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脊髓损伤(spinal cord injury,SCI)动物模型

脊髓损伤(spinal cord injurySCI)动物模
王海峰,方健

        随着工农业、建筑业及交通运输业的发展,脊髓损伤(spinal cord injurySCI)的发病率有逐渐升高的趋势。最常见的脊髓损伤多来自于外伤所致脊柱骨折或骨折脱位,此外,肿瘤、脊髓血管病变、脊柱炎症等亦可引起。脊髓损伤往往预后差,致残率高,一直是医学界研究的重点和难点。而研究其发病机制、病理变化及治疗措施的前提和基础是建立具有良好临床相关性、可重复性、可规范化操作的动物模型。


脊髓损伤模型的造模方法及特点

11脊髓撞击损伤模型
1.1.1 脊髓背侧损伤模型

        Allen等最早建立了重物坠落致脊髓损伤的模型,即重物坠落法(weight dropWD)。用一定重量的重锤沿一个套管垂直落下打击特定脊髓节段而致伤。脊髓致伤能量采用重物质量(g)与下落高度(cm)的乘积来衡量。此方法简单易行,制作成本低,易于复制,可通过调整重锤的重量和坠落高度来改变撞击能,也通过调整打击板的大小、形状等来调整撞击的部位和范围。该模型通过一定力量撞击造成脊髓水肿、缺血并继发一系列损伤,能够很好的模拟人类脊髓受损的受力过程,且致伤部位、范围可以人为控制,是目前与临床脊髓损伤相关性最好的一种。

       但这种致伤模型的影响因素很多,需切除椎板,易损伤脊髓血管和脊神经,坠落部位不易精确确定,重物反弹可使脊髓受多次打击等。国内外许多学者在此基础上作了进一步的改进。制作一些改良的致伤装置,使得模型更可靠、更稳定。

       Stokes等研制的机电打击器,Gruner等研制的NYU(纽约大学)碰撞器,以及Jakeman等研制的ESCID2000打击器等均为改良的脊髓打击装置。Falconer等利用立体定位仪调节大鼠脊髓位置,通过计算机控制电子装置检测调节脊髓受压参数,从而精确了坠落部位和坠落能量,确保了模型的一致性。Khan等在WD法的基础上设计出WD仪,将重物、垫片、动物夹等各种附件均附着于·可移动的磁性底座上,使得动物的固定及莺物的坠落等操:作更方便、灵活。近年来,Bilegn等将计算机控制系统引入打击装置中,从而使模型的稳定性和可控性得到了更进步的提高。

112脊髓腹侧损伤模型

       由于临床上脊髓损伤的外力作用多来自脊髓前方,如椎体骨折、脱位等。张秋林等设计出脊髓腹侧损伤模型,基本方法是行椎板开窗,将撞击钩置于脊髓前方,钩固定于杠杆的一端,重物坠击二杠杆的另一端,利用杠杆原理使钩端上跷,钩随之上提撤击脊髓腹侧而受伤。该方法是对Allen打击法的补充,特点是脊髓损伤集中于前方,更接近于临床的脊髓损伤类型,但手术操作难度较大,容易损伤脊髓。

12脊髓切割损伤模型

       脊髓切割损伤模型,即使用刀片或显微剪横断或半横断脊髓、伞切或半切致脊髓块状缺损,使损伤部位脊髓的头端和尾端失去解剖连续性及生理上的联系凹]。此外,还町根据研究目的不同选择部分切断损伤,如锥体束切断术。此类模型具有操作简便、出血少、继发反应轻等优点,主要用于SCI的再生修复与移植方面的研究。町判定损伤所涉及的轴突为何种类型的神经,也可观察神经递质、神经营养因子、细胞移植对脊髓的影响及作用。但临床相关性差、动物死亡率高。

