评估大鼠单侧颈段脊髓半切术后呼吸性膈肌功能的恢复

我们的研究聚焦于呼吸过程中膈肌的神经运动控制。支配膈肌纤维的膈神经运动神经元接收来自脑干的下行兴奋性输入，这种输入主要为同侧支配，因此会因高位颈髓半切（C2SH）而中断。在C2SH之后，同侧膈肌活动会出现自发性恢复，反映了神经可塑性。

一项重要进展是证明了脑源性神经营养因子（BDNF）通过其高亲和力TrkB受体在C2脊髓半切术后膈肌功能恢复中的作用。另一项进展是采用机器学习方法，以促进对多个呼吸周期中膈肌活动的高通量分析。目前缺乏可靠、无偏倚且高通量的技术来评估膈肌神经运动控制的基本要素，这为功能恢复的界定带来了挑战。

当处理未麻醉动物的记录时，这一点尤为重要。我们的颈段脊髓半切术有意保留同侧背柱完整，以尽量减少肢体肌肉功能缺损，但仍会导致膈肌活动丧失。本方案强调在手术时验证膈肌活动的丧失，从而为膈肌功能恢复确立一个明确的起始点。

进一步探讨BDNF TrkB信号在颈段脊髓损伤后膈肌神经运动控制的神经可塑性及功能恢复中的作用。首先，将无菌外科手术器械摆放在手术台上。在膈肌肌电图（EMG）电极植入后约72小时，称量大鼠体重。

在麻醉大鼠之前，将大鼠放入Bowman式笼子中。小心地将从大鼠背部引出的导线连接至前置放大器，以记录双侧膈肌肌电图（EMG）。随后，将麻醉后的大鼠置于俯卧位。

在耳部水平至肩胛骨区域剃除颈部毛发。将大鼠背部暴露的电极导线连接至放大器。用4%葡萄糖酸氯己定和异丙醇交替消毒皮肤三次。

用无菌手术单覆盖大鼠，仅暴露背部上方区域。使用手术刀做一个四厘米长的头尾方向切口。牵开皮肤并剪开斜方肌-肩峰部肌肉。

然后解剖分离菱形肌，暴露脊柱肌。在手术显微镜下，去除 C1 至 C3 节段的脊柱肌。使用咬骨钳小心地在 C2 节段进行椎板切除术，避免损伤主要动脉或神经。切开并移除 C2 节段的硬脑膜。在监测膈肌肌电图（EMG）的同时，将斜面解剖刀插入背根进入脊髓位置稍下方，切开至腹侧表面中点。

随后记录已进行C2脊髓半切术的麻醉大鼠同侧膈肌的正常呼吸EMG活动。使用3-0缝线缝合脊髓部肌肉，然后闭合皮肤切口。为维持水合作用，按每50克动物体重皮下注射1毫升生理盐水。

将大鼠放入带有加热垫的清洁笼子中以恢复。将前置放大器的高通滤波器设置为 100 赫兹，低通滤波器设置为 1,000 赫兹。采集一到两分钟的左右半膈肌 EMG 呼吸平稳记录后，将数据以适当格式保存，以便进一步分析。

一个成功的C2脊髓半切损伤示例显示，在损伤后第3天麻醉状态下，同侧膈肌EMG的正常呼吸活动消失。在清醒状态下，同侧膈肌的EMG呼吸活动较损伤前基线水平降低。而在麻醉和清醒状态下，对侧膈肌的EMG活动均有所增强。