基于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)的豐富環(huán)境訓(xùn)練在缺血性腦卒中后的康復(fù)研究進(jìn)展

孟繁泰, 張琳琳, 吳文來(lái), 斯欽圖

（1.內(nèi)蒙古民族大學(xué), 內(nèi)蒙古通遼 028000；2.聊城市人民醫(yī)院, 山東聊城 252000；3.內(nèi)蒙古民族大學(xué)附屬醫(yī)院, 內(nèi)蒙古通遼 028007）

腦卒中（stroke）也稱(chēng)腦血管意外, 分為缺血性腦卒中和出血性腦卒中[1], 具有發(fā)病率高、致死率高、致殘率高等特點(diǎn)[2]。腦卒中后, 由于大腦相關(guān)區(qū)域的受損, 患者可表現(xiàn)出運(yùn)動(dòng)、感覺(jué)、語(yǔ)言和認(rèn)知等方面的障礙。由于其致殘率高, 大部分患者在發(fā)病后會(huì)留有不同程度的功能障礙, 因此后續(xù)的康復(fù)訓(xùn)練尤為重要。使用多種康復(fù)治療技術(shù), 尤其尋找新型治療方式對(duì)于提高患者日?；顒?dòng)活動(dòng)能力（ADL）、預(yù)防并發(fā)癥變得尤為重要, 從而使患者提高生活質(zhì)量、回歸社會(huì)、回歸家庭的目標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。

豐富環(huán)境（enriched environment,EE）在1947年由Hebb DO最先提出[3], Rosenzweig MR等[4]將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物處在一種比標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境中具有更多刺激的復(fù)雜的特殊環(huán)境中, 從而觀察EE是否對(duì)功能障礙的恢復(fù)具有一定的康復(fù)效果。作為一種新型康復(fù)治療方式, 其無(wú)創(chuàng)、簡(jiǎn)單、無(wú)需特意完成某種訓(xùn)練等優(yōu)勢(shì)逐漸顯現(xiàn)。自該方法提出后, 已有大量學(xué)者對(duì)其作用機(jī)制進(jìn)行研究, 基本上采用的均是以嚙齒類(lèi)動(dòng)物為模型的各種動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。研究發(fā)現(xiàn), EE對(duì)于腦損傷后各種功能的恢復(fù)均具有顯著的作用[5], 例如EE已被證實(shí)對(duì)于人類(lèi)的運(yùn)動(dòng)功能障礙[6]、感覺(jué)功能障礙[7]、認(rèn)知功能障礙[8-9]等具有改善作用。本文擬對(duì)豐富環(huán)境訓(xùn)練在缺血性腦卒中動(dòng)物模型中的康復(fù)進(jìn)行綜述, 為未來(lái)應(yīng)用于臨床提供理論基礎(chǔ)。

1 資料與方法

1.1 資料來(lái)源檢索2010年12月～2020年12月在PubMed、中國(guó)知網(wǎng)（CNKI）、萬(wàn)方醫(yī)學(xué)網(wǎng)收錄的與豐富環(huán)境治療缺血性腦卒中相關(guān)的文獻(xiàn)。英文檢索詞為：enriched environment、rehabilitation、ischemic stroke、dysfunction、animal model；中文檢索詞為：豐富環(huán)境、康復(fù)、缺血性腦卒中、功能障礙、動(dòng)物模型；包括基礎(chǔ)研究、臨床研究、綜述等。

1.2 文獻(xiàn)納入與排除標(biāo)準(zhǔn)

1.2.1 納入標(biāo)準(zhǔn)①與缺血性腦卒中相關(guān)的豐富環(huán)境訓(xùn)練文獻(xiàn)；②在國(guó)內(nèi)外權(quán)威雜志收錄的文獻(xiàn)。

1.2.2 排除標(biāo)準(zhǔn)①與出血性腦從中相關(guān)的文獻(xiàn)；②重復(fù)性研究；③無(wú)法獲得全文的文獻(xiàn)；④相關(guān)性差的文獻(xiàn)。

1.3 質(zhì)量評(píng)估與數(shù)據(jù)提取 通過(guò)不同數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)關(guān)鍵詞進(jìn)行高級(jí)檢索, 時(shí)間限制為2010年12月～2020年12月十年內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn), 共檢索出272篇文獻(xiàn)。按上述納入標(biāo)準(zhǔn)初步篩選出103篇文獻(xiàn), 最后在上述文獻(xiàn)中進(jìn)一步篩選出相關(guān)性最貼切, 質(zhì)量最佳的文獻(xiàn)共50篇, 見(jiàn)圖1。

