氯化镁促进大鼠坐骨神经损伤修复的实验研究

李明　宋永周　曹舒兴　李身泰　李秋童　马维



氯化镁促进大鼠坐骨神经损伤修复的实验研究

李明宋永周曹舒兴李身泰李秋童马维

目的研究氯化镁是否对大鼠坐骨神经损伤修复具有促进作用。方法将60只SD大鼠随机分为3组，每组20只。制作1 cm坐骨神经缺损模型，分别以硅胶管桥接坐骨神经缺损，构成神经再生室。根据神经再生室中所注入介质不同分为：氯化镁组(MgCl2组)，神经生长因子组(nerve growth factor，NGF组)，0.9%氯化钠溶液组(control group，对照组)。于术后1、2、4、8周观察大鼠下肢溃疡、肌电图变化情况。并于12周测量大鼠小腿三头肌湿重。结果术后8周时，NGF组和MgCl2组的大鼠术侧后肢肌肉萎缩有不同程度恢复，僵直度有所减少，肢体及足趾伸展角度增大，而对照组的大鼠后肢肌肉萎缩无明显恢复。12周时，NGF组和氯化镁组大鼠的术侧肢肌肉外观饱满，僵直度进一步降低。而0.9%氯化钠溶液组大鼠术侧肢体僵硬度降低不明显。术后4周，2个实验组神经传导速度较对照组恢复较快，直到术后12周，仍保持较快的恢复速度，与对照组相比，差异有统计学意义(P<0.05)。其中NGF组恢复最快，但和MgCl2组差异无统计学意义(P>0.05)。于术后12周处死动物，取双侧小腿三头肌进行称重，发现2个实验组三头肌湿重较对照组有显著恢复。NGF组恢复最快，但和MgCl2组差异无统计学意义(P>0.05)。MgCl2和NGF同样具有促进神经损伤修复的作用，其各项结果差异无统计学意义(P>0.05)。结论氯化镁可促进大鼠坐骨神经损伤修复。

氯化镁;神经修复;神经生长因子;坐骨神经损伤

周围神经损伤占全身创伤的3%～10%[1]，具有致残率高，治疗费用高等特点。寻找一种价格低廉，应用安全的促神经修复的药物，对于降低医疗费用，减轻患者经济负担，具有非常有益的作用。文献报道：氯化镁具有促进脊髓损伤修复的作用[2]。而且在临床上广泛应用，毒副作用较小。如果能够证实氯化镁能够促进周围神经损伤的修复，今后在修复手术及术后用药的选择上，将又多一个有益的选择。本实验通过制作大鼠坐骨神经缺损模型，用神经再生室桥接缺损区域，构成神经再生室，将氯化镁溶液注入再生室中，通过观察大鼠术后肌电图及小腿三头肌湿重的变化，验证氯化镁是否对周围神经损伤修复具有促进作用。

1　材料与方法

1.1试验材料将60只雄性SD大鼠(280～300 g，购于河北医科大学实验动物中心)，随机分为3组，每组20只。以10%水合氯醛对其进行腹腔内注射麻醉，剂量3.5 ml/kg。取大鼠左大腿后部正中切口,显露梨状肌下缘至胫腓分叉处的坐骨神经段，切除 6 mm 长的坐骨神经，待其自然回缩，形成约1 cm 神经缺损。分别以内径1.5 mm硅胶管套入断端，分别约2 mm，桥接坐骨神经缺损，以9-0无创缝线做神经外膜固定，构成神经再生室。分别将1 mmol/L的氯化镁溶液(河北医科大学药理实验室配)、鼠神经生长因子(舒泰神北京药业有限公司生产)、0.9%氯化钠溶液各0.02 ml，以微型注射器注入神经再生室。分别标为：A组：氯化镁组(MgCl2)，B组：神经生长因子组(Nerve growth factor，NGF)，C组：0.9%氯化钠溶液组(control group)。将3组大鼠标记，分笼饲养。

