家兔原發(fā)性腦干損傷的功能及病理特點研究＊

王小偉，籍曉元，李 奎，尹志勇，趙 輝△

（1.第三軍醫(yī)大學野戰(zhàn)外科研究所第四研究室，重慶400042；2.重慶市公安局 400021；3.重慶市江津區(qū)公安局 402200）

腦干損傷（brainstem injury）指因頭部損傷而導(dǎo)致中腦、橋腦及延腦的損傷，可分為原發(fā)性和繼發(fā)性兩類。原發(fā)性腦干損傷指外力直接作用所引起的損傷，常表現(xiàn)為腦干的震蕩、軸索斷裂、出血、挫裂甚至斷裂。原發(fā)性腦干損傷在急性顱腦損傷中的死亡率高達71.1%[1]。法醫(yī)實踐中頻繁遇到各類頂枕部或枕部受到不同的外力直接打擊引起腦干損傷，但法醫(yī)病理檢測中又往往缺乏相應(yīng)依據(jù)。本文擬用家兔原發(fā)性腦干機械性損傷分級模型，觀察不同程度腦干損傷的功能及病理學改變，為原發(fā)性腦干損傷的法醫(yī)病理檢測提供實驗數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料 隨機選擇健康家兔45只，雌雄不限，體質(zhì)量2.0～2.5kg。實驗動物隨著撞擊驅(qū)動壓力[2]分為4個實驗組和1個對照組，4個實驗組分別為Ⅰ組（撞擊參數(shù)：5.0～＜5.2kg／cm2，10只）、Ⅱ組（撞擊參數(shù)：5.2～＜5.4kg／cm2，10只）、Ⅲ組（撞擊參數(shù)：5.4～＜5.6kg／cm2，10只）、Ⅳ組（撞擊參數(shù)：5.6～＜5.8kg／cm2，10只），對照組5只。

1.2 方法

1.2.1 模型制作 實驗前動物禁食，稱質(zhì)量后用“陸眠寧Ⅱ”（0.1～0.2mL／kg）頸部皮下注射進行麻醉，后行頭頂部及頸部備皮、消毒，氣管插管。用第三軍醫(yī)大學生物Ⅱ型撞擊機進行撞擊實驗，具體操作是：將麻醉、插管后的家兔側(cè)臥放置在實驗臺上，調(diào)節(jié)實驗臺上兩塊擋板，使生物撞擊機圓球形撞擊頭對準枕骨結(jié)節(jié)部位，清醒后（動物頭部與四肢可自由活動）進行撞擊，撞擊過程的高速攝像見圖1。

圖1 撞擊過程序列圖

1.2.2 生理功能觀察 主要觀察指標：呼吸節(jié)律、肌力／肌張力、意識、對光反射、瞳孔大小、去皮質(zhì)強直及錐體束征等。

1.2.3 解剖肉眼觀察 存活動物傷后6h股動脈放血處死，行大體解剖，肉眼觀察被撞擊部位皮膚及皮下肌肉、顱骨、硬腦膜、蛛網(wǎng)膜下腔出血以及腦組織情況。

1.2.4 HE染色觀察 動物頸總動脈插管，灌注生理鹽水及4%多聚甲醛固定腦組織，然后將其放置于4%的多聚甲醛溶液固定，常規(guī)脫水、石蠟包埋，于延腦、腦橋及中腦水平斷面連續(xù)切3～5塊進行HE染色光鏡檢驗。

1.2.5 電鏡觀察 制備常規(guī)電鏡樣品，取材后切為1mm3組織塊放入2.5%戊二醛中固定2h，經(jīng)0.1mol／L磷酸緩沖液（pH 7.4）沖洗，再經(jīng)1%四氧化鋨進行固定2h，緩沖液沖洗3次，梯度丙酮脫水，環(huán)氧樹脂Epon812包埋，制備1μm半薄切片，天青-美蘭染色光學顯微鏡觀察，定位后制作50nm后的超薄切片經(jīng)醋酸鈾-枸櫞酸鉛染色，于H-7500型透射電子顯微鏡觀察。

