脊髓損傷動物實驗模型的研究進展

李經輝，劉　禹(綜述)，余化霖(審校)

(昆明醫科大學第一附屬醫院神經外二科，昆明 650032)

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脊髓損傷動物實驗模型的研究進展

李經輝，劉禹△(綜述)，余化霖※(審校)

(昆明醫科大學第一附屬醫院神經外二科，昆明 650032)

摘要：脊髓損傷是一種嚴重的致殘，致死性損傷。其病理生理機制復雜，臨床治療效果不佳。隨著脊髓損傷修復機制研究的深入和臨床救治水平的提高，需要脊髓損傷動物模型研究的不斷完善與發展。目前已有重物墜落法模型、鉗夾模型、牽拉損傷模型等多種動物模型可較好地模擬不同形式脊髓損傷，為研究各類脊髓損傷的神經修復機制提供條件。該文就脊髓損傷動物實驗模型的研究進展予以綜述，為合理選用模型及制作與臨床各類脊髓損傷發病機制更為接近的動物實驗模型提供參考。

關鍵詞：脊髓損傷；動物模型；研究進展

脊髓損傷是一種嚴重的神經系統創傷，發病率逐年升高，且損傷類型呈現多元化。為更進一步認識該病的發病機制及演變過程，有必要制作簡便、易重復且能高度模擬臨床脊髓損傷病理生理過程的動物實驗模型。目前，國內外建立了多種模擬臨床脊髓損傷的動物實驗模型，如重物下落垂直打擊脊髓致脊髓損傷動物模型[1]，銳性全橫斷、牽拉脊髓損傷模型，脊髓損傷疼痛模型等[2-4]，但沒有一種模型能完全模擬臨床脊髓損傷的病理生理過程，無法精確控制脊髓損傷的程度和范圍。因此，熟悉不同類型脊髓損傷動物模型的制作過程及模型特點，根據具體的研究目的和實驗條件，選擇科學、恰當的脊髓損傷模型，對整個實驗研究將起到事半功倍的作用?，F就脊髓損傷動物實驗模型研究進展予以綜述。

1實驗模型中動物的選擇

動物模型的動物選擇首先要符合實驗目的及要求，盡量使用標準化的實驗動物，以提高實驗的穩定性和可比性。目前，脊髓損傷實驗研究最常選用的動物是大白鼠、兔、貓、犬、豬，最理想的實驗動物是靈長類(如獼猴、大猩猩等)，其解剖以及生理、病理、基因分子生物學等與人類有著高度同源性，但因成本較高且較多地涉及倫理問題，未能被普遍應用。國內外脊髓損傷實驗研究中比較常用的動物多為大白鼠，其具有制作脊髓損傷模型造價低、種系內純合度高、再生能力與抗感染能力強、管理飼養方便等優勢。

2脊髓損傷動物模型種類

鈍性脊髓損傷模型包括各種外力致使脊髓組織鈍性損傷，目前使用的方法主要是通過重物墜落法、鉗夾、氣囊、液囊重物壓迫、螺釘擰入等造成脊髓鈍性損傷[5]。銳性脊髓損傷模型包括全橫斷、半橫斷切割傷等，還有以阻斷血流為主的缺血性脊髓損傷及化學藥物致脊髓損傷等模型。

2.1重物墜落法模型1911年，Allen[1]采用重物下落垂直打擊脊髓致傷模型，該模型與人類脊髓損傷的病理生理特點及變化規律較為接近，使該技術一度成為脊髓損傷研究中最廣泛應用的技術，為探索脊髓損傷后其病理演變有很大幫助。重物墜落法模型具有簡單實用、損傷后病理生理特點和功能障礙接近臨床及易于操作等特點，打擊力可通過打擊物的墜落高度和質量來設定，多數情況可避免硬脊膜的損傷，且降低了脊髓損傷區域的感染率。其原理為：一定質量的重物從限定高度以自由落體下落，撞擊脊髓而致傷，其致傷程度可通過撞擊物質量及墜落高度來調節[6]。該技術存在的不足：①技術熟練程度以及實驗者的主觀因素；②脊髓是背側受力，而人的脊髓損傷多為腫瘤性的持續壓迫和暴力損傷，并且常伴有骨折嵌入，壓迫并非一過性；③在撞擊時著力目標與撞擊物吻合度不夠時，皆可導致損傷程度不一致等[7]。Kuluz等[8]設計了一種新的臨床相關脊髓損傷的大型動物模型，使用小豬(3～5周大)進行脊髓T7節段重物墜落法致脊髓損傷，來模擬臨床小兒脊髓損傷 。該模型雖屬經典模型，但對于目前臨床的要求仍有一定的局限性。隨著科技的不斷發展，近年針對該模型有多位學者輔以智能化，加入電腦控制對其加以改進，使其精度、準確性、可重復性明顯提高。新一代打擊設備增添了計算機、電磁極部分、換能器等，能較好地控制并監測實驗結果，并保證脊髓只受一次撞擊，從而相對保證了模型的一致性和實驗操作的客觀性，但同時也增加了成本[9]。