1.2观察指标分别于术后1、2、4、8周观察大鼠后肢溃疡情况及僵硬程度的改变，并检测神经传导速度，于术后12周，在测完上述指标后，处死动物，测量大鼠三头肌湿重。

1.3统计学分析应用SPSS 11.0统计软件，对组内数据利用方差分析进行统计学处理，2组间比较采用Q检验进行两两比较分析，P<0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1大体观察术后1周所有大鼠的术侧后肢的皮肤均有不同程度红肿，术后2周开始出现溃疡面，术后4周时溃疡面愈合，局部出现不同程度的肌肉萎缩， 8周，大鼠术侧后肢的肌肉萎缩有不同程度恢复，B组和A组恢复较好，僵直度有所减少，肢体及足趾伸展角度增大，而C组恢复较差。12周时，B组和A组大鼠的术侧肢肌肉外观饱满，僵直度进一步降低。而C组恢复较差，僵硬度降低不明显。

2.2坐骨神经传导速度测定术后2周，3组神经传导速度未测出。于术后4周，2个实验组神经传导速度较C组恢复较快，直到术后12周，仍保持较快的恢复速度，与C组相比，差异有统计学意义(P<0.05)。其中B组恢复最快，但和A组差异无统计学意义(P>0.05)。见表1，图1。

2.3小腿三头肌湿重的测定于术后12周处死动物，取双侧小腿三头肌进行称重，发现2个实验组三头肌湿重较C组有显著恢复，B组恢复最快；但和A组比较差异无统计学意义(P>0.05)。见表2，图2。

术后时间(周)A组B组C组10002000415.13±0.6415.74±0.3811.76±0.37830.13±0.7132.83±0.7711.85±0.851239.12±0.79*43.32±0.94*25.57±0.98

注：与C组比较,*P<0.05

位置A组B组C组患侧1.55±0.26*1.55±0.21*1.17±0.20健侧2.68±0.31*2.79±0.31*2.70±0.33

注：与C组比较,*P<0.05

图1　3组术后不同时间大鼠坐骨神经传导速度

图2　术后不同时间大鼠小腿三头湿重

3　讨论

周围神经损伤对患者肢体功能影响极大，恢复效果多不满意。给社会和患者本人带来极大的经济负担。据文献报道：全球每年发生1百万例周围神经损伤[3]。仅在美国，每年花费约1.50亿美金用于治疗神经损伤[4]。

神经缺损和供体有限是神经损伤修复的难点之一。临床上曾经采用自体或同种异体神经修复神经缺损，获得了满意的效果。但是采用自体神经修复，所取用的区域有限，并且其所取神经的支配区域的存在功能障碍。而同种异体神经移植也存在供区有限，价格较贵，要求严格的检疫和资质，限制了临床应用。Bertleff 等[5]利用神经导管修复2 cm的神经缺损，发现其和同种异体神经修复的效果相似。2007年在欧洲、美国、加拿大等全世界范围应用神经导管修复周围神经损伤病例超过5 000例，获得了广泛的应用，随访效果肯定。但是，文献报道：神经导管不建议应用于直径>2 mm和长度大于3 cm的神经缺损[6]。所以我们选择大鼠的1 cm坐骨神经缺损模型进行神经再生室的研究。对于神经损伤的修复，所能获得的临床效果关键取决于以下几点：神经损伤的长度、神经损伤的类型，伤后修复的时间，断端的吻合方式，全身和局部应用药物防治再灌注损伤及促神经轴突生长等。在这些方法中，应用促进神经生长的药物，是促进神经康复的重要治疗手段。在同等条件下，全身或局部应用促神经生长的药物可促进神经恢复。目前临床应用的促神经生长的药物都价格昂贵，在许多地区和基层医院应用受限。因此，临床工作者一直在寻求一种效果肯定，价格低的药物。

MgCl2作为长期临床应用的抗子痫药物，其价格低廉，安全性较高。镁离子是维持细胞正常功能的重要离子，在神经细胞受伤后，一方面，镁离子含量下降，细胞膜钠离子内流增加，造成细胞水肿，凋亡。另一方面，创伤激活N-甲基-D-天门冬氨酸(NMDA)受体，损害神经元细胞。补充镁离子，可以减少钠离子内流，减轻细胞水肿，改善神经细胞功能。镁离子是NMDA受体的非竞争性拮抗剂。在创伤后，予以补充镁离子，可拮抗兴奋性氨基酸的神经毒作用。近来的很多研究发现，其还具有抗氧化应激作用，稳定细胞膜的作用。文献报道，氯化镁还具有促进脊髓恢复的功能。目前，关于镁离子对神经系统的保护作用多集中于颅脑损伤及脊髓损伤上，对外周神经研究的较少[2]。本文旨在探讨氯化镁是否具有促进周围神经损伤的作用。

