低频率电刺激外侧苍白球对大鼠癫痫的治疗作用及相关机制研究

发布时间：2019-08-14 09:48

【摘要】：研究背景癫痫是临床常见的慢性神经系统功能紊乱综合征,我国约有1000多万患者。该病反复发作严重影响患者的正常生活和身心健康,还会造成认知、情感等脑功能的慢性损害。由于癫痫发病机制尚不清楚,药物及手术等临床方法治疗癫痫的效果仍有限。约30%的癫痫患者,尤其是颞叶癫痫患者,会对抗癫痫药物耐受,成为难治性癫痫。手术治疗可能导致潜在不可逆性脑功能损害而且并非适用于所有患者,应用受到较大局限。因此,如何防治难治性癫痫一直是临床癫痫治疗的重大难题。深部脑刺激(Deep brain stimulation, DBS)是干预治疗脑部疾病的新手段,通过脑内立体定位植入刺激电极,以一定频率、强度、脉冲时程的电流刺激神经组织来调控大脑某些环路的兴奋性,具有可逆性、可调性、微创性和并发症少等诸多优势。目前DBS已被美国FDA批准用于临床上帕金森病、肌张力障碍及重度抑郁病人的辅助治疗,有望成为治疗难治性癫痫的新手段。DBS根据其刺激频率的不同可分为高频率电刺激(High frequency stimulation, HFS)和低频率电刺激(Low frequency stimulation, LFS)两种方式。临床和实验研究表明HFS和LFS特定脑区均具有抗癫痫作用。相较于HFS, LFS作用比较温和,有神经保护作用,且无明显的“点燃”效应,逐渐引l起人们的关注。但是迄今为止,LFS的作用机制仍不清楚,最佳刺激靶点的选择、刺激参数的优化等这些问题都亟待进一步深入研究。外侧苍白球(External globus pallidus, GPe)是基底核系统中协调神经活动的综合枢纽,是皮层丘脑环路的重要部分,相对体积较大,且富含GABA能神经元。已有研究认为基底核可能参与控制皮层癫痫的活动,对癫痫尤其是颞叶癫痫具有抑制作用。皮层丘脑环路被认为是参与癫痫传播的三大环路之一。此外,在特发性癫痫患者中发现双侧苍白球局部萎缩。因此,GPe可能是深部脑刺激治疗癫痫的潜在靶点。我们首先观察了LFS和HFS外侧苍白球在大鼠杏仁核电点燃癫痫模型、完全点燃大发作模型及最大电休克模型中是否具有抗癫痫作用,并且评价了本实验参数下DBS GPe对大鼠正常运动有无影响。另一方面,DBS治疗癫痫的机制目前尚不清楚,是研究者探索的热点之一。背景脑电图节律是神经精神疾病诊断中的一个重要指标。癫痫患者钧脑电图(Electroencephalogram, EEG)往往存在较明显的变化。既往的研究发现6波(delta, 0.5-4Hz)、θ波(theta,4-8Hz)及γ波(gamma,30-100Hz)在癫痫中具有不同特征。由此,我们推测DBS GPe是否可能通过干预这些特征节律而发挥不同的作用。另外,癫痫是神经网络疾病,癫痫放电的扩步传播涉及脑内广泛的神经环路网络,既包括灶点及其周边网络,也涉及距离灶点较远的一些脑区结构,皮层丘脑环路被认为是参与癫痫传播的三大环路之一。而目前观点认为DBS是通过调控神经环路而起作用的。DBS在帕金森等疾病中的治疗作用基本达成共识,目前认为其发挥治疗作用主要是由于DBS干预了刺激靶点及相关环路中神经元的发放频率及模式。外侧苍白球是皮层丘脑环路的重要结构,LFS GPe有可能通过调节GPe区及相关环路神经活动来干预癫痫的产生和传播。因此,本课题进一步分析了LFS、HFS GPe对大鼠杏仁核电点燃过程中背景脑电图的影响,并研究了单脉冲刺激及LFS GPe对靶点区神经元活动的作用,对LFS GPe抗癫痫作用的机制进行了初步探讨。第一部分低频率电刺激外侧苍白球对大鼠癫痫的治疗作用在杏仁核电点燃癫痫形成过程中,LFS GPe能有效抑制行为学等级的进展和后放电时间的延长,提示LFS GPe具有抑制电点燃癫痫形成的作用。进一步分析到达各等级和在各等级停留的时间,发现LFS GPe延长了癫痫形成过程中到达1-3级所需的时间,主要是由于停留在0、1级的时间延长,说明LFS GPe抑制癫痫形成的作用主要体现在癫痫发生早期,提示了临床癫痫早期预测、诊断和干预的重要性。在杏仁核完全点燃大发作模型中,LFS GPe显著降低大发作几率、平均发作等级,缩短后放电时间及大发作时间,并延长了大发作潜时,而且LFS GPe可以抑制大发作过程中后放电阈值的下降,提示LFS GPe对完全点燃后的大发作也有治疗作用。同时,在最大电休克模型中,LFS GPe也能降低平均发作等级,缩短后肢强直持续时间。而HFS GPe在以上模型中均没有明显的抗癫痫作用,甚至加快了杏仁核点燃的行为学进展。此外,本实验参数下的DBS GPe未引起动物出现异常行为,对其活动也无明显影响。这些发现直接证明LFS GPe可以抑制癫痫的形成和大发作,也为GPe作为DBS治疗癫痫的靶点存在的频率选择性提供了证据。第二部分低频率电刺激外侧苍白球抗癫痫机制的初步探讨通过杏仁核电点燃癫痫形成过程中背景脑电图的分析,我们发现在杏仁核电点燃癫痫形成过程中, delta波能量呈增加趋势,LFS GPe能有效抑制GPe及杏仁核delta波能量的增加,而HFS GPe对背景脑电图delta波无明显影响,提示LFS GPe发挥抗癫痫作用可能与干预癫痫形成过程中的delta节律有关。另一方面,我们通过单神经元发放记录单脉冲电刺激GPe及LFS GPe对GPe区神经元发放的作用,发现给予单个脉冲电刺激会引起GPe神经元发放频率增加,1Hz的LFS刺激GPe可以引起GPe区神经元发放频率出现每秒一次的神经元发放增加。这些结果提示LFS GPe发挥抗癫痫作用可能与调节EEG delta波及促进GPe神经元发放有关。综上所述,本研究发现LFS外侧苍白球对杏仁核电点燃癫痫形成、癫痫大发作和最大电休克诱发的全面强直阵挛发作均具有治疗作用,对癫痫形成过程的抑制作用主要体现在癫痫早期。LFS GPe发挥抗癫痫作用可能与调节背景脑电图的delta节律、促进GPe神经元发放有关。外侧苍白球可能是治疗癫痫潜在的有效刺激靶点,为LFS治疗癫痫的临床试验及应用提供了参考,具有一定的临床意义。另外,以外侧苍白球为靶点,HFS与LFS作用效果不同,为DBS作用机制的进一步研究提供探讨方向,同时也提示各靶点可能需要不同的刺激频率以产生抗癫痫作用。
【学位授予单位】：浙江大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：R742.1
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本文编号：2526492