高频超声可检测周围压迫性神经病变后早期缺血引起的神经炎症

《Ultrasound in Medicine & Biology》：High-Frequency Ultrasound Detects Early Ischemia-Induced Neuroinflammation Following Peripheral Compressive Neuropathy

周围神经压迫性神经病涉及缺血和神经炎症，但早期诊断工具有限。本研究通过坐骨神经慢性压迫损伤模型，利用40MHz高频超声评估神经损伤后缺血性炎症和微血管改变。结果显示HFUS能实时检测血流速度和血管密度变化，发现HIF-1α在2小时达峰，IL-1β和TNF-α持续2周表达升高，VEGF在1天达峰，vWF在3-7天达峰，并观察到轴突脱髓鞘和施万细胞重塑。HFUS可作为非侵入性早期诊断工具，动态监测血管密度和炎症指标。

　　

陈淑涵|陈德全|黄志忠|林胜哲|薛远宇

台湾国立成功大学医学院外科系，整形与重建外科

摘要

目的

周围性压迫性神经病变涉及复杂的缺血和炎症反应，但现有的早期诊断工具仍然有限。本研究评估了高频超声（HFUS）在检测坐骨神经压迫后缺血引起的神经炎症和微血管改变方面的应用价值。

方法

在Sprague–Dawley大鼠中建立了慢性压迫损伤（CCI）模型。使用40 MHz的高频超声成像技术纵向评估神经内的灌注情况和血管密度。通过免疫荧光和Western blotting方法，量化损伤后不同时间点坐骨神经组织中缺氧（HIF-1α）、炎症（IL-1β、TNF-α）和血管生成（VEGF、vWF）标志物的表达情况。

结果

高频超声在神经压迫后30分钟内就检测到血流速度和血管密度的立即下降。虽然血流速度在第7天恢复正常，但血管密度在第14天仍保持降低。HIF-1α在2小时内达到峰值，并在第14天恢复到基线水平。IL-1β和TNF-α在1天内上调，并持续2周。VEGF在1天内上调并达到峰值，而vWF的表达则延迟，持续时间为3-7天。观察到轴突脱髓鞘和施万细胞重塑现象，第14天时部分恢复。

结论

高频超声能够敏感、无创地观察周围神经压迫引起的急性血管和炎症反应。这些结果支持其在压迫性神经病变早期诊断和监测中的潜力，为了解缺血、神经炎症和血管重塑的病理生理过程提供了重要线索。

引言

研究表明，缺血和神经炎症在周围性压迫性神经病变中存在关联[1,2]。机械压迫坐骨神经可导致不可逆的感觉运动功能障碍和持续的局部神经炎症，即使解除压迫后也是如此[3]。这种神经炎症表现为背根神经节中与炎症、促凋亡和神经病理性疼痛相关的基因上调[4]。此外，由机械因素引起的术后神经病变也表现出炎症增加，包括小胶质细胞的激活和募集以及细胞因子表达的变化[5]。这些发现表明，炎症机制在术后神经病变中起作用，并可能促进周围性压迫性神经病变中的神经炎症发展[6]。总体而言，周围性压迫性神经病变后的缺血与神经炎症之间的关系涉及炎症通路的激活以及受影响神经中炎症信号的持续存在[7]。

周围神经的机械压迫会破坏血-神经屏障，导致内神经鞘环境中的稳态失衡。这种失衡会导致内神经鞘微血管水平的渗漏，从而增加内神经鞘液压力和内神经鞘水肿。随后，各种炎症细胞（如淋巴细胞、成纤维细胞和巨噬细胞）会渗入[8,9]。超过80%的巨噬细胞在神经损伤后感知到缺氧环境，并增加缺氧诱导因子1-α（HIF-1α）的表达。HIF-1α随后促进巨噬细胞中血管内皮生长因子A（VEGF-A）的表达[10]。该区域的活化免疫细胞释放炎症介质，包括白细胞介素-1β（IL-1β）和肿瘤坏死因子-α（TNF-α），这些介质有助于循环免疫细胞（如中性粒细胞、巨噬细胞和T细胞）的募集。长期的神经炎症可导致局部和远端神经损伤，最终引发广泛的纤维化[11]。

