不同起始时间点机器人辅助减重步行训练对脊髓损伤康复作用的研究

发布时间：2020-06-25 06:18

【摘要】：运动训练是有效、经济、可持续性强的脊髓损伤(SCI)康复手段,SCI早期开展运动训练可大大提高脊髓损伤康复效果。然而,SCI早期开展运动训练的最佳患肢辅助模式以及最佳起始时间点仍然没有定论。针对以上问题,本研究开展如下两部分实验研究:一、正常大鼠步态模式的建立与评价【目的】1.基于啮齿类动物机器人辅助运动操作系统(RRMPS)建立符合大鼠正常步态特征的步行训练机器人辅助模式——正常大鼠步态模式(NRSP)。2.比较NRSP辅助与传统人工辅助(MA)在SCI大鼠减重步行训练(BWSTT)康复效果上的差异,筛选出更加有利于大鼠SCI早期康复的患肢辅助模式。【方法】1.实验动物分组方法雄性Wistar大鼠40只,8只做为正常大鼠步态模式(NRSP)采集与记录;其他32只随机分成4组(n=8/组),其中一组只开椎板作为Sham组(假手术组),三组制作脊髓损伤模型——Sedentary组(对照组)、NRSPA组、MA组。2.NRSP建立方法采用RRMPS机器人手臂对正常大鼠后肢进行步态信息记录,通过步态分析软件对所记录的大鼠步态信息进行分析、编辑、组合,形成30秒NRSP,并验证其稳定性和一致性。3.NRSP与MA康复效果比较方法NRSPA组、MA组大鼠术后3天分别开始接受为期3周减重步行训练,NRSPA组大鼠后肢采用NRSP辅助,MA组大鼠后肢采用人工辅助。训练结束后,从运动功能(BBB评分、RRMPS步态分析)、脊髓神经功能(tceMEPs)以及脊髓神经再生情况(脊髓损伤中心NF200~+表达)三个方面比较两组大鼠的康复效果。【结果】1.NRSP成功建立30秒NRSP中各个单步的步态参数之间变异系数均小于15,且左右肢体步态参数之间差异没有统计学意义(P0.05)。2.NRSPA组与MA组大鼠运动功能康复效果比较第1周末,两组BBB评分没有差异(P0.05);第2周、第3周NRSPA组大鼠BBB评分显著高于MA组(P0.001)。RRMPS步态分析结果显示NRSPA组大鼠的步长(P0.05)、步高(P0.01)、30s有效步数(P0.05)均显著优于MA组。3.NRSPA组与MA组大鼠脊髓神经功能康复情况比较NRSPA组大鼠tceMEPs潜伏期显著短于MA组大鼠(P0.05),NRSPA组大鼠tceMEPs波幅显著高于MA组大鼠(P0.05)。4.NRSPA组与MA组大鼠脊髓神经再生情况比较NRSPA组大鼠NF200~+MFI值显著高于MA组(P0.05);而NRSPA组大鼠NF200~+AF值与MA组差异无统计学差异(P0.05)。【结论】1.基于机器人手臂的NRSP符合大鼠正常步态特征,且具有稳定性、一致性好的特点,可作为SCI大鼠减重步行训练中的患肢辅助模式。2.基于SCI大鼠减重步行训练,NRSP辅助的康复效果优于人工辅助(MA)。二、不同起始时间点减重步行训练对脊髓损伤的康复作用【目的】通过比较大鼠SCI早期不同起始时间点的减重步行训练(BWSTT)在康复效果上的差异,明确大鼠SCI早期开始BWSTT的最佳起始时间点。【方法】1.实验大鼠分组方法雄性Wistar大鼠共60只,随机分成6组(n=10/组),分别为Sham组(假手术组),Sedentary组(对照组),BWSTT-A组、BWSTT-B组、BWSTT-C组、BWSTT-D组。2.不同起始时间点BWSTT康复效果的比较方法BWSTT-A组、BWSTT-B组、BWSTT-C组、BWSTT-D组分别于SCI后3天、7天、14天、21天开始为期3周的BWSTT,大鼠后肢辅助模式均采用基于机器人辅助的NRSP;从运动功能(BBB评分)、脊髓神经功能(tceMEPs)、脊髓神经再生情况(脊髓损伤中心NF200~+表达量)以及脊髓BDNF、GAP-43蛋白表达水平四个方面对所有实验组大鼠康复效果进行比较。【结果】1.各实验组大鼠运动功能康复效果比较各BWSTT组大鼠BBB评分呈现升高后略回落的趋势,各BWSTT组BBB评分变化曲线差异明显;实验期间,BWSTT-C组大鼠获得了最高的BBB评分峰值,实验结束时BWSTT-C组BBB评分均为所有BWSTT组中最高,显著高于BWSTT-A(P0.05)、BWSTT-B组(P0.05),而与BWSTT-D组差异不具备统计学意义(P0.05)。2.各实验组大鼠脊髓神经功能康复效果比较所有SCI大鼠tceMEPs呈现潜伏期缩短、波幅增加的趋势,各BWSTT组大鼠的潜伏期与波幅的变化曲线差异明显;实验结束时,BWSTT-C组大鼠tceMEPs潜伏期显著短于BWSTT-A(P0.01)、BWSTT-B组(P0.05)、BWSTT-D组(P0.01);BWSTT-C组大鼠tceMEPs波幅显著高于BWSTT-A(P0.001)、BWSTT-B组(P0.001),但与BWSTT-D组波幅没有差异(P0.05)。3.各实验组大鼠脊髓神经再生效果比较BWSTT-C组大鼠NF200~+MFI显著高于BWSTT-A(P0.001)、BWSTT-B组(P0.05),但BWSTT-C组NF200~+MFI值与BWSTT-D组没有差异(P0.05);BWSTT-C组的NF200~+AF值显著高于BWSTT-A(P0.01)、BWSTT-B组(P0.05)、BWSTT-D组(P0.05)。4.各实验组大鼠脊髓BDNF、GAP-43蛋白表达水平比较BWSTT-D组大鼠脊髓BDNF蛋白表达量显著高于其他BWSTT组(P0.001);而BWSTT-C组大鼠脊髓GAP-43蛋白表达量显著高于其他BWSTT组(P0.001)。【结论】大鼠SCI后14天开始BWSTT可获得获最佳的运动功能、脊髓神经功能康复、脊髓神经再生以及脊髓GAP-43蛋白表达水平,因此认为大鼠SCI后14天是开展BWSTT的最佳起始时间点。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：R473.6
【图文】：

