一种用于训练脊髓损伤大鼠的PNF运动跑台及运动训练方法

一种用于训练脊髓损伤大鼠的pnf运动跑台及运动训练方法
技术领域
1.本发明涉及一种用于训练脊髓损伤大鼠的pnf运动跑台及运动训练方法，属于脊髓损伤大鼠康复运动领域。


背景技术：

2.脊髓损伤可造成严重的后果，轻则运动障碍，重则全身瘫痪，后期的继发性损伤及并发症会增加死亡率以及康复的难度，使患者丧失对生活的信心。采用脊髓损伤实验动物研究其生物学效应及机制成为脊髓损伤康复研究的重要手段和内容。大鼠是制作脊髓损伤模型及运动训练的理想实验动物，众多脊髓损伤及康复训练研究均采用大鼠。脊髓损伤后，大鼠双后肢呈迟缓瘫痪，在损伤的早期，双下肢拖曳行走，后期双下肢出现痉挛，异常运动模式和姿势形成，如不干预，会加重痉挛，导致挛缩的发生，肢体产生废用性萎缩，增加骨折发生的可能性，对于后期大鼠的承重带来困难。
3.在以往的传统大鼠应用的跑台中，主要针对大鼠进行单一的步行训练，如减重步行训练、前肢运动训练或者后肢运动训练。并且对于脊髓损伤的初期与后期，大鼠不同的状态时，跑台设计没有针对性。
4.其中减重步行训练或前肢训练是将大鼠悬吊，前肢置于跑台上，双后肢拖曳行走，导致大鼠脚背处皮肤因与转动的跑台摩擦而产生损伤，增加了大鼠啃咬的几率，双下肢拖曳，操作者为实现双下肢运动，往往采用电尾或者针刺尾部从而促进大鼠的下肢运动。
5.后肢运动训练主要是单一的对大鼠的后肢进行主动或者被动的训练，如授权公告号为cn201577398u的中国专利公开了一种脊髓损伤大鼠用步行训练装置，通过设置助力装置，达到后肢的主动运动和被动运动结合训练的目的，而前肢的运动没有做任何干预。前肢在没有干预的状态下，由于大鼠天生的依从性和顺应性，导致其前肢不会做任何运动，从而也影响了后肢的运动。研究发现，即使损伤部位脊髓可以再生，这些再生的神经轴突仍然难以真正与损伤远端脊髓建立有效的传导通路。可能是因为损伤远端运动神经元的继发性损害阻碍了传导通路的有效建立。肌电图检查提示损伤平面以下相应肌肉呈现神经源性损害，神经传导束运动神经轴索损害，而感觉神经传导正常。这些观察结果提示脊髓损伤后损伤远端脊髓运动神经元发生了继发性损害，因此损伤远端脊髓内运动神经元的功能状态是决定神经再生后能否建立有效传导通路的关键。但目前研究均致力于损伤局部脊髓功能变化及如何实现神经再生跨过损伤断端，而忽视了损伤远端脊髓功能变化。因此本装置旨在同时对大鼠上下肢进行刺激，观察运动神经元与感觉神经元再生之间的关系，观察远端神经元的变化。
6.因此设计一种适用于脊髓损伤大鼠，即具备辅助大鼠前、后肢运动且可以适应脊髓损伤初期以及脊髓损伤后期的运动跑台，成为脊髓损伤大鼠运动训练实验研究的必要条件。


技术实现要素：

7.为解决上述背景技术中提及的问题，本发明的目的在于提供一种用于训练脊髓损伤大鼠的pnf运动跑台及运动训练方法。
8.本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括：一方面，提供了一种脊髓损伤大鼠用pnf运动跑台，包括支具、悬吊支撑架和履带跑步机，所述支具的两端均设置有第一端口和第二端口，所述支具外侧靠近其第一端口的位置开设有两个前肢伸出开孔，所述悬吊支撑架通过悬吊件对支具悬吊、且支具位于履带跑步机的上方。
