运动训练对脊髓损伤大鼠康复作用的研究现状肖寒贫1，顾兵1，王烁宇2，李华南2，张水印1
脊髓损伤（spinal cord injury,SCI）是指由于多种不同致病因素引起的脊髓结构、功能的损害，造成损伤平面以下运动、感觉、自主神经功能的障碍。陈银海等[1]对近十五年珠江医院收治的286例SCI患者进行调查分析，结果表明高处坠落和交通事故是主要的致伤原因。然而足球、橄榄球、潜水、冲浪、攀岩等与运动和娱乐活动相关的SCI也屡见不鲜[2]。目前，对SCI的急性期处置往往以手术治疗为主，但手术无法解决患者全部功能障碍问题。术后患者仍可存在损伤平面以下的肢体无法正常活动、感觉异常以及大小便功能障碍等问题。康复运动在一定程度上可帮助SCI患者改善这些症状[3]，恢复患者的部分功能，预防各种并发症。大量实验研究表明，大鼠SCI后表现为神经元大量丢失，伴随各种功能丧失。运动训练参与中枢神经再生环境的调节，使神经生长因子及受体表达上调，增强内在再生能力[4]。SCI大鼠通过各种运动训练，脊髓内脑源性神经营养因子（brain derived neurophic factor,BDNF）、胶质纤维酸性蛋白（glia fibrillary acidic protein,GFAP）、神经生长导向因子Slit2、人生长相关蛋白-43（growth associated protein-43,GAP-43）的表达规律均有显著变化[5]。运动训练的方式大致可分为非减重训练（跑台训练、自发性转笼、楼梯攀爬训练）和减重训练（游泳、减重跑台训练、机器人辅助训练）两类。本文主要介绍运动训练对SCI大鼠康复作用的相关研究进展，并对各种运动训练方式的优缺点进行评述，旨在为患者术后的康复治疗提供理论指导。
1跑台训练（treadmill training）
跑台训练是一种让动物在特定跑步装置上模拟其正常运动方式的常用训练方法。主要通过控制跑台的速度来训练动物的运动功能，跑台的速度和时间可根据大鼠自身机能状况而设定。大鼠损伤前1周进行适应性训练，损伤后尽早开始运动训练，一般在术后1周开始。跑台训练一般安排
20~25min/次，2~3次/d，5d/周[6,7]。训练时间可逐渐
增加，例如第1周从5min开始，确保第2周达到
20min。Stevens和Goldshmit等[8,9]利用跑台训练对
SCI大鼠进行干预治疗，并成功运用脚印分析法对共青团入团誓词
神经运动功能进行评估。在此方法基础上，诸多学
者对其进行了改进。Metz等[10]为了方便记录脚印，
在大鼠的前后肢涂上墨汁。在跑台装置方面，研究
人员不仅用移动的跑步穿梭带取代了原来的透明
跑道，还配用了荧光箱装置，使动物的步态更清楚
的呈现出来。有的配套增加了电击装置，方便在动
物不愿意跑动时进行电刺激。现在，电脑因其能够
同步记录并整理测量结果，更加有利于步态的分
析，已成为动物跑台训练的重要辅助工具[11]。跑台
训练接近动物日常步行方式，简单易行。加强后肢
活动是治愈SCI的关键[12]，而大鼠的步长和步频在
跑台训练之后都有所改善。有研究证明跑台训练
对轻度SCI大鼠下肢运动功能有治愈作用[13]。
Multon等[14]对SCI大鼠进行跑台干预措施，证明
此训练对腰椎脊髓有可塑性作用。另外，SCI大鼠
的突触蛋白也可通过跑台训练得到恢复[15]。但是，
跑台属于一种非主动性运动，当动物跑动和跑台
速度不一协调时，不易控制，需要对动物进行刺
激，而这一行为会对动物生理机能或身体造成伤
害，影响实验结果的正确率[16]。
2自发性转笼（voluntary wheel running）
转笼运动是一种无需外界刺激或强迫的主动
性运动，一般可分为单纯转笼运动和食物诱惑转
笼运动。让SCI大鼠在特定的转笼里自发跑动，
20min/d，5d/周，持续8周。转笼的速度可逐渐增
加，直至每只大鼠的速度可达到14m/min[17]。训练
的同时可进行食物。原始的转笼运动通过记
录动物跑动的圈数进行实验，比较繁琐，结果不够
精确。后来，有研究者发明了一种自动计数器，弥
作者单位
1.江西科技师范大
学生命科学学院
南昌330013
2.江西中医学院附
属医院
南昌330006
基金项目
国家自然科学基金
（No.30960448）
江西省自然科学基
金项目（No.20114B
AB205033）
江西省教育厅科技
计划项目（No.GJJ1
2584）
收稿日期
2012-11-19
通讯作者
顾兵
bguemory@hotmail.
