王穎,李威,張亢亢,王慧,孔立紅
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不同頻率電針對阿爾茨海默病大鼠學(xué)習(xí)記憶能力和海馬突觸的影響
王穎,李威,張亢亢,王慧,孔立紅
[摘要]目的探討不同頻率電針對阿爾茨海默?。ˋD)大鼠學(xué)習(xí)記憶能力和大腦海馬組織突觸形態(tài)學(xué)和突觸密度的影響。方法48只Wistar大鼠按隨機(jī)數(shù)字表法分為正常組、假手術(shù)組、模型組、2Hz電針治療組、30Hz電針治療組、50Hz電針治療組,每組8只。以雙側(cè)腦室注射Aβ1-42誘導(dǎo)建立AD模型,假手術(shù)組雙側(cè)腦室注射0.9%氯化鈉。2Hz、30Hz、50Hz電針組大鼠選百會(huì)、腎俞進(jìn)行電針治療14d。采用Morris水迷宮測試各組大鼠學(xué)習(xí)記憶能力,透射電鏡觀察海馬突觸的超微結(jié)構(gòu),統(tǒng)計(jì)突觸密度。結(jié)果各電針治療組與模型組比較,逃避潛伏期明顯縮短(P<0.01),首次跨越平臺(tái)的時(shí)間明顯縮短(P<0.01),跨越平臺(tái)次數(shù)明顯增加(P<0.01),以50Hz電針治療組為著。各電針治療組與模型組比較,海馬CA1區(qū)突觸數(shù)目明顯增多,突觸密度明顯增大(P<0.01)。與2Hz、30Hz電針治療組比較,50Hz電針治療組突觸數(shù)目明顯增多(P<0.01)。結(jié)論電針能夠改善AD大鼠的學(xué)習(xí)記憶能力,提高海馬的突觸密度,高頻電針治療效果優(yōu)于低頻、中頻。
[關(guān)鍵詞]阿爾茨海默?。浑娽?;頻率;學(xué)習(xí)記憶能力;突觸密度;大鼠
[本文著錄格式]王穎,李威,張亢亢,等.不同頻率電針對阿爾茨海默病大鼠學(xué)習(xí)記憶能力和海馬突觸的影響[J].中國康復(fù)理論與實(shí)踐,2016,22(6):635-639.
CITED AS:Wang Y,Li W,Zhang KK,et al.Effect of electroacupuncture with different frequencies on learning and memory ability and synapse in hippocamp in rats with Alzheimer's disease[J].Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2016,22(6):635-639.
阿爾茨海默?。ˋlzheimer's disease,AD)是一種老年人常見的中樞神經(jīng)系統(tǒng)變性疾病,早期臨床表現(xiàn)為記憶力減退、輕度認(rèn)知功能障礙[1]。突觸是神經(jīng)系統(tǒng)信息傳遞和加工的重要環(huán)節(jié),突觸損傷和丟失是AD患者最早出現(xiàn)的病理變化[2]。越來越多的證據(jù)表明AD早期出現(xiàn)的輕度認(rèn)知功能下降與突觸功能障礙相關(guān)[3-5]。本研究分別設(shè)立低頻、中頻、高頻三組不同頻率電針,選取百會(huì)、腎俞穴對AD模型大鼠進(jìn)行針刺治療,運(yùn)用Morris水迷宮測試對AD大鼠進(jìn)行行為學(xué)檢測,在透射電鏡下觀察各組大鼠海馬突觸密度的變化,探討不同頻率電針防治AD大鼠突觸損傷的機(jī)制,為電針治療AD提供臨床依據(jù)。
1.1實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與分組
SPF級(jí)健康雄性Wistar大鼠48只,3~4月齡,體質(zhì)量300~350g,由湖北省實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究中心提供,許可證號(hào):SCXK(鄂)2008-0005。實(shí)驗(yàn)前將大鼠適應(yīng)性喂養(yǎng)1周,動(dòng)物房溫度控制在(22±2)℃,濕度維持在55%左右。
