电刺激小脑顶核对血管性痴呆大鼠的治疗作用与机制
作者：范文辉 朱鸿雁 陈康宁 李露斯
单位：范文辉(第三军医大学西南医院神经科，重庆市，400038)；朱鸿雁(第三军医大学西南医院神经科，重庆市，400038)；陈康宁(第三军医大学西南医院神经科，重庆市，400038)；李露斯(第三军医大学西南医院神经科，重庆市，400038)
关键词：小脑顶核；血管性痴呆；电刺激；大鼠
中国康复医学杂志000301 摘要 目的：研究电刺激小脑顶核对血管性痴呆(vascular dementia,VD)大鼠的治疗作用与机制。方法：持久性双侧颈总动脉结扎造成老龄大鼠慢性前脑灌注不足，建立近似人类学习记忆障碍的大鼠VD模型。治疗组大鼠小脑顶核给予电刺激，用电脑控制穿梭箱系统检测大鼠的认知能力。结果：慢性前脑灌注不足2个月后大鼠学习记忆能力均下降，4个月后更明显；电刺激痴呆大鼠小脑顶核后，学习及记忆能力明显提高，学习提高更明显。结论：电刺激小脑顶核可显著改善痴呆的大鼠的认知能力。
, 百拇医药
Effects and mechanism of fastigial nucleus stimulation on vascular dementia in aging rats
FAN Wenhui ZHU Hongyan CHEN Kangning
(Chinese Journal of Rehabilitation Medicine,2000,15(3):132～134)
Abstract Objective:To investigate the effect and mechanism of fastigial nucleus stimulation (FNS) treating vascular dementia(VD) in aging rats.Method:Chronic frontal cerebral hypoperfusion was performed in aging rats by permanent bilateral common carotid artery occlusion (PBCCAO) method, thus the animal VD model was established. The cognitive function of rats was measured in a computerized shuttle-training case before and after FNS.Result:The cognitive function of rats was obviously reduced after two months of the chronic cerebral hypoperfusion and became worse four months of that hypoperfusion, but it was distinctly improved after FNS.Conclusion:FNS could greatly improve the cognitive function of VD in aging rats.
, 百拇医药
Author′s address Dept. of Neurology,First Hospital,the Third Military Medical University,Chongqing,400038
Key words Fastigial nucleus;Vascular dementia;Electric stimulation;Aging rat
以往，人们一致认为小脑只有运动功能，如维持身体平衡、调解肌张力和协调运动等。近年来的研究表明，小脑也具有非运动功能，如认知及语言功能。其解剖基础为小脑进化中最新的部分即小脑外侧部〔1〕。近20年来，许多作者注意到小脑顶核(fastigial nucleus，FN)在脑血流量的调节中占重要地位〔2〕，顶核电刺激(fastigial nucleus stimulation，FNS)可增加大脑血流量。为了解FNS治疗血管性痴呆的可能性，我们对痴呆大鼠小脑顶核给予电刺激，观察其治疗效果，并对其机制进行了初步探讨。
, 百拇医药
1 材料和方法
1.1 实验动物与分组
雄性Wistar老龄大鼠(>16月龄)，体重300～450g，由第三军医大学实验动物中心提供。随机分为假手术对照组、缺血2个月组、缺血4个月组；每组12～14只大鼠。
1.2 模型制备
参照Wakita〔3〕等报道的方法，持久性双侧颈总动脉结扎制备大鼠慢性前脑灌注不足模型。假手术对照组动物仅行颈前切开，不结扎颈总动脉。
1.3 处理
各组动物随机均分为FNS和非FNS两种处理。前者将电极插入双侧小脑顶核(以前囟为原点，坐标为：P 11.8，L 0.5，H 5.7，单位：mm)，并以电流强度50μA，频率50Hz的直角方波脉冲连续刺激30min, 后者只插入电极，不予电刺激。
, 百拇医药
1.4 认知功能检测