圖1 文獻(xiàn)檢索流程圖

2 結(jié)果

2.1 豐富環(huán)境的構(gòu)建 可以把EE的內(nèi)容大體概括為四個(gè)方面：社交活動(dòng)、自發(fā)性活動(dòng)、感覺(jué)和認(rèn)知[10], 并根據(jù)這四方面的內(nèi)容對(duì)環(huán)境進(jìn)行構(gòu)建。

2.1.1 社交活動(dòng)常用豐富環(huán)境鼠籠為65×75×25cm, 每籠飼養(yǎng)8～10只小鼠。常用標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境鼠籠為21×27×16 cm, 每籠養(yǎng)3～4只小鼠。豐富環(huán)境鼠籠相較于標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境鼠籠下, 擁有更大的空間和小鼠數(shù)量, 可為動(dòng)物之間相互交流創(chuàng)造更多機(jī)會(huì)。

2.1.2 自發(fā)性活動(dòng) 豐富環(huán)境鼠籠內(nèi)除設(shè)置有食物、墊料和水外, 還設(shè)置有進(jìn)行不同項(xiàng)目的裝置, 例如隧道、木房子、木制高臺(tái)、積木、轉(zhuǎn)輪、兵乓球、小積木以及小的玩具, 每周更換2～3次。不同的裝置設(shè)置可以充分調(diào)動(dòng)動(dòng)物的運(yùn)動(dòng)天性, 在探索未知的環(huán)境中, 動(dòng)物可以各種運(yùn)動(dòng)方式交互使用, 大大增加自發(fā)運(yùn)動(dòng)的產(chǎn)生。

2.1.3 感覺(jué) 豐富環(huán)境鼠籠中可以將玩具或各種裝置的表面涂成不一樣的顏色, 以此增強(qiáng)動(dòng)物的感覺(jué)刺激；也有將不同音樂(lè)、不同材質(zhì)的地面設(shè)置于豐富環(huán)境鼠籠中。

2.1.4 認(rèn)知 豐富環(huán)境組中常設(shè)置水迷宮等活動(dòng), 也可將水和食物等每天置于不同位置, 以此增強(qiáng)動(dòng)物的認(rèn)知功能。

2.2 常用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型 在研究EE在腦卒中后功能恢復(fù)的機(jī)制中, 主要通過(guò)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)來(lái)實(shí)現(xiàn), 其中嚙齒類(lèi)動(dòng)物卒中模型應(yīng)用最為廣泛。在大部分研究中, 考慮到了雌激素對(duì)腦損傷后具有保護(hù)作用, 因此只選擇雄性鼠作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。常見(jiàn)的局灶性腦缺血?jiǎng)游锬Ｐ徒⒎椒ㄓ兴ㄗ幼⑸浞?、線栓法、光照血栓法（也稱(chēng)光化學(xué)法）[11], 三種方法的優(yōu)缺點(diǎn)見(jiàn)表1。線栓法主要用于制造大腦中動(dòng)脈閉塞模型（middle cerebral artery occlusion,MCAO）、腦卒中后認(rèn)知障礙模型（Post-stroke cognitive impairment,PSCI）、光照血栓模型（photothrombotic,PT）等。需要注意的是, PSCI模型的建立也是在MCAO的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的。

表1 三種缺血性腦卒中模型的比較

2.2.1 線栓法MCAO常參照Longa法建立模型[12], 操作為：按體質(zhì)量0.35mL/100g給予大鼠10%水合氯醛（質(zhì)量濃度）腹腔注射, 將大鼠仰臥位固定于手術(shù)臺(tái)上, 頸部剃毛消毒后行頸部正中切口, 鈍性分離出右側(cè)頸總動(dòng)脈、右頸外動(dòng)脈及右頸內(nèi)動(dòng)脈, 避免損傷甲狀腺和甲狀旁腺。近心段處結(jié)扎右頸總動(dòng)脈, 用小動(dòng)脈夾在右頸內(nèi)動(dòng)脈起始處暫時(shí)夾閉血流, 在頸外動(dòng)脈插入一條無(wú)菌尼龍線栓, 將線栓經(jīng)右頸內(nèi)動(dòng)脈輕柔插入, 若感到有輕微阻力感則可提示線栓已到達(dá)大腦中動(dòng)脈起始處；缺血60min后, 再次麻醉大鼠, 輕柔緩慢地拔出線栓, 縫合頸部切口, 即完成大鼠腦缺血60min再灌注損傷模型。假手術(shù)組中大腦中動(dòng)脈中不插入線栓, 其余操作與模型組相同。手術(shù)后采用Hunter評(píng)分法進(jìn)行評(píng)價(jià)：0分為無(wú)神經(jīng)損傷癥狀；1分為不能完全伸展對(duì)側(cè)前肢；2分為向偏癱側(cè)旋轉(zhuǎn)；3分為向?qū)?cè)傾倒；4分為不能自發(fā)行走伴意識(shí)喪失。1～3級(jí)為建模成功的標(biāo)準(zhǔn), 納入研究。