2 結(jié)果

2.1 生理功能觀察 實驗組均出現(xiàn)不同程度的生理功能變化。Ⅰ組：9只0～30s輔助呼吸后可自主呼吸，對光反射靈敏；6只肌張力增高（錐體束征）及去皮質(zhì)強直。Ⅱ組：7只0～60s輔助呼吸后可自主呼吸，對光反射較靈敏。4只肌張力增高（錐體束征）及去皮質(zhì)強直。Ⅲ組：5只10s至12min輔助呼吸后可自主呼吸，對光反射遲鈍，抽泣樣呼吸。2只肌張力增高（錐體束征）及去皮質(zhì)強直。Ⅳ組：2只7～12min輔助呼吸后可自主呼吸，對光反射遲鈍，抽泣樣呼吸，1只肌張力輕微增高。

2.2 解剖肉眼觀察 實驗組撞擊部位均發(fā)現(xiàn)皮下及肌肉出血。Ⅰ組：腦橋、延腦局部散在蛛網(wǎng)膜下腔出血，腦干未見異常，側(cè)腦室出血輕或無。Ⅱ組：腦橋、延腦薄層或片狀蛛網(wǎng)膜下腔出血，腦干未見明顯異常，延腦中央管出血，側(cè)腦室少量出血（血腫）。Ⅲ組：腦橋、延腦厚層蛛網(wǎng)膜下腔出血，其淺表層點狀或灶狀挫傷，延腦中央管及第四腦室出血，側(cè)腦室血腫。Ⅳ組：腦橋、延腦被厚層蛛網(wǎng)膜下腔血腫包裹，其挫傷廣泛累及深層，中央管及第四腦室出血，側(cè)腦室血腫。Ⅲ組、Ⅳ組可見顱骨骨折。

2.3 HE染色觀察 實驗組腦干HE病理染色有明顯變化。Ⅰ組：腦干散在蛛網(wǎng)膜下腔，軟腦膜局部剝脫出血，腦干淺表層有少量點狀出血，周圍間質(zhì)輕度水腫。神經(jīng)元細胞腫脹，胞質(zhì)內(nèi)尼氏體分布不均勻。Ⅱ組：腦干片狀蛛網(wǎng)膜下腔出血，軟腦膜局部破裂出血，腦干淺層少量點（片）狀出血，周圍間質(zhì)水腫明顯。部分神經(jīng)元表現(xiàn)為核固縮、核仁明顯，胞質(zhì)內(nèi)尼氏體不均勻分布于胞膜下。小血管內(nèi)皮細胞變性融合、內(nèi)有單核細胞聚集。Ⅲ組：腦干周圍厚層蛛網(wǎng)膜下腔出血、軟腦膜撕裂破損，腦干挫傷累及深層（點片狀出血），周圍間質(zhì)疏松呈篩孔狀。神經(jīng)元核溶解、消失，胞質(zhì)尼氏體消失。Ⅳ組：腦干周圍被厚層蛛網(wǎng)膜下腔出血包裹、軟腦膜撕裂破損，腦干挫傷累及中央，多發(fā)性小出血灶，周圍間質(zhì)疏松呈篩孔狀，見圖2。

2.4 電鏡觀察 實驗組顯微結(jié)果也有明顯變化。Ⅰ組：神經(jīng)細胞核與細胞質(zhì)水腫，核染色質(zhì)松散，有髓神經(jīng)纖維的髓鞘和軸索基本正常，少部分可見髓鞘板層模糊腫脹、中間出現(xiàn)裂隙等。Ⅱ組：神經(jīng)細胞核內(nèi)常染色質(zhì)邊聚于核膜下呈鐘面排列，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體等輕度腫脹和空泡化；軸索排列紊亂、腫脹，有髓神經(jīng)纖維髓鞘板層模糊、中間出現(xiàn)裂隙或小空泡。Ⅲ組：神經(jīng)細胞核內(nèi)常染色質(zhì)向中央積聚呈輪廓不規(guī)則的團狀，粗面內(nèi)質(zhì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)模糊或消失、線粒體嵴斷裂或空泡化；有髓神經(jīng)纖維髓鞘板層模糊、髓鞘泡鼓、內(nèi)折及分層，軸索變性斷裂、軸漿萎縮。Ⅳ組：神經(jīng)細胞輪廓模糊，僅見殘留的細胞核，細胞質(zhì)內(nèi)的細胞器幾乎完全丟失；有髓神經(jīng)纖維髓鞘板層嚴重分層且斷裂，軸索離斷、崩解。對照組神經(jīng)軸索與髓鞘未見異常，見圖3。

