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功能性电刺激恢复大鼠瘫痪耳廓肌功能的实验研究

崔婷婷

  面部表情是人类进行情感交流的一种重要方式。面部表情变化是面神经支配下由颜面部表情肌共同作用产生。当面神经受损而致面瘫时,主要表现为颜面部表情肌群的运动功能障碍,影响美观和社交,对患者的心理和日常生活造成很大的影响。在美国,面瘫的发病率约为50/10万人,超过40%的患者可以完全恢复,部分患者遗留面瘫,导致不同程度的并发症和后遗症发生。治疗面瘫的理想目标是恢复面瘫患者表情肌功能,实现面部表情运动的协调一致。人类表情肌功能高度分化,每块肌肉的收缩程度和肌肉间的相互协调运动对各种表情的产生都十分重要。所以如何恢复机体对每块表情肌的精确调控,一直是临床面瘫治疗中所面临的瓶颈。现有面瘫治疗多采用内科保守治疗、外科手术治疗、物理康复治疗和中医治疗等,这些方法都存在一定的局限性。目前尚无针对性的有效方法可以完全治愈面瘫。功能性电刺激(functional electrical stimulation, FES)是近来逐渐兴起的一种电刺激治疗技术,通过电流刺激肌肉收缩,从而代偿因神经损伤失去的机体功能。FES的出现使我们有可能通过电刺激恢复瘫痪表情肌功能来治疗面瘫。基于上述背景,我们构想以大鼠耳廓运动作为面部表情运动研究的动物模型,建立基于肌电信号分析的FES系统,探讨FES系统实现瘫痪表情肌功能重建的可行性及其在面瘫治疗中的应用价值。本研究分为四个部分:①大鼠耳廓运动相关解剖学研究;②不同耳廓运动模式下耳廓肌肌电信号研究;③电刺激耳廓肌的实验研究;④FES恢复瘫痪耳廓肌功能系统的建立。 目的 1.以大鼠耳廓运动作为面部表情运动研究的动物模型,了解不同耳廓运动模式的肌肉组成及其神经支配情况,为FES恢复瘫痪表情肌功能的实验研究提供解剖学依据。 2.研究不同耳廓运动模式下耳廓肌肌电信号特征及其实时识别方法,以期能将其作为控制信号,调控FES系统对瘫痪耳廓肌的电刺激。 3.通过调整电刺激参数,观察不同耳廓肌对电刺激的反应,测得耳廓肌电刺激阈值,为FES系统刺激瘫痪耳廓肌提供数据参考。 4.建立基于肌电信号的FES系统,探讨FES系统实现瘫痪耳廓肌功能重建的可行性及其在面瘫治疗中的应用价值。 方法 1.选择大鼠耳廓肌作为表情肌研究的动物模型,观察大鼠耳廓运动模式,通过对正常大鼠耳廓周围组织的大体解剖及神经肌肉电刺激等,明确与耳廓运动相关的肌肉组成及其神经支配。 2.正常大鼠同侧额盾肌和颈耳肌植入微电极,采集其肌电信号,观察不同耳廓运动模式与其肌电信号间的关系,从波幅和时限等方面分析其肌电信号特征,为FES系统分析判断不同耳廓运动模式提供识别依据。 3.切断面神经总干制作单侧周围性面瘫大鼠模型,双侧额盾肌和颈耳肌分别植入微电极,瘫后第7天予以正负双向矩形波脉冲电刺激,通过调整电刺激参数,观察大鼠双侧耳廓肌对电刺激的反应,得出2块耳廓肌正常和失神经支配状态下肌肉颤动的强度-时间曲线,为FES系统触发刺激提供数据参考。 4.建立FES系统,以健侧耳廓肌运动时肌电电压幅值为参考设定电刺激触发阈值,根据瘫痪侧耳廓肌对电刺激的反应设定电刺激参数,当健侧耳廓肌肌电电压达到阈值,由中枢系统识别后触发电刺激相应的耳廓肌,引起患侧相应耳廓肌收缩,实现了双侧耳廓同步对称运动。 结果 1.大鼠耳廓运动包括耳廓反射和自主运动2种。声音诱发大鼠耳廓反射时耳廓主要向后内方向运动,自主运动时大鼠耳廓可以向前、后、内和外等方向运动或旋转。大鼠耳廓运动相关的肌肉有5块:颈耳肌收缩可引起耳廓向后内侧方向运动,上提并旋转外耳;额盾肌收缩引起耳廓向前运动;盾间肌收缩引起耳廓向内侧运动;紧贴耳道壁的2块肌肉(暂称“耳道壁前内侧肌”和“耳道壁前肌”),收缩时主要引起耳廓向前内侧和向前运动。大鼠耳廓反射及自主运动均由面神经支配下耳廓肌共同作用完成,面神经切断后,耳廓运动消失。 2.正常大鼠耳廓运动模式不同,采集到的耳廓肌电信号不同。耳廓向前运动时,可在额盾肌采集到正常的肌电信号,波幅0.12±0.03mV,时限31±6ms;耳廓向后内侧方向运动时,可在颈耳肌采集到正常的肌电信号,波幅0.31±0.08mV,时限32±8ms。 3.单侧面瘫大鼠清醒状态下,正负双向矩形波脉冲电刺激双侧额盾肌、颈耳肌,耳廓分别向前或向后内侧方向运动,得到的强度-时间曲线呈近似等边双曲线。当脉宽小于0.1ms时,耳廓肌电刺激阈值不易引出或阂值较大;随着脉宽变大,耳廓肌电刺激阈值逐渐变小;脉宽大于10ms,耳廓肌电刺激阈值渐趋稳定;脉宽大于100ms,耳廓肌开始出现双收缩,随着脉宽增加双收缩明显且间隔变大。固定脉宽下,耳廓肌运动幅度随电流强度的增大而增大。 4.建立FES系统应用于单侧面瘫大鼠,刺激方式为负向矩形脉冲波,脉宽2ms,电流强度为4-8mA。当健侧耳廓向不同方向运动时,对应的耳廓肌肌电信号达到触发阈值,即触发电刺激患侧相应耳廓肌收缩,引起相应方向的耳廓运动,实现双侧耳廓运动的同步对称。 结论 1.大鼠耳廓肌适合作为FES恢复瘫痪表情肌功能实验研究的动物模型。 2.正常大鼠不同耳廓运动模式下,耳廓肌肌电信号不同,可作为计算机判断识别耳廓运动模式的依据。 3.电刺激不同耳廓肌可引起不同模式的耳廓运动,正负双向矩形波脉冲电刺激耳廓肌的单向脉宽应设在0.1~100ms范围。 4.通过FES系统可以恢复大鼠瘫痪耳廓肌功能。对研究FES系统恢复面瘫患者表情肌功能、实现面部表情对称一致具有重要意义。……   
[关键词]:面瘫;电刺激;耳廓肌;表情;功能恢复
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:北京协和医学院2011年