采用重庆大坪医院野战外科研究所提供的电脑控制穿梭箱系统〔4〕。以灯光为条件刺激，电击为非条件刺激，即大鼠放入穿梭箱内暗适应5min，然后持续灯光刺激5s，接着给箱底通电流10～20mA，频率10～15Hz的电刺激5s。每天训练20次，每次刺激后予60s适应时间。记录采用灯光刺激大鼠即完成穿梭动作的主动回避反应(active avoidance response，，ARR)和经电刺激才能完成穿梭动作的被动回避反应(passive avoidance response，PAR)情况。学习能力检查分假手术对照组、缺血2个月组、缺血4个月组；记忆能力检查分缺血2个月组和治疗组。先进行穿梭箱试验，使大鼠ARR正确反应率稳定在80%以上后再行双侧颈总动脉结扎制作缺血2个月和治疗组模型。到时限后行穿梭箱实验连续5天。
1.5 统计学分析
所有数据均经SPLM软件处理，结果作χ2检验，组间比较采用随机分组设计的方差分析及t检验，P<0.01表示有显著性差异。
, 百拇医药
2 结果
见表1、2。与假手术对照组比较，慢性脑灌注不足2个月及4个月后大鼠学习记忆能力均下降，4个月较2个月更明显，经统计学处理差异显著。经FNS治疗后，学习及记忆能力明显提高，学习能力提高更为明显，甚至优于假手术对照组，统计学处理差异显著。
表1 大鼠学习能力检测 分 组
非FNS
FNS
成功
失败
成功率(%)
成功
失败
, http://www.100md.com
成功率(%)
PAR
对照组
273
927
22.8
374
826
31.2②
缺血2个月
122
678
15.3①
, 百拇医药
261
439
32.6②
缺血4个月
61
639
8.7①
268
432
38.3②
AAR
对照组
, 百拇医药
595
605
49.6
717
483
59.8②
缺血2个月
278
522
34.8①
481
319
60.1②
, http://www.100md.com
缺血4个月
246
454
35.1①
437
263
62.4②
注：①与假手术对照组比较：P<0.0001;
②与非FNS组比较：P<0.0001表2 大鼠记忆能力检测 缺血2个月
非FNS
FNS
, 百拇医药
成功
失败
成功率(%)
成功
失败
成功率(%)
PAR
575
225
71.9
249
151
62.3①
, http://www.100md.com
AAR
93
707
11.6
89
311
22.3①
注：①P<0.0001与非FNS组比较
3 讨论
小脑病变表现智力及行为异常已早有报道，如尸检发现小脑发育不全的患者，临床常被描述为“愚笨”及“低智商”等，有些橄榄体-脑桥-小脑萎缩、Friedrech共济失调及毛细血管共济失调患者也表现为智力低下、视空间障碍、记忆及动词学习障碍等〔5〕，但并没有引起人们的重视。近年来，随着神经影像学技术的进展，对脑功能的研究日益深入。让正常人进行认知活动，如说出一个名词，让其连接相应的动词时，正电子发射断层(positron emission tomography，PET)将显示小脑下外侧部糖代谢明显增加；让正常人进行默念数字或进行运动想象，运动想象时不伴有任何感觉刺激及运动，是一个纯认知过程，单光子发射型计算机断层(single photon emission computed tomography,SPECT)显示小脑外侧部血流量明显增加〔6〕。Kim〔7〕等用功能磁共振(fMRI)对正常人进行认知活动测验(如钉板)，发现小脑齿状核处反应明显，进行复杂的认知活动时的反应性较简单认知活动时的反应性高。以上检查均表明小脑外侧部参与了认知及语言功能。
, 百拇医药
人们一直不能解释为什么人类的小脑外侧部如此之大，目前，许多研究结果表明其与大脑皮质之间存在着往返的纤维联系，与大脑共同完成认知及语言功能。新齿状核的发育与大脑前额区皮层的发育一致，推测与大脑前额区接受新齿状核的纤维有关。为了证明这个推测，Middleton〔1〕等用最新的示踪技术对猴进行研究发现，示踪剂从大脑皮层前额区的46区神经元逆行至基底节神经元及齿状核的腹侧部，而46区与运动无关，主要参与空间能力等，这条通路与支配运动的纤维通路不同，该研究为新齿状核参与认知功能提供了解剖基础。
大脑与小脑不仅在解剖上联系密切，在功能上也联系密切。当一侧额叶病变时，近半数患者可出现对侧小脑代谢减低，这种现象称交叉性脑机能联系不能。但近年来也发现，有些小脑病变患者出现对侧额叶血流量及代谢降低，并出现相应额叶的功能障碍〔8〕。目前普遍认为功能障碍主要与继发的低代谢区有关，而原发的病变区作用较小。SPECT显示小脑病变区放射性示踪剂摄入量减少并伴对侧基底节、额顶叶皮层摄入量的减少，说明脑机能联系可能通过以下传导通路：齿状核-多巴胺神经元-红核-黑质-纹状体-皮层，这条经典的传导通路也可能参与认知过程〔9〕。
, http://www.100md.com
近年来血管性痴呆的治疗虽有许多进展，但多数药物效果常不能令人满意。慢性前脑灌注不足是血管性痴呆的主要原因，自发现刺激小脑顶核可使大脑血流量增加后，一些作者相继在大鼠脑梗塞模型上使用FNS治疗并取得疗效〔10〕。我们对慢性前脑灌注不足痴呆大鼠给予电刺激，结果发现，使用FNS后，痴呆大鼠学习记忆能力明显提高。其机理有待进一步研究，可能与大脑和小脑在解剖和功能上的广泛联系有关。
本课题为国家自然科学基金资助项目,编号:39770273
参考文献
1，Middleton FA,Strick PL.Anatomical evidence for cerebellar and basal ganglia involvement in higher cognitive function.Science,1994,266:458.