2.2.2 光照血栓法 該法用于制造光照血栓模型, 常根據(jù)Watson法建立[13], 操作為：5%水合氯醛麻醉大鼠后, 將大鼠仰臥位固定于手術(shù)臺(tái)上, 消毒, 頭頂部剃毛, 切開(kāi)顱骨上方皮膚從而暴露顱骨, 用含一直徑約4mm圓孔的銅片放于暴露的顱骨上, 在尾靜脈內(nèi)注射強(qiáng)效的光敏染料如玫瑰紅B后, 用來(lái)自過(guò)濾過(guò)的氙弧燈的綠光（560nm）照射暴露的顱骨的左頂頂凸面20min, 縫合頭部皮膚, 形成局部缺血性病變。術(shù)后通過(guò)影像學(xué)對(duì)病灶進(jìn)行評(píng)價(jià)。

2.2.3 栓子注射法 該法常用于制造自身血凝塊栓塞模型, 操作為：10%水合氯醛腹腔注射麻醉大鼠, 游離右側(cè)頸總動(dòng)脈、甲狀腺上動(dòng)脈, 分離頸外動(dòng)脈；用電凝器電凝并剪斷枕動(dòng)脈和甲狀腺上動(dòng)脈分支；從大鼠尾部尾靜脈采血, 推入0.3mm微導(dǎo)管內(nèi)制成血栓；將此導(dǎo)管從頸外動(dòng)脈逆行插入頸內(nèi)動(dòng)脈注入制好的血栓, 此時(shí)暫時(shí)夾閉該側(cè)頸總動(dòng)脈及頸內(nèi)動(dòng)脈顱外分支；注入好后, 把夾閉的頸總動(dòng)脈及頸內(nèi)動(dòng)脈顱外分支打開(kāi), 隨后縫合頸部切口。手術(shù)后采用Longa評(píng)分法進(jìn)行評(píng)價(jià)：0分為無(wú)神經(jīng)損傷癥狀；1分為不能完全伸展對(duì)側(cè)前肢；2分為向偏癱側(cè)旋轉(zhuǎn)；3分為向?qū)?cè)傾倒；4分為不能自發(fā)行走伴意識(shí)喪 失。1～3級(jí)為建模成功的標(biāo)準(zhǔn), 納入研究。

2.3 EE與腦卒中后的康復(fù) 與標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境相比, 即使未 聯(lián)合其他康復(fù)訓(xùn)練方法, EE組中被研究的動(dòng)物模型也出現(xiàn)了明顯的康復(fù)效果, 減輕了功能障礙的水平[14-23], 見(jiàn)表2。研究發(fā)現(xiàn)[14-23], 學(xué)者通過(guò)制造不同的動(dòng)物模型, 搭建符合一定條件的環(huán)境, 將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物飼養(yǎng)于豐富環(huán)境籠一段時(shí)間后, 通過(guò)周?chē)h(huán)境的刺激, 不需特定任務(wù)訓(xùn)練, 經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后即有明顯的康復(fù)效果。這種康復(fù)方式說(shuō)明了豐富環(huán)境對(duì)于缺血性腦卒中后功能障礙恢復(fù)具有積極作用, 同時(shí)也對(duì)未來(lái)應(yīng)用于臨床聯(lián)合其他康復(fù)治療具有指導(dǎo)作用。

表2 豐富環(huán)境對(duì)腦卒中模型的康復(fù)效果

2.4 EE改善腦卒中的作用機(jī)制 研究發(fā)現(xiàn)[24], 大腦可以通過(guò)神經(jīng)發(fā)生、血管重塑、白質(zhì)和軸突重塑和少突膠質(zhì)細(xì)胞形成、突觸重塑和細(xì)胞調(diào)控等機(jī)制進(jìn)損傷后的神經(jīng)功能重塑。

