大鼠慢性脊髓損傷模型的建立

杜凡

·實驗研究·

大鼠慢性脊髓損傷模型的建立

杜凡

目的探尋簡便易行的慢性脊髓損傷模型建立方法,為探索脊髓型頸椎病的損傷機制、病理及進一步為治療奠定基礎。方法56只成年wistar雌性大鼠,隨機分為實驗組和對照組,各28只。根據大鼠脊柱解剖結構特點自行設計一種大鼠脊髓壓迫復合體,用以制作大鼠慢性壓迫模型。運用行為學、病理組織觀察等方法評價模型的可靠性。結果脊髓壓迫后兩組大鼠行為學評分(BBB)比較差異有統計學意義(P＜0.05)；觀察兩組病理切片,可見實驗組明顯出現尼氏體減少,細胞核崩解,神經元壞死、減少,泡沫細胞形成,神經纖維脫髓鞘。結論本方法提供了一種理想的制作鼠慢性脊髓壓迫損傷方法。

脊髓損傷；動物模型；大鼠；病理

完全復制人的慢性脊髓壓迫損傷的動物模型,一直以來是脊髓損傷的理想目標,之前有很多人為之而努力,發明了很多慢性脊髓壓迫損傷動物模型的制作方法,比較常用的有脊髓后路植入螺釘［1］、椎管內植入氣囊［2］、膨脹物壓迫［3］、腫瘤壓迫［4］等,本實驗采用膨脹物壓迫法。現報告如下。

1 材料與方法

1.1材料 2013年取56只260～280 g成年wistar雌性大鼠(由中國醫科大學動物部提供),隨機分為實驗組和對照組,每組28只。

1.2動物模型的制作方法 采用異戊巴比妥10 g/L(40 mg/kg)腹腔麻醉,備皮、消毒、常規消毒鋪巾,后正中切口,暴露T6～9椎板,咬除T7、8椎板,見硬脊膜,將粘于鋼片下的壓迫物置于已暴露硬脊膜的脊髓節段上,并用穿過雙側肋骨的手術線將壓迫物牢固的固定在脊柱上,后逐層縫合傷口,每組取4個時間點：2、3、4、6周,每個時間點7只；對照組將膨脹物粘于鋼片的背側后,固定于T7、8節段,即不對脊髓有任何壓迫。術后抗炎1周。

1.3壓迫物的制作 10只wistar大鼠進行解剖,根據大鼠T7、8脊髓節段脊椎的平均寬度、雙側椎板的角度制作壓迫物的幾何形狀,壓迫物由兩部分組成,分別為7.0 mm×7.2 mm ×0.8 mm的不銹鋼鋼片和5.0 mm×1.5 mm×1.0 mm的膨脹物(主要成分為緩慢膨脹型橡膠)組成,其中鋼片是由線切割機(由東北大學實習工廠提供)切割而成,每個均為誤差在0.2 mm內的標準幾何形狀,將其中線處折彎,折彎角度為100°,誤差范圍在1°；膨脹物主要成分是橡膠的復合材料,經流化為要求的標準尺寸后,將膨脹物粘于鋼片內側,形成一牢固的壓迫物。

1.4行為學評分 術后分別對2、3、4、6周進行大鼠的行為學觀察,參照BBB評分標準［2］,采取雙盲、雙人獨立觀察記錄,記錄后的結果取均值。

1.5病理觀察 將處于時間點的動物腹腔麻醉后,分別用磷酸鹽緩沖液(PBS)、4%的多聚甲醛心臟灌注,待灌流液為無色為止,小心取出完整壓迫段脊髓,再用多聚甲醛侵泡24 h后,常規脫水,透明,侵蠟,石蠟包埋,切片,普通蘇木精-伊紅染色法(HE)染色,置于光鏡下觀察脊髓組織結構。

