实验性大鼠脊髓损伤模型的制备及研究进展

李晓彬 刘 涛 周俊锋 范 磊

河南省人民医院急诊创伤外科 郑州 450003



实验性大鼠脊髓损伤模型的制备及研究进展

李晓彬 刘 涛△周俊锋 范 磊

河南省人民医院急诊创伤外科 郑州 450003

脊髓损伤；大鼠；制备；研究现状

近年来，我国经济发展不断加快，其中脊髓损伤(SCI)的发病率越来越高，且可能带来严重的并发症及严重症状，自主神经功能障碍是常见的并发症，现阶段还无有效的方法或特效药治疗脊髓损伤患者，治疗措施的效用也较有限，很难达到预期效果。神经功能在经历了SCI过后恢复的难度较大，究其根源，其中一个重要的方面就是损伤区微环境能够形成大规模的抑制因子，从而对轴突生长带来明显的抑制作用。目前，国内外学术界已经提出了多种脊髓损伤模型，如牵张损伤、化学损伤、横断损伤、缺血损伤、脊髓挫伤和压迫损伤等，从而能够充分满足各类实验的需求，然而，截止目前，还未获取一种稳定性较高的创伤性脊髓损伤模型，本文将着重介绍现阶段国内外研究现状。

1 动物模型的选用及制备标准

现阶段有多种动物种类能够用于脊髓损伤模型，具备充足的大鼠因来源，整体成本也较低，护理和喂养难度也较低，因此应用较为广泛。然而，大鼠脊髓较细小，很难进行建模，对专用器械的要求较高，在手术的过程中很容易对脊髓产生一定的伤害，从而对结果的可靠性和准确性带来较大的影响，一般而言，小鼠和兔是常用于脊髓损伤研究的两种物种[1]。

理想化的动物模型是进行脊髓损伤实验研究的前提和基础，通常来讲，理想化的动物模型需要满足以下几个方面的要求：(1)可操作性：适用于批量生产和制作，并发症较少、存活率较高，对设备的依赖和要求较低，模型制备技术易于掌握；(2)可重复性：使制备过程的关键步骤定量化和客观化，使其具有较好的重复性和较高的可靠度；(3)可调控性：能够自由控制损伤程度，并基于需求实现对各类脊髓损伤模型的复制；(4)临床相似性：模型必须能够实现对人类脊髓损伤特征的模拟。

2 不同类型的脊髓损伤模型

2．1 脊髓撞击损伤模型 20世纪90年代，Allen[2]率先提出了重物坠落法(WD)，并在此基础上成功制备出动物脊髓损伤模型，进行模型制备时，使10 g的重锤从50 mm的位置处自由下落冲击目标脊髓节段，从而引发损伤。通过这种方法获得的模型同实际情况较类似，能够模拟出实际中的情况，如早期的组织水肿、坏死和出血等，之后是组织的重建和修复，最终发展成为实质细胞萎缩、胶质瘢痕和慢性坏死囊腔，该模型中组织损伤的时空效应和人类脊髓损伤一致性较高，因此，其能够用于探索神经保护策略，研究胶质细胞病理变化的相互作用和再生规律，同临床脊髓损伤有较好的相关性，这种模型也存在一定的缺陷和不足，在物体下落的过程中，由于物体无法及时被移开，因此可能会造成对脊髓的压迫，带来一定的二次损伤，与此同时，脊髓在受到物体冲击的时候，脊柱往往会存在一定的偏移，可能使得致伤结果存在一定的不一致性，此外，在这种情况下，致伤的程度往往更大。

Khan等[3]在Allen 法的基础上提出了一种全新的WD仪，也就是在磁性底座上附着相应的动物夹、换能器、垫片和重物等，且磁性底座往往是可移动的，这样可以更加灵活进行SCI 操作和动物调节与固定；Basso等[4]和Gruner[5]基于NYU/MASCIS 打击器成功制备了多样化的动物模型，在进行实验时，可以对相关参数进行实时监控，如碰撞速度、打击高度和脊髓移位等，从而成功制备出满足预期标准的模型，NYU/MASCIS 打击器是脊髓损伤模型制作领域的一种常用仪器，能够为啮齿类动物的脊髓损伤研究提供巨大的帮助。

2．2 脊髓横断损伤模型 脊髓横断损伤模型有着十分广泛的应用，其中一个重要的方面就是脊髓损伤再生修复，一般会进行相应的椎板切除术，通过一些锐器实现对脊髓的部分切断、半横断或全横断，从而形成相应的模型[6]，Zhang等[7]则提出了一种全新的脊髓半横断模型，并对不缝合和缝合硬膜进行了细致的对比分析，并获得较为理想的动物模型。2012年，胡炜等[8]基于定量半横断刀成功制备了大鼠半横断状缺损模型，其中，定量半横断刀更加菲薄锐利，可以显著降低对脊髓的牵拉损伤和对侧挤压伤害，利用纵切刀进行纵切之后，无需将纵切刀拔出，这样可以显著降低横切刀的误伤，一般来讲，纵切刀的长度是保持不变的，这样可以获取较为一致的组织长度，尽可能降低人为误差。基于对建模后运动功能、组织形态学、电生理检测、大鼠病死率等方面的比较分析，结果显示，这种脊髓半横断损伤模型能够显著减少对健侧的损伤，且存活率大大提高，模型有较高的稳定性，有较好的重复性，且能够实现定量切割，能够用于脊髓半横断损伤的研究，效果显著。然而，当前所采用的模型和临床相关性还较差，相似程度较低，与此同时，这种方法可能会造成对一定程度的硬脊膜损伤，从而损害中枢环境，在这种情况下，会显著提高动物护理的难度，降低存活率，从而也就无法得到批量的数据和信息。

