基于超声弹性成像的肌痉挛康复干预的基础研究

Spasticity is one of the main factors of motor control dysfunction in the patients with spinal cord injury. Injection of Botulinum toxin type A(BTX-A) is recognized as an effective treatment for focal muscle spasticity. However, the pathological changes of spastic muscle is not clear, that leads to different intervention timing，thus its therapeutic effect varies. the shear wave ultrasound elastography can dynamically estimate the inner corresponding information and reflect the pathological changes of muscle tissue. Our previous study revealed that texture disorder, fuzzy, and the unclear septum and the relatively smaller elasticity region significantly enlarged in spastic muscle compared to normal control muscle. A rat spastic model of spinal cord injury will be involved in our study, shear wave ultrasound elastography will be used to evaluate spastic muscle stiffness, quantified by Young's modulus. In addition, Changes of muscle cells and extracellular matrix structure will be described by electron microscopy in the aspect of histopathology. Dynamic changes of elastic modulus and corresponding pathological before and after rehabilitaion intervention will be explored by ultrasound elastography, to provide a theoretical basis for the appropriate intervention time of BTX-A treatment of spasticity.

痉挛是导致脊髓损伤患者运动控制障碍的主要因素之一。A型肉毒毒素是公认的治疗局灶性肌痉挛的有效治疗方法。但是由于痉挛肌本身组织病理学变化规律尚未完全揭示，导致其干预治疗的时间窗认识不一，影响了其治疗效果。国内外研究发现，采用剪切波超声弹性成像可动态评估肌肉组织内部情况，从而反映组织病理学变化。我们初步临床研究发现，痉挛肌的超声影像表现为肌纹理紊乱、模糊，肌间隔显示不清，其相对硬度较正常对照显著增加。本研究拟以大鼠脊髓损伤痉挛模型为研究对象，采用剪切波超声弹性成像技术，通过Young's模量评价痉挛肌的硬度，定量痉挛肌的生物力学属性；从组织形态学角度观察脊髓损伤大鼠痉挛肌细胞及细胞外基质等超微结构的变化特点；通过剪切波超声弹性成像，动态追踪不同病程的脊髓损伤大鼠痉挛肌干预前后弹性模量变化及其相应病理变化规律，为肉毒毒素治疗痉挛的适时干预策略提供理论依据。

背景 :痉挛作为上运动神经元综合征的阳性表现之一。痉挛会对患者个人运动功能及活动参与能力产生不利影响。A型肉毒毒素(BTX-A)注射治疗上运动神经元损伤所致的局灶性肌痉挛，其疗效及安全性均得到临床认可。然而近来有临床研究发现有些痉挛患者接受BTX-A注射的疗效欠佳，考虑痉挛肌纤维组织增生等自身结构改变是造成疗效不佳的原因之一。除神经机制外，痉挛骨骼肌结构改变是痉挛形成的非神经因素机制，这些变化导致痉挛肌硬度增加。近年来发展的剪切波超声弹性成像技术通过测量组织的Young’s模量值实现检测组织的弹性绝对值（硬度），用以评价骨骼肌的紧张状态。目前将其应用于上运动神经元损伤后痉挛肌紧张状态评价的研究很少。另外，为避免因偏瘫骨骼肌的结构改变降低BTX-A治疗痉挛效果，需选择适当时间进行BTX-A干预痉挛。目前尚缺乏痉挛最佳干预时间窗的基础研究。研究内容：1.定量分析SCI大鼠痉挛腓肠肌(GM)硬度及病理特征变化，探讨痉挛肌硬度改变与病理改变的相关性；2．观察不同时间BTX-A或生理盐水（NS）注射后痉挛肌的病理变化，寻找BTX-A干预痉挛的合理时间。结果：1. SCI后模型大鼠GM肌重下降，HE染色显示肌纤维直径下降，肌纤维横断面积缩小；ATP酶染色显示GMI型肌纤维比例下降，IIa，IIb型肌纤维比例增高；肌球蛋白重链（MyHC）电泳分析结果提示MyHC-I型减少，IIa，IIx及IIb型增多。踝屈曲位GM的Young’s模量值大于踝伸展。相关分析结果显示2周及4周时GM的Young’s模量值与其体重、MyHC-IIa型及I型纤维占比明显负相关。8周及12周的Young’s模量值与GM的相应病理改变及GM肌肌重无相关性。2. NS干预组内不同干预时间亚组的大鼠间GM病理改变无统计学差异。BTX-A干预组内各干预时间亚组内大鼠GM和比目鱼肌(SOL)的病理改变差异明显：GM的MyHC-II型比例减少，同侧SOL的MyHC-I型比较明显减少。科学意义：超声弹性成像技术可用来评估SCI大鼠痉挛GM的硬度改变，且肌肉硬度与其病理改变有相关性；早期BTX-A注射对GM及SOL的MyHC转变影响明显。