2.2鉗夾型模型1978年，Rivlin和Tator等[10]最早使用硬膜外鉗夾脊髓損傷模型，通過調整鉗夾的夾力和時間的長短能復制出與臨床類似的脊髓損傷。鉗夾裝置可根據動物模型的不同而改變鉗夾力度[11]。該模型與臨床脊髓損傷的發病機制較為接近，調節鉗夾力度的大小和持續時間的長短可得到脊髓不同的致傷程度。該模型可做到椎管內硬脊膜的完整性，脊髓損傷呈持續性，不僅有鉗夾所致的直接損傷，還有脊髓受壓后導致的間接損傷，適用于受損脊髓神經功能的研究和代謝改變的檢測[12]。李經輝等[13]用醫用腦動脈瘤臨時動脈瘤夾夾閉大鼠脊髓建立模型，通過蘇木精-伊紅染色法染色對損傷脊髓組織標本進行光鏡病理觀察發現，在損傷早期，損傷區域的灰質中較多出血灶，白質水腫輕度海綿樣變性，炎性細胞浸潤，7 d時灰白質界限消失，脊髓神經元結構破壞，損傷區域脊髓灰白質中見空洞形成；損傷中晚期出現膠質細胞增生，炎癥消退，膠質瘢痕形成；其致傷機制、傷后表現、病理學特征與臨床具有高度吻合性，易于觀察。李祥炎等[14]利用同樣的模型發現，損傷組與假手術組、正常對照組差異均有統計學意義，而組內動物差異無統計學意義，表明該動物模型具有良好的可行性。醫用腦動脈瘤臨時夾可以獲得準確恒定的夾持力，具有相當高的穩定性及可重復性，且該類模型制作不復雜，實驗指標穩定，易于重復，可用于脊髓損傷的基礎研究。

2.3壓迫型模型壓迫型模型根據壓迫方式和持續時間不同可分為腹側壓迫和背側壓迫、急性壓迫和慢性壓迫等，主要為模擬椎管內占位而建立。1953年，Tralov等[15]將一個可充氣氣囊放入椎骨與硬膜之間，以不同的速率向氣球內充氣使其膨脹，誘導出不同程度的脊髓損傷。另有用介入方式將氣囊置入到指定部位進行擴張壓迫，以最大限度地保證了受壓周圍正常組織的生理結構，但該模型操作復雜，費用高，不易推廣[16]。1972年，Hukuda和Wilson[17]第一次報道使用螺釘壓迫法建立犬脊髓損傷模型后，學者們又設計出更加接近生物力學的螺釘嵌入方式，還以此建立了衡量損傷的標量[18]，由于該法造成損傷部位的精確性以及損傷程度不能很好的控制，所以至今較少使用。

2.4牽拉損傷模型隨著脊柱外科的迅速發展，手術的適應證也在不斷擴大，而醫源性過度牽拉所致的脊髓損傷也隨之增多。Dabney等[19]將大鼠脊柱關節突、棘間韌帶切除后，再將Harrington鉤放置于T11椎板上方與T9椎板下方，然后連接Harrington撐開器，分別牽拉3、5、7 mm，成功地模擬了輕、中、重度脊髓牽拉損傷模型。邱勇等[20]利用特制的脊柱牽拉旋轉裝置固定于L1與L4的關節突上進行旋轉、牽拉脊柱導致脊髓損傷。該模型的設計在理論上比較符合臨床上復合型牽拉損傷的受傷條件和發生機制。由于動物個體耐受不一，因而牽拉比率的精準度難以控制，且該法對脊髓周圍的其他組織破壞性較強，目前未得到廣泛認可。

