慢性脊髓损伤的动物模型的研究现状

慢性脊髓损伤的动物模型的研究现状发表时间：2016-06-17T14:16:02.970Z 来源：《医师在线》2016年3月第5期作者：孙永刘郑生[导读] 用于慢性脊髓脊髓损伤实验研究的动物有多种选择，实验动物的选择既要考虑到其生物力学特性是否接近人类。

孙永刘郑生中国人民解放军总医院骨科，北京 100853摘要：慢性脊髓压迫损伤是临床中常见的一种病理状态，其特征为骨赘、退变的椎间盘、韧带的增生钙化压迫脊髓产生一系列的临床症状。

建立慢性脊髓压迫的动物模型是对于脊髓损伤的病理生理学和组织学等进行深入研究的前提条件。

该综述描述了各种类型的慢性脊髓压迫损伤动物模型优缺点。

关键词：脊髓损伤；慢性；动物模型；综述1.慢性脊髓损伤实验动物的选择用于慢性脊髓脊髓损伤实验研究的动物有多种选择，实验动物的选择既要考虑到其生物力学特性是否接近人类，也要考虑到来源和实验动物的成本。

灵长类动物（猿、猴等）的脊髓解剖最接近人类，是最理想的实验动物，但是其价格昂贵，手术成本大。

从脊髓功能上来看，猪、犬、猫等四肢行走动物的脊髓与人类的相似，而兔、鼠等动物的脊髓再生能力较强，与人类脊髓功能相距较远。

但初期试验多选择兔、鼠等低等动物，而实验愈近成功，则应趋向于大动物。

目前，大鼠和小鼠是最为常见的脊髓损伤的动物模型，这是由于成本低，种系内纯合性好，而且个体小，便于操作，具有较强的抗感染能力和生命力。

2.理想慢性脊髓压迫损伤的动物模型建立慢性脊髓压迫的动物模型是对于脊髓损伤的病理生理学和组织学等进行深入研究的前提条件。

理想的实验慢性压迫动物模型应该具备以下五个方面的要求：（1）临床相似性：实验的动物模型与临床相似，能模拟人类发生脊髓损伤的病理过程。

（2）可重复性和可操作性：动物模型的操作技术简单，易于掌握。

（3）可定量分级，即压迫力度、压迫时间可自由控制，用统一方法不同的压迫做同一部位产生不同程度的脊髓压迫损伤，压迫程度大小与脊髓损伤程度呈正相关。

（4）适应性广：即统一种方法能复制多种类型的慢性脊髓损伤，又能在多种动物上应用。

（5）操作简单，即手术设备要求不高，操作不复杂，可以快速大批制作。

3.慢性脊髓损伤的动物模型3.1 螺钉直接压迫模型1972年Hukuda[1]首次采用经前路手术椎体内攻入螺钉，此后每日沿原切口将螺钉攻入一个螺纹约1mm，直至动物出现神经功能障碍的征象，此次研究最大压迫率时脊髓组织受到损伤状况，这显然是一种亚急性压迫损伤模型，该方法在制作慢性脊髓压迫损伤时被广泛使用。

Schramm等[2]通过后路椎板钻孔拧入合适大小的螺钉，开始并不产生直接的脊髓压迫，随后采用固定的螺钉拧入频率，多次缓慢的将螺钉拧入，从而对脊髓产生一种慢性渐进性的脊髓压迫。

但是Kanchiku[3]等人认为这种模型是一种非线性压迫模型，在压迫的早期，螺钉的拧入体感诱发电位也常无明显的变化，而在后期螺钉拧入会明显影响体感诱发电位，长时间的螺钉直接压迫可造成神经元脱髓鞘改变，引起脊髓神经纤维传到功能障碍。

Doppman[4]将带气囊的导管插入椎间孔，充气后造成脊髓亚急性压迫损伤，以观察损伤后的病理学改变，这种方式可以减少动物的创伤，而且可以避免反复手术造成的局部疤痕引起的负面影响，但是难以改进为慢性压迫模型。

