脊髓損傷動物模型的研究進展

劉曉陽，孫建民，崔新剛，蔣振松

(山東大學附屬省立醫院，濟南 250021)

據報道，全世界每年新增約30萬以上的脊髓傷殘者，且大部分為青壯年。脊髓損傷模型是研究脊髓損傷后病理生理學機制和篩選有效治療措施的重要工具，但其建立難度大，手術成功率低，動物死亡率高。現對脊髓損傷模型建立有關動物的選擇、麻醉及脊髓損傷方式等研究進展作一綜述。

1 實驗動物

1.1 品系 用于脊髓損傷研究的動物種類很多。大鼠來源相對較為充足，成本較低，容易喂養和護理，目前應用最為廣泛。適用于脊髓損傷研究的大鼠品系有Wistar、Louis、Long-Evans、Fisher、Sprague-Dawley等。其中應用最多的是 Sprague-Dawley，其次是Wistar。但大鼠脊髓較細，脊髓損傷實驗的手術難度大。尤其是在缺少專用器械的情況下，易誤傷脊髓，影響實驗的準確性。兔及小鼠也是研究脊髓損傷常選用的實驗動物［1，2］。

1.2 體質量與年齡 用于脊髓損傷模型的大鼠體質量以180～250 g為宜。體質量過小對麻醉劑敏感，手術耐受性差，死亡率高;體質量過大(超過250 g)的大鼠骨質堅硬，椎板切除難度大，脊髓損傷幾率高及術中不易止血，術中術后死亡率高。

1.3 性別 動物性別不是脊髓損傷恢復的影響因素［3］。總的來說，雌性應用更多，主要原因是雌性易于排尿，膀胱自主功能恢復較快，下尿路感染發生率低。雌性大鼠雌激素水平不穩定，故脊髓損傷在同一時期進行。鑒于雌激素和孕激素的神經保護作用尚未確定［4］，對于涉及性激素的脊髓損傷實驗應慎重選擇實驗動物性別。

2 麻醉

麻醉藥物種類和劑量直接關系制模成功率。國內常采用的麻醉藥品有巴比妥類、水合氯醛和乙醚。巴比妥類藥麻醉效果持續時間長，但對呼吸中樞影響較大，增加呼吸道黏膜分泌物，大鼠對藥物劑量變化較為敏感。劑量稍大就會抑制呼吸中樞，過多分泌物會堵塞呼吸道，導致缺氧而死亡。對此類麻醉藥應用時應精確計算劑量，常用劑量為30 mg/kg。聯合使用同等劑量的30 mg/kg苯巴比妥、阿托品可取得較好的麻醉效果。水合氯醛安全劑量范圍較巴比妥類藥寬，起效快，作用時間短，300 mg/kg的劑量可維持1～2 h，對于體質量超過200 g的大鼠可增大劑量，但不能超過400 mg/kg。對于手術時間長已建立靜脈通路的可以術中補充麻醉劑。國外常聯合使用氯胺酮和賽拉嗪制作脊髓損傷模型［5］，也可選用異氟醚麻醉［6］。

3 損傷部位

實驗性脊髓損傷的部位常選擇低位頸髓、胸髓及腰髓。用于脊髓損傷修復研究時絕大多數采用中下胸段。后正中T5、T6棘突間有一大血管進入脊髓，如果損傷水平選擇在T4～T7可導致大量出血，且不易止血;如將其次血管結扎，又會影響脊髓的血液供給。T8～T10單純的椎板切除術不影響大鼠攝食、行走等日常活動，目前應用較多［7］。術中應輕柔操作，避免損傷雙側腎臟。椎板切除時動作應準確、輕柔、果斷，盡可能避免手術器械觸及脊髓。椎板切除術時常有小量出血，可用沾有冰凍生理鹽水的棉球壓迫止血，1∶1000腎上腺素棉球壓迫止血，有條件時可采用明膠海綿藥物止血。文獻報道，脊髓損傷尤其是切割傷后應用冰凍生理鹽水反復沖洗損傷部位，術中失血較多者可行皮下注射補液，并給予術后鎮痛［8］。

4 損傷方式

隨著對脊髓損傷病理生理的了解，人們逐漸認識到最初的損傷決定了損傷所誘發的病理生理改變。為更好的描述和反映損傷過程的物理量，需要研究更精確的脊髓損傷方法。目前，常用脊髓損傷方式有重力打擊、完全橫斷、脊髓半切和鉗夾壓迫和光化學誘導損傷模型等多種。