1.6統計學方法 采用SPSS19.0統計學軟件進行統計分析。計量資料以均數±標準差(±s)表示,采用t檢驗。P＜0.05表示差異具有統計學意義。

2 結果

2.1兩組大鼠行為學評分比較 大鼠在術后6 h后完全蘇醒,所有的術后大鼠都活動自如,無跖肌步態,前后肢協調運動,可以支持體重,約術后第4天時大部分動物逐漸出現走路協調性差,跖肌步態,后肢不能完全支撐體重,尾巴下垂,后爪前進時不與身體方向一致,即內旋或外旋表現,至7～10 d時,動物均出現后肢的完全性癱,動物肌張力減退、輕度活動甚至無運動、不能支撐體重,尿便均正常,隨著時間延長(2～4周)動物的癥狀會有自我恢復的現象,即出現近端肌肉肌力部分恢復,由全癱轉為不全癱,4周后動物行為學癥狀趨于穩定。結果顯示,實驗組與對照組BBB評分比較,差異有統計學意義(P＜0.05)。見表1。

表1 兩組大鼠慢性脊髓損傷后BBB評分比較(±s,分)

表1 兩組大鼠慢性脊髓損傷后BBB評分比較(±s,分)

注：兩組比較,P＜0.05

組別 只數 2 周 3 周 4 周 6 周對照組 28 8.45±0.95 10.36±0.65 15.47±0.35 18.24±0.28實驗組 28 4.8±0.68 8.75±1.03 10.67±1.06 11.20±0.78

2.2兩組大鼠組織病理學檢查 大體觀察,大鼠脊髓組織均有不同程度的壓痕,硬脊膜完整,無明顯顏色改變,切開硬膜后,可見脊髓在矢狀徑上,有不同程度的變扁,組織結構無明顯紊亂,灰質、白質境界仍可分辨,HE染色光鏡下觀察,脊髓形態不完整,神經組織殘缺;灰質神經元細胞數量明顯減少;灰質神經元細胞內尼氏小體崩解、減少至完全消失,細胞核裂解甚至消失、細胞腫脹；細胞膜溶解破損、邊界不清；神經膠質細胞增生,泡沫細胞形成；呈衛星狀圍繞變性的神經細胞,并變性為格子細胞;膠質細胞增生圍繞壞死的神經細胞呈噬節現象；室管膜細胞增生,向內侵入中央管并成團阻塞管腔,向外侵入灰質;白質纖維分布不均勻,纖維減少,髓鞘排列紊亂,髓鞘間隙擴大,脫髓鞘,形態不完整。見圖1～4。

圖1 實驗組神經元尼氏體減少、核溶解,胞漿著色變淺,胞體腫脹,細胞由多極形狀變為圓形,神經膠質細胞增生(HE×400)

圖2、圖3 實驗組神經元減少、泡沫細胞形成,可見少許格子細胞,神經膠質細胞增生(HE×400)

圖4 實驗組髓鞘間隙擴大,神經纖維脫髓鞘(HE×400)

3 討論

3.1本模型的評價 一直以來,許多學者用不同的方法探尋、制作慢性脊髓損傷動物模型,但每種方法都有缺點,仍需要尋找一種能準確復制慢性脊髓損傷的動物模型。1989年Arbit等［3］將直徑為0.25 mm的甲基纖維素-聚丙烯晴塊植入硬膜外,依賴其的膨脹特性產生對脊髓的機械壓迫作用。該方法對脊髓的壓迫作用較緩慢,與人慢性脊髓損傷的疾病過程比較相似。本實驗亦采用該試驗原理,對不足之處加以完善,①本實驗壓迫物并不是放在椎板下,而是將椎板咬除后,將壓迫物復合體固定于背部,這樣可以避免手術操作時對動物造成急性損傷的可能；②采用相對堅硬的膨脹材料,這樣對脊髓的壓迫作用更確實；③由于鋼板的幾何形狀是可以調節的,這樣壓迫物的形狀大小就不受椎管內狹小的空間限制,可采用最符合試驗要求的尺寸壓迫,對膨脹物有更大的選擇范圍。本實驗采取T7、8節段壓迫,一方面與BBB造模節段相一致,另一方面T7、8節段損傷對動物的呼吸、循環及術后的二便功能損傷較小,易于長期飼養,以適合造慢性模型的需要。