9.所述履带跑步机长度方向且靠近所述第二端口的一端安装有基座，所述基座上对称安装有后肢驱动组件，所述后肢驱动组件包括后腿支撑件、传动杆和安装在基座上驱动机构，所述驱动机构的输出轴和传动杆的一端固定连接，所述传动杆的另一端安装有转动的后腿支撑件，所述传动杆和驱动机构的输出轴不平行。
10.作为本发明的一种优选技术方案，两个后肢驱动组件的后腿支撑件初始位置角度相差180
°
、其转动过程中转速相等。
11.作为本发明的一种优选技术方案，所述支具包括两个上下扣合的的壳体，两个壳体的四个水平面端部均通过支具环形自攻螺丝连接。
12.作为本发明的一种优选技术方案，所述悬吊支撑架包括支架，支架对应支具第一端口、第二端口的位置均设有两个横杆，所述横杆通过支架环形自攻螺丝和支架连接，所述横杆上对应支具环形自攻螺丝的位置安装有横杆环形自攻螺丝，上下相对应的横杆环形自攻螺丝和支具环形自攻螺丝通过悬吊件连接。
13.作为本发明的一种优选技术方案，所述悬吊支撑架还包括竖直设置的支杆，所述支架沿支杆上下移动，且支架开设有螺纹孔，螺纹孔上安装有限位螺栓、且限位螺栓一端抵在支杆外侧。
14.作为本发明的一种优选技术方案，所述支杆的下端安装有底座，所述底座的下方设有导轨，所述底座沿导轨滑动，且底座滑动方向和履带跑步机宽度方向重合。
15.作为本发明的一种优选技术方案，还包括控制开关，所述驱动机构为步进电机、伺服电机、减速电机或者电机减速器组合器，两个驱动机构的输入端和控制开关的输出端电连接、控制开关控制两个驱动机构同步启停。
16.作为本发明的一种优选技术方案，所述支架沿履带跑步机长度方向开设有若干个适配孔，所述支架环形自攻螺丝插入到其中一个适配孔中。
17.另一方面，还提供了一种脊髓损伤大鼠的训练方法，应用前述任一种脊髓损伤大鼠用pnf运动跑台，包括：支具扣在脊髓损伤大鼠身上，且脊髓损伤大鼠的头部由支具的第一端口伸出，脊髓损伤大鼠的两个前肢由前肢伸出开孔伸出，脊髓损伤大鼠的两个后肢位于支具的第二端口外，且脊髓损伤大鼠的两个后肢上均套设有后腿支撑件；脊髓损伤大鼠的前肢位于履带跑步机上。
18.作为本发明的一种优选技术方案，旋转限位螺栓使限位螺栓和支杆脱离，且支架沿支杆滑动调节支具的高度，旋转限位螺栓使限位螺栓抵在支杆上。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果为：
本发明对脊髓损伤大鼠的双后肢加设被动运动装置，1、使得双后肢离开摩擦面，减少了磨擦伤的发生，降低因大鼠啃咬而产生的死亡率。
20.2、被动运动应用于大鼠的后肢，在脊髓损伤后初期（约15天），大鼠在双下肢弛缓性瘫痪的时候，对其进行pnf运动训练，可促进下肢血液循环，增加大鼠的下肢皮温，降低双下肢肌肉因血供不足而产生的萎缩。在脊髓损伤后期（15天以后）大鼠在痉挛发生时，通过被动运动，来降低肌张力，缓解痉挛，通过被动运动，被动拉伸肌肉及肌腱，降低了因长期废用而导致的肌腱挛缩发生的可能，在脊髓损伤的初期以及后期采用本发明的运动跑台对脊髓损伤大鼠的运动训练，可促进生理关节活动度的维持，通过初期（约15天）的训练，对比使用pnf训练的大鼠与不训练的大鼠，后肢肌肉大小以及质量进行对比，使用装置的大鼠后肢肌肉萎缩程度较小，质量较高，平均皮温较高，在训练后期（15天以后），使用装置的大鼠后肢肌张力平均低于非装置组，痉挛发生频率明显降低，并加快了后遗症的恢复速度，肌张力的降低速度加快。