首要问题就是采用多大浓度的镁离子作用于局部，可以获得实验效果，研究表明，镁离子对体外培养的大脑神经元具有保护作用，但其结果显示，并不是镁离子的浓度越高，对神经细胞的保护作用越好。相反，浓度过高，镁离子对神经的保护作用反而降低。其机制可能是镁离子的浓度过高对钙离子通道的抑制作用，使其对神经细胞的保护作用降低。说明镁离子的保护作用并不是浓度依赖性的[7]。鄢开胜等[8]发现，对体外培养的螺旋神经节细胞预先给予1 mmol/L的MgCl2能增加暴露于谷氨酸的螺旋神经节细胞的存活率，还能抑制谷氨酸引起的螺旋神经节细胞内游离钙增加的效应，对螺旋神经节细胞损伤发挥保护作用。因此，我们实验中选用该浓度的氯化镁溶液，实验结果证实该浓度氯化镁溶液确实能够对神经生长起到促进作用，与文献报道一致。

神经再生室能桥接神经断端，形成局部神经生长的微环境。用于构建神经再生室的材料种类繁多，各具特点。对于羊膜等可吸收及具有生物功能的再生室，其作用可能混淆再生室中所使用药物的作用。根据本次实验目的，神经断端的微环境需要相对封闭，构成神经再生室的材料通透性低，与外界体液交换较少。并且具有良好的生物相容性，可以抵抗周围肌肉的挤压。硅胶管具有无毒，安全，具有一定力学强度，通透性低的优点。早在1982年，硅胶管就应用于修复大鼠坐骨神经6 mm缺损[9]。本实验选取其构建神经再生室可以达到本次实验目的。

实验中发现：造模后，由于坐骨神经损伤，3组大鼠的术侧肢体出现了足部僵硬及溃疡。在最初2周，各组大鼠的足部僵硬度和溃疡及神经传导速度的恢复均无明显差异，证明在最初2周，神经轴突尚未生长连续。与以往文献报道大鼠神经修复速度[10]相符合。

临床研究证实：局部应用神经生长因子可以促进神经损伤的修复，疗效肯定[11]。本实验选取NGF作为参考对照，评价MgCl2组的神经修复效果。神经伤后的电生理检查可以区分急性损伤和慢性损伤。也可以帮助确认受损纤维的损伤类型，可以提供电位变化的数值，因此其成为实验中监测神经恢复的重要指标之一[12]。实验中在所测MgCl2组的大鼠的神经传导速度恢复较对照组明显增快。虽然低于NGF组，但无统计学差异。此结果显示：局部应用MgCl2与NGF对神经损伤的促进恢复效果相似。靶器官的恢复，也是神经恢复的一个重要指标。神经损伤后，肌肉萎缩发生在运动终板处。如果再生发生，那么所有新生及残存运动终板再次被激活。尽管肌肉已经纤维化和退变，它可以保留18个月的可恢复性[13]。多数关于坐骨神经损伤的实验结果评价通过测量小腿三头肌的湿重，可以间接反应神经恢复的质量。本次实验发现神经生长因子组及氯化镁组的大鼠三头肌重量和恢复速度明显高于对照组。但此两组之间无统计学差异。以上结果均表明氯化镁具有促周围神经修复的作用。

通过本次实验，我们发现了氯化镁具有促神经生长的作用，但机制尚不明确。根据查阅文献，可能是其通过细胞凋亡蛋白酶-3(Caspase-3)通路来减少细胞凋亡，从而发挥其促进轴突细胞生长的作用[14]。我们将针对这些问题进一步加以研究。

1Noble J,Munro CA,Prasad VS,et al.Analysis of upper and lower extremity peripheral nerve injuries in a population of patients with multiple injuries. J Trauma,1998,45:116-122.

2Lee JH, Roy J, Sohn HM, et al. Magnesium in a polyethylene glycol formulation provides neuroprotection after unilateral cervical spinal cord injury. Spine (Phila Pa 1976),2010,35:2041-2048.

3Daly W,Yao L,Zeugolis D,et al.A biomaterials approach to peripheral nerve regeneration: bridging the peripheral nerve gap and enhancing functional recovery.J R Soc Interface,2012,9:202-221.

4Taylor CA,Braza D,Rice JB,et al.The incidence of peripheral nerve injury in extremity trauma. Am J Phys Med Rehabil,2008,87:381-385.

