脊髓损伤动物模型的制备与评价.doc

【摘要】脊髓损伤(SCI)的修复是医学界面临的一大难题，虽然现在还没有理想的 治疗方法 ，但是世界各地的许多学者已对脊髓损伤的病理机制和再生修复进行了深入的 研究 。脊髓损伤动物模型的制备和评价方法对脊髓损伤相关研究具有很重要的意义,本文将回顾 目前 常用的脊髓损伤模型制备和评价的方法。 【关键词】脊髓损伤；动物模型；评价【Abstract】Objective restore the neural function after spinal cord injury is a hard work.Though there are no promising therapies,the scientists all over the world have made great effort in studying the pathological meschasim ofspinal cord injury and spinal cord regenerate. Theestablishment of animal model and evaluating methods are playing an important role in these researches.This article will review applications about how to make and evluate animal models of spinal cord injury.Key words:spinal cord injury,animal model,evaluation1 脊髓损伤动物模型的制备 1.1 脊髓撞击损伤模型Allen1建立了重物坠落致脊髓损伤的方法。即用一定重量的重锤沿一套管垂直落下、精确打击特定脊髓节段而致伤。这种模型比较接近人类脊髓损伤的病理生理特点及变化 规律 ，对研究脊髓损伤后神经元、神经胶质细胞的病理变化、再生规律和相互作用，探索神经保护策略有很大帮助。1.2 脊髓压迫损伤模型包括腹侧和背侧脊髓压迫模型，根据压迫方式和持续时间区别分为许多种类。Tralov2于1953年首先报道了脊髓压迫损伤的动物模型，用一小气囊连接导气管置于椎管内，然后向气囊内充气造成脊髓压迫损伤。后来还有人采用水囊压迫制备脊髓损伤模型。由于气囊或水囊在椎管内滚动,这两种方法对动物脊髓造成的压迫程度不均匀。Von-Buler等用动脉瘤夹夹持脊髓，以夹持力和钳夹时间区别脊髓损伤轻重。夹持压迫的特点在于可以模拟脊柱移位造成的脊髓损伤，且能保持硬脊膜结构完整，揭示神经功能损伤与压迫时间的关系，寻求最佳的解压迫时机，通过控制夹持力的大小和持续时间可得到不同损伤程度的模型。但此模型的制作要求夹持及解除夹持脊髓要迅速，而且对夹持力的判定不如重物坠落法直接。1.3 脊髓缺血及再灌注损伤模型该模型对研究脊髓的缺血及再灌注有重要的意义。具体的模型制作方法有血管结扎、灼闭、夹闭、栓塞等不同的方式。兔脊髓血管呈明显节段性分布，侧枝循环较差，易致缺血，且缺血后病理变化较一致，重复性好，并发症较少。Chavlco3在兔肾动脉上方夹闭腹主动脉造成脊髓缺血及再灌注损伤，观察结果显示运动障碍以前角运动神经元损伤为主。有学者 应用 明胶海绵或碘油栓塞双侧供应胸椎的肋间动脉，造成了神经变性、坏死、液化，但此模型一致性较差。Bungle4利用孟加拉玫瑰红激光束直接照射脊髓，造成脊髓缺血损伤，光镜和电镜观察显示组织细胞病变与缺血病变有较好的相关性。此外,还有人直接灼闭脊髓动脉，造成局部缺血。1.4 切割和吸除型脊髓损伤模型切割型脊髓损伤模型5,6,即使用虹膜刀片或显微剪横断或半横断脊髓。吸除型脊髓损伤模型,是直接切除一段脊髓、或切开后用玻璃针吸出已损毁的脊髓组织，或负压吸除部分脊髓，造成脊髓完全或非完全的横断性缺损。该法操作方便、出血少、继发反应轻，适用于放置移植物或药物等进行再生性实验研究，国内学者多采用此法。但此法所获得的模型与临床相关性差，重复性低，难以保证模型动物的一致性，由于硬脊膜的破裂，大量外来成分进入脊髓损伤部位，破坏了该部位的微环境，且动物护理较难，死亡率非常高，得到整批数据较难。1.5 静压型脊髓损伤模型静压型脊髓损伤模型7,8是利用压迫物造成脊髓组织变形及脊髓结构改变。