腰椎間盤突出癥動(dòng)物模型的研究綜述

蘇 馳（綜述）林海濱（校審）

1 福建中醫(yī)藥大學(xué)骨傷學(xué)院（350003）

2 莆田學(xué)院附屬醫(yī)院（351100）

近年來，在現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)、生物學(xué)、生物化學(xué)、免疫學(xué)等新學(xué)科的不斷推動(dòng)下，利用腰椎間盤突出癥動(dòng)物模型對(duì)其病因，纖維環(huán)的退變、發(fā)展、破裂、髓核突出、神經(jīng)根受壓等方面的研究受到越來越多的學(xué)者的重視。通過動(dòng)物模型的研究，進(jìn)而有意識(shí)地改變那些自然條件下不可能或不易剔除的因素，以便更加準(zhǔn)確地觀察模型的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并將研究結(jié)果推及于人類疾病，從而有助于更方便、更有效的認(rèn)識(shí)腰椎間盤突出癥的發(fā)生、發(fā)展規(guī)律和研究防治措施。Coderre[1]指出，動(dòng)物疼痛模型對(duì)理解人類持續(xù)痛發(fā)作、發(fā)展的神經(jīng)機(jī)制是必須的，建立能有效模擬臨床疼痛的模型有助于臨床疼痛治療。本文就近年來腰椎間盤突出癥動(dòng)物模型的研究現(xiàn)狀做一綜述。

1 模型動(dòng)物的選擇

一個(gè)理想的人類疾病動(dòng)物模型應(yīng)該是在短時(shí)間內(nèi)，用最少的人力和物力獲得與人類疾病最接近的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。一些實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的某些組織、器官的功能、結(jié)構(gòu)、代謝及反應(yīng)性等方面具有特殊性，恰當(dāng)利用實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的這些特點(diǎn)，可以降低操作難度、減少實(shí)驗(yàn)誤差、提高研究的質(zhì)量[2]。目前常用于腰椎間盤突出癥模型的動(dòng)物有兔、豬、牛、犬、貓、鼠、羊、黑猩猩、狒狒、猴等[3]。然而猴、豬、犬等大型哺乳動(dòng)物雖然是最理想的模型對(duì)象，但是這些動(dòng)物價(jià)格貴、手術(shù)難度大、需要特殊的設(shè)備和實(shí)驗(yàn)室條件，并且模型的重復(fù)性差、實(shí)驗(yàn)周期長，不利于普遍使用[4]。家兔體積適中、適應(yīng)力強(qiáng)、較好管理，且屬于非直立動(dòng)物，可排除生物力學(xué)因素影響[5]，沈?yàn)闂漑3]通過對(duì)成年中系安哥拉家兔研究發(fā)現(xiàn)其基本構(gòu)成如椎管、椎間孔、關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)、神經(jīng)根根管、椎弓及椎弓根、椎體端面、椎間盤與人相似，是比較理想的模型對(duì)象。在各類動(dòng)物中，Wistar大鼠和Sprague-Dawlay大鼠（又稱SD大鼠）性格溫順、抗病能力較強(qiáng)、品系完備、價(jià)格低廉，L4、L5背根神經(jīng)完全并入坐骨神經(jīng)[6]，Mackinnon發(fā)現(xiàn)其神經(jīng)組織結(jié)構(gòu)與人很相似，即使在電子顯微鏡下也沒有差異[7]，為首選的模型動(dòng)物。

2 腰椎間盤突出癥動(dòng)物模型的種類

腰椎間盤突出癥所致的椎間盤源性腰背痛及下肢放射痛歷來是研究治療的重點(diǎn)，為此許多學(xué)者從不同的研究角度設(shè)計(jì)建立了形式各樣的動(dòng)物模型，從建模的方式可分為以下幾種。