1993年Al-Mefty[5]对该模型进行了长期压迫效果的观察，采用特氟隆制作螺钉以便进行影像学观察。

另外，还在脊髓压迫的背侧下放置特氟隆垫圈，以便更好的模拟临床上黄韧带骨化想前方突入椎管内，造成前后方脊髓压迫状态。

JangBo Lee等[6]采用经后路钛制慢性压迫内固定器，内固定器 C2和T2棘突之间，螺钉固定在棘突间的链接棒上，这样增加螺钉的稳定性及拧入螺钉深度的精确性。

但是钛制螺钉的金属伪影影响了术后影像学评估。

在国内，蔡钦林等[7]采用套管装螺钉植入体前缘渐进性拧入致慢性压迫。

2006年，梁益建等[8]根据大鼠脊柱解剖学特点自行设计一种后路不锈钢压迫器，压迫器械契合在关节突和棘突之间，中间留置拧入螺钉的孔道。

此方法可有效的防止内固定脱落，又避免了螺钉拧入时对脊髓的直接损伤。

3.2 硬膜外气囊压迫模型1954年Tarlov等[9]阐述气囊压迫法制作脊髓背侧压迫损伤的动物模型，可模拟临床上椎管内占位造成的脊髓压迫病变。

原理和方法：用一个小气囊连接导管，置于硬膜外椎板下，在术后24h动物恢复正常后。

向气囊中充气对脊髓造成压迫伤，脊髓机械压迫和受压后血流障碍造成的脊髓组织变性坏死。

该模型属于闭合性损伤，方法简便重复性好，通过调节压力的大小和受压时间的长短造成不同程度的脊髓损伤，但是气囊膨胀时内部的压力并非呈直线型改变。

杨诗球等[10]对该模型进行了改进，采用向囊内注入泛影葡胺使胶囊膨胀压迫脊髓，便于影像学观察。

2003年，Takahashi等[11]将一个塑料球置于狗的Sl椎板下，塑料球连接一个测量空气压力系统装置，在l0mmHg的注射压力F缓慢地向球内注射一种称为“konnyaku”的物质，对脊髓形成压迫。

于向华等[12]利用医用的硅胶导尿管该制成压力球囊，向内注入非离子型造型机——优维显300，利用压力注射器（Basix Compak）测试球囊内压力，每2周向压力注射器内注入造影剂，造成犬腹侧慢性压迫模型。

这一模型的优点为可对不同脊髓节段压迫致伤，持续时间可控，重复性好，方法简便，但其缺点为气球膨胀时球内压力并非旱直线样改变。

通过对气球材料的改进造成脊髓受压的变化曲线或许可以近似于直线样改变。

3.3 可膨胀材料压迫模型Ehud Arbit等[13]首次将甲基纤维素-聚丙烯腈块状置人硬膜外，直径0．25mm，该物在37. 5 ℃下普通生理盐水中 6d 之内可膨胀为原来的 11 倍使其在硬膜外膨胀时对脊髓产生直接压迫。

由于膨胀速度过快，可用于急性或亚急性脊髓压迫，不符合慢性压迫的损伤机制。

1997年Cornefjord等[14]利用成份为酪蛋白衍生物的一种坚硬的塑料材料做成压缩器，压缩器吸收水分后能够缓慢膨胀。

由于压缩器外层有坚硬的金属外壳，其只能向心性膨胀。

将压缩器附加37℃的盐水试管，压缩器的内径每天用双目显做镜测量，持续40d。

2004年Kim[15]采用氨基甲酸乙酯多聚体作为吸水性材料，将其植入鼠颈椎背侧，材料遇水后在24小时之内体积变成原来的2.3倍，可维持16天，内植材料周围未见炎症反应和肉芽组织生成。

2011年胡勇等[16]改进Kim使用的吸水性膨胀材料，在材料的表面涂上一层控制吸水的保护膜，以此来控制材料对于细胞外液的吸收，24小时内该材料膨胀到最大，但是可以维持最大体积6个月，将其植入大鼠颈椎管的一侧，双侧对照研究慢性压迫损伤中SEP波幅和潜伏期的变化。

该模型主要优点减少手术操作次数，方法简单，提高动物的生存率，前后路均可有压迫，符合临床脊髓压迫的病变特征，但是内植物遇水膨胀的速度以及持续的时间难以控制，材料作为异物与周围组织炎症反应。