2.4.1 神經(jīng)發(fā)生 成年哺乳動(dòng)物的神經(jīng)發(fā)生在海馬的亞顆粒區(qū)和腦室下區(qū)[25]。大鼠缺血性中風(fēng)發(fā)作后, 腦室下區(qū)中的神經(jīng)祖細(xì)胞數(shù)量明顯增加, 并遷移到半陰影區(qū)募集成神經(jīng)細(xì)胞, 并分化為成神經(jīng)元和星形膠質(zhì)細(xì)胞[26]。增殖的星形膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)中樞神經(jīng)系統(tǒng)的損傷有許多有益作用, 例如星形膠質(zhì)細(xì)胞對(duì)調(diào)節(jié)腦源性神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子（BDNF）在大腦中的表達(dá)有重要作用[27], BDNF是神經(jīng)元活動(dòng)和生存、神經(jīng)發(fā)生及突觸可塑性的關(guān)鍵神經(jīng)營(yíng)養(yǎng)因子, 在功能調(diào)節(jié)中起著重要作用[28]。Chen X等[29]研究發(fā)現(xiàn), 飼養(yǎng)于豐富環(huán)境的大鼠顯示出更多的星形膠質(zhì)細(xì)胞增生和BDNF的表達(dá)；Yu KW等[21]研究發(fā)現(xiàn), 豐富環(huán)境可在腦缺血后上調(diào)同側(cè)大腦皮層中纖維連接蛋白Ⅲ型結(jié)構(gòu)域蛋白5（FDNC5）的表達(dá), 進(jìn)而激活BDNF蛋白的表達(dá), 從而改善神經(jīng)功能。

2.4.2 血管重塑 當(dāng)缺血性腦卒中發(fā)生時(shí), 腦血流量的減少, 前期可因側(cè)支循環(huán)使腦血流量增加, 后期腦血流量增加則是因?yàn)檠茉偕耓30]。血管生成和動(dòng)脈生成可在缺血邊界區(qū)中重建功能性微血管, 為神經(jīng)重塑性創(chuàng)出一個(gè)好的微環(huán)境, 從而促進(jìn)功能恢復(fù)[31-32]。Xie H等[33]研究發(fā)現(xiàn)暴露于EE環(huán)境中會(huì)促進(jìn)局部缺血性腦中的血管生成, 這可能由血源性因子介導(dǎo)所引起；Shen X等[16]研究發(fā)現(xiàn)EE增加了MCAO大鼠扣帶周?chē)窠?jīng)元血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子（VEGF）的表達(dá), 并顯著上調(diào)了內(nèi)皮型一氧化氮合酶（eNOS）的表達(dá), 激活VEGF-eNOS途徑, 使血管再生。

2.4.3 白質(zhì)和軸突重塑和少突膠質(zhì)細(xì)胞形成 臨床研究表明, 腦卒中發(fā)生后2～3周開(kāi)始軸突重塑[34-35]。成年人的中樞神經(jīng)系統(tǒng)中軸突的成功生長(zhǎng)對(duì)于中風(fēng)后的大腦修復(fù)過(guò)程至關(guān)重要[36]。少突膠質(zhì)細(xì)胞的生成和髓鞘的再生在缺血后行為和功能的恢復(fù)中起關(guān)鍵作用。少突膠質(zhì)細(xì)胞（OL）可以產(chǎn)生髓鞘, 包裹在軸突周?chē)? 從而促進(jìn)神經(jīng)傳導(dǎo)。OL非常容易受到缺血的影響, 因白質(zhì)的血流速度低于灰質(zhì), 且深白質(zhì)的側(cè)支血供很少[37]。OL損傷導(dǎo)致脫髓鞘, 這會(huì)導(dǎo)致神經(jīng)和行為功能受損。研究發(fā)現(xiàn), 在缺血性腦卒中中, 在白質(zhì)中發(fā)現(xiàn)大量少突膠質(zhì)前體細(xì)胞（OPC）[38], 而OPC可以分化為OL。Li M等[23]研究發(fā)現(xiàn), 豐富環(huán)境顯著減輕了MCAO大鼠的空間障礙和記憶障礙, 減弱了腦萎縮, 保護(hù)了白質(zhì)完整性, 并增強(qiáng)了白質(zhì)重組和促進(jìn)了少突膠質(zhì)細(xì)胞的生成。