2.1 從腰椎退變及失穩(wěn)的角度建立模型

腰椎間盤突出癥最基本的病因是腰椎間盤的退行性改變，在退行性改變的基礎(chǔ)上，由于勞累、外傷使腰椎間盤發(fā)生變性，纖維環(huán)部分或全部破壞，髓核一并向外膨出或脫出，壓迫神經(jīng)根或脊髓而發(fā)病[8]。高學(xué)俊等[9]對(duì)56只成年新西蘭大白兔采用纖維環(huán)切開法建立 L4～5椎間盤退變模型，觀察半導(dǎo)體激光消融退變性椎間盤突出癥對(duì)兔脊髓 P物質(zhì)表達(dá)的影響，探討其治療椎間盤突出癥的可能機(jī)制?？蛇@種髓核迅速突出的全層切開動(dòng)物模型既不適用于研究髓核和纖維環(huán)的漸進(jìn)性變化，又不適用于檢驗(yàn)僅作用于椎間盤早期退變的新式治療方法。胡鵬[10]采用不同直徑穿刺針（16G、18G、27G）針刺的方法損傷健康成年山羊腰椎間盤左前外側(cè)纖維環(huán)，建立較緩慢的椎間盤退變動(dòng)物模型，此方法穿刺針的直徑和刺入深度可以控制，創(chuàng)傷小、效果可靠、可重復(fù)性強(qiáng)。放射學(xué)和組織學(xué)結(jié)果顯示，可得到緩慢、可靠的椎間盤退行性變動(dòng)物模型。黃宗強(qiáng)等[11]以新西蘭大白兔為材料，切除 L4、L5雙側(cè)下關(guān)節(jié)突、L5棘突，保留L5、L6上關(guān)節(jié)突，建立腰椎失穩(wěn)模型，研究探討新西蘭大白兔腰椎關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)失穩(wěn)誘發(fā)椎間盤退變（IVDD）的蛋白多糖和Ⅰ、Ⅱ型膠原基因的表達(dá)，認(rèn)為此模型中新西蘭大白兔雖然與人類椎間盤生物學(xué)結(jié)構(gòu)相同，但生物力學(xué)環(huán)境仍具有較大差異。劉亞等[12]將9只1歲健康犬隨機(jī)分為A、B、C組，每組各3只，A組行假手術(shù)，B、C組建立腰椎間盤切除動(dòng)物模型后分別行單純髓核摘除術(shù)及髓核與軟骨終板切除術(shù)，術(shù)后分別于2、8、24周處死動(dòng)物。觀察發(fā)現(xiàn)髓核及軟骨終板同時(shí)切除可促進(jìn)纖維軟骨生成及血管再生，保持脊柱節(jié)段的生物力學(xué)穩(wěn)定性，防止術(shù)后腰椎不穩(wěn)的發(fā)生。