4.1 挫傷 Allen在1911年成功復制了狗重物墜落脊髓挫傷模型。后又有多位學者對其作出改進，并復制了其他動物的脊髓損傷模型。2005年于如同等［3］研制了電控大鼠脊髓損傷重力打擊儀(WD儀)，但因缺乏統一標準，故增加了復制模型的難度。

4.2 切割損傷 最常用的是Bunge研制的脊髓橫斷模型。術中應行椎板切除術暴露大鼠脊髓，移除T9～T11脊髓，將半通透性塑料或者是可降解生物材料插入兩端之間。切割損傷模型操作簡單，無需特殊儀器，廣泛用于放置移植物或藥物的實驗研究［9］。橫斷模型的另一優點是病理改變和繼發性神經改變相對穩定，因此可以評價治療措施的安全性和有效性;可利用高分辨率光學顯微鏡評價軸突的再生。因此，脊髓半橫斷和完全橫斷是評價軸突再生的很好方法。然而，去除一個或幾個階段脊髓可能會導致實驗組和對照組間沒有可比性。另外，切割直接損傷硬脊膜，腦脊液大量外漏，可破壞損傷部位的生理環境;由于脊髓中存在張力，切斷后兩斷端將分離。另外人類中很少出現脊髓完全橫斷情況，故實用性較差。

4.3 壓迫損傷 主要用于模擬椎管內出血、退行性病變、腫瘤等占位性病變造成的脊髓損傷。主要有重物塊壓迫損傷、氣囊壓迫和動脈夾損傷。有人采用20 g重物壓迫大鼠T12水平脊髓20 min，斜坡實驗檢查發現，損傷后24 h達到損傷高峰，至損傷后56 d仍未完全恢復。氣囊壓迫損傷是將一個可膨脹氣囊置入椎板和硬膜囊之間，以不同的速率向氣囊注入空氣，使其膨脹，產生脊髓壓迫損傷。動脈夾壓迫脊髓可產生較穩定的脊髓損傷，并逐漸得到廣泛引用［10］。壓迫損傷與重力打擊損傷的不同之處在于，重力打擊損傷的主要損傷因素是機械損傷，而壓迫損傷中機械因素和血管因素引起的繼發性改變都存在。

近年來，亦有人采用脊髓缺血再灌注損傷、靜壓型損傷、光化學損傷、脊髓切吸損傷法等制作模型。

綜上所述，脊髓損傷模型建立中選擇適齡動物，術中輕柔操作嚴密止血，術后認真護理，1個月內死亡率可降至30%。總之，脊髓損傷模型是一高難度手術，損傷大，術后并發癥多，需在每一個環節上都做好工作才能保證成功率。

［1］Wang Y，Ye Z，Hu X，et al.Morphological changes of the neural cells after blast injury of spinal cord and neuroprotective effects of sodium b-aescinate in rabbits［J］.Injury，2010，41(7):707-716.

［2］Mandalari G，Genovese T，Bisignano C，et al.Neuroprotective effects of almond skins in experimental spinal cord injury［J］.Clin Nutr，2011，30(2):221-233.

［3］于如同，王其平，吳德模.電控大鼠脊髓損傷打擊器的研制［J］.中華創傷雜志，2005，21(5):358-360.

［4］Swartz KR，Fee DB，Joy KM，et al.Gender differences in spinal cord injury are not estrogen-dependent［J］.J Neurotrauma，2007，24(3):473-480.

［5］Chuah MI，Choi-Lundberg D，Weston S，et al.Olfactory ensheathing cells promote collateral axonal branching in the injured adult rat spinal cord［J］.Exp Neurol，2004，185(1):15-25.

［6］Pereira JE，Costa LM，Cabrita AM，et al.Methylprednisolone fails to improve functional and histological outcome following spinal cord injury in rats［J］.Exp Neurol，2009，220(1):71-81.

［7］Tas N，Bakar B，Kasimcan MO，et al.Evaluation of protective effects of the alpha lipoic acid after spinal cord injury:An animal study［J］.Injury，2010，41(10):1068-1074.

［8］Alilain WJ，Li X，Horn KP，et al.Light-induced rescue of breathing after spinal cord injury［J］.J Neurosci，2008，28(46):11862-11870.

［9］Pan HC，Cheng FC，Lai SZ，et al.Enhanced regeneration in spinal cord injury by concomitant treatment with granulocyte colony-stimulating factor and neuronal stem cells［J］.J Clin Neurosci，2008，15(6):656-664.

［10］Kurt G，Ergün E，Cemil B，et al.Neuroprotective effects of infliximab in experimental spinal cord injury［J］.Surg Neurol，2009，71(3):332-336.