【摘要】：運動訓練是有效、經濟、可持續(xù)性強的脊髓損傷(SCI)康復手段,SCI早期開展運動訓練可大大提高脊髓損傷康復效果。然而,SCI早期開展運動訓練的最佳患肢輔助模式以及最佳起始時間點仍然沒有定論。針對以上問題,本研究開展如下兩部分實驗研究:一、正常大鼠步態(tài)模式的建立與評價【目的】1.基于嚙齒類動物機器人輔助運動操作系統(tǒng)(RRMPS)建立符合大鼠正常步態(tài)特征的步行訓練機器人輔助模式——正常大鼠步態(tài)模式(NRSP)。2.比較NRSP輔助與傳統(tǒng)人工輔助(MA)在SCI大鼠減重步行訓練(BWSTT)康復效果上的差異,篩選出更加有利于大鼠SCI早期康復的患肢輔助模式。【方法】1.實驗動物分組方法雄性Wistar大鼠40只,8只做為正常大鼠步態(tài)模式(NRSP)采集與記錄;其他32只隨機分成4組(n=8/組),其中一組只開椎板作為Sham組(假手術組),三組制作脊髓損傷模型——Sedentary組(對照組)、NRSPA組、MA組。2.NRSP建立方法采用RRMPS機器人手臂對正常大鼠后肢進行步態(tài)信息記錄,通過步態(tài)分析軟件對所記錄的大鼠步態(tài)信息進行分析、編輯、組合,形成30秒NRSP,并驗證其穩(wěn)定性和一致性。3.NRSP與MA康復效果比較方法NRSPA組、MA組大鼠術后3天分別開始接受為期3周減重步行訓練,NRSPA組大鼠后肢采用NRSP輔助,MA組大鼠后肢采用人工輔助。訓練結束后,從運動功能(BBB評分、RRMPS步態(tài)分析)、脊髓神經功能(tceMEPs)以及脊髓神經再生情況(脊髓損傷中心NF200~+表達)三個方面比較兩組大鼠的康復效果。【結果】1.NRSP成功建立30秒NRSP中各個單步的步態(tài)參數(shù)之間變異系數(shù)均小于15,且左右肢體步態(tài)參數(shù)之間差異沒有統(tǒng)計學意義(P0.05)。2.NRSPA組與MA組大鼠運動功能康復效果比較第1周末,兩組BBB評分沒有差異(P0.05);第2周、第3周NRSPA組大鼠BBB評分顯著高于MA組(P0.001)。RRMPS步態(tài)分析結果顯示NRSPA組大鼠的步長(P0.05)、步高(P0.01)、30s有效步數(shù)(P0.05)均顯著優(yōu)于MA組。3.NRSPA組與MA組大鼠脊髓神經功能康復情況比較NRSPA組大鼠tceMEPs潛伏期顯著短于MA組大鼠(P0.05),NRSPA組大鼠tceMEPs波幅顯著高于MA組大鼠(P0.05)。4.NRSPA組與MA組大鼠脊髓神經再生情況比較NRSPA組大鼠NF200~+MFI值顯著高于MA組(P0.05);而NRSPA組大鼠NF200~+AF值與MA組差異無統(tǒng)計學差異(P0.05)�！窘Y論】1.基于機器人手臂的NRSP符合大鼠正常步態(tài)特征,且具有穩(wěn)定性、一致性好的特點,可作為SCI大鼠減重步行訓練中的患肢輔助模式。2.基于SCI大鼠減重步行訓練,NRSP輔助的康復效果優(yōu)于人工輔助(MA)。二、不同起始時間點減重步行訓練對脊髓損傷的康復作用【目的】通過比較大鼠SCI早期不同起始時間點的減重步行訓練(BWSTT)在康復效果上的差異,明確大鼠SCI早期開始BWSTT的最佳起始時間點�！痉椒ā�1.實驗大鼠分組方法雄性Wistar大鼠共60只,隨機分成6組(n=10/組),分別為Sham組(假手術組),Sedentary組(對照組),BWSTT-A組、BWSTT-B組、BWSTT-C組、BWSTT-D組。2.不同起始時間點BWSTT康復效果的比較方法BWSTT-A組、BWSTT-B組、BWSTT-C組、BWSTT-D組分別于SCI后3天、7天、14天、21天開始為期3周的BWSTT,大鼠后肢輔助模式均采用基于機器人輔助的NRSP;從運動功能(BBB評分)、脊髓神經功能(tceMEPs)、脊髓神經再生情況(脊髓損傷中心NF200~+表達量)以及脊髓BDNF、GAP-43蛋白表達水平四個方面對所有實驗組大鼠康復效果進行比較。【結果】1.各實驗組大鼠運動功能康復效果比較各BWSTT組大鼠BBB評分呈現(xiàn)升高后略回落的趨勢,各BWSTT組BBB評分變化曲線差異明顯;實驗期間,BWSTT-C組大鼠獲得了最高的BBB評分峰值,實驗結束時BWSTT-C組BBB評分均為所有BWSTT組中最高,顯著高于BWSTT-A(P0.05)、BWSTT-B組(P0.05),而與BWSTT-D組差異不具備統(tǒng)計學意義(P0.05)。2.各實驗組大鼠脊髓神經功能康復效果比較所有SCI大鼠tceMEPs呈現(xiàn)潛伏期縮短、波幅增加的趨勢,各BWSTT組大鼠的潛伏期與波幅的變化曲線差異明顯;實驗結束時,BWSTT-C組大鼠tceMEPs潛伏期顯著短于BWSTT-A(P0.01)、BWSTT-B組(P0.05)、BWSTT-D組(P0.01);BWSTT-C組大鼠tceMEPs波幅顯著高于BWSTT-A(P0.001)、BWSTT-B組(P0.001),但與BWSTT-D組波幅沒有差異(P0.05)。3.各實驗組大鼠脊髓神經再生效果比較BWSTT-C組大鼠NF200~+MFI顯著高于BWSTT-A(P0.001)、BWSTT-B組(P0.05),但BWSTT-C組NF200~+MFI值與BWSTT-D組沒有差異(P0.05);BWSTT-C組的NF200~+AF值顯著高于BWSTT-A(P0.01)、BWSTT-B組(P0.05)、BWSTT-D組(P0.05)。4.各實驗組大鼠脊髓BDNF、GAP-43蛋白表達水平比較BWSTT-D組大鼠脊髓BDNF蛋白表達量顯著高于其他BWSTT組(P0.001);而BWSTT-C組大鼠脊髓GAP-43蛋白表達量顯著高于其他BWSTT組(P0.001)。【結論】大鼠SCI后14天開始BWSTT可獲得獲最佳的運動功能、脊髓神經功能康復、脊髓神經再生以及脊髓GAP-43蛋白表達水平,因此認為大鼠SCI后14天是開展BWSTT的最佳起始時間點。
【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：R473.6
【圖文】：