2．3 脊髓缺血损伤模型 在进行灌注损伤和脊髓缺血等方面的研究过程中，脊髓缺血损伤模型发挥着至关重要的作用，决定了研究的整体成效。现阶段使用较多的方法是电凝灼闭法、栓塞法、夹闭法、光化学法和血流阻断法等，秦治刚等[9]学者率先引入了DSA引导法，并在此基础上构建了相应的羊缺血性脊髓损伤模型，这项研究减少了对动物的伤害，且能够显著提高动物的存活率。20世纪80年代，Zivin等[10]成功制备了脊髓缺血损伤模型。Piao等[11]学者则基于光化学反应成功实现了脊髓缺血损伤，并可以在此基础上基于不同的激光照射实现对不同等级的损伤造成不同的影响。除此之外，还有部分学者采用直接电凝灼闭脊髓动脉，从而可以造成动物的局部缺血损伤。

2．4 脊髓钳夹损伤模型 关于脊髓钳夹伤模型的报道最早来自1978年的Rivin和Tarot。在脊髓上可以采用各种夹子进行钳夹，并对钳夹时间和钳夹压力进行调整和控制[12]，从而获取所需的脊髓损伤模型。我国李刚等[13]率先提出了基于脊髓损伤模型研究大鼠脊髓损伤对组织结构的影响，该方法需要利用钳夹对脊髓进行钳夹，以此获取所需的脊髓损伤模型。一般来讲，这种方法有如下几个方面的优势，首先，硬脊膜较完整；其次，脊髓损伤之后的神经功能和解剖结构的变化类似于撞击损伤型。因此，在研究神经保护性干预、解除钳夹压迫的时机和脊髓损伤后急性期的病理生理变化等方面发挥至关重要的作用[14]。当前这种模型的应用也越来越广，受到的关注也越来越多。

2．5 脊髓牵拉损伤模型 脊柱侧弯矫形术是最早发现脊柱过度牵拉致脊髓损伤的部位，且这种损伤大多为医源性损伤。Dolan等[15]率先提出了一种特殊的牵拉装置，可以固定损伤部位附近的上、下椎体，从而形成反向的牵拉，结果表明，脊髓损伤的程度和牵拉距离呈现明显的正相关变化，此外，损伤部位的血流也是一个重要的体现，说明脊髓功能之所以会丧失，其中一个重要的原因就是损伤部位缺血。我国学者李佛保等[16]成功实现了对侧方牵拉脊髓的模拟，从而能够实现水平向的脊髓牵拉性损伤。这种模型和实际中脊髓损伤的受伤机制和致伤条件较一致，但也存在一定的缺陷和不足，其中牵拉比率是一个十分重要的方面。

3 其他脊髓损伤模型

陈长青等[17]成功制备了猪的脊髓火器伤模型，在制备模型的过程中，采用51式7.62 mm手枪弹和79 式微型冲锋枪射击自猪的右侧，其中子弹初始速度为510 m/min，发射间距为8 m。这种模型能够对实际情况中的脊髓火器伤伤情进行模拟，从而有助于分析和研究脊髓火器伤的临床治疗、早期诊断、全身病理改变、局部病理生理改变等。但需要引起注意的是，这种模型在一些方面有所欠缺，如实验动物是四肢动物，与直立行走的人不完全一致，在实际操作过程中无法完全精确控制弹道等。王海峰等[18]以兔子脊髓伤为模型，率先引入了一种全新的冲击波，这种冲击波主要由改良型霍普金森杆产生并形成，分别采用0.8 MPa、0.6 MPa和0.4 MPa的气源压力对兔脊髓进行致伤，从而获取不同损伤程度的脊髓冲击伤模型。这种模型有诸多的优点，如并发症少、病死率低、可重复性强、损伤程度可调控和临床相似性好等，然而也存在一些缺陷和不足，如很难确定受冲击脊髓面积和部位，脊柱固定难度较大，稳定性较差。Mathers等[19]学者则基于阳极电极损毁法成功制备了脊髓损伤模型，在进行制备时，首先在一侧的脊髓灰质中间带中置入相应的电极，通电时间30 s，电流强度0.1 mA，结果表明，这种方法能够形成一定的白质损伤和灰质损伤，且能够显著降低肢体的运动功能。徐准等[20]学者则通过头侧椎夹和尾侧椎夹分别对大鼠 C3/C4、C5/C6进行了固定，并使其同立体定位架进行连接，然后同材料试验机相互连接，对其进行错位，并在此基础上形成脊髓损伤和C4-5骨折脱位，从而能够形成预期的原发性脊髓损伤模型。

4 展望

动物模型的最终目的是为了能够实现对人类脊髓损伤的有效模拟，此外，还可以将研究结论应用于临床方面，脊髓损伤动物模型在脊髓再生的实验性治疗和再生研究中发挥着至关重要的作用，可用于探索脊髓损伤病因病理机制。但是，由于多种客观条件的限制，上述动物模型都有其优缺点，至今也未研究出哪一种完全理想化的模型得到公认。每一类损伤都只能反映其中一种临床损伤，有着较大的局限性。此外，鉴于实验操作的影响，造成了疗效观察和损伤结果误差较大，在未来的一定时间内，对脊髓损伤动物模型进行进一步的完善，深化对脊髓损伤机制的认识和了解，并探索相应的治疗方法和措施，从而推动脊髓损伤研究的进一步发展，这样才可以把它更好运用于临床。

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(收稿2016-06-14)

河南省基础与前沿技术研究计划(编号：122300410195)

R-332

A

1673-5110(2016)23-0078-02

△通讯作者：刘涛，E-mail：Liutaogk@126.com