脊髓損傷（spinal cord injury, SCI）是一種導(dǎo)致死亡率和傷殘率較高的疾病，能夠?qū)е虏煌潭鹊闹w癱瘓、感覺喪失、膀胱功能障礙等一系列的并發(fā)癥。脊髓損傷的生理病理機(jī)制非常復(fù)雜，目前尚未完全破解，建立可靠的動(dòng)物模型可用來積累經(jīng)驗(yàn)，從而提高和完善脊髓損傷的生理病理知識(shí)，降低脊髓損傷患者的發(fā)病率和死亡率。

動(dòng)物的選擇

常用的脊髓損傷實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有小鼠、大鼠、兔、犬和豬等。

大鼠價(jià)格相對低廉，容易獲取，且在電生理和脊髓形態(tài)上與人類脊髓相似，是脊髓損傷常用的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。小鼠因其基因與人類基因同源，且小鼠脊髓損傷后后肢功能評(píng)分較為成熟，常用于基因研究。靈長類動(dòng)物如狨猴，獼猴、松鼠猴的脊髓組織比嚙齒類動(dòng)物更接近人類脊髓，其更適應(yīng)于脊髓損傷的研究，但因成本較高且涉及倫理問題，未能被普遍使用。另外，豬或狗等大型動(dòng)物也用于脊髓損傷研究，便于對實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證。

造模方法

依據(jù)損傷機(jī)制的不同，脊髓損傷模型可以分為挫傷型、壓迫型、缺血損傷型、牽拉損傷型、化學(xué)損傷型等。

一、挫傷型?

挫傷型脊髓損傷是短暫的、急性脊髓損傷，損傷外力與脊髓接觸時(shí)間較短。目前打擊裝置主要包括重物墜擊器、電磁打擊器、氣槍打擊器等。

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重物墜擊器

Allen于1911年最先提出了重物墜擊法( weight-dropping，WD) 制作脊髓損傷模型。該方法是使用重錘從一定的高度自由降落，撞擊脊髓，可通過控制重物的高度和質(zhì)量來限定打擊力度的大小，從而制造出不同程度的脊髓損傷，這項(xiàng)技術(shù)后來被認(rèn)為是標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)驗(yàn)性脊髓挫傷損傷模型。此外，還可以通過限定撞擊脊髓節(jié)段來制作出不同脊髓節(jié)段和不同類型的脊髓損傷。

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PSI-IH脊髓打擊器

PSI-IH脊髓打擊器(precision systems and instrumentation-IH spinal cord impactor)是由University of New Jersey公司研發(fā)的一種專門用于大鼠醫(yī)學(xué)研究的脊髓挫傷裝置。PSI-IH 脊髓打擊器裝置利用力控沖擊器而不是失重高度或組織移位造成損傷。步進(jìn)電機(jī)與外部計(jì)算機(jī)接口，用于控制沖擊力。在要損傷的脊髓節(jié)段進(jìn)行椎板切除后，通過帶有不銹鋼打擊器快速打擊暴露的脊髓背部，立即上抬撞頭，避免對脊髓造成擠壓傷。其附著的傳感器會(huì)直接測量撞擊器和脊髓組織之間的力，使在造模時(shí)的誤差降到最低，當(dāng)達(dá)到預(yù)定閾值時(shí)，端部自動(dòng)抽離。該裝置可通過計(jì)算機(jī)軟件記錄探頭打擊瞬間的力位移曲線變化。

有研究者運(yùn)用該打擊器制作出輕、中以及重?fù)p傷模型，且BBB評(píng)分和組織學(xué)檢查顯示該方法是較為可靠的人類脊髓損傷動(dòng)物實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀Ｔ撗b置具有易控制脊髓損傷程度，計(jì)算機(jī)可準(zhǔn)確記錄組織撞擊后的位移程度及力量大小; 具有應(yīng)用廣泛，造模精確性、可靠性及重復(fù)性好，操作簡單的優(yōu)點(diǎn)。但該裝置不能持續(xù)擠壓，無法完全模擬脊髓損傷的臨床病理改變，且在夾固脊柱時(shí)易損傷脊柱的缺點(diǎn)。

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電磁打擊器

通過步進(jìn)電動(dòng)機(jī)、計(jì)算機(jī)、傳感器、脊柱磁夾固定的應(yīng)用，打擊器 ( infinite horizon，IH）能精確控制打擊力度。傳感器能直接測量打擊裝置對脊髓的壓力，當(dāng)達(dá)到預(yù)先設(shè)定的壓力時(shí)，打擊接頭會(huì)自動(dòng)撤回，從而避免重物墜擊器出現(xiàn)的反彈現(xiàn)象。然而，脊柱固定的多變性是其最大的缺陷。

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氣槍打擊器

氣槍打擊器是2012年由Marcol等開發(fā)的一種新型脊髓挫傷裝置。它可以在不直接接觸神經(jīng)組織和不產(chǎn)生腦膜損傷的情況下產(chǎn)生明確的、分級(jí)的脊髓損傷。它是一種采用精密的壓入式氣槍作為損傷因素來造成脊髓損傷。

氣槍打擊器具有:?