-1 世界衛(wèi)生組織關于不同國家或地區(qū)創(chuàng)傷性脊柱損傷（TSI）的年度發(fā)病率與 TSI 在對應國家或地區(qū)的負擔統(tǒng)計圖Figure 1-1 Regional annual incidence of traumatic spinal injury (TSI) and TSIrden in corresponding countries or regions by World Health Organization (WHO)左圖為不同國家或地區(qū)年度 TSI 發(fā)病率統(tǒng)計圖，顏色越深表示 TSI 發(fā)病率越高；右上圖同國家或地區(qū) TSI 負擔統(tǒng)計圖，右下圖表示收入高的國家或地區(qū)（紅色）TSI 負擔較低，

采用嚙齒類動物機器人輔助運動操作系統(tǒng)（RRMPS）[21]（圖3-1），此系統(tǒng)由減重系統(tǒng)、步行系統(tǒng)、機器人輔助系統(tǒng)、計算機控制系統(tǒng)組成，可通過RRMPS配套控制軟件（Robomedica Inc.，Version1.0）控制下對減重比例、步行速度進行調整以適應大鼠減重步行訓練需求；另外機器人手臂通過膠皮環(huán)與動物肢體連接后可控制并記錄肢體運動軌跡，實現(xiàn)輔助運動與步態(tài)記錄的功能。圖 3-1 嚙齒類動物機器人輔助運動操作系統(tǒng)（RRMPS, Robomedica, Inc.）Figure 3-1 Rodent robotic motor performance system (RRMPS, Robomedica, Inc.)圖A為RRMPS系統(tǒng)，圖B為大鼠在RRMPS上減重步行訓練。該設備可通過配套電腦軟件（RRMPS software Version 1.0）控制機器人手臂的活動范圍以輔助大鼠患肢運動并對大鼠雙后肢運動軌跡進行記錄，當肢體偏離設定步態(tài)軌跡時將給予肢體輔助，幫助肢體達到設定運動軌跡，以達到訓練的要求，同時系統(tǒng)具有感知反饋功能，可在一定程度上調整輔助力度

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