеберцовой мышцы с «разгибательными» взрывами во время фазы опоры шага, было зарегистрировано у крыс с SNC в 1-й день. Аналогичным образом, исследования на крысах с 13-17 МЕ в мышцах Sol после частичной денервации, проведенной в возрасте 5 дней, показали, что активность этой мышцы была короче на 3–36% по сравнению с контрольной мышцей. Наблюдаемое уменьшение продолжительности активности соответствовало уменьшению наклона регрессии. В отличие от активности мышц Sol, активность мышц EDL, частично денервированных в возрасте 3 и 18 дней, была больше на 20–55% по сравнению с контрольной мышцей, что соответствовало увеличению наклона регрессии, связанной с продолжительностью активности. с продолжительностью цикла.
Полное восстановление работоспособности задних конечностей после SNC у взрослых крыс, обнаруженное в предыдущих исследованиях, с учетом факторов нагрузки в фазах качания задних конечностей и стойки не согласуется с результатами исследований, проведенных с использованием анализа других локомоторных показателей у взрослых и новорожденных крыс. Результаты этого исследования показали, что SNC влияет не только на рабочие факторы мышечной ЭМГ-активности, но также снижает корреляцию между этими показателями ниже уровня, наблюдаемого при нормальной локомоции. Это указывает на то, что анализа коэффициента заполнения фазы шагового цикла или мышечной ЭМГ-активности недостаточно для оценки влияния SNC на мышечный контроль во время движения, и указывает на необходимость анализа взаимосвязи между соответствующими индексами походки.
Предыдущие исследования, проведенные на крысах с SNC, нанесенными в 1-й день а.б. показали, что реиннервируемые мышцы-сгибатели (EDL и tibialis anterior, соответственно) были активированы аномально с "разгибательным" взрывом во время фазы опоры шага, в то время как контрольные мышцы tibialis anterior были активны только во время фазы качания. Однако активность контрольных мышц EDL и совместная активация мышц сгибателей-разгибателей ранее не описывались. Активность мышц-разгибателей и сгибателей регистрировалась одновременно с обеих сторон Грамсбергеном и его коллегами и на поврежденной стороне Сабатье и коллегами после перерезки и восстановления седалищного нерва у взрослых крыс. Эти исследования показали, что двигательная активность в мышцах сгибателях и разгибателях больше не является реципрокной, а проявляется как совместная активация. Таким образом, авторы предположили, что совместная активация передней большеберцовой мышцы и камбаловидной мышцы была обусловлена «ограниченной способностью интеграции афферентной обратной связи после повреждения периферического нерва». Точно так же сообщалось, что икроножные и передняя большеберцовая мышца проявляли ко-активацию и часто тонизирующую активность передней большеберцовой мышцы на оперированной стороне в дополнение к всплеску активности передних большеберцовых мышц на неоперированной стороне, что было названо « компенсационная деятельность ». Однако количественный анализ взаимосвязи между ЭМГ-активностью, наблюдаемой в исследуемых мышцах, не проводился, и поэтому подробное сравнение с результатами настоящего исследования было невозможно.
Мы предполагаем, что дефицит в контроле EDL-мышц, вызванный SNC, был вызван уменьшением количества MU, а также неисправностью нейронных цепей, участвующих в мышечном контроле, вызванной отсутствием соответствующего ингибирования в спинном мозге. Это подтверждается тем фактом, что в отличие от крыс, получавших физиологический раствор, у крыс, получавших рилузол, развивалась нормальная активность мышц Sol и EDL, когда количество MU было одинаковым, и развивалась нормальная активность контрольных мышц EDL и обеих мышц Sol, даже когда количество МЕ было меньше, чем у животных, получавших физиологический раствор. Систематическое увеличение продолжительности мышечной активности EDL было обнаружено у крыс, получавших физиологический раствор, что согласуется с увеличением силы взаимосвязи между продолжительностью всплеска мышечной активности EDL и продолжительностью цикла, которая была вызвана отсутствием ослабления мышечной активности EDL. во время фазы опоры, что свидетельствует о нарушении работы нейронных цепей из-за отсутствия соответствующего торможения в спинном мозге.