13脊髓吸除损伤模型

       脊髓吸除损伤模型,是切除一段脊髓、或切开后用玻璃针吸出已损毁的脊髓、或负压吸除部分脊髓从而造成脊髓完全或非完全的横断性损伤。Taylor等用负压吸除部分脊髓,造成脊髓横断性缺损,然后放置移植物、药物等进行再生性实验研究。此法所获得的模型与临床相关性较差,且硬脊膜在切割时破裂,大量外来成分介人损伤区,破坏了损伤后的局部微环境,重复性较低,很难保证模型动物的一致性。

14脊髓压迫损伤模型

       根据压迫方式和致压迫物的不同可分为腹侧和背侧脊髓压迫模型,静力性压迫和动力性压迫模型。Tarlovl等于1935年最先报道了脊髓压迫损伤动物模型,用一气囊连接导气管置于椎管内的脊髓腹侧。通过向气囊内充气造成脊髓损伤。后来还有学者应用水囊进行压迫建立模型。Fukuda等采用经犬1s-4椎问孔置入导管球囊,向头侧推进球囊至L。水平,注射生理盐水使球囊膨胀,压迫10 min后取出球囊。         这两种方法由于气囊或水囊在椎管内滚动而导致对脊髓压迫不均。Hukuda等首次采用螺钉经颈椎椎体正中拧入,通过脊柱前人路制作脊髓压迫动物模型。Kim等在大鼠的第56胸椎椎板下放置一塑料板,术后从第925倜观测动物的行为学改变和病例组织学改变;通过脊柱后入路制作脊髓压迫动物模型。近年来,梁益建等根据大鼠脊柱解剖结构特点自行设计一种大鼠脊髓压迫器,脊髓压迫程度可根据实验目的不同进行调节,制作大鼠脊柱后路慢性压迫模型。通过行为学、影像学、组织学等方法评价。结果表明该模型具有方法简单、科学、重复性强等特点。2007年,Lim等将传统的球囊压迫法与X线透视相结合在一起,能将球囊准确引导进入欲将造成脊髓损伤的位点,制作出不同程度的脊髓损伤模型。至今,人们已陆续发展了人工植入物、螺钉和移植肿瘤等造成压迫损伤。脊髓压迫损伤模型建立的是慢性脊髓损伤的动物模型,临床E主要模拟退行性病变、肿瘤等占位性病变造成的脊髓损伤。主要用于探索慢性脊髓损伤的自然病理反应、神经再生及治疗,能观察神经胶质增生状况,了解其与神经无病变的相互关系等。
15脊髓钳夹损伤模型

       该模型是使用特制夹子,垂直钳夹于开放的脊髓上,不同夹子的钳夹压力不同,通过调节钳夹时的压力大小与时间长短而得到不同程度的脊髓损伤模型。Joshi等用动脉瘤夹夹伤脊髓,以夹持力和钳夹时间区别脊髓损伤轻重。该模型的显著特点是可以模拟脊柱移位造成的脊髓损伤,揭示脊髓功能损伤与钳夹时间的关系,寻求最佳的解压迫时间。缺点是对夹持力的判定不如重物坠落法直接。
16脊髓牵拉损伤模型

       临床上脊柱过度牵拉导致脊髓损伤多为医源性,最早发现于脊柱侧弯矫形手术中。Maiman等建立了免脊髓牵张性损伤模型,将双侧椎板切除显露脊髓,用牵开器从侧方牵拉脊髓,实现水平方向上的脊髓牵拉损伤,选用不同的牵拉负荷可制备小同程度的牵拉性脊髓损伤。实验结果证实随着牵张负荷的增加和持续时间的延长,脊髓灰白质内血管充盈不足,随之血管痉挛直至血管破裂出血,脊髓诱发电位表现为波幅明显下降。此模型成功的模拟r临床状态下脊髓损伤的致伤条件和受伤机制,但由于动物个体耐受不一致。因而牵拉比率的精确性难以控制。
17脊髓缺血损伤模型