圖2 實驗組HE病理圖片（×20）

圖3 實驗組與對照組電鏡下病理形態(tài)學改變

3 討論

腦干由于其易損性和重要的機能意義，腦干損傷一直是法醫(yī)顱腦損傷研究的重點課題，腦干損傷動物模型制作是該研究的關(guān)鍵。盡管國內(nèi)外已有大量研究顱腦損傷的動物模型，但僅有少量關(guān)于機械性腦干損傷動物模型的研究報道，如自由落體損傷模型[3]，機械性腦干損傷模型[4]和針刺模型[5]等。與已報道腦干損傷動物模型相比，本模型制作參數(shù)可調(diào)、可控和可測，且本模型與法醫(yī)實踐中的腦干損傷機制一致，即頭顱遭受外力打擊后的加速運動，可逼真地反映暴力打擊所致的原發(fā)性腦干損傷的生物力學特征。

原發(fā)性腦干損傷典型表現(xiàn)多為傷后立即持續(xù)昏迷狀態(tài)，早期即出現(xiàn)生命體征功能紊亂、雙側(cè)瞳孔大小不等、眼球位置異常、四肢肌張力增高、去皮質(zhì)強直、伴有單側(cè)或雙側(cè)錐體束征，交叉性癱瘓等[6]。本實驗組撞擊后均出現(xiàn)昏迷狀態(tài)，呈現(xiàn)呼吸抑制、雙側(cè)瞳孔散大或縮小、肌力減弱或消失，部分動物四肢肌張力增高、去皮質(zhì)強直等陽性體征，部分出現(xiàn)肌張力消失等體征，而上述體征變化又與腦干損傷部位密切相關(guān)[7]。實驗Ⅰ～Ⅳ組結(jié)果表明，隨著撞擊力量增加，腦干損傷癥狀、體征變化越發(fā)明顯，損傷范圍擴大，出現(xiàn)不可逆性變化。

原發(fā)性腦干損傷病理組織學特點為腦干挫傷、星形膠質(zhì)細胞急性反應(yīng)和間質(zhì)性腦水腫，細胞核染色質(zhì)形態(tài)改變、細胞質(zhì)內(nèi)細胞器減少甚至丟失，有髓神經(jīng)纖維髓鞘板層分層、斷裂，軸索離斷、崩解等改變[6-8]。本文研究發(fā)現(xiàn)，隨著撞擊能量的增大，腦干損傷范圍由外周向深層擴展，腦干組織病理損害更嚴重。

正常神經(jīng)元胞體內(nèi)含有大量尼氏體，表明該神經(jīng)元細胞具有旺盛的蛋白質(zhì)合成功能。一般認為，在神經(jīng)元受到損傷后，尼氏體將減少甚至消失。鄧平等[9]報道在缺血性腦損傷后12h既有核周尼氏體減少，并在傷后48h較為明顯。本實驗中在致傷6h后即觀察到神經(jīng)元尼氏體的變化，且隨著撞擊力量增加，腦干損傷部位神經(jīng)元尼氏體呈現(xiàn)減少甚至消失，提示神經(jīng)元內(nèi)尼氏體的變化應(yīng)與撞擊能量也有一定關(guān)系。

本研究發(fā)現(xiàn)動物原發(fā)性腦干損傷的功能與病理變化有一致性，提示在實際法醫(yī)檢案中腦干功能損傷應(yīng)有相應(yīng)病理變化。因此，法醫(yī)工作者在遇到疑似腦干損傷致死案例時，不僅要進行詳細的解剖、病理檢測，還要關(guān)注死者生前所表現(xiàn)的癥狀與體征。

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