①在計(jì)算機(jī)控制模塊的幫助下精確控制傷害力。

②無需切除椎體骨的制備。

③腦膜連續(xù)性未受影響。

④腦脊液無損失。

⑤所制作的脊髓損傷動(dòng)物模型可復(fù)制和分級(jí)的優(yōu)點(diǎn)。

但同時(shí)對此模型作行為評(píng)分時(shí)，不同損傷程度的模型沒有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，因此對損傷的量化需要進(jìn)一步研究。

二、壓迫型

壓迫型脊髓損傷模型往往通過動(dòng)脈鉗夾、氣囊等方式對脊髓造成壓迫。與挫傷型脊髓損傷模型的區(qū)別在于脊髓存在長時(shí)間的擠壓。

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鉗夾

有研究者通過鉗夾脊髓制作脊髓鉗夾傷，研究激活素 A 通過減輕脊髓損傷炎癥反應(yīng)來保護(hù)脊髓神經(jīng)元。有研究者通過動(dòng)脈夾內(nèi)側(cè)壁置入厚度分別為1.4 mm、1.6 mm、1.8 mm的墊片，確保動(dòng)脈瘤夾釋放后仍可保留所夾脊髓橫徑的一半，該方法不但保持了硬脊膜的完整，而且與臨床上因骨折移位、椎間盤突出等對脊髓造成的擠壓傷非常類似。

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氣囊

有研究者應(yīng)用經(jīng)皮穿刺技術(shù)向硬膜外置入可擴(kuò)張球囊導(dǎo)管建立綿羊急性脊髓壓迫性損傷模型，該方式簡單易行，但由于氣體或液體在椎管內(nèi)移動(dòng)，造成脊髓不同部位、不同程度的損傷，可重復(fù)性較差。另外，其也缺乏急性沖擊成分。

三、橫斷損傷型

完全橫斷或部分橫斷脊髓損傷模型是SCI再生修復(fù)研究最常用的模型之一。

造模方法：用異氟醚麻醉大鼠并于俯臥位固定，背部脫毛并徹底消毒，于T10胸椎的中心劃約2cm長縱向切口，小心切斷T10椎板并暴露脊髓。用眼科手術(shù)刀沿正中靜脈切開右側(cè)脊髓，觀察到損傷局部迅速充血水腫，大鼠出現(xiàn)尾部痙攣及右下肢癱瘓，表明SCI模型建立成功。逐層縫合內(nèi)層肌肉和創(chuàng)口皮膚。SCI造模后72h，采用BBB運(yùn)動(dòng)功能評(píng)分和斜板試驗(yàn)評(píng)價(jià)大鼠行為學(xué)功能。

MDL大鼠脊髓損傷模型（橫斷損傷型）

，時(shí)長00:43

四、牽拉損傷型

牽拉損傷模型是通過牽拉脊髓來模擬脊髓損傷時(shí)脊髓所承受的張力，該模型主要模擬脊柱外科手術(shù)醫(yī)源性的脊髓牽拉傷。目前該模型已應(yīng)用于貓、狗、豬等實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。然而，可控的、重復(fù)性較好的牽拉損傷模型仍是活躍的研究領(lǐng)域。

有研究者研制脊柱牽引器研究脊柱側(cè)彎矯形術(shù)中出現(xiàn)的脊髓牽拉損傷，固定T12與L4椎體，旋轉(zhuǎn)牽拉器中央螺釘牽拉L1與L4長度的10.0%、20.0% 和 30.0%，通過皮質(zhì)感覺誘發(fā)電位、神經(jīng)功能、生化指標(biāo)、組織切片等進(jìn)行牽拉程度的評(píng)估。

五、化學(xué)損傷型

通過使用化學(xué)物質(zhì)模擬創(chuàng)傷性脊髓損傷后的繼發(fā)性級(jí)聯(lián)反應(yīng)。這些模型有利于研究脊髓損傷的分子機(jī)制和特定通路的治療效果。

有研究者通過靜脈注射玫瑰紅，T8～T9脊髓節(jié)段冷光源局部照射制作脊髓光化學(xué)誘導(dǎo)模型，通過光化學(xué)誘導(dǎo)致脊髓局部缺血性壞死，研究大鼠脊髓繼發(fā)性損傷。

總結(jié)

為了便于研究脊髓損傷的機(jī)制，動(dòng)物脊髓損傷模型應(yīng)具備的特點(diǎn): ①臨床相似性: 脊髓損傷模型與臨床脊髓損傷情況相似; ②可調(diào)控性: 可根據(jù)研究需要量化脊髓損傷大小; ③可重復(fù)性: 研究脊髓損傷機(jī)制及治療需要大量的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物，因此要易于制作。在過去的幾十年里，脊髓損傷模型研究發(fā)展迅速。但鑒于人類脊髓損傷的復(fù)雜性，目前尚沒有一種模型可以完全模擬人類脊髓損傷。為了能夠更深層次地研究當(dāng)前脊髓損傷領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)以及不斷出現(xiàn)的新觀點(diǎn)、新機(jī)制，對于動(dòng)物模型的探索研究仍需繼續(xù)發(fā)展和改進(jìn)，使其更加標(biāo)準(zhǔn)化、定量化、智能化，為推進(jìn)脊髓損傷治療研究奠定基礎(chǔ)。