21.3、本发明不在应用传统的电尾、针刺等手法，也在一定程度上减少了创口的产生，也使得受试大鼠情绪处在平稳状态，减少因情绪导致的自残及死亡的发生。
22.4、传统大鼠通过前肢的运动，目的在使得促进断端上部脊髓组织发出神经纤维从而通过断端，连接到断端下方；而本发明目的是在通过前肢的主动运动，促进断端上段发出神经纤维并通过断端连接下段脊髓组织，再同时对脊髓损伤大鼠的后肢做被动运动，促进断端下段发出神经纤维通过断端连接上段脊髓组织，从而促进大鼠运动功能的康复训练。
23.5、通过双下肢被动运动，多次重复，通过这种运动再学习方式，使大鼠产生肌肉记忆，以及通过这种方式，使运动模式被脊髓中的神经细胞所记忆，重建大鼠步行运动模式。
24.6、通过支架高度调节实现支具高度自调，从而实现在脊髓损伤的初期达到不负重运动，后期随着运动功能的改善，可实现部分负重；对大鼠的后肢悬吊，改善了以往运动跑台在应用时双下肢掌背面着地，拖擦而形成的拖擦伤，降低了继发性损伤和感染的发生；在瘫痪肢体髋关节处，穿戴被动运动装置，减轻了因瘫痪而导致的下肢废用性萎缩，通过被动运动促进血供，使瘫痪肢体皮温升高，减轻压疮的形成。
25.7、本发明应用pnf技术，在中枢神经损伤初期，利用协同运动等病理运动模式和反射模式，把异常运动模式整合修整成功能性运动，从而恢复运动控制能力。
26.附图说明：为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。
27.图1为本发明的一视角结构示意图；图2为本发明的另一视角结构示意图。
28.图中：1支具、2悬吊件、3横杆、4支架、5支杆、6底座、7履带跑步机、8基座、9后腿支撑件、10传动杆、11驱动机构、12限位螺栓、13导轨。
29.具体实施方式：为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
30.在此，还需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。
31.实施方式一：如图1至图2所示，本具体实施方式采用以下技术方案：一种脊髓损伤大鼠用pnf运动跑台，包括支具1、悬吊支撑架和履带跑步机7，所述支具1的两端均设置有第一端口和第二端口，所述支具1外侧靠近其第一端口的位置开设有两个前肢伸出开孔，所述悬吊支撑架通过若干个悬吊件2对支具1悬吊、且支具1位于履带跑步机7的上方，支具1安装在脊髓损伤大鼠身上，且脊髓损伤大鼠的头部由支具1的第一端口伸出，脊髓损伤大鼠的两个前肢由前肢伸出开孔伸出，脊髓损伤大鼠的两个后肢位于支具1的第二端口外。
32.所述履带跑步机7长度方向且靠近所述第二端口的位置安装有基座8，所述基座8上对称安装有后肢驱动组件，进一步两个后肢驱动组件沿履带跑步机7的宽度设置。
33.所述后肢驱动组件包括后腿支撑件9、传动杆10和安装在基座8上驱动机构11，所述驱动机构11的输出轴和传动杆10的一端固定连接，所述传动杆10的另一端通过轴承或者转动销轴安装有转动的后腿支撑件9，所述传动杆10和驱动机构11的输出轴不平行，两个后肢驱动组件的后腿支撑件9初始位置角度相差180
°
、且两个后腿支撑件9转动过程中转速相等。