-1 世界卫生组织关于不同国家或地区创伤性脊柱损伤（TSI）的年度发病率与 TSI 在对应国家或地区的负担统计图Figure 1-1 Regional annual incidence of traumatic spinal injury (TSI) and TSIrden in corresponding countries or regions by World Health Organization (WHO)左图为不同国家或地区年度 TSI 发病率统计图，颜色越深表示 TSI 发病率越高；右上图同国家或地区 TSI 负担统计图，右下图表示收入高的国家或地区（红色）TSI 负担较低，

采用啮齿类动物机器人辅助运动操作系统（RRMPS）[21]（图3-1），此系统由减重系统、步行系统、机器人辅助系统、计算机控制系统组成，可通过RRMPS配套控制软件（Robomedica Inc.，Version1.0）控制下对减重比例、步行速度进行调整以适应大鼠减重步行训练需求；另外机器人手臂通过胶皮环与动物肢体连接后可控制并记录肢体运动轨迹，实现辅助运动与步态记录的功能。图 3-1 啮齿类动物机器人辅助运动操作系统（RRMPS, Robomedica, Inc.）Figure 3-1 Rodent robotic motor performance system (RRMPS, Robomedica, Inc.)图A为RRMPS系统，图B为大鼠在RRMPS上减重步行训练。该设备可通过配套电脑软件（RRMPS software Version 1.0）控制机器人手臂的活动范围以辅助大鼠患肢运动并对大鼠双后肢运动轨迹进行记录，当肢体偏离设定步态轨迹时将给予肢体辅助，帮助肢体达到设定运动轨迹，以达到训练的要求，同时系统具有感知反馈功能，可在一定程度上调整辅助力度

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本文编号：2728983