脊髓出血性损伤动物模型建立的研究进展

脊髓出血性损伤动物模型建立的研究进展〔〕:

摘要：脊髓损伤是一种严重的神经系统损伤，其致残率和致死率较高,临床治疗起来难度较高，给家庭和社会带来沉重负担。目前国内外对脊髓出血性损伤建模的研究极少，为进一步认识脊髓损伤的发病机制，进步临床救治程度，有必要对脊髓损伤动物模型研究进展不断完善与开展。

本文就脊髓损伤动物实验模型的研究进展予以回忆与展望。

关键词：脊髓损伤；动物模型；出血性脊髓损伤；研究进展

本文引用格式：文弟生，罗文东，赵刚.脊髓出血性损伤动物模型建立的研究进展[J].世界最新医学信息文摘,2022,19(27):36-37,41.

0引言

脊髓损伤〔spinalcordinjury,SCI〕是一种严重的疾病【1】。SCI为严重的创伤性中枢神经系统疾病之一，其病理生理机制复杂，临床疗效不佳，致残率较高，不仅给患者的身体安康造成严重损害，给患者的心理带来较大的打击，而且还给家庭和社会带来沉重负担[2，3]。

SCI包括原发性损伤与继发性损伤。原发性损伤与继发性损伤受损表现的时机不同，前者是在受到外力伤害的同时就发生损伤，而后者在受伤后不会马上表现出任何不适，通常会在之后的几个小时或者几天之内出现受损病症【4】。

建立SCI动物模型主要就是为了研究SCI而设立的，选择适宜的动物，应用科学、正确的建构方法建立一种临床相似性高、可重复性、可调控性的动物模型，对研究SCI以及如何预防和治疗具有非常重要的理论价值及临床意义。

1选择实验动物

建立动物模型首先要选择适宜的动物，选择实验动物的标准就是要适宜研究的目的和要求，选择稳定性较高的动物。通常我们在小鼠、大鼠、兔、犬和猪等这些动物中做出选择。小鼠的基因和人类基因高度相似，多在基因研究工程中使用。

猕猴、松鼠猴等属于灵长类动物，它们的脊髓组织和人类的脊髓组织比拟接近，比拟适宜SCI的研究，但是考虑到本钱与伦理问题，并不可以普遍应用于实验研究中【5】。猪或狗等动物也非常适宜于SCI研究。

在进展综合分析之后，我们发现大鼠的优势比其他几种动物的优势都要高，尤其是在电生理和脊髓形态上与人类脊髓相似，故其最适用于SCI建模研究[6，7]，大鼠中的SpragueDawley和Wistar是目前国内外SCI实验研究中常用的品系。

2通用大鼠SCI模型概述

SCI是一种致残率高、后果严重的中枢神经系统损伤，多发生于汽车碰撞及交通事故等[8]，不同原因造成的SCI类型有较大差异，根据不同的损伤机制以及满足临床科研的需要，目前建立的常用的SCI模型主要有以下5种。

2.1挫伤型

挫伤型SCI均为短时间突然发生的，常应用重物坠击器、电磁打击器、气枪打击器等模拟挫伤打击。重物坠击法(WD法)是目前广泛应用的一种模拟损伤的方法，主要是将一定重量的物体自由降落下来撞击脊髓，受损程度与物体降落高度与重量有直接关系，这种方法可以做出多种所需要的SCI模型。

缺点是在下落发生撞击的时候可能会对脊髓造成二次损伤，且会对脊髓和脊柱造成不同程度的移位。电磁打击器采取的是步进电动机、计算机、传感器、脊柱磁夹固定的应用，可以调节出各种打击力度[9]。但是其精准性值得进一步研究。

之后出现了一种叫气枪打击器的物品，将其应用于大鼠SCI模型的建立中目前在研究中普遍得到应用，是一种新

型的建构模型方法。这种方法的缺点出如今行为学评分过程中，损伤程度不同的模型没有统计学意义，因此对此模型需要进一步研究。

2.2压迫型

脊髓出血性损伤中，由于压迫造成的损伤是比拟常见的，脊柱椎体骨折脱位、爆裂骨折等这些脊髓损伤都是由于压迫造成的。

建立压迫型SCI模型非常必要，通常是应用钳夹、气囊等方式建立模型。秦慧慧等[10]通过改良钳夹型对SCI大鼠模型的建立及神经功能评价，该方法的优点是可以保持大鼠硬脊膜的完好性，并且构建的模型与人体受损是非常相似的。汪红林等应用环扎法制作大鼠急性SCI压迫模型，并将这种模型用于对SCI早期减压时间对神经细胞凋亡的研究中。

