通过重复＋Gz暴露建立实验性家兔颈椎病模型.doc

通过重复Gz暴露建立实验性家兔颈椎病模型 作者：陈立君, 王永春, 孙喜庆, 孙会品, 曹新生 【关键词】 颈椎病 Model of experimental cervical spondylosis established by repeated +Gz exposure in rabbits【Abstract】 AIM: To establish a scientific and economical degenerative animal model for the study of intervertebral disc. METHODS: Fifteen rabbits were randomly divided into five groups: control group, 6Gz/1 d group, 6Gz/2 wk group, 6Gz/4 wk group and 6Gz/6 wk group. The rabbits in the experiment group were exposed +6Gz/45s (5 times every day) for 1d, 2 wk, 4 wk and 6wk. Lateral cervical radiographies of each rabbit were studied with selfcontrol method. Pathological changes of the cervical vertebrae were observed by light microscope after staining with hematoxylin and eosin. RESULTS: As compared with control, the Xray film revealed that there were no cervical vertebra changes in the rabbits of 1 d and 2 wk groups, while the intervertebral discs of rabbits in 4 wk and 6 wk groups had significant degenerative changes (P<0.01). Histological results showed that the fibrous ring of intervertebral disc in all model groups had some fissure and irregular arrangement. In 6 wk group, nucleus pulposus shrank or became smaller and cartilage cells were observed. CONCLUSION: The rabbit cervical intervertebral disc degerenation model established by repeated +Gz exposure can be used in the study of cervical spondylosis.【Keywords】 cervical spondylosis; disease models, animal; rabbits【摘要】 目的： 为椎间盘相关研究建立一种经济、科学的椎间盘退变动物模型. 方法： 15只家兔随机分为对照组、加速度作用1 d组、2 wk组、4 wk组、6 wk组，每组3只. 加速度作用组分别暴露于6 Gz、持续45 s的正加速度（每天连续暴露5次）1 d、2 wk、4 wk及6 wk. 各组动物均于实验前后颈椎侧位拍片作自身对比，实验结束后气栓法处死并取颈椎C3C7段显微镜下观察. 结果： X光片显示对照组、加速度作用1 d组及2 wk组颈椎无明显变化，而加速度作用4 wk组和6 wk组颈椎较对照组均出现显著退行性改变（P<0.01）; 显微镜下显示加速度作用2 wk组、4 wk组及6 wk组均出现椎间盘纤维排列轻度不规则，其中6 wk组还出现髓核缩小及软骨细胞增生. 结论： 正加速度重复作用可引起兔颈椎间盘出现退行性改变，该模型可以作为颈椎病模型应用于临床及基础领域的研究. 【关键词】 颈椎病；疾病模型，动物；兔0引言颈椎病是一种退行性病变，是指开始于单个或多个颈椎间盘的进行性退变，并导致周围的骨和软组织的结构改变，进而影响相关的血管、神经根或(和)脊髓的合并症1. 该病虽属于以退行性变为主的疾患，但与多种因素有关，病情错综复杂，其中病因学和发病机制等方面尚未完全明确. 以实验动物复制人类疾病是促进医学科学发展的重要途径，对疾病的病因或发病机制的探讨以及预防与治疗方法的改进，均具有重要作用. 而目前国内外尚未见理想的颈椎病实验模型的报道，因而严重制约了颈椎病实验研究的深入开展. 我们试图利用动物离心机建立一种科学、简便、经济的兔椎间盘退变模型，以进一步探讨颈椎病的发病机制. 1材料和方法1.1对象6 mo龄健康家兔15只，雌雄不拘，体质量2.53.0 kg，由第四军医大学实验动物中心提供. 