脊髓損傷動(dòng)物模型研究進(jìn)展

李靜娟，賀亮

(1.桂林醫(yī)學(xué)院 麻醉學(xué)系，廣西 桂林 541001；2.桂林醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院 麻醉科，廣西 桂林 541001)

0 引言

脊髓損傷(spinal cord injury，SCI)是由外界暴力直接或間接作用于脊柱，引起脊椎骨的骨折或累及脊髓神經(jīng)節(jié)的損傷[1]。脊髓損傷影響全球超250萬(wàn)人，并可能導(dǎo)致截癱和四肢癱瘓，但脊髓損傷通常伴隨自發(fā)可塑性和軸突再生性，有助于改善感覺和運(yùn)動(dòng)功能[2]。因此，亟待進(jìn)一步闡明脊髓損傷后自我修復(fù)的具體機(jī)制，為脊髓損傷后修復(fù)提供更佳治療策略[3]。挫傷是最常見的脊髓損傷形式(41%)，其次是橫切(32.5%)和壓迫(19.4%)；挫傷和壓迫模型可以更好地模擬人體傷害的生物力學(xué)和神經(jīng)病理學(xué)，而橫切模型對(duì)于研究解剖再生非常有價(jià)值[4]?，F(xiàn)就目前常用的脊髓損傷動(dòng)物模型加以綜述。

1 脊髓損傷的造模動(dòng)物

脊髓損傷造模所用動(dòng)物種類較多，主要有靈長(zhǎng)類動(dòng)物，如猴；大中型動(dòng)物，如羊、貓、狗、兔；小型動(dòng)物，如鼠[5]。理想情況下，動(dòng)物模型應(yīng)滿足可用性和可重復(fù)性的要求，并再現(xiàn)脊髓損傷的解剖特征和臨床病理變化過程，然而不存在能夠完全模擬人類脊髓損傷的動(dòng)物模型，脊髓損傷的不同實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驮谘芯坎∽儼l(fā)展機(jī)制和潛在治療干預(yù)措施時(shí)各有利弊[6]。

脊髓損傷的動(dòng)物模型中最常見的是大鼠(72.4%)，嚙齒動(dòng)物是最早用于研究脊髓損傷的物種，可能也是最適合的物種[4]。大鼠的脊髓損傷模型提供了重要的哺乳動(dòng)物模型，可以用于評(píng)估治療策略，研究脊髓損傷的病理基礎(chǔ)[7]。非人靈長(zhǎng)類動(dòng)物模型的潛在優(yōu)勢(shì)包括遺傳相似性，以及對(duì)傷害的生物學(xué)和生理學(xué)反應(yīng)的相似性，但應(yīng)考慮高成本、高基礎(chǔ)設(shè)施要求和道德問題[6,8]。

2 脊髓損傷動(dòng)物模型的分類

針對(duì)不同的臨床問題，可選擇不同的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，?dòng)物模型的選擇對(duì)研究結(jié)果具有重要的影響[9]。