, 百拇医药
2，Takahashi S,Crane AM,Jehle J,et al.Role of the cerebellar fastigial necleus in the physiological regulation of cerebral blood flow.J Cereb Blood Flow Metab,1995,15:128.
3，Wakita H,Tomimoto H,Akiguchi I,et al.Glial activation and white matter changes in the rat brain induced by chronic cerebral hypoperfusion:an immunohistochemical study,Acta Neuropathol,1994,87:484-492.
4，刘彦，何庆华，廖维宏，等.微机控制的穿梭箱双向主动回避反应实验系统.中国应用生理学杂志,1999;12:366-368.
, http://www.100md.com
5，Berent S,Giordani B,Gilman S,et al.Neuropsychological changes in olivo-pontocerebellar atrophy.Arch Neurol,1990,47:997.
6，Ryding E,Decety J,Sjoholm H,et al.Motor imagery activates the cerebellum regionally.A SPECT rCBF study with 99mTc-HMPAO.Brain Res Cogn Res,1993,1:94.
7，Kim SG,Ugurbi K,Strick PL.Activation of a cerebellar output nucleus during cognitive processing.Science,1994,265:949.
8，Anderson NE,Posner JB,Sidtis JJ,et al.The metabolic anatomy of paraneoplastic cerebellar degeneration.Ann Neurol,1988,23:533.
, 百拇医药
9，Botez MI,Lveill J,Lambert R,et al.Single photon emission computed tomography (SPECT) in cerebellar disease: cerebello-cerebral diaschisis.Eur Neurol,1991,31:405.
10，Zhang F,Iadecola C.Fastigial stimulation increases ischemic blood flow and reduces brain damage after focal ischemia (see comments).J Cereb Blood Flow Metab,1993,13:1013.
收稿日期：1999-11-06, http://www.100md.com
单位：范文辉(第三军医大学西南医院神经科，重庆市，400038)；朱鸿雁(第三军医大学西南医院神经科，重庆市，400038)；陈康宁(第三军医大学西南医院神经科，重庆市，400038)；李露斯(第三军医大学西南医院神经科，重庆市，400038)
关键词：小脑顶核；血管性痴呆；电刺激；大鼠
中国康复医学杂志000301 摘要 目的：研究电刺激小脑顶核对血管性痴呆(vascular dementia,VD)大鼠的治疗作用与机制。方法：持久性双侧颈总动脉结扎造成老龄大鼠慢性前脑灌注不足，建立近似人类学习记忆障碍的大鼠VD模型。治疗组大鼠小脑顶核给予电刺激，用电脑控制穿梭箱系统检测大鼠的认知能力。结果：慢性前脑灌注不足2个月后大鼠学习记忆能力均下降，4个月后更明显；电刺激痴呆大鼠小脑顶核后，学习及记忆能力明显提高，学习提高更明显。结论：电刺激小脑顶核可显著改善痴呆的大鼠的认知能力。
, 百拇医药
Effects and mechanism of fastigial nucleus stimulation on vascular dementia in aging rats
FAN Wenhui ZHU Hongyan CHEN Kangning
(Chinese Journal of Rehabilitation Medicine,2000,15(3):132～134)
Abstract Objective:To investigate the effect and mechanism of fastigial nucleus stimulation (FNS) treating vascular dementia(VD) in aging rats.Method:Chronic frontal cerebral hypoperfusion was performed in aging rats by permanent bilateral common carotid artery occlusion (PBCCAO) method, thus the animal VD model was established. The cognitive function of rats was measured in a computerized shuttle-training case before and after FNS.Result:The cognitive function of rats was obviously reduced after two months of the chronic cerebral hypoperfusion and became worse four months of that hypoperfusion, but it was distinctly improved after FNS.Conclusion:FNS could greatly improve the cognitive function of VD in aging rats.
