动眼神经电刺激对健康Beagle犬下斜肌CMAP的影响研究

作者:王旭辉,李世亭,张文川

    作者单位：上海交通大学医学院附属新华医院神经外科， 上海 200092          【摘要】  目的 研究动眼神经电刺激对Beagle犬下斜肌复合动作电位 （CMAP） 的影响，为动眼神经损伤后的电刺激治疗提供依据。 方法 对10只健康雌性Beagle犬行常规开颅，暴露动眼神经海绵窦后段，以不同强度电刺激动眼神经，采集下斜肌CMAP。 结果 随着电刺激强度的递增，下斜肌CMAP峰值逐渐增加。直接刺激动眼神经干的适宜强度为0.9~1.6 V，可使下斜肌CMAP峰值达到500 μV左右。 结论 给予动眼神经一定强度的电刺激，可以在眼外肌上诱发出稳定的动作电位。该结果对动眼神经损伤后的功能重建有潜在的应用价值。

    【关键词】  动眼神经 电生理学 动作电位 Beagle犬

    Influence of electrical stimulation to the oculomotor nerve on compound muscle action potentials

    of the inferior oblique muscle in Beagle dogs

    WANG Xuhui, LI Shiting, ZHANG Wenchuan, et al

    Department of Neurosurgery, Xinhua Hospital, Medical College of Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200092, China

    Abstract:  Objective  To investigate the influence of electrical stimulation to the oculomotor nerve on the compound muscle action potentials (CMAPs) of the inferior oblique muscle in beagle dogs, and provide laboratory evidence for electrical stimulation for treating injured oculomotor nerves.  Methods  The posterior segment of the oculomotor nerve in the cavernous sinus was exposed in 10 beagle dogs after craniotomy, different current intensities were used to the electrical stimulation, and the CMAPs of were recorded.  Results  The amplitude of CMAPs was increased with increase of the stimulation intensity. The peak value of CMAPs in the inferior oblique muscle could reach up to 500 μV based on ideal stimulation intensity form (0.9 to 1.6 V appropriate to the trunk of the oculomotor nerve).  Conclusion  The stable action potentials can be induced from the extraocular muscle when a certain intensity of electrical stimulation is given to the oculomotor nerve, which possesses a potential applied value in functional reconstruction of injured oculomotor nerves.

    Key words:  oculomotor nerve;  electrophysiology;  action potentials;  Beagle canines　　      动眼神经走行于颅底，位置深，行程长，其损伤在临床上很常见，多发生于广泛颅底骨折及累及眼眶、海绵窦和岩斜坡区等部位的肿瘤手术中[1]。迄今为止，动眼神经损伤后的功能重建依旧是临床医师面临的难题[2]。为此，本课题研究组采用之前建立的Beagle犬动眼神经显露模型[3，4]，对动眼神经施加不同参数的电刺激，采集下斜肌肌细胞复合动作电位 （CMAP），旨在描述电刺激动眼神经时的生物学特征，为研究动眼神经损伤后的功能修复提供科学依据。

    1    材料与方法

    1.1    实验动物及主要仪器    雌性成年健康Beagle犬10只 （上海新冈实验动物场提供），年龄2~3岁，体质量12~18 kg，长80~90 cm。Med Lab生物信号处理系统 （南京美易科技公司）；自制铂金丝刺激电极 （保护电极），肌肉针形引导电极；数字计算机，手术显微镜，高速磨钻 （直径0.3 cm），常规开颅手术器械及显微手术器械。

    1.2    手术前后注意事项    实验动物均采用戊巴比妥钠 （30 mg/kg） 腹腔内注射麻醉。保证实验室温度在25 ℃左右，术中注意动物保暖以避免肌颤干扰。术前、术中不用任何肌松剂，以免影响神经、肌肉电信号检测。

    1.3    手术入路与方法

    1.3.1    动眼神经及下斜肌显露：    麻醉犬侧卧，头部向侧方旋转15°~20°，头架固定。常规消毒、铺巾，于耳前缘垂直颧弓方向取长4~5 cm直切口，逐层切开皮肤、皮下组织、颞肌，双极电凝严密止血后，骨膜剥离器分离颞肌，将皮肤、肌肉用牵开器向嘴耳连线两边撑开，高速磨钻于暴露野中央钻孔，咬骨钳将骨窗扩大约2.5 cm × 3.0 cm，小心剪开硬脑膜。随后在显微镜下用一窄小脑压板轻抬梨状叶，即可见海绵窦后段游离于天幕缘的动眼神经 （图1）。

