脊髓损伤动物模型的研究进展

刘晓阳，孙建民，崔新刚，蒋振松

(山东大学附属省立医院，济南 250021)

据报道，全世界每年新增约30万以上的脊髓伤残者，且大部分为青壮年。脊髓损伤模型是研究脊髓损伤后病理生理学机制和筛选有效治疗措施的重要工具，但其建立难度大，手术成功率低，动物死亡率高。现对脊髓损伤模型建立有关动物的选择、麻醉及脊髓损伤方式等研究进展作一综述。

1 实验动物

1.1 品系 用于脊髓损伤研究的动物种类很多。大鼠来源相对较为充足，成本较低，容易喂养和护理，目前应用最为广泛。适用于脊髓损伤研究的大鼠品系有Wistar、Louis、Long-Evans、Fisher、Sprague-Dawley等。其中应用最多的是 Sprague-Dawley，其次是Wistar。但大鼠脊髓较细，脊髓损伤实验的手术难度大。尤其是在缺少专用器械的情况下，易误伤脊髓，影响实验的准确性。兔及小鼠也是研究脊髓损伤常选用的实验动物［1，2］。

1.2 体质量与年龄 用于脊髓损伤模型的大鼠体质量以180～250 g为宜。体质量过小对麻醉剂敏感，手术耐受性差，死亡率高;体质量过大(超过250 g)的大鼠骨质坚硬，椎板切除难度大，脊髓损伤几率高及术中不易止血，术中术后死亡率高。

1.3 性别 动物性别不是脊髓损伤恢复的影响因素［3］。总的来说，雌性应用更多，主要原因是雌性易于排尿，膀胱自主功能恢复较快，下尿路感染发生率低。雌性大鼠雌激素水平不稳定，故脊髓损伤在同一时期进行。鉴于雌激素和孕激素的神经保护作用尚未确定［4］，对于涉及性激素的脊髓损伤实验应慎重选择实验动物性别。

2 麻醉

麻醉药物种类和剂量直接关系制模成功率。国内常采用的麻醉药品有巴比妥类、水合氯醛和乙醚。巴比妥类药麻醉效果持续时间长，但对呼吸中枢影响较大，增加呼吸道黏膜分泌物，大鼠对药物剂量变化较为敏感。剂量稍大就会抑制呼吸中枢，过多分泌物会堵塞呼吸道，导致缺氧而死亡。对此类麻醉药应用时应精确计算剂量，常用剂量为30 mg/kg。联合使用同等剂量的30 mg/kg苯巴比妥、阿托品可取得较好的麻醉效果。水合氯醛安全剂量范围较巴比妥类药宽，起效快，作用时间短，300 mg/kg的剂量可维持1～2 h，对于体质量超过200 g的大鼠可增大剂量，但不能超过400 mg/kg。对于手术时间长已建立静脉通路的可以术中补充麻醉剂。国外常联合使用氯胺酮和赛拉嗪制作脊髓损伤模型［5］，也可选用异氟醚麻醉［6］。

3 损伤部位

实验性脊髓损伤的部位常选择低位颈髓、胸髓及腰髓。用于脊髓损伤修复研究时绝大多数采用中下胸段。后正中T5、T6棘突间有一大血管进入脊髓，如果损伤水平选择在T4～T7可导致大量出血，且不易止血;如将其次血管结扎，又会影响脊髓的血液供给。T8～T10单纯的椎板切除术不影响大鼠摄食、行走等日常活动，目前应用较多［7］。术中应轻柔操作，避免损伤双侧肾脏。椎板切除时动作应准确、轻柔、果断，尽可能避免手术器械触及脊髓。椎板切除术时常有小量出血，可用沾有冰冻生理盐水的棉球压迫止血，1∶1000肾上腺素棉球压迫止血，有条件时可采用明胶海绵药物止血。文献报道，脊髓损伤尤其是切割伤后应用冰冻生理盐水反复冲洗损伤部位，术中失血较多者可行皮下注射补液，并给予术后镇痛［8］。

4 损伤方式

随着对脊髓损伤病理生理的了解，人们逐渐认识到最初的损伤决定了损伤所诱发的病理生理改变。为更好的描述和反映损伤过程的物理量，需要研究更精确的脊髓损伤方法。目前，常用脊髓损伤方式有重力打击、完全横断、脊髓半切和钳夹压迫和光化学诱导损伤模型等多种。

4.1 挫伤 Allen在1911年成功复制了狗重物坠落脊髓挫伤模型。后又有多位学者对其作出改进，并复制了其他动物的脊髓损伤模型。2005年于如同等［3］研制了电控大鼠脊髓损伤重力打击仪(WD仪)，但因缺乏统一标准，故增加了复制模型的难度。

4.2 切割损伤 最常用的是Bunge研制的脊髓横断模型。术中应行椎板切除术暴露大鼠脊髓，移除T9～T11脊髓，将半通透性塑料或者是可降解生物材料插入两端之间。切割损伤模型操作简单，无需特殊仪器，广泛用于放置移植物或药物的实验研究［9］。横断模型的另一优点是病理改变和继发性神经改变相对稳定，因此可以评价治疗措施的安全性和有效性;可利用高分辨率光学显微镜评价轴突的再生。因此，脊髓半横断和完全横断是评价轴突再生的很好方法。然而，去除一个或几个阶段脊髓可能会导致实验组和对照组间没有可比性。另外，切割直接损伤硬脊膜，脑脊液大量外漏，可破坏损伤部位的生理环境;由于脊髓中存在张力，切断后两断端将分离。另外人类中很少出现脊髓完全横断情况，故实用性较差。

4.3 压迫损伤 主要用于模拟椎管内出血、退行性病变、肿瘤等占位性病变造成的脊髓损伤。主要有重物块压迫损伤、气囊压迫和动脉夹损伤。有人采用20 g重物压迫大鼠T12水平脊髓20 min，斜坡实验检查发现，损伤后24 h达到损伤高峰，至损伤后56 d仍未完全恢复。气囊压迫损伤是将一个可膨胀气囊置入椎板和硬膜囊之间，以不同的速率向气囊注入空气，使其膨胀，产生脊髓压迫损伤。动脉夹压迫脊髓可产生较稳定的脊髓损伤，并逐渐得到广泛引用［10］。压迫损伤与重力打击损伤的不同之处在于，重力打击损伤的主要损伤因素是机械损伤，而压迫损伤中机械因素和血管因素引起的继发性改变都存在。

近年来，亦有人采用脊髓缺血再灌注损伤、静压型损伤、光化学损伤、脊髓切吸损伤法等制作模型。

综上所述，脊髓损伤模型建立中选择适龄动物，术中轻柔操作严密止血，术后认真护理，1个月内死亡率可降至30%。总之，脊髓损伤模型是一高难度手术，损伤大，术后并发症多，需在每一个环节上都做好工作才能保证成功率。

［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，吴德模.电控大鼠脊髓损伤打击器的研制［J］.中华创伤杂志，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.