腰椎间盘突出症动物模型的研究综述

苏 驰（综述）林海滨（校审）

1 福建中医药大学骨伤学院（350003）

2 莆田学院附属医院（351100）

近年来，在现代生物医学、生物学、生物化学、免疫学等新学科的不断推动下，利用腰椎间盘突出症动物模型对其病因，纤维环的退变、发展、破裂、髓核突出、神经根受压等方面的研究受到越来越多的学者的重视。通过动物模型的研究，进而有意识地改变那些自然条件下不可能或不易剔除的因素，以便更加准确地观察模型的实验结果，并将研究结果推及于人类疾病，从而有助于更方便、更有效的认识腰椎间盘突出症的发生、发展规律和研究防治措施。Coderre[1]指出，动物疼痛模型对理解人类持续痛发作、发展的神经机制是必须的，建立能有效模拟临床疼痛的模型有助于临床疼痛治疗。本文就近年来腰椎间盘突出症动物模型的研究现状做一综述。

1 模型动物的选择

一个理想的人类疾病动物模型应该是在短时间内，用最少的人力和物力获得与人类疾病最接近的实验结果。一些实验动物的某些组织、器官的功能、结构、代谢及反应性等方面具有特殊性，恰当利用实验动物的这些特点，可以降低操作难度、减少实验误差、提高研究的质量[2]。目前常用于腰椎间盘突出症模型的动物有兔、猪、牛、犬、猫、鼠、羊、黑猩猩、狒狒、猴等[3]。然而猴、猪、犬等大型哺乳动物虽然是最理想的模型对象，但是这些动物价格贵、手术难度大、需要特殊的设备和实验室条件，并且模型的重复性差、实验周期长，不利于普遍使用[4]。家兔体积适中、适应力强、较好管理，且属于非直立动物，可排除生物力学因素影响[5]，沈为栋[3]通过对成年中系安哥拉家兔研究发现其基本构成如椎管、椎间孔、关节突关节、神经根根管、椎弓及椎弓根、椎体端面、椎间盘与人相似，是比较理想的模型对象。在各类动物中，Wistar大鼠和Sprague-Dawlay大鼠（又称SD大鼠）性格温顺、抗病能力较强、品系完备、价格低廉，L4、L5背根神经完全并入坐骨神经[6]，Mackinnon发现其神经组织结构与人很相似，即使在电子显微镜下也没有差异[7]，为首选的模型动物。

2 腰椎间盘突出症动物模型的种类

腰椎间盘突出症所致的椎间盘源性腰背痛及下肢放射痛历来是研究治疗的重点，为此许多学者从不同的研究角度设计建立了形式各样的动物模型，从建模的方式可分为以下几种。

2.1 从腰椎退变及失稳的角度建立模型

腰椎间盘突出症最基本的病因是腰椎间盘的退行性改变，在退行性改变的基础上，由于劳累、外伤使腰椎间盘发生变性，纤维环部分或全部破坏，髓核一并向外膨出或脱出，压迫神经根或脊髓而发病[8]。高学俊等[9]对56只成年新西兰大白兔采用纤维环切开法建立 L4～5椎间盘退变模型，观察半导体激光消融退变性椎间盘突出症对兔脊髓 P物质表达的影响，探讨其治疗椎间盘突出症的可能机制。可这种髓核迅速突出的全层切开动物模型既不适用于研究髓核和纤维环的渐进性变化，又不适用于检验仅作用于椎间盘早期退变的新式治疗方法。胡鹏[10]采用不同直径穿刺针（16G、18G、27G）针刺的方法损伤健康成年山羊腰椎间盘左前外侧纤维环，建立较缓慢的椎间盘退变动物模型，此方法穿刺针的直径和刺入深度可以控制，创伤小、效果可靠、可重复性强。放射学和组织学结果显示，可得到缓慢、可靠的椎间盘退行性变动物模型。黄宗强等[11]以新西兰大白兔为材料，切除 L4、L5双侧下关节突、L5棘突，保留L5、L6上关节突，建立腰椎失稳模型，研究探讨新西兰大白兔腰椎关节突关节失稳诱发椎间盘退变（IVDD）的蛋白多糖和Ⅰ、Ⅱ型胶原基因的表达，认为此模型中新西兰大白兔虽然与人类椎间盘生物学结构相同，但生物力学环境仍具有较大差异。刘亚等[12]将9只1岁健康犬随机分为A、B、C组，每组各3只，A组行假手术，B、C组建立腰椎间盘切除动物模型后分别行单纯髓核摘除术及髓核与软骨终板切除术，术后分别于2、8、24周处死动物。观察发现髓核及软骨终板同时切除可促进纤维软骨生成及血管再生，保持脊柱节段的生物力学稳定性，防止术后腰椎不稳的发生。

