高强度聚焦超声在糖尿病大鼠模型中阻断神经动作电位的研究

0 次观看7:04 分钟 • August 7th, 2025

从一只已麻醉的糖尿病大鼠开始,该大鼠的痛觉传导坐骨神经已暴露,并预先植入了刺激电极。坐骨神经连接至腓肠肌,记录电极即放置于该肌肉处。

抬起坐骨神经,并将高强度聚焦超声(HIFU)固定器底座置于其下方。

使用连接器将神经固定在固定器槽内,并将 HIFU 换能器安装在其上方。

在固定器的中央孔中加入脱气的耦合液,以利于超声波传播。

通过刺激电极传递电刺激,以触发传递至肌肉的神经动作电位。

记录此基线肌肉信号。

在持续记录的同时,通过换能器将高强度聚焦超声束导向神经。

高强度聚焦超声(HIFU)可诱导机械应力并升高温度,从而暂时阻断动作电位向肌肉的传导,并降低信号强度。

这与疼痛感知的减弱相关,表明高强度聚焦超声(HIFU)在缓解糖尿病性神经痛方面具有潜力。

注射STZ五周后,按照文本方案麻醉大鼠,并对足底进行夹捏测试,然后使用电动剪毛器去除大腿和下背部的毛发。在手术部位的皮肤上涂抹液态碘。随后用酒精棉片擦去液态碘。

使用无菌手术刀在大腿背侧皮肤上做一个切口。用手术剪刀分离皮下组织,并使用皮肤拉钩固定皮肤。

用剪刀小心地沿股骨方向分离肌肉,直至露出埋藏在肌肉中的大腿中部坐骨神经纤维。使用玻璃钩小心地将大腿中部的坐骨神经从周围结缔组织和肌肉中分离出来。然后,使用玻璃钩轻轻提起坐骨神经,通过定制的神经固定装置将其定位至高强度聚焦超声(HIFU)的焦点局部区域,并将其置于装置组件1的凹槽中。

接下来,将组件2旋紧至组件1上。然后使用林格氏液填充组件1的中央孔,以实现超声传播及神经保护。将组件3旋紧至HIFU换能器外壳锥形部分。再通过组件2的四个支脚,将组件3与组件2对接。

将一对针灸针插入坐骨神经起点,另一对插入腓肠肌,然后通过同轴电缆将每对针连接到电生理采集系统。将电生理采集系统的采样率和带宽分别设置为 50 千赫兹和 70 赫兹至 3 千赫兹。随后,在坐骨神经起点处,对刺激电极施加脉宽为 0.1 毫秒的超强刺激。在电生理采集系统中,记录来自记录电极的复合肌肉动作电位(CMAPs),并使用内置放大器放大 CMAPs。

使用商用2.68毫赫兹HIFU换能器抑制糖尿病神经病变大鼠的复合肌肉动作电位(CMAPs)时,将球形锥体、HIFU换能器和锥体盖浸入装有脱气水的水槽中。将HIFU换能器放入球形锥体内,并使用六个头部螺钉将锥体盖固定在球形锥体的顶部开口处。

由于气泡的密度低于水,待球形圆锥中的气泡自然排出后,使用透明的、厚度为0.03毫米的胶带密封圆锥前端的开口。然后将组件3拧到球形圆锥上。最后将带有球形圆锥和组件3的HIFU换能器从脱气水箱中取出。

将组件1小心地插入神经与肌肉之间的间隙中,并将神经置于组件1的凹槽内。为确保神经位于HIFU的焦点范围内,如先前所示,将组件2旋入组件1。将组件3旋入HIFU外壳锥形部分后,通过组件2的四条支腿将组件3与组件2对接,并使用林格氏液填充组件1的中央孔,以利于超声传播及神经保护。

连接函数发生器和射频功率放大器。将功率放大器连接至HIFU换能器,以产生HIFU声束。然后通过功率放大器手动设置函数发生器输出至HIFU换能器的电压。同时设置计时器以测量HIFU照射时间。

HIFU暴露时间结束后,手动关闭信号发生器。在记录复合肌肉动作电位(CMAPs)的同时,通过电生理记录系统传递刺激,并通过HIFU系统将HIFU声束传递至坐骨神经。逐步增加对坐骨神经的HIFU暴露时间,依次为3秒、5秒,然后延长至8秒,直至观察到CMAPs波幅下降或受到抑制。

在施加 HIFU 声束期间,每秒记录一次 CMAP。观察到 CMAP 振幅变化后,关闭 HIFU 系统,并手动点击电生理采集软件上的记录图标,持续记录 CMAP 两小时。在移除神经固定装置组件后,缝合糖尿病大鼠的手术部位,并在初次 HIFU 声刺激后的第 7、14 和 28 天让大鼠恢复。随后,如前所述,在麻醉的糖尿病神经病变大鼠中插入刺激和记录电极,并记录额外的 CMAP。