2.2 從神經(jīng)根受壓及炎性刺激的角度建立模型

此模型通過手術(shù)植入物壓迫刺激動(dòng)物神經(jīng)根來模仿人類腰椎間盤突出癥中突出的髓核壓迫神經(jīng)根所致的腰背痛及下肢放射痛癥狀，從而研究疼痛發(fā)生的機(jī)制和治療的機(jī)制。傳統(tǒng)的觀點(diǎn)認(rèn)為，突出的椎間盤組織壓迫腰神經(jīng)根是造成腰腿痛的主要原因。Cornefjord[13]應(yīng)用一帶有缺口的塑料管套在豬的腰神經(jīng)根上作為慢性壓迫模型，認(rèn)為此模型的病理機(jī)制與臨床具有相似性，套管長5.5mm，外層是一金屬殼，內(nèi)層材料通過吸收水分可逐漸膨脹，從而使套管內(nèi)徑減小，達(dá)到緩慢壓迫神經(jīng)根的目的。王擁軍[14]等通過微型硅膠球壓迫大鼠L5和C5神經(jīng)根，建立了“慢性神經(jīng)根損傷模型”，通過去除硅膠球，模擬臨床“手術(shù)摘除椎間盤減壓法”，建立了神經(jīng)根損傷減壓模型。唐家廣等[15]用健康成年雄性SD大鼠建立椎間盤突出致神經(jīng)根疼痛動(dòng)物模型，取自體尾部椎間盤組織放置在L5神經(jīng)根下（背根神經(jīng)節(jié)近端神經(jīng)根和其下面椎體之間），以直接壓迫神經(jīng)根，采用早期預(yù)防性給藥及晚期治療性給藥方法研究早期硬膜外應(yīng)用環(huán)氧化酶抑制劑吲哚美辛緩解疼痛的療效。這些模型主要模擬的是椎管內(nèi)背根神經(jīng)節(jié)受壓的病理解剖基礎(chǔ)，對(duì)根性神經(jīng)痛的機(jī)制進(jìn)行了在體研究。隨著臨床經(jīng)驗(yàn)不斷豐富，特別是影像學(xué)發(fā)展，注意到椎間盤突出程度及對(duì)神經(jīng)根造成壓迫程度與患者癥狀并不一致，術(shù)中發(fā)現(xiàn)神經(jīng)根充血、水腫，類似炎癥變化。邢慶昌等[16]用Wistar大鼠96只，顯露L5神經(jīng)根，將直徑0.6cm濾紙放于神經(jīng)根腋部，術(shù)前2d開始給藥（灌胃）致處死，從而建立起復(fù)制大鼠化學(xué)性神經(jīng)根炎模型，認(rèn)為改善循環(huán)、抑制神經(jīng)根周圍炎癥的發(fā)生，降低局部組織中致炎物質(zhì)含量，從而減輕對(duì)神經(jīng)根的損傷，是腰椎間盤突出癥的治療重要環(huán)節(jié)。寶音等[17]運(yùn)用同樣的方法建立了腰椎間盤突出癥下肢完全癱瘓模型。然而，單純的機(jī)械壓迫或單純的炎性刺激都不足以闡明腰椎間盤突出癥致下腰痛的機(jī)制，施杞[18]認(rèn)為腰椎間盤突出時(shí)，神經(jīng)根壓迫和炎性刺激導(dǎo)致鈉通道功能的變化，可能是引起慢性腰痛的重要機(jī)制[19]。郭彥濤等[20]選用健康家兔作模型，通過剪除L4～5棘突、咬除椎板及右側(cè)L4～5關(guān)節(jié)突，充分暴露馬尾神經(jīng)及右側(cè)L4神經(jīng)根，取術(shù)前備好的同種異體髓核組織10mg置于已暴露的神經(jīng)根與硬膜囊交界處的腋部，建立化學(xué)炎癥刺激及機(jī)械壓迫模型。周瑜[6]等取成年Wistar大鼠自體尾部的兩個(gè)椎間盤組織放于L4、L5神經(jīng)節(jié)周圍，并用4-0鉻制腸線環(huán)扎神經(jīng)根，從而建立根性疼痛模型。移植的椎間盤組織對(duì)神經(jīng)節(jié)造成壓迫，鉻制腸線環(huán)扎，可提示鉻制腸線中的化學(xué)刺激因素可能對(duì)神經(jīng)行為改變有重要作用。該模型制做方法可以較好的誘導(dǎo)出大鼠神經(jīng)行為的改變，對(duì)大鼠損傷小，更加接近于臨床，為進(jìn)一步探索椎間盤突出癥的發(fā)病機(jī)制與防治提供了較好的試驗(yàn)工具。