    　　      用尖头刀轻轻划开球结膜，找到下斜肌远端附着于巩膜处，稍微推开周围结膜，将针形电极沿下斜肌纵轴插入，并妥善固定。所有眼外肌中以下斜肌最为粗大，易于暴露，是记录动眼神经所支配的眼外肌放电的理想选择。

    1.3.2    下斜肌放电活动记录：    用铂金丝刺激电极 （保护电极） 在天幕游离缘处钩起动眼神经干，稍微提起，尽量避免神经张力的增加。电极妥善固定于特制支架上，给予动眼神经干不同参数的重复方波电刺激，并采集下斜肌放电活动。测定过程中用温热石蜡油保护神经。

    1.4    电极选择与电刺激动眼神经的实验参数    本研究采用的刺激电极为铂金丝勾状保护电极，其直径为0.3 mm，两铂金丝间距1.5 mm；预实验中证实其性能优于其他材料和形状的电极。所用电刺激强度为0.3~2.0 V，变化范围较广，有利于选择适宜的动眼神经刺激参数。肌肉针形引导电极针尖直径为0.35 mm，其插入长度不应小于0.7 mm，两尖端相距1 mm；尖端需十分锐利，以使对肌肉的损伤达到最小。

    1.5    统计学处理    采用SAS 6.12软件进行统计分析。

 2    结    果

    　 8只 （80%） 动物存活，经过手术后均获得满意的生物电信号，且重复性及稳定性良好。另2只动物死亡，其中1只为海绵窦破裂后未能获得电信号；另1只可能为脑干损伤，于术后2 d死亡。

    利用Med Lab生物信号处理系统对所得图形进行数据处理 （区段测量、窗外频率积分等），得到不同强度电压刺激与下斜肌CMAP的关系 （图2）。随着电刺激强度的递增，下斜肌CMAP峰值逐渐增加。适宜电刺激强度为0.9~1.6 V，可使下斜肌CMAP峰值达到500 μV；此后即使增大刺激强度，动作电位亦无明显变化。

    3    讨    论

    　 由于动眼神经特殊的解剖及形态学特点，在动眼神经功能重建的研究工作中，选择合适的实验动物极为重要。Fernandez等[5]和Seifert等[6]分别建立了实验大鼠、猫的动眼神经显露模型，但由于位置深、操作空间狭窄等原因，很难实现动眼神经的修复。如何在实验动物颅底进行较为方便的外科操作，通过狭窄的手术空间放置相关电极，对动眼神经电生理学研究具有重要意义。本实验以Beagle犬动眼神经为研究对象，该动物体型较大，基本能够满足实验中显微外科操作及刺激电极的置入要求。同时我们认为：动物年龄应为2~3岁，超过3岁的动物因全身器官功能趋于老化而不能耐受手术，而年龄过小则因抵抗力差等特点在预实验中即被排除。

    近年来，国内外一些学者认为：电刺激可以促进周围神经的再生[7]。但关于电刺激促进脑神经再生的研究尚未见报道，有关动眼神经的相关电生理学研究亦未见报道。目前国外关于颅内刺激监测动眼神经技术的报告中，大多通过记录眼外肌肌电图来反映动眼神经的功能[8]。适宜刺激参数一直是周围神经电生理监测的难题之一，不同电刺激参数适用于不同的外周神经，对神经再生可产生不同的效果。Med Lab生物信号处理系统能够提供恒压电刺激，本实验采用该系统，以不同参数的重复方波对动眼神经干进行刺激。

    为准确获取生物电信号，动物实验室需具备良好的接地条件。实验动物的良好接地非常重要，并应尽量避免外界交流干扰和刺激伪迹的影响。为此，可在游离的动眼神经与颅骨之间放一小脑棉，用小头吸引器 （直径1.0 mm） 将神经周围的血或脑脊液不断吸除。在电信号测定时应尽量避免高频电凝器的使用和手术野的冲洗，以减少记录电信号的失真。另外，对于电极也有一些特殊要求。本研究采用的刺激电极 （保护电极） 末端呈小弯形勾状，具有保护作用，既避免了钩起动眼神经时因电极操作影响动眼神经的功能，又避免了刺激时动眼神经干的滑落。肌肉针形引导电极远端应位于较高平面，避免肌肉渗血导致短路，这可通过适当调整眼球方向实现。经严格多方位单点接地及选择合适的电极，带通采用放大倍数5 000，上限频率10 000 Hz，下限频率80 Hz的记录模式后，本组动物可采集到理想的生物电信号 （图3）。