, 百拇医药
Author′s address Dept. of Neurology,First Hospital,the Third Military Medical University,Chongqing,400038
Key words Fastigial nucleus;Vascular dementia;Electric stimulation;Aging rat
以往，人们一致认为小脑只有运动功能，如维持身体平衡、调解肌张力和协调运动等。近年来的研究表明，小脑也具有非运动功能，如认知及语言功能。其解剖基础为小脑进化中最新的部分即小脑外侧部〔1〕。近20年来，许多作者注意到小脑顶核(fastigial nucleus，FN)在脑血流量的调节中占重要地位〔2〕，顶核电刺激(fastigial nucleus stimulation，FNS)可增加大脑血流量。为了解FNS治疗血管性痴呆的可能性，我们对痴呆大鼠小脑顶核给予电刺激，观察其治疗效果，并对其机制进行了初步探讨。
, 百拇医药
1 材料和方法
1.1 实验动物与分组
雄性Wistar老龄大鼠(>16月龄)，体重300～450g，由第三军医大学实验动物中心提供。随机分为假手术对照组、缺血2个月组、缺血4个月组；每组12～14只大鼠。
1.2 模型制备
参照Wakita〔3〕等报道的方法，持久性双侧颈总动脉结扎制备大鼠慢性前脑灌注不足模型。假手术对照组动物仅行颈前切开，不结扎颈总动脉。
1.3 处理
各组动物随机均分为FNS和非FNS两种处理。前者将电极插入双侧小脑顶核(以前囟为原点，坐标为：P 11.8，L 0.5，H 5.7，单位：mm)，并以电流强度50μA，频率50Hz的直角方波脉冲连续刺激30min, 后者只插入电极，不予电刺激。
, 百拇医药
1.4 认知功能检测
采用重庆大坪医院野战外科研究所提供的电脑控制穿梭箱系统〔4〕。以灯光为条件刺激，电击为非条件刺激，即大鼠放入穿梭箱内暗适应5min，然后持续灯光刺激5s，接着给箱底通电流10～20mA，频率10～15Hz的电刺激5s。每天训练20次，每次刺激后予60s适应时间。记录采用灯光刺激大鼠即完成穿梭动作的主动回避反应(active avoidance response，，ARR)和经电刺激才能完成穿梭动作的被动回避反应(passive avoidance response，PAR)情况。学习能力检查分假手术对照组、缺血2个月组、缺血4个月组；记忆能力检查分缺血2个月组和治疗组。先进行穿梭箱试验，使大鼠ARR正确反应率稳定在80%以上后再行双侧颈总动脉结扎制作缺血2个月和治疗组模型。到时限后行穿梭箱实验连续5天。
1.5 统计学分析
所有数据均经SPLM软件处理，结果作χ2检验，组间比较采用随机分组设计的方差分析及t检验，P<0.01表示有显著性差异。
, 百拇医药
2 结果
见表1、2。与假手术对照组比较，慢性脑灌注不足2个月及4个月后大鼠学习记忆能力均下降，4个月较2个月更明显，经统计学处理差异显著。经FNS治疗后，学习及记忆能力明显提高，学习能力提高更为明显，甚至优于假手术对照组，统计学处理差异显著。
表1 大鼠学习能力检测 分 组
非FNS
FNS
成功
失败
成功率(%)
成功
失败
, http://www.100md.com
成功率(%)
PAR
对照组
273
927
22.8
374
826
31.2②
缺血2个月
122
678
15.3①
, 百拇医药
261
439
32.6②
缺血4个月
61
639
8.7①
268
432
38.3②
AAR
对照组
, 百拇医药
595
605
49.6
717
483
59.8②
缺血2个月
278
522
34.8①
481
319
60.1②
, http://www.100md.com
缺血4个月
246
454
35.1①
437
263
62.4②
注：①与假手术对照组比较：P<0.0001;
②与非FNS组比较：P<0.0001表2 大鼠记忆能力检测 缺血2个月
非FNS
FNS
, 百拇医药
成功
失败
成功率(%)
成功
失败
成功率(%)
PAR
575
225
71.9
249
151
62.3①
, http://www.100md.com
AAR
93
707
11.6
89
311
22.3①
注：①P<0.0001与非FNS组比较
3 讨论
小脑病变表现智力及行为异常已早有报道，如尸检发现小脑发育不全的患者，临床常被描述为“愚笨”及“低智商”等，有些橄榄体-脑桥-小脑萎缩、Friedrech共济失调及毛细血管共济失调患者也表现为智力低下、视空间障碍、记忆及动词学习障碍等〔5〕，但并没有引起人们的重视。近年来，随着神经影像学技术的进展，对脑功能的研究日益深入。让正常人进行认知活动，如说出一个名词，让其连接相应的动词时，正电子发射断层(positron emission tomography，PET)将显示小脑下外侧部糖代谢明显增加；让正常人进行默念数字或进行运动想象，运动想象时不伴有任何感觉刺激及运动，是一个纯认知过程，单光子发射型计算机断层(single photon emission computed tomography,SPECT)显示小脑外侧部血流量明显增加〔6〕。Kim〔7〕等用功能磁共振(fMRI)对正常人进行认知活动测验(如钉板)，发现小脑齿状核处反应明显，进行复杂的认知活动时的反应性较简单认知活动时的反应性高。以上检查均表明小脑外侧部参与了认知及语言功能。