2.2 从神经根受压及炎性刺激的角度建立模型

此模型通过手术植入物压迫刺激动物神经根来模仿人类腰椎间盘突出症中突出的髓核压迫神经根所致的腰背痛及下肢放射痛症状，从而研究疼痛发生的机制和治疗的机制。传统的观点认为，突出的椎间盘组织压迫腰神经根是造成腰腿痛的主要原因。Cornefjord[13]应用一带有缺口的塑料管套在猪的腰神经根上作为慢性压迫模型，认为此模型的病理机制与临床具有相似性，套管长5.5mm，外层是一金属壳，内层材料通过吸收水分可逐渐膨胀，从而使套管内径减小，达到缓慢压迫神经根的目的。王拥军[14]等通过微型硅胶球压迫大鼠L5和C5神经根，建立了“慢性神经根损伤模型”，通过去除硅胶球，模拟临床“手术摘除椎间盘减压法”，建立了神经根损伤减压模型。唐家广等[15]用健康成年雄性SD大鼠建立椎间盘突出致神经根疼痛动物模型，取自体尾部椎间盘组织放置在L5神经根下（背根神经节近端神经根和其下面椎体之间），以直接压迫神经根，采用早期预防性给药及晚期治疗性给药方法研究早期硬膜外应用环氧化酶抑制剂吲哚美辛缓解疼痛的疗效。这些模型主要模拟的是椎管内背根神经节受压的病理解剖基础，对根性神经痛的机制进行了在体研究。随着临床经验不断丰富，特别是影像学发展，注意到椎间盘突出程度及对神经根造成压迫程度与患者症状并不一致，术中发现神经根充血、水肿，类似炎症变化。邢庆昌等[16]用Wistar大鼠96只，显露L5神经根，将直径0.6cm滤纸放于神经根腋部，术前2d开始给药（灌胃）致处死，从而建立起复制大鼠化学性神经根炎模型，认为改善循环、抑制神经根周围炎症的发生，降低局部组织中致炎物质含量，从而减轻对神经根的损伤，是腰椎间盘突出症的治疗重要环节。宝音等[17]运用同样的方法建立了腰椎间盘突出症下肢完全瘫痪模型。然而，单纯的机械压迫或单纯的炎性刺激都不足以阐明腰椎间盘突出症致下腰痛的机制，施杞[18]认为腰椎间盘突出时，神经根压迫和炎性刺激导致钠通道功能的变化，可能是引起慢性腰痛的重要机制[19]。郭彦涛等[20]选用健康家兔作模型，通过剪除L4～5棘突、咬除椎板及右侧L4～5关节突，充分暴露马尾神经及右侧L4神经根，取术前备好的同种异体髓核组织10mg置于已暴露的神经根与硬膜囊交界处的腋部，建立化学炎症刺激及机械压迫模型。周瑜[6]等取成年Wistar大鼠自体尾部的两个椎间盘组织放于L4、L5神经节周围，并用4-0铬制肠线环扎神经根，从而建立根性疼痛模型。移植的椎间盘组织对神经节造成压迫，铬制肠线环扎，可提示铬制肠线中的化学刺激因素可能对神经行为改变有重要作用。该模型制做方法可以较好的诱导出大鼠神经行为的改变，对大鼠损伤小，更加接近于临床，为进一步探索椎间盘突出症的发病机制与防治提供了较好的试验工具。

2.3 从髓核突出及自身免疫反应的角度建立模型

基于对Naylor等[21]提出椎间盘突出症的自身免疫学说的研究，1993年Olmarker等[22]首先应用猪自体髓核，放置于硬膜外，建立髓核突出模型，引起了神经根的组织形态及功能的改变。谢添等[23]将大鼠尾椎的髓核取出约10mg，在耳后颈项背部正中切开皮肤，将其埋植于皮下，造成局部免疫炎性反应模型，观察血液中IgG、IgM浓度变化及移植髓核局部病理变化，此模型仅说明了髓核所造成的自身免疫性，却脱离了髓核原来所依赖的内环境，与临床相差比较大。张必萌等[24]为研究电针疗法对生理性环氧合酶2mRNA表达的选择性抑制作用，选用清洁级SD雄性大鼠，咬除L5～6棘突、右侧椎板及关节突，暴露椎间盘，用粗针头在纤维环上钻孔，使髓核与硬膜外腔相通建立腰椎间盘突出症模型，此方法通过开放手术，创伤大，破坏椎间盘及髓核周围的固有组织，不能排除创伤因素的影响。陆志东等[4]利用SD雄性大鼠自体尾椎髓核与生理盐水制成混液，通过穿刺注射到腰椎硬膜外腔，复制髓核突出模型，未出现运动障碍，排除了机械压迫因素后，出现活动频繁、易激惹、马尾神经传导速度减慢等表现，表明髓核本身也是引起神经根损伤的主要原因之一。认为本模型方法简单、创伤小、成功率高、重复性强、观察指标明确、费用廉价、对实验条件要求不高，是研究腰椎间盘突出及根性神经痛理想的实验模型。沈为栋[3]综合各种动物模型的优缺点，以成年中系安哥拉家兔为对象，取左腹下旁正中切口，钝性分离至L6～7椎间隙前方的前纵韧带及椎间隙，用自制的腰椎间盘突出症动物病理模型造模器，将部分椎间盘组织推入后纵韧带的前方，造成右侧和中央型椎间盘突出模型。此种模型改用前方入路，大大保留了椎管及周围的组织结构和内环境，与人体椎间盘突出病理状态更接近，操作简单、方便、成功率高、可重复性强，为较理想造模方法。

3 研究现状及进展

通过以上腰椎间盘突出症动物模型的分析研究，特提出以下展望：①在体模型是基础研究成果过渡到临床所必须跨越的研究阶段，但是此类模型不能排除多因素综合干扰，不利于分析单一因素的作用；另外，模型动物的质控要求高，模型的观察周期长、投入大，不宜进行大样本实验研究。目前对机械信号转导的研究已趋于亚细胞和分子水平，建立一种科学有效的细胞模型将有助于在微观层次上更加客观、简便地研究椎间盘突出症中单一因素作用机制，弥补在体模型的不足[25]。②以中医基础理论为指导的中医症候动物模型在腰椎间盘突出症方面的相关报道还很少，由于中医治疗在腰椎间盘突出症的保守治疗中占有重要的地位，而中药的作用机制及治疗指标尚待大量的研究总结。因此，探讨建立符合中医病因病机的腰椎间盘突出症动物模型以弥补完善现有模型的不足具有现实的临床意义。

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