大鼠適應(yīng)性喂養(yǎng)1周后進(jìn)行Morris水迷宮學(xué)習(xí)訓(xùn)練。參照文獻(xiàn)方法[6],實(shí)驗(yàn)前將大鼠放置在安全平臺(tái)上15s,然后分別從第1象限到第4個(gè)象限中點(diǎn)放入水中,依次游完4個(gè)象限為訓(xùn)練1次,電腦記錄其在120s內(nèi)找到水下實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的時(shí)間,每訓(xùn)練3次后測試1次,在120s內(nèi)未找到目標(biāo)平臺(tái)的大鼠則被認(rèn)為智力異常,予以剔除。
按隨機(jī)數(shù)表法將Wistar大鼠隨機(jī)分為正常組、假手術(shù)組、模型組、2Hz電針治療組、30Hz電針治療組、50Hz電針治療組,每組各8只。
1.2實(shí)驗(yàn)儀器與實(shí)驗(yàn)試劑
DW-5大鼠腦立體定位儀:成都泰盟科技有限公司。Morris水迷宮系統(tǒng):成都泰盟科技有限公司。28 號(hào)1寸不銹鋼毫針:蘇州醫(yī)療用品廠。HANS-100A韓式電針儀:南京濟(jì)生醫(yī)療科技有限公司。HT7700透射電鏡:日本日立公司。EMUC7切片機(jī):德國萊卡公司。大鼠β樣淀粉樣蛋白Aβ1-42:美國SIGMA公司。
1.3模型制作
按照O'hare方法[7]制備模型。實(shí)驗(yàn)前大鼠稱重,用10%水合氯醛0.3g/kg腹腔注射麻醉,在無菌條件下,用腦立體定位儀固定大鼠,按照《大鼠腦立體定位圖譜》[8]選擇大鼠海馬區(qū)齒狀回,前囟后3.2mm,中線左右各旁開2.5mm,深度3.5mm,用牙科鉆在大鼠顱骨上鉆孔。用磷酸鹽緩沖液將Aβ1-42配制成濃度為1μg/μl的溶液,37℃孵育1周后成為寡聚肽,用5 μl微量注射器緩慢將Aβ1-42注入海馬齒狀回,雙側(cè)分別注射5 μl,以1 μl/min的速度注射,5min內(nèi)注完,留針5min讓藥物充分吸收。牙托粉封閉顱骨鉆孔,縫合皮膚,碘酒消毒。
假手術(shù)組處理方法同模型組,雙側(cè)齒狀回區(qū)注射生理鹽水5 μl。造模完成大鼠連續(xù)3d腹腔內(nèi)注射青霉素4×104U,預(yù)防大鼠感染。
1.4方法
造模15d后,電針治療組選取百會(huì)(頂骨正中)和腎俞(腰椎下兩旁2穴)進(jìn)行針刺,百會(huì)向前平刺5mm,腎俞稍向內(nèi)斜刺5mm,然后接韓式電針儀,百會(huì)接負(fù)極,腎俞接正極,左右側(cè)腎俞每日交替使用。2Hz電針治療組:頻率2Hz,電壓2~4 V,電流1~2 mA,選用連續(xù)波,每次治療留針20min左右,每天1次,7d為1個(gè)療程,療程間休息1d,共治療2個(gè)療程。30Hz電針治療組和50Hz電針治療組:操作方法同2Hz電針治療組,僅針刺頻率不同。
1.5Morris水迷宮測試
治療2個(gè)療程結(jié)束后采用Morris水迷宮視頻分析系統(tǒng),通過定位航行實(shí)驗(yàn)和空間探索實(shí)驗(yàn)檢測大鼠行為記憶能力。
定位航行實(shí)驗(yàn)。平臺(tái)位于第3象限中間,距離水面1cm,將大鼠面向池壁分別從4個(gè)象限放入水中各1次,記錄其在120s內(nèi)找到隱藏在水面以下平臺(tái)的時(shí)間,記錄為逃避潛伏期;若120s內(nèi)未找到平臺(tái)者則將其引至平臺(tái)停留10s,記錄逃避潛伏期為120s。
空間探索實(shí)驗(yàn)。去除平臺(tái)后,將大鼠從原平臺(tái)象限的對側(cè)象限放入水中,連續(xù)記錄其在120s的游泳軌跡,在平臺(tái)象限逗留時(shí)間和跨越平臺(tái)象限次數(shù)。數(shù)據(jù)采集和處理由圖像自動(dòng)監(jiān)視和處理系統(tǒng)完成。
1.6電鏡下觀察海馬CA1區(qū)突觸形態(tài)和數(shù)目
1.6.1灌注與取材
各組Morris水迷宮試驗(yàn)完成后進(jìn)行灌注取材。10%水合氯醛45mg/kg腹腔注射麻醉,仰臥位固定于試驗(yàn)臺(tái)上,在劍突下打開胸腔,暴露心臟,從左心室插入灌流針并固定,用生理鹽水200ml灌注沖洗體內(nèi)血液,剪開右心耳,沖洗至大鼠眼球、口腔黏膜及肝臟組織泛白,后用4%多聚甲醛300ml快速灌注直至大鼠肢體及內(nèi)臟組織僵硬為止。大鼠斷頭后快速剝離顱骨,分別取出大小為1mm3海馬CA1區(qū)組織,放入2.5%戊二醛固定液中固定保存,用于電鏡樣品制備。
1.6.2電鏡樣品的制作和觀察