2.1 挫傷型脊髓損傷模型

挫傷型脊髓損傷是最常見的脊髓損傷。常用的挫傷型脊髓損傷模型有三種，分別是多通道動(dòng)物脊髓損傷研究(MASCIS)、沖擊/電磁脊髓損傷設(shè)備(ESCID)和無(wú)限地平線脊髓挫傷模型(IH)。MASCIS沖擊是將固定重量從不同的高度撞擊目標(biāo)脊髓以創(chuàng)建多個(gè)脊髓損傷；ESCID是通過誘導(dǎo)組織位移引起脊髓損傷；IH沖擊是通過施加不同方向的力產(chǎn)生脊髓損傷[10]。Iwanami等[11]用普通猴造模，將三種重物(15、17、20 g)從50 mm的高度掉落至C5而誘發(fā)脊髓損傷，建立非人類靈長(zhǎng)類動(dòng)物脊髓分級(jí)損傷模型。Wu等[10]改良了組織位移引起的脊髓損傷模型，使用路易斯維爾系統(tǒng)損傷儀(LISA)，該儀器包含固定椎骨的U形椎骨穩(wěn)定器和確保精確組織移位的激光傳感器，可以克服現(xiàn)有模型的缺點(diǎn)。現(xiàn)有模型是將棘突和尾棘鉗夾來(lái)獲得椎骨穩(wěn)定，這會(huì)在撞擊過程中引起脊柱運(yùn)動(dòng)，影響脊髓損傷，增加變異性，而椎骨穩(wěn)定器可以較好固定椎骨；激光傳感器可以精確撞擊速度和撞擊距離，比常規(guī)方法更準(zhǔn)確。Lee等[12]使用無(wú)限遠(yuǎn)距撞擊器以150 kdyn的撞擊力，22.5°的撞擊軌跡(動(dòng)物以22.5°旋轉(zhuǎn))，在偏離中線1.4 mm的撞擊位置挫傷脊髓，造出單側(cè)頸脊髓損傷模型。

2.2 橫切型脊髓損傷模型

目前，由脊髓外傷和脊髓內(nèi)部病變等原因引起的脊髓半切綜合征病例日漸增多，建立脊髓半切傷動(dòng)物模型就變得尤為重要[13]。制作半橫斷傷模型需在顯微鏡下用咬骨鉗小心咬除大鼠T7-9節(jié)段的棘突和椎弓根，暴露T7-9節(jié)段脊髓，輕輕用纖維剪刀剪開T8節(jié)段硬膜，然后利用立體定位儀將自制的消毒好的一次性刀片從T8節(jié)段脊髓背側(cè)左半部分插入至脊髓腹側(cè)，并用絲線縫合硬脊膜[14,15]。制作大鼠脊髓全橫斷模型的手術(shù)方法：切除大鼠T10 ～T11棘突和椎板至橫突根部，充分暴露脊髓背面及兩側(cè)，以特制的微型引導(dǎo)器或小三角針(4 mm×3 mm)在腹側(cè)硬脊膜與椎管間穿絲線至對(duì)側(cè)，用顯微剪在T8 脊髓節(jié)段水平橫斷脊髓，絲線從斷口提出，以確保脊髓已完全橫斷[16]。

2.3 壓迫型脊髓損傷模型

壓迫型脊髓損傷的造模方法包括直接重物法、校準(zhǔn)鉗法及動(dòng)脈瘤夾法。直接重物法是將重物直接放在脊髓的背側(cè)，由于放置的位置不同和動(dòng)物呼吸引起的運(yùn)動(dòng)會(huì)影響脊髓損傷的位置[17]。Benzel等[18]提出了一種新的大鼠脊髓損傷模型：腹側(cè)壓迫技術(shù)，該模型使用改良DeBakey主動(dòng)脈瘤夾造成損傷，該模型無(wú)需進(jìn)行減壓手術(shù)(椎板切除術(shù))即可產(chǎn)生腹側(cè)持續(xù)性腫塊(骨骼和軟組織)。Plemel等[19]在小鼠中建立了分級(jí)鉗擠壓的脊髓損傷模型，該模型使用三種不同的鉗子，其間隔器分別為0.25、0.4和0.55 mm，分別造成嚴(yán)重、中度和輕度損傷，由于其表現(xiàn)出的一致性、低成本和臨床相關(guān)性，這種分級(jí)鉗壓器是當(dāng)前常用的脊髓損傷小鼠模型。Plemel方法使用5號(hào)Dumont鑷子壓迫脊髓，該鑷子可以通過金屬環(huán)氧樹脂或其他一些阻塞物始終保持一定距離，以防止完全閉合，這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是手術(shù)可重復(fù)性好，校準(zhǔn)鉗可以輕松組裝和高壓消毒，從而簡(jiǎn)化手術(shù)[20]。Mooneng等[21]在腰脊髓水平L1-L2用中度(20 g)，中度至重度(26 g)和重度(35 g和56 g)的雙側(cè)夾沖擊脊髓，然后進(jìn)行椎板切除術(shù)，以產(chǎn)生壓迫性脊髓損傷模型，這種雙側(cè)夾沖擊壓縮損傷可合理模擬人類胸腰椎水平的脊髓損傷。