34.优选的，所述支具1包括两个上下扣合的的壳体，两个壳体的四个水平面端部均通过支具环形自攻螺丝连接。
35.所述悬吊支撑架包括支架4，支架4对应支具1第一端口、第二端口的位置均设有两个横杆3，所述横杆3通过支架环形自攻螺丝和支架4可拆卸连接，所述横杆3上对应支具环形自攻螺丝的位置安装有横杆环形自攻螺丝，上下相对应的横杆环形自攻螺丝和支具环形自攻螺丝通过悬吊件2连接。
36.所述悬吊支撑架还包括竖直设置的支杆5，所述支架4沿支杆5上下移动，且支架4开设有螺纹孔，螺纹孔上安装有限位螺栓12、且限位螺栓12一端抵在支杆5外侧；旋转限位螺栓12使限位螺栓12和支杆5脱离，支架4沿支杆5上下滑动从而调节支具1的高度，然后旋转限位螺栓12使限位螺栓12抵在支杆5上使支架4高度固定，支架4和支具1的高度调节方便。
37.所述支杆5的下端安装有底座6，所述底座6的下方设有导轨13，所述底座6沿导轨13滑动，且底座6滑动方向和履带跑步机7宽度方向重合；导轨13安装在外部的地面或者安装在外部的桌面上，底座6沿导轨13滑动调节支具1在履带跑步机7宽度方向的位置。
38.进一步的，本实施例还包括控制开关，所述驱动机构11为步进电机、伺服电机、减速电机或者电机减速器组合器，两个驱动机构11的输入端和控制开关的输出端电连接、且控制开关控制两个驱动机构11同步启停，使驱动机构11同步转动、保证脊髓损伤大鼠的两个后肢交替摆动。
39.优选的，所述支架4沿履带跑步机7长度方向开设有若干个适配孔，所述支架环形自攻螺丝插入到其中一个适配孔中，根据支具1的大小调节两个横杆3之间距离，或者根据大鼠的体型调节支具1和后肢驱动组件的间距，增强本脊髓损伤大鼠用pnf运动跑台的普适性。
40.优选的，所述悬吊件2为连接杆、尼龙线或者连接绳，所述后腿支撑件9为束缚带或者两端均开口的束缚筒。
41.优选的，自制履带跑步机7为现有技术常用的平面移动设备，包括支架、电机、履带、支撑履带的两个滚筒，其工作方式及电路结构均为公知技术，在此不作赘述。
42.根据8周健康成年大鼠体重及胸腰腹周长及脊柱形态制作环绕胸腰腹部的支具1，在支具1的左前右前，左后右后分别安装支具环形自攻螺丝，造模前给与大鼠七天在履带跑步机7适应性跑台训练，每天一次，一次10分钟。
43.制造模型：10%水合氯醛腹腔注射将大鼠麻醉后将其俯卧固定于鼠板上，选取t10节段脊髓为损伤区，手术区皮肤消毒，以t7-t9节段骨性标志为中心，延棘突做纵行约4cm切口，切开皮肤和浅筋膜并皮下游离，尖刀片紧贴棘突骨面两侧做椎旁肌纵行切开，显微撑开器撑开两侧锥旁肌，以t7-t9节段棘突为标志确定t8椎板棘突，显微咬骨器咬除t7-t9棘突，暴露椎板，蚊式止血钳横向轻轻钳夹摩擦椎板直至暴露硬膜囊外间隙，显微咬骨器由尾端向头侧咬除椎板直至两侧椎弓根，完整暴露脊髓，在剪短两侧椎板后去除相应阶段棘突，脊髓暴露，取一6
×
14三角缝合针，用止血钳夹持针尖处，将针具柄端穿过脊髓前缘到达另一侧，再用止血钳将穿过脊髓的针柄处夹持，双手持止血钳夹持的缝合针轻轻向上拉，可见针下方为椎管，无脊髓组织，双手沿大鼠脊柱方向水平移动，证明没有横穿过脊髓组织；用剪刀剪下宽度和脊髓宽度相当的11号犀牛刀片，用止血钳夹持，垂直方向横断t10节段脊髓，缝合针顺脊髓断端横穿脊髓，脊髓断端外翻，双下肢抖动迅速回缩，痉挛后即完全松弛瘫痪，术毕逐层缝合切口，即大鼠脊髓损伤模型造模成功，大鼠双下肢瘫痪；脊髓损伤造模后，大鼠下肢瘫痪，双下肢拖曳行走。