戊二醛固定后用0.lmol/L PBS緩沖液沖洗3次,每次10min,將標(biāo)本置入1%四氧化鋨中固定1h。0.lmol/L PBS緩沖液沖洗3次,每次10min,后再分別用濃度為50%、70%、80%、90%的丙酮脫水20min;Epon812組織滲透,平板包埋后在光鏡下定位取材,切片機(jī)將包埋塊切成50nm超薄切片,用2%醋酸雙氧鈾和檸檬酸鉛進(jìn)行雙重染色。在透射電子顯微鏡下進(jìn)行突觸計(jì)數(shù)。取5000倍,避開大的樹突干、血管和各種細(xì)胞體,在整個(gè)切片上下左右分別選取5個(gè)點(diǎn)進(jìn)行攝片。電鏡攝片面積為5.6×6.0 μm2,切片厚度為50nm,即為觀察1.68 μm3的突觸數(shù)目,在電鏡照片上辨認(rèn)和計(jì)數(shù)突觸終末,計(jì)算單位面積神經(jīng)氈內(nèi)突觸數(shù)量。
1.7統(tǒng)計(jì)學(xué)分析
2.1Morris水迷宮測試
模型組與正常組、假手術(shù)組比較逃避潛伏期明顯延長(P<0.01),首次跨越平臺(tái)的時(shí)間明顯延長(P<0.01),跨越平臺(tái)次數(shù)明顯減少(P<0.01)。電針治療組與模型組比較逃避潛伏期明顯縮短(P<0.01),首次跨越平臺(tái)的時(shí)間明顯縮短(P<0.01),跨越平臺(tái)次數(shù)明顯增加(P<0.01)。50Hz電針治療組與2Hz電針治療組、30Hz電針治療組比較,逃避潛伏期明顯縮短(P<0.01),首次跨越平臺(tái)的時(shí)間縮短(P<0.05),跨越平臺(tái)次數(shù)增加(P<0.05)。2Hz電針治療組、30Hz電針治療組逃避潛伏期比較無顯著差異(P=0.710),首次跨越平臺(tái)時(shí)間比較無顯著性差異(P=0.821),跨越平臺(tái)次數(shù)比較無顯著性差異(P=0.603)。見表1、表2。
2.2各組大鼠海馬CA1區(qū)突觸電鏡結(jié)果
2.2.1海馬CA1區(qū)突觸超微結(jié)構(gòu)的觀察
正常組、假手術(shù)組神經(jīng)氈內(nèi)可見大量突觸,突觸輪廓完整,分界清楚,突觸小泡分布密集均勻。模型組神經(jīng)氈突觸數(shù)目明顯減少,突觸輪廓不完整,突觸間隙模糊,突觸前膜、后膜不清晰、變薄,突觸小泡明顯減少,甚至消失,典型的突觸結(jié)構(gòu)消失。2Hz電針治療組、30Hz電針治療組可見較多突觸,突觸前膜內(nèi)的突觸小泡也較多。50Hz電針治療組可見突觸前終末的突觸小泡密集分布,較多圓形清亮小泡,突觸前、后膜較模型組、假手術(shù)組增厚。見圖1。
2.2.2突觸密度
與正常組相比,假手術(shù)組神經(jīng)氈內(nèi)突觸密度無顯著性差異(P=0.540),模型組大鼠海馬突觸密度明顯減小(P<0.01)。與模型組比較,電針治療組突觸密度較模型組明顯增大(P<0.01),2Hz和30Hz電針組突觸密度無顯著性差異(P=0.918)。50Hz電針組突觸數(shù)目較2Hz電針組和30Hz電針組明顯增多(P<0.01)。見表3。
表1 各組定位航行實(shí)驗(yàn)平均逃避潛伏期比較(s)
表2 各組空間探索實(shí)驗(yàn)首次跨越平臺(tái)時(shí)間、跨越次數(shù)比較
表3 各組海馬CA1區(qū)神經(jīng)氈內(nèi)突觸密度比較(/1.68 μm3)
圖1 電鏡下海馬CA1區(qū)的突觸形態(tài)和突觸數(shù)目(透射電鏡,5000×)
AD是癡呆最常見的類型,病理特征為老年斑、神經(jīng)元纖維纏結(jié),海馬錐體細(xì)胞空泡樣變性,神經(jīng)元缺失和軸索、突觸的異常斷裂等[1,9]。突觸是神經(jīng)元之間連接的基礎(chǔ),也是神經(jīng)信息傳遞的關(guān)鍵部位。只有保持突觸結(jié)構(gòu)和功能的完整,才能使神經(jīng)元彼此之間順利進(jìn)行信息傳遞、加工和存儲(chǔ)。Selkoe發(fā)現(xiàn)AD是寡聚態(tài)的Aβ沉積導(dǎo)致突觸功能障礙,突觸密度是腦組織和結(jié)構(gòu)的重要指標(biāo)[10]。有學(xué)者認(rèn)為AD患者的認(rèn)知水平與海馬以及聯(lián)合皮質(zhì)的突觸密度密切相關(guān)[11]。本研究將Aβ1-42定位注射于海馬齒狀回,電鏡下觀察到模型組海馬CA1區(qū)神經(jīng)氈突觸數(shù)目明顯減少,突觸輪廓不完整,突觸間隙模糊,典型的突觸結(jié)構(gòu)消失,突觸密度明顯下降。這與Selkoe等的研究結(jié)果[9]相一致。