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人们一直不能解释为什么人类的小脑外侧部如此之大，目前，许多研究结果表明其与大脑皮质之间存在着往返的纤维联系，与大脑共同完成认知及语言功能。新齿状核的发育与大脑前额区皮层的发育一致，推测与大脑前额区接受新齿状核的纤维有关。为了证明这个推测，Middleton〔1〕等用最新的示踪技术对猴进行研究发现，示踪剂从大脑皮层前额区的46区神经元逆行至基底节神经元及齿状核的腹侧部，而46区与运动无关，主要参与空间能力等，这条通路与支配运动的纤维通路不同，该研究为新齿状核参与认知功能提供了解剖基础。
大脑与小脑不仅在解剖上联系密切，在功能上也联系密切。当一侧额叶病变时，近半数患者可出现对侧小脑代谢减低，这种现象称交叉性脑机能联系不能。但近年来也发现，有些小脑病变患者出现对侧额叶血流量及代谢降低，并出现相应额叶的功能障碍〔8〕。目前普遍认为功能障碍主要与继发的低代谢区有关，而原发的病变区作用较小。SPECT显示小脑病变区放射性示踪剂摄入量减少并伴对侧基底节、额顶叶皮层摄入量的减少，说明脑机能联系可能通过以下传导通路：齿状核-多巴胺神经元-红核-黑质-纹状体-皮层，这条经典的传导通路也可能参与认知过程〔9〕。
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近年来血管性痴呆的治疗虽有许多进展，但多数药物效果常不能令人满意。慢性前脑灌注不足是血管性痴呆的主要原因，自发现刺激小脑顶核可使大脑血流量增加后，一些作者相继在大鼠脑梗塞模型上使用FNS治疗并取得疗效〔10〕。我们对慢性前脑灌注不足痴呆大鼠给予电刺激，结果发现，使用FNS后，痴呆大鼠学习记忆能力明显提高。其机理有待进一步研究，可能与大脑和小脑在解剖和功能上的广泛联系有关。
本课题为国家自然科学基金资助项目,编号:39770273
参考文献
1，Middleton FA,Strick PL.Anatomical evidence for cerebellar and basal ganglia involvement in higher cognitive function.Science,1994,266:458.
, 百拇医药
2，Takahashi S,Crane AM,Jehle J,et al.Role of the cerebellar fastigial necleus in the physiological regulation of cerebral blood flow.J Cereb Blood Flow Metab,1995,15:128.
3，Wakita H,Tomimoto H,Akiguchi I,et al.Glial activation and white matter changes in the rat brain induced by chronic cerebral hypoperfusion:an immunohistochemical study,Acta Neuropathol,1994,87:484-492.
4，刘彦，何庆华，廖维宏，等.微机控制的穿梭箱双向主动回避反应实验系统.中国应用生理学杂志,1999;12:366-368.
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5，Berent S,Giordani B,Gilman S,et al.Neuropsychological changes in olivo-pontocerebellar atrophy.Arch Neurol,1990,47:997.
6，Ryding E,Decety J,Sjoholm H,et al.Motor imagery activates the cerebellum regionally.A SPECT rCBF study with 99mTc-HMPAO.Brain Res Cogn Res,1993,1:94.
7，Kim SG,Ugurbi K,Strick PL.Activation of a cerebellar output nucleus during cognitive processing.Science,1994,265:949.
8，Anderson NE,Posner JB,Sidtis JJ,et al.The metabolic anatomy of paraneoplastic cerebellar degeneration.Ann Neurol,1988,23:533.
, 百拇医药
9，Botez MI,Lveill J,Lambert R,et al.Single photon emission computed tomography (SPECT) in cerebellar disease: cerebello-cerebral diaschisis.Eur Neurol,1991,31:405.
10，Zhang F,Iadecola C.Fastigial stimulation increases ischemic blood flow and reduces brain damage after focal ischemia (see comments).J Cereb Blood Flow Metab,1993,13:1013.
收稿日期：1999-11-06, http://www.100md.com