       脊髓缺血损伤模型的制备方法较多。主夏有主动脉阻断法和腰动脉阻断法。Mackey等应用特制的环形压迫器压迫肾动脉平面以下腹主动脉,制作脊髓腰段缺血模型,且观察到脊髓腰段出现了神经细胞及神经胶质细胞的凋亡。Sufianova等采用血管夹闭塞腹主动脉及其属支,使腰段脊髓在一定时问内处于缺血状态后再松开血管夹,建.试脊髓缺血再灌注损伤模型,并通过行为学表现和组织病理学的变化定性、定量地评估其脊髓形态功能状态。制备脊髓缺血损伤模型最经典的方法是自腹主动脉阻断致腰段脊髓缺血,多以兔为实验对象口引。主动脉压迫或夹闭法建立的模型具有简单、高度的可重复性等特点,脊髓功能丧失稳定,能长期进行临床跟踪研究,比较适合应用于神经化学、神经病理学和神经生理学妁研究。目前,多采用介入技术阻断腹主动脉或选择性阻断脊髓供血动脉,该方法虽然可控制性及可苇复性较好,但制备过程比较复杂,实验要求高。
1.8 脊髓火器伤模型

       第二次世界大战后,人们开始重视对脊髓火器伤的研究。1990年。国内胥少汀以家猪为实验对象,用FNC步枪、SSl09子弹自猪左侧射击L,脊柱,建立了实验性脊髓枪伤模型。拣长青等用79式微型冲锋枪建立家猪胸腰段脊髓火器贯通伤模型,发现脊髓火器伤后神经细胞的破坏与修复并存,且有一定的时空性,伤后1 h即可发现神经元细胞的破坏、崩解,波及范围较打击伤更为广泛。马云青等朝采用单质锰炸药黑索金纸壳雷管为爆炸源,建立了实验条件下的脊髓爆震伤模型,该模型排除弹片因素,单纯分析冲击波致伤效应,可控性、重复性好,动物成活率高,采用的是军用炸药,与实战中爆炸效果可比性强。王海峰等研制出一种新型冲击波发生装置,并建立实验条件下的脊髓冲击伤动物模型,该研究建立的脊髓冲击伤动物模型具有参数可控,伤情稳定,重复性好等优点,为爆炸冲击波致脊髓操作的研究提供了一种较理想的实验模型,具有实用性。
19其他模型

       静脉注射光增敏剂二碘曙红或四碘荧光素二钠,然后分别以氩离子灯或氙弧灯产生的激光照射拟损伤的脊髓部位,由此而制得光化学诱导型脊髓损伤模型。David[z83应用阳极电损毁方法制成脊髓损伤模璎。Sak—layen等用脂肪栓塞的方法模拟了脊髓梗死损伤模型。此类模璎与临床实际相距较远,故只能在探讨脊髓损伤机制的某个方面具有价值。难以推广。

       脊髓损伤动物模型经过近一个世纪的发展,已取得了的相当的研究成果。理想的动物脊髓损伤模型应符合以下条件:a)临床相似性.b)操作简单;c)分级损伤;d)可重复性、可调控性强;e)死亡率低,并发症少;f)神经功能变化和神经病理改变的一致性。综观以E的动物模型可以看出各种模型与临床脊髓损伤仍有很大区别,每种模型仅能代表脊髓损伤的某一侧面,各有其优缺点。实际上没有一种特定的脊髓损伤模型能完全阐明脊髓损伤机制及功能恢复的各个方面,多种模型的使用加深了对脊髓损伤的全面理解。近年来科研工作者作了很多的努力,对脊髓损伤模璎的制作方法进行改进,进一步标准实验方法以减少模型间差异,更加准确地定位损伤部位,更好地控制损伤程度等。今后,如何能制造出更加接近临床状态、更加可靠、标准化、调控性强、重复性强的脊髓损伤模型,仍然是我们需要努力研究的方向。

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