慢性压迫脊髓以模拟出血、水肿或肿瘤等占位性病变。最早进行慢性脊髓压迫损伤模型研究的是Tralov2。他将一个可膨胀的气球放入椎骨与硬脊膜之间，以不同速率向气球内充气使其膨胀，导致脊髓损伤。20世纪70年代以来，多采用袖带压迫法产生慢性脊髓损伤，但此法不能量化受压脊髓所承受的压强，而且与临床实际相差较远。另外，人们陆续 发展 了静物、螺钉和移植肿瘤造成压迫损伤。将重物直接放在脊髓背面，亦可造成慢性分级压迫，或逐渐旋紧固定在椎骨上的螺钉压迫脊髓组织。Ushio等将肿瘤细胞W256种植到大鼠椎体前，肿瘤细胞通过椎间孔扩散，进入硬膜外腔，生长压迫脊髓，肿瘤细胞种植后，平均16 d后大鼠双后肢产生瘫痪。结果表明，此法制作的模型13：模拟了脊髓慢性压迫损伤的临床与病理表现。1.6 光化学诱导型脊髓损伤模型静脉注射光增敏剂二碘曙红(孟加拉玫红)或四碘荧光素二钠(藻红B)，然后分别以氩离子灯或氙弧灯产生的514.5nm激光或560nm绿光照射拟损伤的脊髓部位，光即与光增敏剂发生反应，使局部自由基大量堆积，损伤脊髓血管内皮细胞，进而引发血栓，导致缺血性损伤和水肿，由此而制得光化学诱导型脊髓损伤(photochemically induced，PCI)模型9,10。该法能保持硬脊膜的完整性，甚至不必切开皮肤，因为激光足以穿透脊背表面，但应注意防止光的热效能对脊髓的直接灼伤。1.7 牵拉性脊髓损伤模型牵拉性脊髓损伤模型11， 即将双侧椎板切除显露大鼠脊髓，用牵开器由侧方牵拉脊髓，实现水平方向上的脊髓牵拉损伤；选用不同的牵拉比率可制备不同程度的牵拉性脊髓损伤。该方法所制备模型动物的神经电生理的改变与行为学功能的改变有相关性。目前临床上牵拉性脊髓损伤的增多与医源性原因有关12，此模型模拟了临床治疗中脊髓损伤的致伤条件和受伤机制，模型制作的关键是控制牵拉比率的精确性。2 脊髓损伤动物模型的评价 动物脊髓损伤后的神经功能评定主要有神经电生理评价、运动功能评价和组织形态学评价，应把三者结合起来确定脊髓损伤程度，观察恢复情况及评价疗效。2.1 神经电生理评价这种评定方法比较客观可靠14，尤其适用于动物SCI后运动和感觉反射不易直接观察的情况。常用的神经点电生理评价指标有体感诱发电位(SEP) 、脊髓诱发电位(SCSEP)和 运动诱发电位(MEP)。体感诱发电位(SEP)的变化可反应出脊髓传导功能受损的程度。一般认为脊髓诱发电位(SCSEP)或皮层诱发电位(CSEP)的出现取决于脊髓后索或后外侧索的完整性，反映脊髓的感觉通道功能，不反映脊髓的运动功能。运动诱发电位(MEP)信号沿脊髓前外侧索传送，对实验性脊髓损伤较SEP敏感且与运动功能一致。MEP的恢复先于动物运动功能的恢复。MEP的存在与否可推断运动通路是否存在，从而达到判断脊髓损伤及预后的目的15。MEP可准确地反映运动功能，与SEP结合运用可客观全面地反映脊髓的功能。2.2 运动功能观察评价由于神经点生理检测的动物应答具有局限性，所以多年来 研究 人员常采用运动功能评分法评价脊髓损伤程度。常见的运动功能评分法有以下几种：BBB评分法17：此法几乎包括了SCI后大鼠后肢恢复过程中所有行为变化，且与SCI的程度高度相符，又无需特殊设备，但标准较复杂，需对观察人员进行一定的训练，以减少主观因素的 影响 ， 目前 此法 应用 最广；Tarlov评分法16：根据脊髓损伤后动物后肢有无活动、活动是否频繁、有力，能否负重等情况把脊髓功能分为5个等级。此 方法 对灵长类是准确的，但对分类种属较低等的动物(如啮齿类动物)，尤其在损伤程度较轻时，缺乏准确性，有些指标难以观察。近年来 发展 了多种改良的Tarlov法。斜板实验法：Rivlm和Tator于1977年首次报道了利用斜板法检测大鼠SCI后功能恢复程度。现在应用的为改良的斜板实验法2，即将大鼠身体长轴与斜板纵轴呈垂直位放置，斜板每次升高5，以大鼠能够停留5s的最大角为其功能值。损伤程度越重，利用该法的评分结果之间的差异越显著。该法基本可以区分不同损伤程度对神经功能的影响，但不能揭示大鼠神经功能的细微恢复，如爪的位置、尾的下垂或上翘等，而这些功能对于大鼠整体功能具有重要的作用。联合行为评分法(CBS)：Gale等16于1985年建立了一套包括运动、感觉和反射功能等的综合评价标准。