com
摘要脊髓损伤常引发神经运动功能障碍。患者不仅需要接受正规的临床治疗，还需配合进行康复训练。大量动物实验研究表明，运动训练对脊髓损伤大鼠的神经运动功能恢复效果显著。本文主要介绍跑台训练、自发性转笼、楼梯攀爬、游泳、减重跑台训练以及机器人辅助训练对脊髓损伤大鼠的康复效应，并对其优缺点进行评述。
关键词脊髓损伤；运动训练；大鼠；康复
中图分类号R741；744；R493文章标识码Ａ文章编号1001-117X（2013）03-00-04·综述·
DOI10.3870/sjsscj.2013.03.00
补了原始转笼的缺陷，同时记录动物的跑速、最大跑距和跑时。最早Engess e r-Cesar等[18]对T9损伤2周后的小鼠进行转笼训练干预，结果受训动物的Basso Beattie Bresnahan（BBB）评分、Basso Mou Scale（BMS）评分等均有显著提高。之后，研究者还发现转笼训练可增加损伤区域5-羟色胺能纤维的长度，刺激去甲肾上腺素纤维的再生，诱导海马的神经元再生[19]。Ichiyama等[20]报道自发性转笼训练可增加机体部分的突触后电位，且可促进神经元的激活。同时，神经营养因子在转笼训练
后生成有所增加[21]。SCI大鼠在自愿跑转笼中得到充分的循环步行训练，有助于SCI的治愈。转笼运动的训练装置比较简单，操作方便。相比跑台训练，转笼不会伤害到动物身体，但转笼训练的强度难以设定，运动训练参数不易控制，难以客观达到量化指标，结果不够精确。
3楼梯攀爬训练（stairca climbing）
楼梯攀爬训练方案是大鼠术前先进行2周的适应性训练，攀爬5min/次，2次/d，5d/周。楼梯长3英寸，宽2英寸，高1英寸，另外附有防滑脚垫。训练的同时可在楼梯中间或顶端放置食物以引起大鼠探求，放置高度随训练程度而改变。Norrie等[22]发现SCI大鼠经此种方法训练后，后肢的失误率降低了20%。但若大鼠步行太快，不易于实验者数步数。Singh等[23]报道SCI大鼠经过楼梯攀爬训练，有关脚爪的参数，如正常步序比（RI）、脚间距（ba of support）有所增加，增强了四肢和躯干的协调性。这种训练不仅操作方便，耗时较短，而且实验者可对实验过程进行重复观察[24]。但是，此法不适用于损伤较重及损伤早期的训练，易受人为因素的干扰。网格步行（grid walking）与此法比较相似，是一种动物后肢放置能力的技能训练。具体方法是把动物放置到各种材质的网格上，通过记录动物总的步数和脚掌踩空的次数（失误的步数）来判断后肢移动能力。此法可以锻炼动物后肢的精确步行和协调能力，但横梁的粗细对结果都有一定的
影响。
4游泳（swimming）
游泳是一种特殊的减重训练方式，
包括无负重游泳和负重游泳。水的浮力
可提供一种天然的体重支撑，让SCI大
鼠在自然状态下有组织有计划的游泳。
负重游泳是在大鼠训练的同时按其体重
比例在尾部负重。游泳训练一般是将大
鼠放入75×48×30cm的玻璃水槽中，水
温保持35℃，训练20~25min/d，5d/周。
具体时间根据训练大鼠各自的体能来设
定，可采用间歇性训练方式，以减少出现
疲劳状况。胸椎挫伤的大鼠可通过游泳
训练使其的运动功能得到改善[25]。Smith
等[26]实验证明急性SCI大鼠在术后2周
进行游泳训练比较适合，游泳训练增强
了心血管的输出，增强脊髓软组织内高
分子溢出，可避免继发性损伤。Smith等[27]
发明了Louisville Swimming Scale（LSS）
新型评定模式，记录动物游泳时下肢活
动、身体位置等特征。Magnuson等[28]采
用LSS方法对SCI大鼠游泳后的功能
恢复进行评估，结果显示游泳的恢复效
果出现在3周左右，6周后效果显著，可
达到基线范围。游泳中皮肤的反馈作用
能积极地影响下肢在水中产生步行运
动，并且可产生较高步频，有助于减缓
SCI大鼠在康复训练中的痛感。但游泳
需要耗费大量的水，同时大鼠在游泳训
练中容易产生呼吸道感染，耐力弱的大
鼠会发生溺水。对游泳后的大鼠护理较
为繁杂，也给实验者带来许多不便[29]。
5减重跑台训练（body weight
supported treadmill training,
BWSTT）
BWSTT是利用特定装置减轻动物
自身重量，使其上肢悬空进行双后足步
行的常用训练方式，也是目前被广泛使