随机分为5组：对照组、加速度作用1 d组、2 wk组、4 wk组和6 wk组，每组3只. 1.2方法采用动物离心机进行正加速度暴露，该离心机的半径为2 m，可模拟的正加速度范围为+1+12 Gz，由计算机进行加速度程序控制. 利用自制的直径为14 cm的半圆柱状动物舱承载家兔，并水平固定于离心机的转臂上，家兔头部朝向离心机旋转轴心. 各舱壁留有通气孔. 加速度作用组采用的加速度G值水平为6 Gz，峰值作用时间为45 s，加速度增长率1 G/s，每日连续暴露5次，每次间隔5 min. 对照组家兔不进行加速度暴露. 各组家兔均于实验前和实验后以30 g/L戊巴比妥钠（30 mg/kg, ip）麻醉后，于相同条件下拍摄颈椎侧位X光片，颈椎退行性变分级方法参照余家阔等2的打分方法(Tab 1). 实验组动物分别在加速度作用1 d，2 wk，4 wk和6 wk后气栓法处死，取C3C7整段颈椎在40 g/L多聚甲醛中固定48 h后，以100 mL/L硝酸溶液脱钙2 wk，待脱钙完全后再经乙醇梯度脱水，二甲苯透明,石蜡包埋,切片，苏木素伊红染色，对每个正中矢状面椎间盘进行显微镜观察. 表1颈椎退行性变分级方法（略）统计学处理：各组数据以xs表示. 应用SPSS 10.0统计软件对对照组与各处理组之间评分比较用KruskalWallis非参数统计分析方法，以P<0.05为差异有显著性. 2结果2.1影像学检查对照组及加速度作用1 d组、2 wk组家兔均未见椎间隙狭窄、骨赘形成、曲线变直等颈椎退行性变化. 加速度作用4 wk及6 wk组家兔可见椎间孔变小、椎间隙狭窄、关节突关节间隙模糊、关节面粗糙硬化等变化. 各组家兔均未见椎体前缘骨赘形成 (Fig 1，2). 加速度作用后家兔颈椎X线片各项打分结果的总和显示，对照组、加速度作用1 d及2 wk组无变化，Gz暴露4 wk组和Gz暴露6 wk组的xs分别为1.330.58和3.330.58，结果表明：加速度作用4 wk及6 wk组较其他各组均出现显著退行性变化（P<0.01）；加速度作用6 wk组较4 wk组有显著性差异（P<0.01）. 2.2光镜观察对照组及加速度作用1 d组家兔的椎间盘纤维环及髓核结构及形态未见改变；加速度作用2 wk组家兔椎间盘纤维环未见裂隙，排列轻度不规则；加速度作用4 wk组家兔椎间盘纤维环可见裂隙，排列不规则；加速度作用6 wk组家兔椎间盘纤维环裂隙明显，排列不规则明显，纤维环内可见软骨细胞增生，髓核缩小（Fig 3，4）. 3讨论用实验动物复制颈椎病来揭示颈椎病的病因和发病机制等，是目前对颈椎病研究的重要途径之一. 当前国内外报道的颈椎病模型已有多个，大致可分为如下几种类型： 动力性平衡失调：通过手术直接破坏试验动物颈背部的浅、深层肌肉而建立的模型3; 静力性平衡失调：通过损伤颈椎骨骼、周围的韧带和(或)椎间盘等来建立颈椎病模型4; 直接损害或压迫： 椎动脉受压模型5、生理盐水注入椎间隙6、椎体内置入螺钉和双后肢大鼠7均属于此类; 其他：如强迫低头位建立模型的方法. 但是，目前已报道的颈椎病动物模型中或多或少地存在着以下一些不足： 建立模型的时间偏长，普遍都在3 mo以上，一些建立模型的时间长达8 mo，甚至更长; 实验要求难度较大，动物死亡率偏高8； 模型的阳性率及实验时间对应良好的颈椎病模型尚需继续探讨. 椎间盘退化变性与异常高应力密切相关9： 椎间盘长时间处于异常负荷环境下后，软骨下血窦血管芽数目明显减少，终板关节软骨钙化层不断增厚，使得椎间盘的终板物质通路受阻，椎间盘内营养供给减少，代谢废物堆积，出现细胞变性、坏死和代谢改变10；高应力负荷也可使椎间盘细胞合成蛋白多糖等基质物质减少，而基质降解酶类分泌旺盛，这可能使得椎间盘的基质生化组成和力学性能发生改变11. 持续性正加速度作用时，产生的惯性力方向为从头向足，此时应力加载在动物脊柱的轴线上，使椎间盘处于高应力环境中. 我们的实验以6Gz的加速度作用于家兔，相当于家兔颈椎承受6倍于平时的负荷，这将可能引起上下软骨终板的损伤，损伤的软骨终板渗透能力下降，引起动物椎间盘氧化转运障碍，乳酸浓度升高，使得供给髓核的营养不足，导致椎间盘提早出现退行性变. 总之，在正加速度作用下，椎间盘处于较大的负荷状态，椎间盘内压增大，可能导致椎间盘提早出现损伤性变化. 本实验结果证明，我们采用加速度重复作用成功地建立了家兔颈椎病退行性变模型. 我们认为，本实验方法具备以下优点： 家兔不需要手术，避免了手术创伤应激以及感染的发生，动物存活率达到100%； 实验方法相对简单，仅仅需要动物离心机，技术上易于掌握，不需要对实验人员进行专门的手术培训； 动物不需要专门的饲养室及特别看护，在实验间歇可以放在动物笼中饲养，节约实验费用； 实验时间相对较短，4 wk后就可以在放射学及病理学上观察到退行性改变. 因此，采用加速度重复作用建立家兔颈椎病退行性变模型简便、经济、易行，具有较大的应用价值. 【参考文献】1 王拥军，施杞，彭宝淦. 颈椎病危险因素的病例对照研究J. 中国中医骨伤科杂志，1997;5(6): 11-15.Wang YJ, Shi Q, Peng BG. 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