脊髓损伤动物模型研究进展

李静娟，贺亮

(1.桂林医学院 麻醉学系，广西 桂林 541001；2.桂林医学院附属医院 麻醉科，广西 桂林 541001)

0 引言

脊髓损伤(spinal cord injury，SCI)是由外界暴力直接或间接作用于脊柱，引起脊椎骨的骨折或累及脊髓神经节的损伤[1]。脊髓损伤影响全球超250万人，并可能导致截瘫和四肢瘫痪，但脊髓损伤通常伴随自发可塑性和轴突再生性，有助于改善感觉和运动功能[2]。因此，亟待进一步阐明脊髓损伤后自我修复的具体机制，为脊髓损伤后修复提供更佳治疗策略[3]。挫伤是最常见的脊髓损伤形式(41%)，其次是横切(32.5%)和压迫(19.4%)；挫伤和压迫模型可以更好地模拟人体伤害的生物力学和神经病理学，而横切模型对于研究解剖再生非常有价值[4]。现就目前常用的脊髓损伤动物模型加以综述。

1 脊髓损伤的造模动物

脊髓损伤造模所用动物种类较多，主要有灵长类动物，如猴；大中型动物，如羊、猫、狗、兔；小型动物，如鼠[5]。理想情况下，动物模型应满足可用性和可重复性的要求，并再现脊髓损伤的解剖特征和临床病理变化过程，然而不存在能够完全模拟人类脊髓损伤的动物模型，脊髓损伤的不同实验模型在研究病变发展机制和潜在治疗干预措施时各有利弊[6]。

脊髓损伤的动物模型中最常见的是大鼠(72.4%)，啮齿动物是最早用于研究脊髓损伤的物种，可能也是最适合的物种[4]。大鼠的脊髓损伤模型提供了重要的哺乳动物模型，可以用于评估治疗策略，研究脊髓损伤的病理基础[7]。非人灵长类动物模型的潜在优势包括遗传相似性，以及对伤害的生物学和生理学反应的相似性，但应考虑高成本、高基础设施要求和道德问题[6,8]。

2 脊髓损伤动物模型的分类

针对不同的临床问题，可选择不同的实验模型，动物模型的选择对研究结果具有重要的影响[9]。

2.1 挫伤型脊髓损伤模型

挫伤型脊髓损伤是最常见的脊髓损伤。常用的挫伤型脊髓损伤模型有三种，分别是多通道动物脊髓损伤研究(MASCIS)、冲击/电磁脊髓损伤设备(ESCID)和无限地平线脊髓挫伤模型(IH)。MASCIS冲击是将固定重量从不同的高度撞击目标脊髓以创建多个脊髓损伤；ESCID是通过诱导组织位移引起脊髓损伤；IH冲击是通过施加不同方向的力产生脊髓损伤[10]。Iwanami等[11]用普通猴造模，将三种重物(15、17、20 g)从50 mm的高度掉落至C5而诱发脊髓损伤，建立非人类灵长类动物脊髓分级损伤模型。Wu等[10]改良了组织位移引起的脊髓损伤模型，使用路易斯维尔系统损伤仪(LISA)，该仪器包含固定椎骨的U形椎骨稳定器和确保精确组织移位的激光传感器，可以克服现有模型的缺点。现有模型是将棘突和尾棘钳夹来获得椎骨稳定，这会在撞击过程中引起脊柱运动，影响脊髓损伤，增加变异性，而椎骨稳定器可以较好固定椎骨；激光传感器可以精确撞击速度和撞击距离，比常规方法更准确。Lee等[12]使用无限远距撞击器以150 kdyn的撞击力，22.5°的撞击轨迹(动物以22.5°旋转)，在偏离中线1.4 mm的撞击位置挫伤脊髓，造出单侧颈脊髓损伤模型。

2.2 横切型脊髓损伤模型

目前，由脊髓外伤和脊髓内部病变等原因引起的脊髓半切综合征病例日渐增多，建立脊髓半切伤动物模型就变得尤为重要[13]。制作半横断伤模型需在显微镜下用咬骨钳小心咬除大鼠T7-9节段的棘突和椎弓根，暴露T7-9节段脊髓，轻轻用纤维剪刀剪开T8节段硬膜，然后利用立体定位仪将自制的消毒好的一次性刀片从T8节段脊髓背侧左半部分插入至脊髓腹侧，并用丝线缝合硬脊膜[14,15]。制作大鼠脊髓全横断模型的手术方法：切除大鼠T10 ～T11棘突和椎板至横突根部，充分暴露脊髓背面及两侧，以特制的微型引导器或小三角针(4 mm×3 mm)在腹侧硬脊膜与椎管间穿丝线至对侧，用显微剪在T8 脊髓节段水平横断脊髓，丝线从断口提出，以确保脊髓已完全横断[16]。