AD患者腦內(nèi)突觸的減少可能由于Aβ寡聚體選擇性的積聚于突觸部位,引起突觸膜蛋白、突觸囊泡蛋白的表達(dá)減少,損傷突觸內(nèi)蛋白、樹突棘形態(tài)和密度,導(dǎo)致突觸數(shù)量的減少和突觸密度的下降,破壞神經(jīng)元之間的聯(lián)系,引起認(rèn)知和記憶障礙[12-15]。
中醫(yī)認(rèn)為AD為腎氣不足、髓??仗撍隆S洃浌δ芘c腎中的精氣功能密切相關(guān),腎氣充足則腦髓充實(shí),才能正常的思維、學(xué)習(xí)和記憶。腎俞位于背部屬于足太陽膀胱經(jīng),與足少陰腎經(jīng)為表里經(jīng)。督脈與腦的聯(lián)系最直接、密切。百會(huì)位于人之顛頂,屬督脈,為手足三陽、督脈之匯,具有醒腦開竅、補(bǔ)腦益智之功,是治療腦病的要穴[16]。百會(huì)、腎俞兩穴合用共奏醒腦開竅,益腎調(diào)督,激活臟腑功能,從而改善其精神及運(yùn)動(dòng)功能。羅磊等發(fā)現(xiàn)針灸腎俞、關(guān)元穴能有效抑制海馬神經(jīng)元線粒體中Aβ-結(jié)合性乙醇脫氫酶蛋白(ABAD)的過度表達(dá),提高細(xì)胞色素氧化酶Ⅳ(COXⅣ)的活性,從而減輕海馬神經(jīng)元的損傷[17]。崔翔等發(fā)現(xiàn)益腎調(diào)督針灸法有效地抑制海馬線粒體CypD表達(dá),從而阻滯線粒體通透性轉(zhuǎn)換孔的形成,減少線粒體損傷。以上研究均證實(shí)益腎調(diào)督針刺法對于AD具有良好的療效[18]。
針灸治療疾病,具有整體、良性的調(diào)節(jié)作用,且安全性高。電針治療AD的臨床療效確定。頻率是電針刺激的重要參數(shù)之一。張超等發(fā)現(xiàn)電針治療大腦中動(dòng)脈閉塞大鼠,針刺組與模型組、非針刺組相比較,腦血流量與神經(jīng)行為學(xué)評(píng)分均有不同程度提高,尤其是針刺頻率為3次/s時(shí),腦血流量和神經(jīng)行為學(xué)評(píng)分的改善最顯著[19]。歐陽鋼等發(fā)現(xiàn)電針治療腦卒中患者療效與不同針刺頻率有關(guān),與2Hz比較,100Hz頻率針刺更能提高其腦血流量,改善腦細(xì)胞功能[20]。這說明針刺的頻率與療效有密切關(guān)系。因此本實(shí)驗(yàn)運(yùn)用不同頻率電針進(jìn)行治療干預(yù),結(jié)果表明2Hz、30Hz、50Hz電針組均能有效地改善AD大鼠學(xué)習(xí)記憶能力,且50Hz電針治療組優(yōu)于30Hz、2Hz電針治療組。透射電鏡下觀察,各組AD大鼠海馬的突觸數(shù)目增加,尤其是50Hz治療組,與AD大鼠行為學(xué)測試結(jié)果基本一致。
本研究說明電針可以明顯改善AD大鼠的空間學(xué)習(xí)能力和記憶水平,高頻電針組治療效果優(yōu)于低頻電針組。高頻電針將較強(qiáng)刺激信號(hào)傳導(dǎo)至大腦,提高大腦血流灌注量,啟動(dòng)機(jī)體的自身調(diào)節(jié)功能,清除腦內(nèi)β樣淀粉樣蛋白,激活Wnt信號(hào)通路,從而使沉默突觸復(fù)蘇和修復(fù)、再生,增加突觸數(shù)目,提高海馬組織的突觸密度,改善AD大鼠的學(xué)習(xí)記憶水平。更多深層次的機(jī)制有待于進(jìn)一步研究。
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Effect of Electroacupuncture with Different Frequencies on Learning and Memory Ability and Synapse in Hippocamp in Rats with Alzheimer's Disease
WANG Ying,LI Wei,ZHANG Kang-kang,WANG Hui,KONG Li-hong
Hubei University of Traditional Chinese Medicine,Wuhan,Hubei 430061,China
Correspondence to KONG Li-hong.E-mail:xiyu1618@sina.com