该法弥补了单一运动功能评价的不足，且敏感性大为提高。但其标准值范围跨度大，记分呈跳跃性分布，不精确，所需设备复杂，人为因素较多。 爬网格实验法：正常大鼠经过一段时间的铁丝网训练后，其后爪总能踩到构成网格的铁丝上，而脊髓损伤的大鼠的后爪却常踏空到网格内，因而可以大鼠的爬行速度和后爪踏空次数对运动功能进行评分。此法简单可行，但对运动功能评价较单一。Treadmill法：也叫踏旋器法，让不完全脊髓损伤的大鼠以后肢和臀部坐在一装有传感器的平台上，通过检测后肢与臀部对平台的切应力可测出大鼠的平衡功能18。2.3 组织结构的形态学评价早期SCI实验中，研究者主要采用传统的神经解剖学研究方法，如组织化学、镀银或其他染色法观察溃变的神经元胞体和末梢。20世纪7年代后，人们发展了用辣根过氧化物酶(HRP)技术和放射自显影术追踪神经束行径的方法。Grant曾采用神经节注射HRP的方法研究感觉神经从脊髓至脑的走行方向。近年来，大多数脊髓损伤实验均采用用免疫组化方法研究脊髓损伤后的病理改变及修复情况，但单纯使用免疫组化染色不易在连续切片上追踪实验结果。因此，现在多采用免疫组化技术与HRP、荧光物和放射自显影技术等相结合的逆行或顺行标记法，以及与乙酰胆碱能和单胺能荧光物相结合的多种染色等方法。应用 电子 显微镜可观察超微结构的变化，但较局限，应与能观察脊髓损伤部位组织结构全貌的光镜相结合。3 脊髓损伤实验研究存在的 问题 与展望 理想的脊髓损伤模型应具备以下三方面的条件：临床相似性，即制作的脊髓损伤模型与临床相近，尽量接近人类的情况。从 理论 上讲，使脊柱受钝性暴力的作用后致伤，即所谓“闭合性脊髓损伤”，可以模拟脊髓在外力作用下受损和其后的病理改变过程，与人类脊髓损伤的情形相似。但实际研究中发现，动物模型与临床脊髓损伤仍有很大区别，这种闭合伤所造成的功能障碍并不稳定， 难以制备可重复的分级损伤模型；其次，动物模型是切开背部皮肤后对开放的脊髓后部直接损伤造成的，而人类脊髓损伤则多是因撞击所致挫伤或椎体移位导致脊髓前部与侧方受压造成。可调控性，即可根据实际需要调整损伤强度，复制出不同损伤程度的脊髓损伤模型。可操作性与可重复性，即对脊髓损伤模型制作的各关键步骤客观化、定量化，使其可信度高，可实施性强，能反映客观问题。不同脊髓损伤模型，导致不同类型的解剖结构损伤与神经功能变化。目前，脊髓损伤动物模型的各种制备方法均存在一定的局限性。所以，建立理想的脊髓损伤动物模型是进行脊髓损伤及修复研究的首要问题。【 参考文献 】 1Allen AR.Surgery of experimental lesion of spinal cord equivalent to crush injury of fracture dislocaion of spinal columJJAMA,1911,57：878-880.2Tralov IM，Kinger H.Spinal cord compression studiesJArch Neuro psychiatry,1954,70:813-819.3Chavlco M,Kalincakave K.Blood flow and electrocytes in spinal cord ischermiaJExp Neurol,1991,112：299-303.4Bunge MB，Holets VR.Charaterization of pgotochemically induced spinal cord injury in the rat by light and electron microscopeJExp neurol,1994,127(1)：76-93.5Basso DM，Beattie MS，Bresnahan jc.Graded histological and locomotor outcomes after spinal cord contusion using the NYU weightdrop device versus transectionJExp Neurol,1996,l39:244-256.6Bavetta S Hamlyn PJ，Bumstock G，et a1. 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