3.4 脊柱运动和自然生长产生压迫模型1993 年 Al-Mefty 等[5]以犬作实验对象，通过前路手术显露颈椎椎体，前方椎体攻入塑料平头螺钉，相应节段后方椎板下置入塑料薄片，两次手术均不造成对脊髓的直接压迫。

随着颈椎活动的增加，动物开始逐渐出现脊髓受压症状，肢体运动功能发生障碍。

这种模型的优点是有前后两方向的压迫，限制了脊髓的活动范围；脊髓损害表现出现缓慢，逐渐加重，与颈椎病人的发病过程相似；脊髓的病理改变与脊髓损伤的症状表现一致。

其缺点有：实验动物是四肢动物，与人的直立行走不完全一致；手术操作难度相对较大；后方椎板下的塑料薄片不能随运动产生对脊髓的压迫。

2001年Kanchiku等[17]和2006年侯树勋等[18]为了防止因为手术操作对脊髓产生的直接压迫，经颈椎前后路在颈椎的同一节段植入钛合金的螺钉和钢板，术中保持了椎间盘和后方小关节的正常活动，颈椎活动时对从同一个平面产生脊髓逐渐压迫损伤，通过电生理和X线排除脊髓直接损伤。

最近Kubota[19]等将该方法应用在颈椎，采用聚乙烯线绑在1周大小的大鼠，颈椎椎体腹侧放置塑料垫片保护前方组织，随着动物椎体和椎管的增长，聚乙烯线在椎管的背侧逐渐加深，产生逐渐压迫模型。

该模型的优点为脊髓损害表现现缓慢，逐渐加重，与患者的发病过程相似；脊髓的病理改变与椎管狭窄造成的脊髓症状表现一致。

缺点为植入物的组织相容性不好，背侧受力点单一容易出现松动和滑移，大鼠的运动与直立行走的人类不一致。

3.5 其他类型压迫模型肿瘤组织常作为压迫物制作压迫模型，将肿瘤组织植入到椎管内，让其在硬膜外生长，对脊髓逐渐产生压迫。

这种模型与椎管内肿瘤类似，由于肿瘤组织的生长速度太快，难以人为控制其生长速率，对于脊髓慢性压迫损伤的研究意义较小，同时恶性肿瘤具有侵袭性生长的特性，直接损害脊髓组织，引起神经元和神经纤维的炎性改变。

近些年来随着转基因技术的发展，转基因脊髓压迫模型也随之出现，2002 年 Uchida 等[20]利用转基因的小鼠作为慢性压迫性颈脊髓损伤模型。

纯合子的骨肥大的小鼠简称之为 Twy 鼠。

该小鼠是常染色体隐性遗传病，随着小鼠的自然生长，在 C1、C2 关节后面特征性地出现钙化沉积物，随着钙化物的沉积，寰枢椎的表层钙化物体积进行性增加，最终压迫脊髓的后部和后侧方，造成慢性压迫性脊髓损伤。

2002 年 Yamaura 等[21]利用 Twy 鼠对慢性脊髓压迫的病理改变及组织学改变进行了研究，发现细胞凋亡在慢性脊髓损伤中能在损伤部位诱发继发性变性，并在远离损伤部位的脊髓产生慢性脱髓鞘作用。

2003年Uchida等[22]利用 Twy 鼠进行研究，发现在邻近机械压迫点的运动神经元区域脑源性神经营养（细胞诱向）因子、神经营养蛋白的过分表达能够使其出现代偿性改变，这些蛋白的表达有助于神经的存活和塑形。

但由于此模型是无创的，颈椎体钙化的程度不能人为精确调控，所以在慢性压迫形成的过程中，无法控制压迫形成的程度；而且由于不能重复操作，无法重复实验结果，个体间缺乏较好的比较性。

此实验模型的优点：简化了手术操作过程，提高了动物的生存率，但是导管影像学不显影以及导管侵入椎管的精确度难以控制。

总之，关于脊髓慢性压迫损伤模型种类繁多，螺钉压迫、气囊压迫和可膨胀材料制作慢性损伤模型应用较多，利用脊柱运动和自然生长要模型，其压迫机制更接近慢性脊髓损伤的发病机制，临床上更加的接近椎管狭窄，而非脊髓压迫。

随着科学技术的发展，对于动物损伤模型评估方法的不断改进，对于脊髓慢性压迫的模型改进会更加接近于临床需要。

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