    　　      本实验通过电刺激动眼神经时采集下斜肌CMAP，对健康Beagle犬动眼神经电生理特征进行了初步研究。其意义在于：选择适宜的动眼神经生理性电刺激各项参数；探讨电生理学变化与神经功能评价的关系，指导动眼神经损伤后的功能重建；为术中动眼神经电生理监测奠定基础，以最大限度地减少动眼神经及其功能损伤，降低手术并发症。

【参考文献】  Influence of electrical stimulation to the oculomotor nerve on compound muscle action potentials

of the inferior oblique muscle in Beagle dogs

WANG Xuhui, LI Shiting, ZHANG Wenchuan, et al

Department of Neurosurgery, Xinhua Hospital, Medical College of Shanghai Jiaotong University, Shanghai 200092, China

Abstract: Objective To investigate the influence of electrical stimulation to the oculomotor nerve on the compound muscle action potentials (CMAPs) of the inferior oblique muscle in beagle dogs, and provide laboratory evidence for electrical stimulation for treating injured oculomotor nerves. Methods The posterior segment of the oculomotor nerve in the cavernous sinus was exposed in 10 beagle dogs after craniotomy, different current intensities were used to the electrical stimulation, and the CMAPs of were recorded. Results The amplitude of CMAPs was increased with increase of the stimulation intensity. The peak value of CMAPs in the inferior oblique muscle could reach up to 500 μV based on ideal stimulation intensity form (0.9 to 1.6 V appropriate to the trunk of the oculomotor nerve). Conclusion The stable action potentials can be induced from the extraocular muscle when a certain intensity of electrical stimulation is given to the oculomotor nerve, which possesses a potential applied value in functional reconstruction of injured oculomotor nerves.

Key words: oculomotor nerve; electrophysiology; action potentials; Beagle canines　　 动眼神经走行于颅底，位置深，行程长，其损伤在临床上很常见，多发生于广泛颅底骨折及累及眼眶、海绵窦和岩斜坡区等部位的肿瘤手术中[1]。迄今为止，动眼神经损伤后的功能重建依旧是临床医师面临的难题[2]。为此，本课题研究组采用之前建立的Beagle犬动眼神经显露模型[3，4]，对动眼神经施加不同参数的电刺激，采集下斜肌肌细胞复合动作电位 （CMAP），旨在描述电刺激动眼神经时的生物学特征，为研究动眼神经损伤后的功能修复提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 实验动物及主要仪器 雌性成年健康Beagle犬10只 （上海新冈实验动物场提供），年龄2~3岁，体质量12~18 kg，长80~90 cm。Med Lab生物信号处理系统 （南京美易科技公司）；自制铂金丝刺激电极 （保护电极），肌肉针形引导电极；数字计算机，手术显微镜，高速磨钻 （直径0.3 cm），常规开颅手术器械及显微手术器械。

  1.2 手术前后注意事项 实验动物均采用戊巴比妥钠 （30 mg/kg） 腹腔内注射麻醉。保证实验室温度在25 ℃左右，术中注意动物保暖以避免肌颤干扰。术前、术中不用任何肌松剂，以免影响神经、肌肉电信号检测。

    1.3 手术入路与方法

    1.3.1 动眼神经及下斜肌显露： 麻醉犬侧卧，头部向侧方旋转15°~20°，头架固定。常规消毒、铺巾，于耳前缘垂直颧弓方向取长4~5 cm直切口，逐层切开皮肤、皮下组织、颞肌，双极电凝严密止血后，骨膜剥离器分离颞肌，将皮肤、肌肉用牵开器向嘴耳连线两边撑开，高速磨钻于暴露野中央钻孔，咬骨钳将骨窗扩大约2.5 cm × 3.0 cm，小心剪开硬脑膜。随后在显微镜下用一窄小脑压板轻抬梨状叶，即可见海绵窦后段游离于天幕缘的动眼神经 （图1）。

　　 用尖头刀轻轻划开球结膜，找到下斜肌远端附着于巩膜处，稍微推开周围结膜，将针形电极沿下斜肌纵轴插入，并妥善固定。所有眼外肌中以下斜肌最为粗大，易于暴露，是记录动眼神经所支配的眼外肌放电的理想选择。