44.对脊髓损伤大鼠运动锻炼时：支具1的两个壳体扣合且两个壳体扣在脊髓损伤大鼠身上，支具环形自攻螺丝连接两个壳体水平的四个端部，且脊髓损伤大鼠的头部由支具1的第一端口伸出，脊髓损伤大鼠的两个前肢由前肢伸出开孔伸出，脊髓损伤大鼠的两个后肢位于支具1的第二端口外，支具1通过横杆3吊在悬吊支撑架的下方并使大鼠悬吊，支脊髓损伤大鼠的两个后肢上均套设有后腿支撑件9，髓损伤大鼠的前肢位于履带跑步机7上，履带跑步机7通电转动、髓损伤大鼠的前肢随履带跑步机7的履带运动，通过控制开关控制两个驱动机构11同步启动，驱动机构11通过传动杆10和后腿支撑件9带动脊髓损伤大鼠后肢运动。
45.被动运动应用于大鼠的后肢，在脊髓损伤后初期（约15天），大鼠在双下肢弛缓性瘫痪的时候，对其进行pnf运动训练，可促进下肢血液循环，增加大鼠的下肢皮温，降低双下肢肌肉因血供不足而产生的萎缩。在脊髓损伤后期（15天以后）大鼠在痉挛发生时，通过被动运动，来降低肌张力，缓解痉挛，通过被动运动，被动拉伸肌肉及肌腱，降低了因长期废用而导致的肌腱挛缩发生的可能。在脊髓损伤的初期以及后期采用本发明的运动跑台对脊髓损伤大鼠的运动训练。
46.传统大鼠通过前肢的运动，目的在使得促进断端上部脊髓组织发出神经纤维从而通过断端，连接到断端下方；而本发明目的是在通过前肢的主动运动，促进断端上段发出神经纤维并通过断端连接下段脊髓组织，再同时对脊髓损伤大鼠的后肢做被动运动，促进断端下段发出神经纤维通过断端连接上段脊髓组织，从而促进大鼠运动功能的康复训练。
47.由于中枢神经系统自我修复能力较差，脊髓损伤之后会存在较多后遗症及功能障
每个个体都有尚未开发的潜能，在治疗中强调发挥患者的能力和挖掘体内的潜能；2 正常的运动发育是按照从头向足、由近端向远端的顺序发展．应先获得头、颈和躯干的适当控制，然后改善四肢功能；3 早期的动作是由反射活动控制的，然而成熟的运动可以通过姿势反射来维持或强化；4、正常运动发育有一个顺序，但并非必须一步一步地学习；5 动作的发展可以在屈伸肌分别占优势中交替改变，上肢多以屈肌占优势应以训练伸肌为主，而下肢多以伸肌占优势则应以训练屈肌为主；6 运动和姿势取决于屈伸肌的协调收缩，当肌肉收缩时肌梭中的纤维将兴奋信息送到运动神经元，同时抑制信息被送到拮抗肌，这称为交互抑制，相互拮抗的运动、反射、肌肉和关节运动则影响着动作或姿势。pnf技术十分显著的特点就是在拮抗中达平衡；7通过日常生活中常见的运动模式在大脑皮层最为熟知和巩固而形成条件反射并经过反复刺激得到强化，从而产生运动。
51.基于应用于临床的悬吊技术，髋关节控制技术、pnf技术和被动运动技术，综合设计出此针对于脊髓损伤大鼠的pnf运动跑台，通过悬吊减轻了大鼠自身的负重，pnf被动运动联动装置可以使因脊髓损伤而导致丧失运动功能的大鼠，在装置的应用下实现被动运动，减缓肌肉废用性萎缩的发生。
52.实施方式二：一种脊髓损伤大鼠的训练方法，应用实施方式一的脊髓损伤大鼠用pnf运动跑台，包括：支具1扣在脊髓损伤大鼠身上，且脊髓损伤大鼠的头部由支具1的第一端口伸出，脊髓损伤大鼠的两个前肢由前肢伸出开孔伸出，脊髓损伤大鼠的两个后肢位于支具1的第二端口外，且脊髓损伤大鼠的两个后肢上均套设有后腿支撑件9；脊髓损伤大鼠的前肢位于履带跑步机7上，履带跑步机7转动、髓损伤大鼠的前肢随履带跑步机7的履带运动，两个驱动机构11同步启动，驱动机构11通过传动杆10和后腿支撑件9带动脊髓损伤大鼠后肢运动。