2.3缺血损伤型

为了研究脊髓缺血再灌注损伤及损伤后病理机制变化需要建立脊髓缺血损伤模型。通过血管栓塞法、血管夹闭法、电凝灼闭法等途径构建模型。

王正峰等应用夹闭胸主动脉时间8、10、12min来构建小鼠脊髓缺血模型，经过一系列研究得出最正确的夹闭时间为10min。建构的这种动物模型可以长期用于研究，随时观察脊髓缺血损伤长时间内的动态变化情况。

SimonFH等[11]建立动物模型主要是采取钳夹肾下腹主动脉22min来完成建模，最终确定促红细胞生成素对脊髓缺血再灌注损伤具有保护效应。金华等[12]通过对肾上腹主动脉发出的椎动脉进展电凝和结扎肾下腹主动脉不同时间后再灌注，从而对腰段脊髓血液供给进展阻断。

2.4横断损伤型

脊髓全横断模型采取的主要方法为椎板切除术，以虹膜刀片、眼科剪等切除横切断脊髓，完成建模。贺丰等应用自制的脊髓剪建立动物模型，脊髓断端整齐，有稳定的损伤长度，几乎可以排除个体差异在其中所造成的影响，得到的研究结果准确可靠。但这种模型存在手术的稳定性较差、术后护理较难等缺点，需要进展不断完善后使用。

2.5牵拉损伤型

牵拉型SCI是治疗后常见并发症，建立这种模型通常选择的动物有：兔、狗、猪、山羊等，主要模拟脊柱外科手术医源性的脊髓牵拉伤。建立的模型缺点为重复性不佳，SCI程度不好把握。

周子强等建立模型应用模拟神经拉钩特制的牵开器完成模拟，到达程度方向上的脊髓牵拉性损伤，对实验性脊髓牵拉性损伤的病理生理改变情况进展深化研究。另外，国内有关大鼠用于牵拉损伤型SCI模型相关根底研究的报道还不全面，缺乏相关的研究性试验证据，还需要深化研究与不断完善。

3出血性SCI模型建立

目前所知的SCI模型都是对背外表造成机械损伤或通过外力来到达，100年前，Allen提出，出血后存在的有害物质可能会对脊髓造成进一步的损害。

在这篇评论中，在简要描绘脊髓血液供给后，关注血管损伤对SCI结果的重要性，并且，长期以来的临床研究让我们已经认识到血管系统损伤对SCI结果的影响，并且许多临床研究已经说明脊髓中出血的存在与较差的神经学结果有直接关系。

SCI后出血主要分布在脑灰质内，其机制目前尚不清楚，在传统的SCI动物模型中，在没有创伤的情况下，出血对SCI预后的奉献一直是难以探究的。因此，考虑到出血性SCI的机制，对于讨论脊髓出血的新模型的实用性是有必要的。

3.1注射用胶原酶

胶原酶也叫做胶原蛋白水解酶(Collagenase)，胶原酶在生理PH和温度条件下不会对其他的蛋白质和组织产生影响，可以实现特异性地水解天然胶原蛋白的三维螺旋构造。

胶原酶属性为蛋白质，蛋白质构造的物质对温度、PH和导致蛋白质变性的各种因素的敏感性是较高的，假设有外界因素来影响，其构象和性质是非常容易发生变化的。

其在安康人体中可对椎间盘组织成分胶原蛋白进展特异性溶解，导致突出的椎间盘发生退化，减轻对神经根的压力，同时不会影响蛋白质和组织，进而使患者的疾病病症得以缓解或消除，到达治疗疾病的目的，所以临床中常用于治疗腰椎间盘突出症。

张艳玲等采用Ⅳ型胶原酶构建大鼠脑出血模型，认为Ⅳ型胶原酶肝素生理盐水注射可以建立理想稳定的脑出血动物模型,且血肿大小和注射溶液容积呈正相关。

胶原酶消化血管基底层的VI型胶原，已被承受为脑出血的有用模型。然而，脊髓的血管解剖构造与大脑非常不同，主要技术优势是立体定向注射胶原酶，以便可以预先选择出血的位置，并且出血量是可重复的，这对于试验非常有用。

3.2脊髓的血液供给

对于SCI后出血的研究，大鼠可以被认为是一个很好的模型，因为动脉供给的解剖几乎与人类完全匹配。在大鼠和人类中，脊髓的血液供给由沿着脊髓走形的三个血管提供，即腹侧〔人的前部〕脊柱动脉和成对的背侧〔人类后部〕脊柱动脉。

腹侧脊髓动脉起源于靠近延髓的椎动脉的两个远端分支的集合，并沿着脊髓腹侧的中线向尾侧延伸。这条动脉提供了脊髓所需血液的约75%。背侧脊柱动脉从椎动脉或背侧小脑动脉中出现，并在靠近背根入口的脊髓的背外侧尾侧进展。在大鼠中，有时还有额外的纵向动脉，即位于背侧隔膜处或附近的中央背侧脊髓动脉，以及位于背侧和腹侧根部入口之间等间隔的两个侧向脊柱动脉。

