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电针通过激活运动皮层输入改善中风后吞咽功能障碍的神经机制

期刊:Nature CommunicationsDOI:10.1038/s41467-023-36448-6

本文档属于类型a,即报告了一项单一原创研究的学术论文。以下是针对该研究的学术报告:

作者与期刊信息

该研究由Lulu Yao、Qiuping Ye、Yun Liu等作者共同完成,研究团队来自广州中医药大学等多个机构。研究论文于2023年发表在《Nature Communications》期刊上,标题为“Electroacupuncture improves swallowing function in a post-stroke dysphagia mouse model by activating the motor cortex inputs to the nucleus tractus solitarii through the parabrachial nuclei”。

学术背景

该研究的主要科学领域是神经科学与针灸医学的结合,特别是针对中风后吞咽困难(post-stroke dysphagia, PSD)的治疗机制。中风是全球范围内导致吞咽困难的主要原因之一,约78%的中风患者会出现吞咽功能障碍。吞咽困难不仅会导致营养不良,还可能引发吸入性肺炎,这是中风患者出院后死亡的主要原因之一。目前,吞咽困难的治疗方法包括化学、物理和电刺激等,但针对其神经机制的研究仍不充分。针灸作为一种传统医学疗法,已在临床上广泛用于治疗吞咽困难,但其神经机制尚未完全阐明。因此,本研究旨在揭示电针刺激廉泉穴(CV23)改善中风后吞咽困难的神经机制。

研究流程

研究分为多个步骤,主要包括以下几个方面:

  1. 动物模型建立
    研究使用雄性C57BL/6小鼠,通过光化学缺血方法在初级运动皮层(primary motor cortex, M1)诱导局部缺血,模拟中风后吞咽困难的病理状态。具体方法是将玫瑰红(Rose Bengal)溶液注射到小鼠体内,并用激光照射M1区域,诱导局部缺血。通过激光散斑成像技术验证了缺血区域的血液灌注减少。

  2. 电针刺激实验
    在M1缺血24小时后,对小鼠进行电针刺激(electroacupuncture, EA),刺激部位为廉泉穴(CV23)。电针参数为2 Hz频率和1 mA强度,持续15分钟。同时设置了假电针组作为对照。

  3. 肌电图(EMG)记录
    通过肌电图记录小鼠的舌骨肌(mylohyoid)活动,评估吞咽功能。研究还使用自制的气球压力检测装置,验证肌电图记录与吞咽功能的相关性。

  4. 光遗传学实验
    使用光遗传学技术激活M1第五层(L5)的兴奋性神经元,观察其对舌骨肌活动的调控作用。研究还通过病毒介导的逆行跨突触追踪技术,验证了M1与舌骨肌之间的突触连接。

  5. 神经元活动记录
    使用钙成像技术和纤维光度记录技术,检测M1、臂旁核(parabrachial nucleus, PBN)和孤束核(nucleus tractus solitarii, NTS)的神经元活动。通过免疫荧光染色检测c-fos表达,评估神经元激活情况。

  6. 化学遗传学实验
    使用化学遗传学技术抑制M1或PBN的神经元活动,观察其对电针治疗效果的影响。具体方法是将AAV病毒注射到M1或PBN,并通过腹腔注射氯氮平-N-氧化物(clozapine-N-oxide, CNO)抑制神经元活动。

  7. 数据分析
    研究使用多种统计方法对数据进行分析,包括单因素方差分析(one-way ANOVA)和Tukey事后检验。数据以均值±标准误(mean ± SEM)表示,显著性水平设为p < 0.05。

主要结果

  1. 电针改善吞咽功能
    电针刺激CV23显著改善了M1缺血小鼠的吞咽功能,表现为舌骨肌肌电图反应增强和饮水量增加。假电针组则无显著改善。

  2. M1-PBN-NTS神经回路的作用
    研究发现,M1通过激活PBN和NTS神经元,调控吞咽功能。光遗传学激活M1神经元增加了PBN和NTS的c-fos表达,而抑制PBN或NTS神经元则削弱了电针的治疗效果。

  3. 神经元活动的调控
    钙成像和纤维光度记录显示,电针刺激显著增加了M1和PBN的神经元活动。化学遗传学抑制M1或PBN神经元活动后,电针的治疗效果被阻断。

  4. 神经回路的验证
    通过病毒介导的逆行和顺行追踪技术,研究验证了M1-PBN-NTS神经回路的存在。选择性激活M1投射到PBN的神经元终端,显著增强了舌骨肌的肌电图反应。

结论

该研究揭示了电针刺激CV23通过激活M1-PBN-NTS神经回路,改善中风后吞咽困难的神经机制。这一发现不仅为理解运动皮层调控吞咽功能的神经通路提供了重要依据,还为针灸治疗吞咽困难提供了实验基础。研究结果表明,电针刺激可能成为一种有效的吞咽困难治疗策略。

研究亮点

  1. 重要发现
    研究首次揭示了M1-PBN-NTS神经回路在吞咽功能调控中的关键作用,并阐明了电针刺激CV23的治疗机制。

  2. 方法创新
    研究结合了光遗传学、化学遗传学、钙成像和病毒追踪等多种先进技术,为神经科学研究提供了新的方法学参考。

  3. 研究对象的特殊性
    研究针对中风后吞咽困难这一临床难题,探索了针灸治疗的神经机制,具有重要的临床意义。

其他有价值的内容

研究还讨论了吞咽功能的复杂性,包括口腔期和食管期的协调过程,并提出了未来研究的方向,如进一步探索PBN和NTS在吞咽功能中的具体作用机制。此外,研究还提到了电针刺激与其他外周刺激方法(如咽部电刺激)的潜在协同作用,为未来临床治疗提供了新的思路。

通过该研究,我们不仅加深了对吞咽功能神经调控机制的理解,还为针灸治疗吞咽困难提供了科学依据,具有重要的理论和应用价值。

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