Abstract:Objective To observe the effect of electroacupuncture with different frequencies on learning and memory ability,synaptic morphology and synaptic density in the hippocampus of Alzheimer's disease rats.Methods Forty-eight healthy Wistar rats were randomly divided into normal group,sham operation group,model group,2Hz,30Hz and 50Hz electroacupuncture groups with 8 cases in each group.The Alzheimer's disease model was established by injecting Aβ1-42into two sides of lateral cerebral ventricle.The sham operation group was injected with normal saline instead.The electroacupuncture groups received electroacupuncture at Baihui(DU20)and Shenshu(BL23)acupoints.The learning and memory ability was evaluated with Morris water maze test,and the morphology and density of synapse were observed by electron microscope.Results Compared with the model group,the latency was shorter,the time of crossing the platform was shorter and the number of crossing the platform was more in the electroacupuncture groups(P<0.01),especially in the 50Hz electroacupuncture group(P<0.01).The number of synapse and the synaptic density were more in the electroacupuncture groups than in the model group(P<0.01),especially in the 50Hz electroacupuncture group(P<0.01).Conclusion Electroacupuncture could improve learning and memory ability and increase synaptic density in rats with Alzheimer's disease,especially with high frequency.
Key words:Alzheimer's disease;electroacupuncture;frequency;learning and memory ability;synaptic density;rats
[中圖分類號(hào)]R749.1
[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A
[文章編號(hào)]1006-9771(2016)06-0635-05
DOI:10.3969/j.issn.1006-9771.2016.06.003
基金項(xiàng)目:國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(No.81373741)。
作者單位:湖北中醫(yī)藥大學(xué),湖北武漢市430061。
作者簡介:王穎(1981-),女,湖南漣源市人,博士研究生,主要研究方向:針灸防治腦病。通訊作者:孔立紅(1960-),女,教授,博士生導(dǎo)師,主要研究方向:針灸防治腦病。E-mail:xiyu1618@sina.com。
收稿日期:(2016-03-28修回日期:2016-05-17)