2.4.4 突觸重塑 當(dāng)缺血性腦卒中可以誘發(fā)突觸再生并與梗死灶周?chē)拇竽X運(yùn)動(dòng)皮層、大腦感覺(jué)皮層形成新的突觸聯(lián)系。臨床研究表明, 突觸重塑是大腦損傷后恢復(fù)的重要環(huán)節(jié), 可在缺血性腦卒中發(fā)生后及時(shí)重塑受損的神經(jīng)功能[39]。先前研究證明, 突觸前蛋白（SYN）與缺血性中風(fēng)后的認(rèn)知障礙有關(guān)[40], GAP-43的表達(dá)在軸突出芽期間增加[41]。Wang C等[42]研究發(fā)現(xiàn), 通過(guò)定量標(biāo)記SYN和生長(zhǎng)相關(guān)蛋白（GAP-43）, 豐富環(huán)境不僅增加了突觸重塑相關(guān)蛋白的表達(dá), 而且增加了雙側(cè)海馬中功能性突觸的數(shù)量。

2.4.5 細(xì)胞調(diào)控 腦卒中的損傷機(jī)制還在于腦組織的壞死或凋亡, 已經(jīng)壞死的神經(jīng)細(xì)胞無(wú)法通過(guò)康復(fù)得以恢復(fù), 但凋亡的神經(jīng)細(xì)胞可以通過(guò)手術(shù)、康復(fù)訓(xùn)練等治療方法得以逆轉(zhuǎn)。缺血性腦卒中發(fā)生后, 在缺血半陰影區(qū)內(nèi)的神經(jīng)元主要死亡形式便是細(xì)胞凋亡[43]。因此, 通過(guò)抑制細(xì)胞凋亡來(lái)挽救這些神經(jīng)元, 以促進(jìn)腦卒中后神經(jīng)功能的恢復(fù)變得尤為重要。研究表明, 半影區(qū)中細(xì)胞凋亡較少的患者可延長(zhǎng)生存時(shí)間[44]。Qian HZ等[45]研究發(fā)現(xiàn), 豐富環(huán)境可以通過(guò)減少細(xì)胞凋亡而改善受損的神經(jīng)功能；Chen X等[17]研究發(fā)現(xiàn), 豐富環(huán)境治療可減少梗死灶周?chē)窠?jīng)元凋亡, 增加B細(xì)胞淋巴瘤/白血病2（Bcl-2）蛋白水平, 同時(shí)降低Bcl-2相關(guān)X蛋白（Bax）、細(xì)胞色素c、caspase-3表達(dá)和Bax/Bcl-2比值, 從而抑制梗死灶周?chē)拥纳窠?jīng)元凋亡。

2.5 EE在臨床中的應(yīng)用 現(xiàn)如今, 將豐富環(huán)境結(jié)合到臨床治療中的現(xiàn)實(shí)中的研究越來(lái)越多, 例如Amatya B等[46]將豐富環(huán)境作為治療方式應(yīng)用于患者上肢的訓(xùn)練中；Rosbergen IC等[47]設(shè)置專(zhuān)門(mén)的豐富環(huán)境單元來(lái)觀察豐富環(huán)境對(duì)患者康復(fù)的影響；Yun SJ等[48]使用沉浸式VR用于治療輕度認(rèn)知和輕度癡呆患者, VR便是基于豐富環(huán)境這一理念。豐富環(huán)境作為一種新型的康復(fù)治療方式, 在已被證實(shí)具有良好的康復(fù)效果后, 通過(guò)周?chē)S富環(huán)境刺激, 讓患者主動(dòng)參與其中, 聯(lián)合其他康復(fù)訓(xùn)練方式可以使患者得到更快的恢復(fù)。

3 小結(jié)

豐富環(huán)境通過(guò)周?chē)h(huán)境的刺激, 自身自發(fā)性運(yùn)動(dòng)及各種與外界的交往感知等方面提高缺血性腦卒中后的各種功能障礙水平。這種治療方式以其簡(jiǎn)便易構(gòu)建、實(shí)驗(yàn)易重復(fù)等優(yōu)勢(shì)在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中取得良好效果, 為應(yīng)用于臨床提供了理論依據(jù)。但目前研究更多的是豐富環(huán)境在缺血性腦卒中動(dòng)物模型中的治療效果, 是否對(duì)出血性腦卒中的動(dòng)物模型也具有同樣的恢復(fù)效果還有待研究。