53.旋转限位螺栓12使限位螺栓12和支杆5脱离，且支架4沿支杆5滑动调节支具1的高度，然后旋转限位螺栓12使限位螺栓12抵在支杆5上，通过支架4的高度调节实现支具1高度调节，从而实现在脊髓损伤的初期达到不负重运动，后期随着运动功能的改善，可实现部分负重；对大鼠的后肢悬吊，改善了以往运动跑台在应用时双下肢掌背面着地，拖擦而形成的拖擦伤，降低了继发性损伤和感染的发生；在瘫痪肢体髋关节处，穿戴被动运动装置，减轻了因瘫痪而导致的下肢废用性萎缩，通过被动运动促进血供，使瘫痪肢体皮温升高，减轻压疮的形成。
54.脊髓损伤的大鼠的下肢随后肢驱动组件做圆周运动时，处于俯卧位（正常大鼠运动时腹部朝向地面），静止时髋膝关节中立位，即髋关节与身体横轴（头端-尾端）连线呈90
°
角（即颈角干90
°
），取运动时间点如下：1、髋关节（颈干角）前屈45
°
，膝关节（颈干角）呈20
°
，下肢前屈；2、髋关节（颈干角）中立位0
°
（髋关节与身体横轴（头端-尾端）连线呈90
°
），膝关节（颈干角）中立位0
°
；3、髋关节（颈干角）后伸45
°
，膝关节（颈干角）呈0
°
，下肢后伸，呈蹬地状；4、髋关节（颈干角）中立位0
°
（髋关节与身体横轴（头端-尾端）连线呈90
°
），膝关节（颈干角）中立位0
°
。
55.调节支架（4）到适当高度实现全减重及部分减重，大鼠前肢置于履带跑步机（7）上，后肢髋关节处位于后肢驱动组件上，实现在不负重的情况下前肢主动运动，后肢交替进行被动运动，从而模拟大鼠生理状态下的对角线步行模式。
56.被动运动应用于大鼠的后肢，在脊髓损伤后初期（约15天），大鼠在双下肢弛缓性瘫痪的时候，对其进行pnf运动训练，可促进下肢血液循环，增加大鼠的下肢皮温，降低双下肢肌肉因血供不足而产生的萎缩。在脊髓损伤后期（15天以后）大鼠在痉挛发生时，通过被动运动，来降低肌张力，缓解痉挛，通过被动运动，被动拉伸肌肉及肌腱，降低了因长期废用而导致的肌腱挛缩发生的可能，在脊髓损伤的初期以及后期采用本发明的运动跑台对脊髓损伤大鼠的运动训练，本脊髓损伤大鼠的训练方法使脊髓损伤大鼠双后肢离开摩擦面，减少了磨擦伤的发生，降低因大鼠啃咬而产生的死亡率。
57.传统大鼠通过前肢的运动，目的在使得促进断端上部脊髓组织发出神经纤维从而通过断端，连接到断端下方；而本发明目的是在通过前肢的主动运动，促进断端上段发出神经纤维并通过断端连接下段脊髓组织，再同时对脊髓损伤大鼠的后肢做被动运动，促进断端下段发出神经纤维通过断端连接上段脊髓组织，从而促进大鼠运动功能的康复训练。
58.相较于传统跑台，本脊髓损伤大鼠用pnf运动跑台减轻了运动损伤发生率，促进运动功能的恢复，以及减轻了因废用而产生的肌萎缩，如下表： 1两组拖擦伤比较2两组压疮比较表3治疗后两组运动功能结果表组别n显效有效无效有效率（%）显效率（%）pnf组30235293.3376.67对照组301414293.3346.67以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。