由于高频超声（HFUS）成像具有无创性和高分辨率的特点[12, [13], [14]，它已成为评估周围神经病变（包括免疫介导的多发性神经病变和创伤性周围神经损伤）的有前景的诊断工具[15,16]。研究发现，HFUS在检测周围神经病变方面比磁共振成像（MRI）更准确、更敏感、更具特异性[17]。HFUS成像为治疗决策提供了有价值的信息，能够以高敏感性和特异性检测和描述周围神经病变的情况[18]。特别是，HFUS成像可以识别神经瘤形成、束状肿胀和神经外膜完全断裂等关键特征，这些特征对手术评估具有临床意义。此外，它在评估慢性炎症性神经病变（如慢性炎症性脱髓鞘性多发性神经病变、多灶性运动神经病变和Lewis-Sumner综合征）方面也显示出潜力，能够清晰显示神经的形态[19]。在糖尿病周围神经病变的情况下，HFUS成像在检测胫神经的形态变化（如神经束的横截面积和最大厚度增加）方面非常有效，这对诊断至关重要[20]。此外，HFUS成像还被用于评估周围神经的血流灌注和微血管情况，为研究周围神经系统中的微血管提供了新的途径[21]。然而，目前关于HFUS成像在周围性压迫性神经病变的病理学和分子发病机制研究方面的研究仍然有限。本研究旨在通过HFUS成像来研究和关联缺血引起的神经炎症调节与周围神经血灌注的变化。

慢性压迫损伤动物模型

本研究中使用的动物实验方案和手术程序（如动物饲养和护理）已获得台湾国立成功大学实验室动物中心及机构动物护理和使用委员会（IACUC编号109301）的批准。使用体重250-300克的成年Sprague–Dawley雄性大鼠。所有手术操作均采用无菌措施：手术操作表面用70%乙醇（EtOH）消毒，并使用无菌器械和纱布。平均手术时间为

手术性坐骨神经压迫会破坏血管密度和血流速度

为了研究压迫损伤神经内的微血管动态变化，本研究采用了高频超声（HRUS）。在先前建立的慢性压迫损伤（CCI）模型中[5,22]，对成年大鼠的坐骨神经施加可控的压迫，产生了持续的神经病理性疼痛症状，包括机械性痛觉过敏和轻微的运动障碍。在损伤前，使用高频超声多普勒成像技术观察了神经内的血管情况。

讨论

与传统的彩色多普勒超声成像相比，超快高频超声成像在微血管成像方面表现出出色的能力[27]。然而，市面上的高频超声系统在观察神经内的微血管方面仍面临挑战。所提出的超快高频超声成像技术通过提供详细的血管特性信息，使其在小动物模型研究中具有很高的价值。在本研究中，未使用微气泡造影剂

结论

总之，血管密度和血流速度的变化在周围性压迫性神经病变的发病机制中起着关键作用，对于诊断具有重要意义。先进的成像技术可以检测到这些变化，有助于早期准确诊断并可能改善患者预后。应根据压迫性神经病变的神经缺血程度设计详细的调查，以确定具体的治疗靶点。

利益冲突

作者声明他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。

致谢

本研究得到了国立成功大学医院（NCKUH-10909047和NCKUH-11009010）以及台湾行政院国家科学技术委员会（NSTC 111-2314-B-006-095和NSTC 112-2314-B-006-026-MY3以及NSTC 114-2823-8-006-001）的支持。作者感谢台湾国立成功大学的林陈兴和邱丽玉在动物建模和技术支持方面的协助。

数据可用性声明

数据将在收到合理请求后提供给相应作者。