不同参数的重复经颅磁刺激对大鼠血清脑源性神经营养因子的影响

董国英 陈 霞 周先举 王林晓

南京医科大学附属常州市第二人民医院神经疾病研究室，江苏常州 213003

重复经颅磁刺激（rTMS）作为一项无痛无创、安全有效且操作简便的诊断和治疗方法，在神经精神领域具有广阔的应用前景［1-3］。rTMS 作用效果受刺激线圈、方向、部位、强度、频率等多种因素影响，不同刺激参数可对皮层产生兴奋或抑制作用，进而使大脑内部发生可塑性变化［4-6］。然而，目前分子机制尚不完全清楚，有待进一步研究。脑源性神经营养因子（BDNF）作为神经营养因子家族成员之一，在促进突触可塑性、神经元网络重构和神经元存活中发挥重要的作用［7-9］。在2000 年，Muller 等［10］发现长期rTMS 导致脑内BDNF表达上调，从而促进神经保护，揭示BDNF 可能是rTMS发挥突触可塑性和神经元成活的重要中介［11-12］。本研究旨在研究低频1 Hz rTMS、高频10 Hz rTMS 和间断θ 节律性刺激（iTBS）3 种模式的rTMS 在不同刺激强度下对BDNF 的影响，为rTMS 的基础研究和临床治疗的方案选择提供参考。

1 材料与方法

1.1 实验动物

健康雄性Sprague-Dawley（SD）大鼠54 只，体重250～270 g，由江苏卡文斯实验动物中心（合格证号：201710466，生产许可证：SCXK（苏）2016-0010）。实验前，将动物置于实验环境适应3 d。本研究所有实验均经过南京医科大学动物保护和伦理委员会（IACUC）批准。

1.2 主要仪器设备

磁场刺激仪（型号：CCY-Ⅳ）由武汉依瑞德医疗设备有限公司生产，最高刺激频率为100 Hz，圆形刺激线圈直径为6 cm。

1.3 主要试剂

大鼠BDNF 酶联免疫吸附试验（ELISA）试剂盒（Thermo，美国，REF：ERBDNF，LOT：0750040317，生产批号：25042016）。

1.4 方法

SD 大鼠根据rTMS 模式分为三组，分别是Sham 组（18 只）、1 Hz rTMS 组（12 只）、10 Hz rTMS 组（12 只）和iTBS 组（12 只）。具体参数见表1。每一组根据测得rMT（机器最大输出的25%），分为Sham 组（6 只）、低强度组（80% rMT，机器最大输出的20%，6 只）和高强度组（120% rMT，机器最大输出的30%，6 只）。根据分组，将SD 大鼠固定于自制固定罩（目前正在申请专利中）内暴露鼠脑，线圈平行置于大鼠头部上方［13］。Sham 组大鼠进行同样操作，但将刺激线圈垂直放置，使大鼠受到同样的束缚，听到同样的刺激声音但不会受到刺激，从而避免容器束缚和刺激声音对实验结果的影响。rTMS 实验操作持续进行5 d，第5 天刺激结束后眼眶取血进行ELISA 检测。

表1 不同模式rTMS 的参数设定（n=6）

1.5 统计学方法

采用SPSS 19.0 对所有数据进行统计分析，计量资料以均数±标准差（±s）表示，多组间比较采用单因素方差分析，两两比较采用q 检验。以P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 不同刺激强度1 Hz rTMS 对大鼠血清BDNF 水平比较

低强度1 Hz rTMS 组BNDF 水平显著高于Sham组，差异有统计学意义（P＜0.05）。高强度1 Hz rTMS组与Sham 组比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。见图1。

图1 不同刺激强度1 Hz rTMS 大鼠血清脑源性神经营养因子比较

2.2 不同刺激强度10 Hz rTMS 大鼠血清BDNF 比较

Sham 组、低强度10 Hz rTMS 组和高强度10 Hz rTMS 组BDNF 水平比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。见图2。

图2 不同刺激强度10 Hz rTMS 大鼠血清脑源性神经营养因子比较

2.3 不同强度iTBS 大鼠血清BDNF 比较

高强度iTBS 组血清中BNDF 表达明显低于Sham 组，差异有统计学意义（P＜0.05）。而低强度iTBS 组与Sham 组比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。见图3。

图3 不同刺激强度iTBS 大鼠血清脑源性神经营养因子比较

3 讨论

不同刺激参数如频率和强度对临床治疗至关重要，目前临床rTMS 的方案确定仍没有统一标准。临床治疗在确定rTMS 强度时，80%～120% rMT 都是被普遍认可的安全有效范围［1］。然而，正常范围内的强度选择也很可能导致治疗效果的差异。除rTMS 对象自身敏感性外，刺激强度是影响rTMS 效果的重要因素。rTMS 刺进强度的选择应与频率模式的设定相适应。有研究发现高频rTMS，尤其是iTBS 在实施过程中强度不宜设置过高［14-17］。对于高频的刺激，即使是短促且间歇性的iTBS 可能也会导致治疗反效果，尤其是针对某些脑创伤性患者。因此，临床上rTMS 长期实施往往偏向选择低强度的治疗方案［18］。

为了进一步确定强度对rTMS 治疗效果的影响，本研究选取正常刺激强度范围的最低值（80% rMT）和最高值（120% rMT）分别进行3 种模式的rTMS 干预。鉴于BDNF 已被证实是rTMS 发挥神经保护和改善认知作用的重要介质［19-21］，本研究应用ELISA 检测BDNF 的表达变化来评估rTMS 的效果。研究结果显示，高强度iTBS 组大鼠BDNF 表达显著降低，而高强度10 Hz rTMS 组和高强度1 Hz rTMS 组BDNF 均未受影响。在低强度干预条件下，低强度1 Hz rTMS 组大鼠BDNF 水平显著升高，而低强度10 Hz rTMS 组和低强度iTBS 组并无明显变化。本研究证实了强度选择与频率模式的密切关系，为rTMS 的临床应用提供了新线索。