Таким образом, мы можем предположить, что удлинение мышечной активности EDL в обеих мышцах было общим эффектом SNC, вызванным нарушением работы нейронных цепей, что предотвращало ослабление мышечной активности EDL после начала соответствующей мышечной активности Sol. Более того, нарушение работы нейронных цепей, участвующих в контроле EDL-мышц с помощью SNC, может быть вызвано отсутствием тормозящей обратной связи от ипсилатеральных афферентов Sol-мышц за счет вклада реципрокного торможения. Имеются данные, указывающие на то, что повреждение периферического нерва снижает кодирование сенсорных сигналов и афферентную синаптическую передачу в спинномозговых цепях, что, в свою очередь, лишает эти цепи тормозной обратной связи, но эти данные были получены в экспериментах на кошках или с использованием нервов рассечением. Однако данные, указывающие на то, что SNC-индуцированная дегенерация мышечных рецепторов подтверждают наше предположение о том, что нормальное сенсорное кодирование уменьшилось после повреждения нерва. Аналогичное объяснение влияния SNC на контроль EDL-мышц было бы возможным, если бы активность EDL-мышц была снижена во время фазы стойки из-за вклада сенсорной информации от контралатеральной конечности. Это объяснение не может быть поддержано непосредственно экспериментальными данными, однако, данные, полученные с помощью Hayes и его коллег предположил, что «пресинаптическое торможение связывает сенсомоторное состояние двух конечностей, регулировочное сенсорный приток к поворотной конечности на основе сил, возникающий на стойке конечности ”, Что подтверждает предположение о том, что удлинение контрольной активности EDL-мышц может быть связано с отсутствием контралатеральной сенсорной обратной связи. Однако совместная активация мышц Sol и EDL по нашим данным не может рассматриваться как компенсаторная стратегия, стабилизирующая голеностопный сустав во время фазы опоры движения конечности, управляемой мышцами с небольшим количеством МЕ, поскольку коактивация наблюдалась также в контрлатеральной контрольной конечности управляется мышцами с нормальным количеством МЕ.
Эффективность лечения Рилузолом
Наши предыдущие результаты показали, что количество спасенных МЕ в мышцах Sol и EDL не было единственным определяющим фактором эффективности лечения. В настоящем исследовании мы продемонстрировали, что у крыс, получавших рилузол, развился почти нормальный контроль мышц EDL из-за воздействия на мотонейроны и нейронные цепи, что ослабляло всплеск активности EDL-мышцы с помощью SNC во время фазы стойки, что, в свою очередь, способствовало нормальной активности. контрольной EDL мышцы. Этот эффект мог произойти из-за восстановления реципрокного торможения со стороны Sol-мышцы с помощью SNC. Хотя экспериментальные данные о нейрозащитном действии рилузола на нейроны скудны и не были получены у крыс с SNC, нанесенным рано после рождения, несколько исследований показывают, что лечение рилузолом влияет на цепи, участвующие в мышечном контроле во время движения. Bergerot и его коллеги показали, что рилузол усиливает образование дендритов, что улучшает локомоторную функцию, оцениваемую с помощью теста BBB, у крыс, которым была проведена реимплантация вентрального корешка после отрывного повреждения. Исследования in vitro показали, что, помимо воздействия на мотонейроны, рилузол оказывает стимулирующее действие на сенсорные нейроны, способствуя нейритогенезу, ветвлению нейритов и усиленному разрастанию как в культурах новорожденных, так и взрослых, способствуя регенерации сенсорных афферентов за счет увеличения выработка нейротрофинов, которые компенсировали потерю трофической поддержки после повреждения периферических нервов. Mizuta, а также Caumont и его коллеги показали, что рилузол стимулирует синтез фактора роста нервов, что дает некоторые доказательства того, что рилузол может оказывать нейропротекторное действие на нейронные цепи, участвующие в передаче сенсорной информации, стимулируя выработку нейротрофических факторов.
В итоге: с учетом данных о роли афферентной информации в контроле мышечной активности во время движения мы предполагаем, что лечение рилузолом позволило нашим крысам получить SNC, нанесенный на 1-й и 2-й день а.б. развить почти нормальный контроль над мышцами Sol и EDL не только за счет нейропротекторного действия на мотонейроны, но и за счет воздействия на цепи афферентной обратной связи, участвующие в мышечном контроле, которые защищали их от эффекта раздавливания седалищного нерва.
Комментариев нет:
Отправить комментарий