糖尿病神经病理性疼痛大鼠脑功能活动的锰离子增强磁共振研究

发布时间：2018-01-14 20:44

本文关键词：糖尿病神经病理性疼痛大鼠脑功能活动的锰离子增强磁共振研究　出处：《南方医科大学》2016年硕士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：研究背景：糖尿病是一种常见的以高血糖为特征的代谢障碍性疾病,在全世界范围内患病数超过3亿人。糖尿病高血糖状态最常见的并发症就是多发性感觉和运动神经元病理性变性。统计调查显示出现此类神经病变的糖尿病人至少三分之一伴随神经病理性疼痛,这对患者的生活质量造成极大的负面影响。神经病理性疼痛是由于神经系统的原发损伤或功能障碍而引起的,以异常感觉为特征的神经病变,表现为自发性疼痛、疼痛知觉改变、触诱发痛和痛觉过敏等。传统上认为疼痛性糖尿病神经病变的发生是外周神经系统的多种代谢或形态学病变所导致。既往许多研究已经证明,这些改变与神经病理性疼痛的症状具有密切的联系。然而,外周神经病理性病变学说并不能够解释糖尿病神经病理性疼痛发生发展的全部原因。现有的药理学治疗方法都是通过靶向作用于外周神经损伤机制或者仅仅针对症状而非机制治疗,只能在一定程度上缓解疼痛的发生。目前没有何一种药物任能够提供完全或长期的疼痛缓解,并且具有显著的副作用。既往关于外周神经系统的研究结果并非提示其功能病变机制单-孤立地作用于疼痛的产生。甚至,最近有研究直接指出中枢神经系统的功能紊乱同样会导致神经病理性疼痛,认为中枢神经系统也参与了神经病理性疼痛的发生发展。通过放射自显影成像技术,Paulson等人检测糖尿病神经病理性疼痛大鼠的大脑局部血流量,发现疼痛感觉识别系统通路,包括丘脑腹后外侧核等神经核团,神经活动兴奋性明显升高。Cauda等人通过应用功能磁共振成像技术研究疼痛性神经病变的糖尿病患者大脑神经元网络连接模式,他们发现疼痛中自发性疼痛部分是大脑神经纤维异常功能连接的结果。近期更多相关的研究证实了丘脑腹后外侧核等神经核团出现了自发性神经活动和高敏性的应激反应,导致中枢性疼痛信号的产生。除此之外,糖尿病病变中代谢以及微循环系统的功能异常能够直接导致神经系统损伤,加之这些病损是全身性的,尤其是在大脑内,对中枢神经系统的损伤极有可能导致与疼痛相关的各种病理改变,所以糖尿病神经病理性疼痛的中枢机制可能比既往的认识更加复杂。而在神经病理性疼痛中枢机制的研究中,异常神经功能及其传导通路的研究是病理研究的基础。但在神经传导过程中,病变核团的功能异常可在正常核团中传递,导致某一神经通路或多组神经通路整体显示功能异常,如何从糖尿病神经病理性疼痛相关神经通路中辨别出特定大脑核团或区域的特定形式的功能异常是当前面临的任务。而异常自发放电是神经功能病变表现的一种重要形式。找到脑内多发的异常自发放电核团,了解其在疼痛发生、调节和维持中的作用,有助于完善糖尿病神经病理性疼痛中枢致痛机制,定位这些病变核团可为深入研究提供靶点并且有助于促进针对疼痛根本病因而非症状的新型疗法或药物的出现。且糖尿病多发的神经病变及疼痛复杂的脑内机制,提示脑内参与疼痛发生和维持的功能异常核团可能不止一个。更近期的功能磁共振研究也显示糖尿病神经病理性疼痛患者边缘系统和纹状体多核团功能异常,甚至不能排除其中非正常疼痛通路中的病变核团自发放电易化疼痛发生和传导的可能,所以有必要对脑内核团进行更系统的研究,更全面的探讨疼痛相关的异常功能表现核团或区域。目前研究中最常用的功能磁共振成像方法是血氧水平依赖功能磁共振成像技术。然而,对于本研究中糖尿病慢性持续性疼痛状态,该技术成像需要短时间内快速的信号变化而非此种慢性的、持续进展性的神经病理性疼痛,所以该实验技术对于目前实验并不合适。在本研究中,通过应用锰离子增强磁共振技术,无创性检测糖尿病神经病理性疼痛大鼠脑内疼痛相关的兴奋性增强核团或区域。该技术应用顺磁性的锰离子作为磁共振增强剂,在清醒动物模型中通过系统给药的方式一段时间之内,由于锰离子在神经功能活动发生时候可以迅速进入激活的神经元,但是细胞内的清除期却较长,导致在异常自发性活动诱导的大脑神经功能区域内不断积聚,且缩短磁共振T1弛豫时间,从而使聚集锰离子的神经区域磁共振表现为T1相高信号。除此之外,在当前研究中,通过延长增强剂作用时间,锰离子可以在激活的神经细胞中持续增加聚集,这种增强剂的时间累积效应将更有助于捕捉到更细微、更瞬时的神经细胞功能异常,尤其适用于本研究中这种非可控、难以预期的异常自发性神经活动研究。目的：利用锰离子增强磁共振成像技术检测糖尿病神经病理性疼痛大鼠脑部特异性区域的异常功能活动,研究这些脑区异常功能活动与疼痛的关系。方法：1.糖尿病模型的制作糖尿病组大鼠通过一次性大量快速腹腔注射链脲佐霉素溶液(STZ,60mg/kg)制备Ⅰ型糖尿病大鼠,对照组大鼠予腹腔注射等量的柠檬酸-柠檬酸钠缓冲液。通过造模后持续监测大鼠空腹静脉血糖浓度(≥16.7mmol/L)、体重、尿糖、尿量以及一般情况等指标判定模型的成功与否。2.糖尿病神经病理性疼痛的测定糖尿病神经病理性疼痛的程度评估通过测定触觉疼痛变化来判断。通过vonFrey hair刺痛系统机械性刺激大鼠后肢足底皮肤表面,采用Dixon的Up-Down测试方法去测量机械刺激缩足反射阈值,且其结果数值被利用于计算机械性缩足阈值。