5Bertleff MJ, Meek MF, Nicolai JP. A prospective clinical evaluation of biodegradable neurolac nerve guides for sensory nerve repair in the hand. J Hand Surg Am,2005,30:513-518.

6Sachanandani NF, Pothula A, Tung TH. Nerve gaps. Plast Reconstr Surg,2014,133:313-319.

7Konrad M, Weber S. Recent advances in molecular genetics of hereditary magnesium-losing disorders. J Am Soc Nephrol,2003,14:249-260.

8鄢开胜, 薛秋红, 张佳华,等. 镁离子对谷氨酸诱发的螺旋神经节细胞损伤的保护作用.中华医学杂志,2006,86:1572-1574.

9Lundborg G,Gelberman RH,Longo FM,et al.In vivo regeneration of cut nerves encased in silicone tubes: growth across a six-millimeter gap.J Neuropathol Exp Neurol,1982,41:412-422.

10Mohler LR, Hanel DP.Closed fractures complicated by peripheral nerve injury. J Am Acad Orthop Surg,2006,14:32-37.

11张婧, 丁文龙. 神经营养因子在神经损伤修复中的作用机制. 神经解剖学杂志,2014,30:709-714.

12Strandberg EJ, Mozaffar T, Gupta R. The role of neurodiagnostic studies in nerve injuries and other orthopedic disorders. J Hand Surg Am,2007,32:1280-1290.

13Atkins S, Smith KG, Loescher AR, et al. Scarring impedes regeneration at sites of peripheral nerve repair. Neuroreport,2006,17:1245-1249.

14Solaroglu I,Kaptanoglu E,Okutan O,et al.Magnesium sulfate treatment decreases caspase-3 activity after experimental spinal cord injury in rats. Surg Neurol,2005,64:S17-21.

An experimental study of the effects of magnesium chloride on the renovation of sciatic nerve injury in rats

LIMing,SONGYongzhou,CAOShuxing,etal.

DepartmentofOrthopedics,TheSecondHospitalofHebeiMedicalUniversity,Shijiazhuang050000,China

ObjectiveTo investigate the effects of magnesium chloride on the renovation of sciatic nerve injury in rats.MethodsSixty SD rats were randomly divided into 3 groups, with 20 rats in each group. The rat models of sciatic nerve defect (1cm) were established by bridging sciatic nerve defect with silica gel tube to set up a nerve regeneration chamber (NRC). According to the different mediums that was infused into NRC, the rats were divided into 3 groups: magnesium chloride group (MgCl2group),nerve growth factor group (NGF group) and physiological saline group (control group).The changes of lower limb ulcer and electromyogram on 1w, 2w, 4w, 8w after operation were observed respectively, moreover, the wet weight of musculus triceps surae was measured on 12w after operation.ResultsOn 8w after operation, the muscular atrophy in NGF group and MgCl2group was recovered at some extent, the stiffness degree was decreased at some extent, and the extension angle of limbs and digiti pedis was increased, however, the muscular atrophy in muscle of posterior limb in control group was not obviously recovered. On 12w after operation, the muscles of rats’hind legs in NGF group and MgCl2group were well stacked and the stiffness degree was decreased further,however, the stiffness degree in control group was not obviously decreased.On 4w after operation,the recovery of nerve conductive velocity in experimental group was better than that in control group untill 12 weeks,as compared with that in control group (P<0.05). On 12w after operation,the wet weight of musculus triceps surae in experimental group was significantly recovered,as compared with that in control group in which the recovery speed in NGFgroup was the fastest,but there was no significant difference between NGF group and MgCl2group (P>0.05). Both MgCI2and NGF could promote the repair process of nerve injury, there were no significant differences in all the indexes between MgCl2and NGF,however,both of them were superior to control group.ConclusionMagnesium chloride is able to promote repairing of sciatic nerve injury in rats.

magnesium chloride; neural restoration; nerve growth factor; sciatic nerve injury

050000石家庄市，河北医科大学第二医院骨科

马维，050000石家庄市，河北医科大学第二医院骨科；

E-mail：15803210539@163.com

R 745.4

A

1002-7386(2016)16-2440-04

2016-03-28)

doi:10.3969/j.issn.1002-7386.2016.16.011

项目来源：河北省医学科学研究重点课题(编号:ZL20140291)