2.4 缺血型脊髓損傷模型

脊髓的血液供應(yīng)來(lái)源于脊髓前動(dòng)脈、脊髓后動(dòng)脈和根動(dòng)脈，分別結(jié)扎上述動(dòng)脈，可造成不同程度的缺血性脊髓損傷[22]。為模擬胸腔內(nèi)和胸腹動(dòng)脈瘤手術(shù)過程中主動(dòng)脈鉗夾引起的局部缺血，Qayumi等[23]使用重25至30公斤的家豬，穿過第四肋間隙打開胸腔，將交叉鉗夾在左鎖骨下動(dòng)脈，鉗夾持續(xù)時(shí)間為30分鐘，再灌注時(shí)間為24小時(shí)，該模型可用于研究缺血再灌注損傷，以評(píng)估脊髓損傷的病理生理學(xué)機(jī)制。Xiao等[24]將新西蘭兔雙側(cè)腰動(dòng)脈在五個(gè)水平(L1-L5)結(jié)扎，手術(shù)后第7天對(duì)脊髓進(jìn)行組織學(xué)觀察，脊髓切片可見神經(jīng)元丟失和灰質(zhì)空泡化，說(shuō)明腰動(dòng)脈選擇性結(jié)扎可在兔中誘導(dǎo)可行且可再現(xiàn)的脊髓缺血模型。

2.5 牽拉型脊髓損傷模型

脊柱過度矯正是脊柱畸形矯正手術(shù)中引起牽拉型脊柱損傷的主要原因，但是目前仍缺乏可復(fù)制的牽拉型脊髓損傷動(dòng)物模型。Wu等[25]建立了一個(gè)脊椎撐開器，通過改變脊椎骨標(biāo)志之間的移動(dòng)來(lái)改變脊椎撐開的百分比，將撐開器安裝在兔子的T12和L4椎段上，然后通過將撐開器的中央螺釘旋轉(zhuǎn)至從L1到L4椎段長(zhǎng)度的0%(對(duì)照)，10%、20%或30%，來(lái)實(shí)現(xiàn)撐開，并記錄皮層的體感誘發(fā)電位，并在安裝牽張器之前和拆卸牽張器之后評(píng)估神經(jīng)功能。

3 展望

綜上所述，建立一種比較理想的脊髓損傷動(dòng)物模型是研究脊髓損傷病理生理機(jī)制的基礎(chǔ)，對(duì)于脊髓損傷的治療具有重要意義。目前脊髓損傷的動(dòng)物模型種類較多，各有其優(yōu)缺點(diǎn)，還沒有哪一種模型能夠完全模擬脊髓損傷的自然發(fā)病過程，因此，制造出更加可靠、更加標(biāo)準(zhǔn)化、可重復(fù)并且操作簡(jiǎn)便的脊髓損傷模型仍是我們努力的目標(biāo)。此外，隨著分子生物學(xué)、醫(yī)學(xué)影像學(xué)等不斷發(fā)展，對(duì)于脊髓損傷動(dòng)物模型的評(píng)估不再僅局限于電生理、行為學(xué)和形態(tài)學(xué)的監(jiān)測(cè)，我們?cè)谶x擇動(dòng)物模型時(shí)，應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮蛯?shí)驗(yàn)條件，結(jié)合最新科學(xué)技術(shù)，選擇合適的動(dòng)物模型，并且在現(xiàn)有模型的基礎(chǔ)上不斷改良和創(chuàng)新。