2.3 压迫型脊髓损伤模型

压迫型脊髓损伤的造模方法包括直接重物法、校准钳法及动脉瘤夹法。直接重物法是将重物直接放在脊髓的背侧，由于放置的位置不同和动物呼吸引起的运动会影响脊髓损伤的位置[17]。Benzel等[18]提出了一种新的大鼠脊髓损伤模型：腹侧压迫技术，该模型使用改良DeBakey主动脉瘤夹造成损伤，该模型无需进行减压手术(椎板切除术)即可产生腹侧持续性肿块(骨骼和软组织)。Plemel等[19]在小鼠中建立了分级钳挤压的脊髓损伤模型，该模型使用三种不同的钳子，其间隔器分别为0.25、0.4和0.55 mm，分别造成严重、中度和轻度损伤，由于其表现出的一致性、低成本和临床相关性，这种分级钳压器是当前常用的脊髓损伤小鼠模型。Plemel方法使用5号Dumont镊子压迫脊髓，该镊子可以通过金属环氧树脂或其他一些阻塞物始终保持一定距离，以防止完全闭合，这种设计的优点是手术可重复性好，校准钳可以轻松组装和高压消毒，从而简化手术[20]。Mooneng等[21]在腰脊髓水平L1-L2用中度(20 g)，中度至重度(26 g)和重度(35 g和56 g)的双侧夹冲击脊髓，然后进行椎板切除术，以产生压迫性脊髓损伤模型，这种双侧夹冲击压缩损伤可合理模拟人类胸腰椎水平的脊髓损伤。

2.4 缺血型脊髓损伤模型

脊髓的血液供应来源于脊髓前动脉、脊髓后动脉和根动脉，分别结扎上述动脉，可造成不同程度的缺血性脊髓损伤[22]。为模拟胸腔内和胸腹动脉瘤手术过程中主动脉钳夹引起的局部缺血，Qayumi等[23]使用重25至30公斤的家猪，穿过第四肋间隙打开胸腔，将交叉钳夹在左锁骨下动脉，钳夹持续时间为30分钟，再灌注时间为24小时，该模型可用于研究缺血再灌注损伤，以评估脊髓损伤的病理生理学机制。Xiao等[24]将新西兰兔双侧腰动脉在五个水平(L1-L5)结扎，手术后第7天对脊髓进行组织学观察，脊髓切片可见神经元丢失和灰质空泡化，说明腰动脉选择性结扎可在兔中诱导可行且可再现的脊髓缺血模型。

2.5 牵拉型脊髓损伤模型

脊柱过度矫正是脊柱畸形矫正手术中引起牵拉型脊柱损伤的主要原因，但是目前仍缺乏可复制的牵拉型脊髓损伤动物模型。Wu等[25]建立了一个脊椎撑开器，通过改变脊椎骨标志之间的移动来改变脊椎撑开的百分比，将撑开器安装在兔子的T12和L4椎段上，然后通过将撑开器的中央螺钉旋转至从L1到L4椎段长度的0%(对照)，10%、20%或30%，来实现撑开，并记录皮层的体感诱发电位，并在安装牵张器之前和拆卸牵张器之后评估神经功能。

3 展望

综上所述，建立一种比较理想的脊髓损伤动物模型是研究脊髓损伤病理生理机制的基础，对于脊髓损伤的治疗具有重要意义。目前脊髓损伤的动物模型种类较多，各有其优缺点，还没有哪一种模型能够完全模拟脊髓损伤的自然发病过程，因此，制造出更加可靠、更加标准化、可重复并且操作简便的脊髓损伤模型仍是我们努力的目标。此外，随着分子生物学、医学影像学等不断发展，对于脊髓损伤动物模型的评估不再仅局限于电生理、行为学和形态学的监测，我们在选择动物模型时，应根据实验目的和实验条件，结合最新科学技术，选择合适的动物模型，并且在现有模型的基础上不断改良和创新。