用的训练方法。通过控制动物体重来辅
助训练，是一种可行性较高的减重训练。
减重可根据训练情况进行调整，BWSTT
随运动周期的变化而影响着SCI大鼠的
恢复效果[30]。一般的方案是大鼠在SCI
后第6天开始训练，1次/d，5d/周，持续
9周，训练时间可逐渐增加[31]。减重的起
始量为体重的20%~40%，可随训练时间
的增加逐渐减少减重量。早期有研究者
就以猫为对象，采用BWSTT帮助其恢
复SCI后的步行能力。后来，Sherman等[32]
发现SCI大鼠在BWSTT训练2周后，
运动功能恢复显著，行走速度和距离均
有提高。减重跑台训练可激活脊髓神经
元[33]。目前关于BWSTT对不完全性SCI
动物的运动功能恢复的研究备受关注。
通过研究发现BWSTT优点在于模拟人
类的步行方式，其不同于以往常规康复
训练如单纯的肌力、关节活动、站立和平
衡能力等。与站立训练相比，BWSTT可
改善SCI大鼠下肢的负重能力[34]，促进
大鼠SCI后脊髓形态恢复，减轻远端神
经元的继发损害，大鼠的痛觉过敏现象
明显改善，正常感觉得到重建[35]。但是，
此种训练脱离了啮齿类动物运动方式，
不但需要特殊减重装置，而且需要实验
者进行手动辅助，即在运动不连续时，需
要外界力量给予帮助或刺激，是一种劳
动型的工作，耗时耗力，操作时难以进行
有效的控制。
6机器人辅助训练（robot assisted
training）
机器人辅助是在BWSTT基础上改
进训练大鼠双足运动的方式。它由一对
轻型的机器臂和体重支持系统组成，是
一种完全机械化的跑台训练[36]。Nessler
等[37]以SCI大鼠为对象，利用减重训练
对其进行康复治疗，并使用Catwalk系
统进行步态分析，结果进行BWSTT的
大鼠悬空时间、步长等步态参数都有所
四年级口语交际
提高。这种减重装置一端连于大鼠的踝
部，另一端与计算机系统相连，通过机器
臂来控制大鼠的行走。训练方法是大鼠
于伤后1周进行减重训练，
15~20min/次，1次/d，5次/周[38]。实验证
明这种对大鼠下肢进行的强制性训练，
可减轻大鼠摆动中的拖步[39]。机器臂通
过对大鼠下肢的牵引，下肢摆动的次数
增加，有效的改善了动物的运动能力[40]。
另外，通过对髋关节和腿之间角度的调
节，有效增加髋部的伸展。现已有研究者
通过改良机器人装置，经实施编程来检测大鼠后肢的迈步，只有在需要时给予辅助，改善了以往的不足。使用机器人装置来减少大鼠下肢的负荷，可有效改善下肢的运动轨迹[41]。但是，该辅助器过于被动，运动模式相对固定，长时间重复会引起感觉系统敏感性下降，影响损伤的治愈结果。
8结语与展望
为使康复效果更佳，可根据恢复过程选择相应轻重程度的训练强度，改换不同的训练方式。即使是同种程度损伤的训练，也可将多种训练方法结合在一起，既可达到全面锻炼的目的，又可减少长时间单一训练带来的不良反应。例如，水中平板训练将SCI动物放入水中的平板中，利用水的浮力来辅助跑台训练，将跑台训练和游泳训练的优点结合起来[42]。康复锻练能够增强脊髓的可塑性，这是SCI患者神经功能恢复的基础。诸多研究证明，运动干预应在伤后1~2周开始，持续8周效果更佳[43]。为增强SCI的恢复效果，建议可将临床药物治疗与运动训练结合起来。各种运动训练方法虽然都能不同程度地促进大鼠SCI后的运动功能恢复，但均有各自不同的优缺点，实验者要根据不同实验进行选择。自发跑转笼运动强度难以设定，结果不够精确；而楼梯攀爬或网格步行训练主观性较强，结果评价的可靠性较低；游泳训练对动物身体易造成伤害，实验难以进行。相比而言，跑台训练不仅接近大鼠正常的运动方式，而且实验装置比较先进，客观性、可靠性及精确性较高。如果在跑台运动的同时，加上减重辅助装置可使运动恢复的效果更佳。实验动物在实施正式跑台实验前，安排适应性训练是必要的。合理安排训练时间对于恢复结果极为重要，完全性的SCI积极效果可能出现在术后16d的训练中，
而不完全性的SCI 在术后7~10d训练效果可能更好。另外，各种训练应与丰富环境结合在一起[44]。总之，运动训练对脊髓的修复是一个复杂的、多因素共同参与调控的过程。因此，深入开展此过程的机制研究无疑可为SCI康复治疗提供有益参考。
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