2.3 從髓核突出及自身免疫反應(yīng)的角度建立模型

基于對(duì)Naylor等[21]提出椎間盤突出癥的自身免疫學(xué)說的研究，1993年Olmarker等[22]首先應(yīng)用豬自體髓核，放置于硬膜外，建立髓核突出模型，引起了神經(jīng)根的組織形態(tài)及功能的改變。謝添等[23]將大鼠尾椎的髓核取出約10mg，在耳后頸項(xiàng)背部正中切開皮膚，將其埋植于皮下，造成局部免疫炎性反應(yīng)模型，觀察血液中IgG、IgM濃度變化及移植髓核局部病理變化，此模型僅說明了髓核所造成的自身免疫性，卻脫離了髓核原來所依賴的內(nèi)環(huán)境，與臨床相差比較大。張必萌等[24]為研究電針療法對(duì)生理性環(huán)氧合酶2mRNA表達(dá)的選擇性抑制作用，選用清潔級(jí)SD雄性大鼠，咬除L5～6棘突、右側(cè)椎板及關(guān)節(jié)突，暴露椎間盤，用粗針頭在纖維環(huán)上鉆孔，使髓核與硬膜外腔相通建立腰椎間盤突出癥模型，此方法通過開放手術(shù)，創(chuàng)傷大，破壞椎間盤及髓核周圍的固有組織，不能排除創(chuàng)傷因素的影響。陸志東等[4]利用SD雄性大鼠自體尾椎髓核與生理鹽水制成混液，通過穿刺注射到腰椎硬膜外腔，復(fù)制髓核突出模型，未出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)障礙，排除了機(jī)械壓迫因素后，出現(xiàn)活動(dòng)頻繁、易激惹、馬尾神經(jīng)傳導(dǎo)速度減慢等表現(xiàn)，表明髓核本身也是引起神經(jīng)根損傷的主要原因之一。認(rèn)為本模型方法簡單、創(chuàng)傷小、成功率高、重復(fù)性強(qiáng)、觀察指標(biāo)明確、費(fèi)用廉價(jià)、對(duì)實(shí)驗(yàn)條件要求不高，是研究腰椎間盤突出及根性神經(jīng)痛理想的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。沈?yàn)闂漑3]綜合各種動(dòng)物模型的優(yōu)缺點(diǎn)，以成年中系安哥拉家兔為對(duì)象，取左腹下旁正中切口，鈍性分離至L6～7椎間隙前方的前縱韌帶及椎間隙，用自制的腰椎間盤突出癥動(dòng)物病理模型造模器，將部分椎間盤組織推入后縱韌帶的前方，造成右側(cè)和中央型椎間盤突出模型。此種模型改用前方入路，大大保留了椎管及周圍的組織結(jié)構(gòu)和內(nèi)環(huán)境，與人體椎間盤突出病理狀態(tài)更接近，操作簡單、方便、成功率高、可重復(fù)性強(qiáng)，為較理想造模方法。

3 研究現(xiàn)狀及進(jìn)展

通過以上腰椎間盤突出癥動(dòng)物模型的分析研究，特提出以下展望：①在體模型是基礎(chǔ)研究成果過渡到臨床所必須跨越的研究階段，但是此類模型不能排除多因素綜合干擾，不利于分析單一因素的作用；另外，模型動(dòng)物的質(zhì)控要求高，模型的觀察周期長、投入大，不宜進(jìn)行大樣本實(shí)驗(yàn)研究。目前對(duì)機(jī)械信號(hào)轉(zhuǎn)導(dǎo)的研究已趨于亞細(xì)胞和分子水平，建立一種科學(xué)有效的細(xì)胞模型將有助于在微觀層次上更加客觀、簡便地研究椎間盤突出癥中單一因素作用機(jī)制，彌補(bǔ)在體模型的不足[25]。②以中醫(yī)基礎(chǔ)理論為指導(dǎo)的中醫(yī)癥候動(dòng)物模型在腰椎間盤突出癥方面的相關(guān)報(bào)道還很少，由于中醫(yī)治療在腰椎間盤突出癥的保守治療中占有重要的地位，而中藥的作用機(jī)制及治療指標(biāo)尚待大量的研究總結(jié)。因此，探討建立符合中醫(yī)病因病機(jī)的腰椎間盤突出癥動(dòng)物模型以彌補(bǔ)完善現(xiàn)有模型的不足具有現(xiàn)實(shí)的臨床意義。

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