到底是什么神经支配着人体手臂运动?

35万个从脊髓中产生的轴突的10%是运动神经,用来支配人体上肢运动。在所有的神经中,感觉神经轴突的数量与运动神经轴突数量比例至少为9:1。当远端肢干运动时,只有1700个运动轴突支配着手部运动,所以感觉神经可能发挥更主要的作用。

人体手部的灵活运动来源于运动神经和感觉神经的相互配合相互作用。这种交互性尤其突出的体现在感觉信号通路受损的病人中,导致视觉神经受损的情况下同样肢体无法正常活动。传出神经轴突和传入神经轴突是外周神经主要的两个神经元成分。传入轴突是通过突触传递,能从皮肤感受器将所接受到的信息传递到脊髓和大脑,激活某些脑区而引起感觉。传出神经也叫运动神经,把中枢神经系统的兴奋传到各个器官或外围部分的神经。

脊髓水平上,传入神经和传出神经是分离的,但是一旦脊髓神经形成,二者将会混合在一起。在人体手臂中,多数为双向传递的感觉神经和运动神经混合分布在臂丛神经和末端神经中。

尽管对臂丛神经分支的解剖已经有大量的研究,但对感觉和运动轴突的实际数量和分布知之甚少。尤其,控制人体肌肉的运动神经元数量存在不确定性。这种不确定性来源于运动神经元数量与肌肉控制准确性的关系上。定量化分析运动神经和感觉神经对周围神经的影响一直受到现有技术的限制。

早期的实验包括人体腹侧和脊髓背根水平的分析,使用苏木精,伊红和银染色。后来研究集中在神经纤维的形态学上,测量纤维直径作为唯一的鉴别标准。然而,这种方法并不合适,因为α运动神经元和I型传入纤维将会随着年龄的增加改变,所以只用形态学参数不能完全区分开。为了克服标准形态学参数分析的局限性,研究人员开始将去神经支配术应用在传入神经或传出神经的技术中。但是,去神经支配术只能应用在实验动物中。随后,参考了类似以上实验动物数据的定量分析人类传入神经和传入纤维数量的研究逐渐展开。

组织学技术的最新进展表明,利用乙酰胆碱酯酶活性在分子水平上来区分传出神经和传入神经。结果得出,胆碱乙酰转移酶(ChAT)仅在传出神经中表达。因为只有ChAT浓度很高的运动神经元才能被标记。

根据其他研究,维也纳医学院整形外科Dr Bernhard先生团队现在已经确定了一种多克隆ChAT抗体,在周围神经系统水平上选择性标记运动神经。为了进一步定量分析人上肢的传出神经轴突和传入神经轴突的数量总和,他们在9例心脏跳动器官供者预先确定采集部位的神经标本上应用免疫荧光技术标记ChAT和神经纤维(NF)。

利用奥地利TissueGnostics公司自动定量分析软件计算神经显微(NF)阳性和 (NF和ChAT) 双阳性的总数,通过这种方法我们首次记录了整个臂丛神经及其分支的感觉神经和运动神经轴突数量和比例。此篇文章发表在Annals of Neurology杂志上。


实验部分

利用TissueFax系统具备的通道聚焦功能,可以对AlexaFluor 568标记的NF进行聚焦并拍摄,并通过调节灵敏度阈值水平去除背景。由于样本一小部分轴突存在自发荧光,可以通过短暂的蓝色发射光照射进行漂白,并减少绿色通道的曝光时间,达到去除自发光的同时对绿色通道信号进行保护性采集。

在分析定量方面,利用StrataQuest软件进行定量分析,比较了腹侧脊髓根部(n = 3)的双阳性轴突(ChAT和NF)和单阳性NF轴突的计数,以证明ChAT染色标记存在于所有运动轴突,其差异<1%(0.84±0.045)。

图1:人类脊髓根部免疫荧光染色

E 使用抗ChAT和抗神经纤维(NF)抗体的免疫荧光双重染色,显示脊髓腹侧根的ChAT免疫反应性和;F 缺乏脊髓背根的ChAT免疫反应性。放大的区域(E中的白色矩形)以分离的单个荧光通道呈现,显示G的NF阳性信号和H的ChAT阳性信号的共定位。绿色和红色分别代表异硫氰酸荧光素(ChAT)和德克萨斯红(NF)(由于红色和绿色染色的重叠,ChAT阳性轴突显示为黄色)

图2 从臂丛根部到手腕水平的轴突定量分析数据

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