2.5銳性損傷模型該模型制作多使用刀片或眼科剪等銳器橫斷或半橫斷脊髓造成脊髓完全橫斷或半橫斷性損傷，該類損傷通過橫斷脊髓使其上下段的運動和感覺傳導通路失去解剖學及生理上的聯系，此模型最大的優點是可以為神經軸突的再生提供比較有價值的資料[20]；還可以觀察有關軸突再生、突觸重建和側芽的生長情況以及神經遞質、神經營養因子等對這一過程的影響及作用[21-23]。因此，該模型對于研究神經損傷修復及再生方面無疑有著特殊的優越性。喬曉峰等[24]制備了SD大鼠脊髓完全橫斷損傷模型，以未損傷脊髓的大鼠作為對照，進行Basso Beattie Bresnaha評分、病理學和磁共振成像檢查，發現大鼠脊髓損傷區出現明顯的病理和影像學的改變，并證實了脊髓損傷區無脊髓組織殘留，比較適用于脊髓再生的研究。由于該模型損傷處組織切口整齊、操作簡便、出血較少、損傷程度恒定、解剖定位準確，致使上述的研究與觀察更有利。但由于該模型與臨床相關性比較差，臨床很少見到此類損傷，并且該模型會損傷硬脊膜，破壞原有的微環境，后期的護理難度大，病死率較高，因此限制了該模型的應用。

2.6缺血脊髓損傷模型脊髓損傷發生后，繼發性的脊髓缺血缺氧是引起脊髓組織壞死和神經功能喪失的重要因素。局部組織的缺血、缺氧可直接加重脊髓損傷程度。該模型常用的制作類型有血管臨時阻斷法、血管夾閉法、栓塞法、光化學誘導法等。Zivin和DeGirolami[25]首次利用家兔制作了脊髓缺血性損傷模型。Sharma和Sharma[26]于頸總動脈放置導管，用降低全身有效循環的辦法制作此類模型，但缺血、缺氧造成灌注區的其他組織器官受損加重，對實驗動物行為學的監測也造成了一定的影響。Mackey等[27]用改裝后的環形壓迫器施壓于腎動脈平面以下腹主動脈，造成了脊髓腰段的缺血模型，并且在組織形態學中觀察到脊髓腰段處出現神經膠質細胞及神經細胞的變性與凋亡。用雙極電凝器將大鼠脊髓背側中央靜脈上下兩端進行電灼閉塞，大鼠便開始出現后肢癱瘓，受損相應的部位在組織形態學上也可觀察到該組織的變性、壞死、出血等明顯的病理學改變；同時雙極電凝可以有效地限制過度熱擴散,從而減少潛在的鄰近組織損傷[28]。此模型可控性及重復性尚可，但由于制備過程及實驗操作技巧較為復雜，容易造成其他部位組織的缺血損傷，不能精確地判斷脊髓缺血損傷的程度，因此未得到廣泛推廣。

2.7其他化學誘導型脊髓損傷模型：首先給予受體動物光敏劑(靜脈注射二碘曙紅)，然后以氬離子燈產生的射線照射擬損傷的脊髓部位，致該處脊髓組織細胞損傷[29]。Piao等[30]在以上實驗的基礎上，通過調節激光照射強度，制備出不同損傷級別的脊髓損傷模型。除此之外，還有注射神經毒素致大鼠脊髓損傷的動物模型、脊髓震蕩型損傷模型、電極損毀法模型等[31]，由于與臨床自然病程差距較大，且具體操作難度高，目前推廣率較低。

3小結

脊髓損傷動物模型類型多樣，各有側重，不能以一概全，且不同的動物脊髓損傷模型有各自的優缺點。由于存在多種不確定因素，在建立脊髓損傷動物模型時，應盡量減少動物間個體差異，提高操作人員制作模型水平和損傷裝置的精密程度，簡化操作步驟及各種主觀因素，細化客觀損傷監測標準?？傊?，制作出與臨床相似度高、具有高度穩定性和重復性的脊髓損傷動物模型是研究脊髓損傷的先決要素[32]。

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Research Progress in Animal Models of Spinal Cord InjuryLIJing-hui，LIUYu，YUHua-lin.(DepartmentTwoofNeurosurgery，theFirstAffiliatedHospitalofKunmingMedicalUniversity,Kunming650032，China)

Abstract:Spinal cord injury is a serious disabling,fatal damage.The pathophysiological mechanism is complex and the effect of clinical treatment is not perfect.It is necessary to develop spinal cord injury animal model constantly along with the deepening of spinal cord injury repair mechanisms study and improvement of theclinical treatment.There are various animal models,such as falling weight method model,clamps damage model and pull damage model,which can well simulate the different forms of spinal cord injury for the study of various types of spinal cord injury′s nerve repair mechanism.Here is to make a review of the research progresses about animal models of spinal cord injury,to provide the reference for choosing appropriate model and make the experimental models more closed to the clinical pathogenesis of spinal cord injury.

Key words:Spinal cord injury; Animal models; Research progress

收稿日期：2014-11-12修回日期：2015-01-27編輯：鄭雪

基金項目：云南省教育廳一般項目(2013Y287)

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.13.032

中圖分類號：R332；R744

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)13-2387-03