   1.3.2 下斜肌放电活动记录： 用铂金丝刺激电极 （保护电极） 在天幕游离缘处钩起动眼神经干，稍微提起，尽量避免神经张力的增加。电极妥善固定于特制支架上，给予动眼神经干不同参数的重复方波电刺激，并采集下斜肌放电活动。测定过程中用温热石蜡油保护神经。

   1.4 电极选择与电刺激动眼神经的实验参数 本研究采用的刺激电极为铂金丝勾状保护电极，其直径为0.3 mm，两铂金丝间距1.5 mm；预实验中证实其性能优于其他材料和形状的电极。所用电刺激强度为0.3~2.0 V，变化范围较广，有利于选择适宜的动眼神经刺激参数。肌肉针形引导电极针尖直径为0.35 mm，其插入长度不应小于0.7 mm，两尖端相距1 mm；尖端需十分锐利，以使对肌肉的损伤达到最小。

   1.5 统计学处理 采用SAS 6.12软件进行统计分析。

   2 结 果

　 8只 （80%） 动物存活，经过手术后均获得满意的生物电信号，且重复性及稳定性良好。另2只动物死亡，其中1只为海绵窦破裂后未能获得电信号；另1只可能为脑干损伤，于术后2 d死亡。

利用Med Lab生物信号处理系统对所得图形进行数据处理 （区段测量、窗外频率积分等），得到不同强度电压刺激与下斜肌CMAP的关系 （图2）。随着电刺激强度的递增，下斜肌CMAP峰值逐渐增加。适宜电刺激强度为0.9~1.6 V，可使下斜肌CMAP峰值达到500 μV；此后即使增大刺激强度，动作电位亦无明显变化。

   3 讨 论

　 由于动眼神经特殊的解剖及形态学特点，在动眼神经功能重建的研究工作中，选择合适的实验动物极为重要。Fernandez等[5]和Seifert等[6]分别建立了实验大鼠、猫的动眼神经显露模型，但由于位置深、操作空间狭窄等原因，很难实现动眼神经的修复。如何在实验动物颅底进行较为方便的外科操作，通过狭窄的手术空间放置相关电极，对动眼神经电生理学研究具有重要意义。本实验以Beagle犬动眼神经为研究对象，该动物体型较大，基本能够满足实验中显微外科操作及刺激电极的置入要求。同时我们认为：动物年龄应为2~3岁，超过3岁的动物因全身器官功能趋于老化而不能耐受手术，而年龄过小则因抵抗力差等特点在预实验中即被排除。

    近年来，国内外一些学者认为：电刺激可以促进周围神经的再生[7]。但关于电刺激促进脑神经再生的研究尚未见报道，有关动眼神经的相关电生理学研究亦未见报道。目前国外关于颅内刺激监测动眼神经技术的报告中，大多通过记录眼外肌肌电图来反映动眼神经的功能[8]。适宜刺激参数一直是周围神经电生理监测的难题之一，不同电刺激参数适用于不同的外周神经，对神经再生可产生不同的效果。Med Lab生物信号处理系统能够提供恒压电刺激，本实验采用该系统，以不同参数的重复方波对动眼神经干进行刺激。

    为准确获取生物电信号，动物实验室需具备良好的接地条件。实验动物的良好接地非常重要，并应尽量避免外界交流干扰和刺激伪迹的影响。为此，可在游离的动眼神经与颅骨之间放一小脑棉，用小头吸引器 （直径1.0 mm） 将神经周围的血或脑脊液不断吸除。在电信号测定时应尽量避免高频电凝器的使用和手术野的冲洗，以减少记录电信号的失真。另外，对于电极也有一些特殊要求。本研究采用的刺激电极 （保护电极） 末端呈小弯形勾状，具有保护作用，既避免了钩起动眼神经时因电极操作影响动眼神经的功能，又避免了刺激时动眼神经干的滑落。肌肉针形引导电极远端应位于较高平面，避免肌肉渗血导致短路，这可通过适当调整眼球方向实现。经严格多方位单点接地及选择合适的电极，带通采用放大倍数5 000，上限频率10 000 Hz，下限频率80 Hz的记录模式后，本组动物可采集到理想的生物电信号 （图3）。

　　本实验通过电刺激动眼神经时采集下斜肌CMAP，对健康Beagle犬动眼神经电生理特征进行了初步研究。其意义在于：选择适宜的动眼神经生理性电刺激各项参数；探讨电生理学变化与神经功能评价的关系，指导动眼神经损伤后的功能重建；为术中动眼神经电生理监测奠定基础，以最大限度地减少动眼神经及其功能损伤，降低手术并发症。