这些额外动脉的存在仅在颈部局部中存在，而在脊髓的更尾部那么较少。与大脑相比，脊髓静脉也非常不同，中央沟的背侧，腹侧脊髓动脉延伸到脊髓的整个长度，并且该血管的损伤可能导致在脊髓中进一步向尾侧延伸的损伤。

3.3SCI后的血管反响

当发生脊柱创伤时，脊柱动脉和邻近脊柱的完好性通常受到损害。幸运的是，较深的动脉很少受到影响，因为这种损伤会导致破坏性的神经缺陷。然而，脊髓微循环系统通常被SCI损坏，引起本质内或髓内出血。SCI后人脊髓出血的存在与运动功能显著降低有关。

虽然法兰德斯研究中21%的患者在不完全运动损伤时出现了出血性病变的证据，但85%完全运动缺陷的患者存在脊柱出血的证据。继发性瘀点出血伴随原发性损伤部位周围的出血，并与初始病变的扩大有关。

出血的存在通过凝血酶产生和红细胞裂解，故也伴随水肿形成，因为SCI后水肿体积与较差的神经学结果成正比。在最近的一项临床研究中，显示去除颅内出血患者的血凝块显著降低了血肿周围水肿。

3.4注射胶原酶诱导脊髓出血模型

在SCI的常规动物模型中，在没有创伤的情况下，一直难以探究出血对SCI结果的奉献。但创伤性病变总会产生出血，往往出血量变化很大。

为了研究出血对SCI结果的影响，Losey等建立了一个新的动物模型。用胶原酶显微注射到大鼠脊髓中，以可调控的方式破坏血脊髓屏障并产生持续的脊髓内出血。实验通过夹紧T7和T9棘突将大鼠悬挂在立体定向框架中。将精细绘制的校准玻璃毛细管的尖端立体定位地插入脊髓的灰质中，中线右侧0.4mm，深度1.6mm。

选择注射部位以确保穿透脊髓本质并且其接近外侧索的白质。0.5L胶原酶〔在2min内注射24U/L〕〔盐水载体〕并将毛细管再放置3min，然后缓慢取出。术后动物恢复良好，并且在长达7d的存活期间没有观察到明显的痛苦或不适。

使用该模型，可以显示破坏的脊柱内血管系统并产生足以引起神经元损伤的持续出血。在注射胶原酶后6h后可观察到的神经元、轴突损伤持续7d。这远远超过血-脊髓屏障破坏期的时间点。Sahinkaya等发表了一项研究，使用与此类似的模型，通过向脊髓注射不同类型的胶原酶，他们还说明出血影响了蛋白质的完好性。

4总结与展望

近年来，为了便于研究SCI的机制，SCI动物模型的建立已有了很大的进展，但由于人类脊髓的复杂性，目前在建立的模型中还没有找到一种动物模型可以完全模拟人的SCI的病理生理过程，在出现的诸多动物模型中，都或多或少的存在着一些缺乏，对于SCI的程度和范围不能到达精准的控制，由此可见，目前所建构的动物模型中，还没有一种完美的模型，这就会影响疾病的研究进展，甚至使一些研究结果不准确。

因此，要在建立动物模型方面多下功夫，在优化现有模型构建方法的根底上，构建出理想的模型，这是今后研究的重点和难点问题。

而显微注射胶原酶诱导出血性SCI模型是一个简单且可重复的模型，既证实了SCI后出血的重要作用，又可以更好地理解所涉及的分子机制，并将对SCI治疗策略的开展产生重要影响。

研究人员要学习、掌握不同类型SCI动物模型的制作过程及模型特征，并且根据实际的研究内容与方法选择科学、恰当的SCI模型，应用科学、先进的方法去制作动物模型，全方面考虑，建构出更加接近患者疾病状态、更加可靠、标准化、调控性强、重复性强的SCI模型,这将对SCI研究产生重大影响，也是我们需要努力研究的方向。

参考文献

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【2】EmamhadiM，SoltaniB，BabaeiP，etal．Influenceofsexualityinfunctionalrecoveryafterspinalcordinjuryinrats[J].ArchBoneJSurg，2022，4(1):56-59.

【3】VandenBergME,CastelloteJM,Mahillo-FernandezI,etal．Incidenceofspinalcordinjuryworldwide:asystematicreview[J].Neuroepidemiolo-gy,2022,34(3):184-192.

【4】汪红林,汪军玉,徐祝军.环扎法致大鼠脊髓损伤早期减压后caspase-3的表达及其与神经细胞凋亡相关性研究[J].中国矫形外科杂志,2022〔4〕:358-362.

【5】KwonBK,StreijgerF,HillCE,etal.Largeanimalandprimatemodelsofspinalcordinjuryforthetestingofnoveltherapies[J].ExperimentalNeurology，2022〔269〕:154-168.

【6】李敏,杨孝,向武,等.大鼠脊髓损伤