判定达到触诱发疼痛标准为机械性缩足阈值小于或等于2.0g。根据触觉诱发性疼痛的结果,糖尿病大鼠被分成两组：神经病理性疼痛组及无神经病理性疼痛组。3.金属锰离子的灌注在气体麻醉的情况下,按照大鼠体重予100mg/kg氯化锰用药剂量标准应用微量注射泵系统以2.08μmol/min(1.25 ml/h)的恒定速率持续通过鼠尾静脉灌注浓度为l00mM的氯化锰溶液。所有灌注完毕的大鼠需在隔绝光线且绝对安静的房间中独立分笼饲养24小时。整个灌注锰离子的过程均在红外灯光下完成。4.锰离子增强磁共振成像过程锰离子给药后24小时,糖尿病大鼠通过鼻锥形管持续吸入异氟烷混合气体麻醉的方式麻醉后被放置在磁共振仪上立体定位动物平台上通过循环热水毯系统维持体温。大鼠头部固定器通过活动齿杆和耳杆调节并固定位置在磁性平台上。整个磁共振成像过程在配备有直径为20cm的梯度线圈的德国Bruker公司生产的7.0T动物成像仪上完成。成像参数为：重复时间35ms,回波时间4ms,视野3cm*3cm*2.2cm,矩阵256*256*55,翻转角为30度,累加次数为6次,没有层间距。5.锰离子增强磁共振成像图像数据处理首先对图像进行配准和空间平滑。采用WistarRatMRI模板作为配准对象,把锰离子增强图像往该模板上配准。然后两组大鼠进行基于图像体素的双侧Student's T检验,所有检验以p0.05作为统计学显著性差异标准。T检验结果以p值的差异性大小直接投射到WistarRatMRI模板图像上标注。6.图像兴趣容积区间分析根据上一步糖尿病神经病理性疼痛组以及无神经病理性疼痛组两组大鼠大脑图像基于体素的统计学T检验结果图,对于这些特异性结构或区域,在两组大鼠原始图像上再进行兴趣区容积区间(volume of interest, VOI)分析,从而量化对比其功能活动差异。同时测定每只大鼠自身颞肌兴趣区容积区间体素强度作为参考,每个样本测定的众多兴趣区容积区间的体素强度对比参考进行均一标准化处理后,再进行T检验。7.统计学方法实验数据以均值±标准差(x±s)表示,数据均符合方差齐性及正态分布,两样本数据间比较均采用独立样本T检验,动物行为学前后数据比较采用配对样本T检验,组间及组内行为学数据的比较采用One-way ANOVA检验方式,全部数据均在SPSS19.0软件上进行,所有数据以p值0.05为差异具有统计学意义。结果：1.糖尿病神经病理性疼痛大鼠存在显著性功能活动增强的大脑区域,包括初级感觉皮层、次级感觉皮层、前扣带皮层、腹内侧前额叶皮层、梨状皮层、下橄榄核、杏仁核及岛叶部分皮层。2.糖尿病神经病理性疼痛大鼠存在显著性功能活动抑制的大脑区域,包含初级运动皮层及次级运动皮层。3.在糖尿病神经病理性疼痛及无痛两组大鼠中,特异性区域的球状兴趣区容积区间体素强度检验结果显示功能活动的差异性与图像基于体素的检验结果相一致。结论：糖尿病神经病理性疼痛大鼠在慢性疼痛的发生发展过程中大脑特异性脑区具有异常的功能活动性变化。其中运动皮层的活动变化在糖尿病神经病理性疼痛调控中扮演着重要的角色。本研究中发现并定位的特异性功能活动增强或减弱的区域,进一步验证了糖尿病神经病理性疼痛产生中枢机制,深入研究这些脑区在糖尿病神经病理性疼痛发生发展中的作用及机制,将加深我们对于糖尿病神经病理性疼痛产生机制的认识,并有助于针对疼痛中枢神经机制新疗法的产生。
[Abstract]:Background : Diabetes mellitus is a common metabolic disorder characterized by hyperglycemia . The most common complication of diabetic neuropathy is the pathological degeneration of the peripheral nervous system . Objective : To evaluate the effect of manganese ion on diabetic neuropathic pain in diabetic rats . Results : 1 . In diabetic neuropathic pain rats , the brain regions , including primary sensory cortex , secondary sensory cortex , anterior buckle cortical layer , ventral medial frontal cortex , pyriform cortex , lower olive kernel , almond kernel and partial cortex of island .

【学位授予单位】：南方医科大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R587.2

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