3.2慢性壓迫模型的行為學、病理學評價 本實驗成功的復制了慢性脊髓損傷動物模型,并對其進行了行為學、病理學方面的評價。

3.2.1行為學評價 BBB評分是觀察動物的臀、膝、踝關節、行走、軀干運動及起協調情況［5］,該方法對動物的行為學癥狀觀察的比較詳細、全面,與脊髓損傷的程度高度相符［6］。鑒于此,該方法被廣泛應用于脊髓損傷動物模型的評價。本實驗,動物在術后活動正常,隨著時間的延長動物會逐漸出現在BBB評分中提及的跖肌步態(plantar step)、后爪在運動時的旋轉運動、腳趾間隙的擴大、髖膝踝的過度運動(extentive movement)、不穩定軀干運動(trunk instability)、前后肢不協調運動(FL-HL incoordination) 不能支持體重(no weight support)等行為學癥狀。動物出現的癥狀有連續性,較好的模擬了脊髓慢性損傷行為變化的全過程,是一種重復性好慢性脊髓損傷模型,適用于進一步探尋病因及治療的動物模型。

3.2.2病理學評價 脊髓損傷后,除機械性性損傷外,在數小時及數天內出現復雜的繼發性損傷,神經細胞壞死、調亡是脊髓損傷的病理變化重要組成部分,最終導致脊髓灰質神經元數量的減少,另一個很明顯的變化是神經纖維脫髓鞘,有實驗表明,在灰質壞死部分的邊緣與剩余脫髓鞘軸索之間存在一個長纖維束的不完整的軸突區域,在這個區域有節段性的脫髓鞘現象［9,10］,本實驗亦發現在每組都有不同程度的神經細胞的壞死,以及隨之而來的神經元的減少及白質的脫髓鞘現象,說明在慢性脊髓損傷過程中,神經細胞的壞死是一個漸進連續的過程,究竟神經細胞的密度下降到什么程度時脊髓的功能無法恢復,仍需進一步研究。實驗中還發現大部分動物行為學評分與病理學檢測是相符合的,但亦有少部分動物病理變化與行為學評分不相符合的情況發生。

綜上所述,用該種方法可以很好的復制慢性脊髓損傷病理發展過程,而且操作簡便,對材料要求較低,易于制作成功,該方法制作的模型適合于進一步應用于脊髓型頸椎病的病因及治療的研究中。

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Establishment of chronic rat spinal cord injury model

DU Fan.Department of Orthopaedics,Liaoning Shenyang City First People’s Hospital,Shenyang 110041,China

ObjectiveTo investigate easy and feasible establishment method of chronic rat spinal cord injury model,in order to lay the foundation of injury mechanism and pathology exploration in cervical spondylotic myelopathy and further treatment.MethodsA total of 56 adult female wistar rats were randomly divided into experimental group and control group,with 28 cases in each group.Rat spinal cord compression complexus was designed according to anatomical characteristics of rat spine,and the complexus was applied to establish model for chronic rate compression.Evaluation on reliability of the model was made by ethological and histopathological observation.ResultsAfter spinal cord compression,the difference of Basso Beattie and Bresnahan (BBB) locomotor rating scale had statistical significance between the two groups (P＜0.05).Observation on pathological section in the two groups showed obviously reduced Nissl substance,disintegrated cell nucleus,necrotic and reduced nerve cell,formation of foam cell and demyelination of nerve fiber in the experimental group.ConclusionThis method provides an ideal way in making chronic rat spinal cord injury model.

Spinal cord injury; Animal model; Rat; Pathology

10.14164/j.cnki.cn11-5581/r.2016.06.216

2015-12-07］

110041 遼寧省沈陽市第一人民院骨科