機械性脊髓損傷模型

1. 脊髓打擊損傷造模

脊髓T10節(jié)段打擊損傷模型。

造模舉例：

用異氟烷麻醉小鼠后去除背毛，碘伏消毒，在脊髓的脊椎T10節(jié)段處開1.5cm切口，找到第10根肋骨上的T10椎體，進行T10椎板切除術(shù)暴露小鼠脊髓，然后用質(zhì)量10g的砝碼從距離套管8mm高處墜落。打擊模型為間接撞擊，砝碼從8mm高處撞擊7.5cm的套管，實際墜落高度約為8.3cm，通過套管撞擊脊髓。用棉簽去除滲出的血液，將小鼠的筋膜、肌肉和皮膚逐層縫合，并再次使用碘伏消毒小鼠皮膚。

造模成功標準：小鼠在打擊損傷術(shù)后立即出現(xiàn)水腫和瘀血，從麻醉中蘇醒后運動行為學評分(BMS評分)降為0分，小鼠后肢運動功能喪失并出現(xiàn)尿潴留，后肢拖地并且尾巴無法抬起。手術(shù)后，每只小鼠腹腔注射0.5mL生理鹽水，將小鼠置于飼養(yǎng)籠中(冬天放在保溫墊上直到蘇醒)，飼料放置于墊料上使小鼠可以輕松獲取。在造模后，每天手動排空小鼠膀胱2次，直到小鼠被處死。

2. 脊髓鉗夾損傷造模

脊髓T10節(jié)段鉗夾損傷造模。

造模舉例：

用異氟烷麻醉小鼠后去除背毛，碘伏消毒，在脊髓的脊椎T10節(jié)段處開1.5cm切口，找到第10根肋骨上的T10椎體，進行T10椎板切除術(shù)暴露小鼠脊髓，用0.1mm寬顯微鑷的小心插入脊髓的兩側(cè)，用顯微鑷將脊髓完全擠壓2s。

造模成功標準：小鼠在鉗夾損傷術(shù)后立即出現(xiàn)水腫和瘀血，從麻醉中蘇醒后運動行為學評分(BMS評分)降為0分，小鼠后肢運動功能喪失并出現(xiàn)尿潴留，后肢拖地并且尾巴無法抬起。用棉簽去除滲出的血液，將小鼠的筋膜、肌肉和皮膚逐層縫合，并再次使用碘伏消毒小鼠皮膚。

手術(shù)后，每只小鼠腹腔注射0.5mL生理鹽水，將小鼠置于飼養(yǎng)籠中(冬天放在保溫墊上直到蘇醒)，飼料放置于墊料上以供小鼠輕松獲取。在造模后，每天手動排空小鼠膀胱2次，直到小鼠被處死。

3. 連體共生脊髓打擊損傷模型

選取性別一致(例如雄性和雄性配對做連體共生)，體質(zhì)量和年齡接近的成年β-actinGFP小鼠與C57BL/6J小鼠。在連體共生手術(shù)前2周，將1只β-actinGFP小鼠與另1只C57BL/6J小鼠一起同籠飼養(yǎng)，以確保小鼠之間保持和諧共處以利于術(shù)后恢復。

在用異氟烷對小鼠進行深度麻醉后，用剪刀和剃毛刀去除小鼠從肘部到膝蓋的側(cè)面毛發(fā)，用碘伏消毒液自上而下消毒小鼠皮膚。然后將2只小鼠仰面朝上擺放在一起，剪開表皮并從皮下筋膜上鈍性分離露出0.5cm的皮膚，用不可吸收的3-0縫線連接2只小鼠的肘關(guān)節(jié)和膝關(guān)節(jié)，然后用3-0縫線縫合2只小鼠的皮膚。術(shù)后再次用碘伏消毒液擦拭傷口。

手術(shù)后，每只小鼠腹腔注射0.5mL生理鹽水，用加熱墊將小鼠體溫保持在37℃，直到小鼠恢復清醒。在鼠籠內(nèi)放置糧食以防小鼠在連體共生術(shù)后夠不到糧食。在小鼠連體共生14d后，將2只小鼠均進行脊髓打擊損傷造模，造模方法同1.4.3。為觀察細胞的移植效率，故僅留取C57BL/6J野生型小鼠脊髓進行相關(guān)檢測。

4. 球囊壓迫法

球囊壓迫模型，接近大多數(shù)情況下人類SCI的機制。球囊壓迫通常缺乏SCI的急性成分，可用來制造慢性的脊髓壓迫模型，和臨床上腰椎間盤突出癥或椎管狹窄癥的機制相似。

造模舉例：

動物禁食后，以3%異戊巴比妥鈉1ml/kg體重實施耳緣靜脈注射麻醉。成功后備皮、常規(guī)消毒、鋪巾，以T12定位，選取T6、T7棘突為中點，縱行切開約5cm，逐層分離顯露，咬除T6、T7棘突。使用微鉆在T6、T7椎板中線鉆一小孔（1.5mm直徑），并在椎板表面做一個小的凹槽，目的是引導球囊插入，并保持球囊在中線位置。

2FFogarty球囊導管分別從兩個孔置入硬膜外腔，X線下定位球囊的位置，使其位于T3、T10水平,固定導管，逐層縫合肌肉層、皮下和皮膚。術(shù)畢A組不膨脹球囊，B、C組分別注射40μl及50μl生理鹽水擴張球囊。術(shù)后每天按摩膀胱兩次，直至反射性膀胱活動建立，并且每天給予氨芐西林鈉預防感染至術(shù)后3天。

5. 脊髓捆綁術(shù)：

脊髓捆綁術(shù)是新興模型，在損傷精確部位的持續(xù)重現(xiàn)性和傷害影響的程度還有待驗證。

造模舉例：

準備雌性SD大鼠進行實驗，使用混合麻醉劑（ketamine:xylazine:acepromazine，分別為90mg/kg、5mg/kg、1mg/kg）將大鼠麻醉。用顯微鏡下的手術(shù)器械將T9和T10之間的椎板去除，并使用醫(yī)用膠貼將T9和T10之間的椎弓根固定。細心地切開椎板，以避免損傷脊髓周圍的組織。使用一種特殊的工具（如血管夾）將脊髓緩緩地固定在T9段神經(jīng)根的頂部。固定完畢后，使用縫合線將椎板和皮膚縫合，以保護脊髓并預防感染。

術(shù)后移動動物到溫暖、干燥的環(huán)境中，給大鼠注射了適量的生理鹽水，并且密切監(jiān)測大鼠的健康狀況。在手術(shù)后的不同時間點（如1天、1周、1個月等時間點）對動物進行觀察，評估脊髓捆綁模型是否成功。

6. 脊髓壓縮模型：

該方法首先對目標節(jié)段的椎板進行切除，然后使用一對改良的鉗子將脊髓壓縮到所需的不同厚度。脊髓壓縮模型是一種簡單且廉價的SCI模型，但是它缺乏鉗夾壓縮和挫傷模型所具有的急性沖擊損傷的特質(zhì)。

因此，脊髓壓縮模型無法再現(xiàn)人類急性SCI的機制，這限制了它的應用。

7. 牽拉模型（distraction）：

牽拉模型與人類脊柱畸形行矯形手術(shù)術(shù)中使用矯形器械時可能造成脊髓牽張性損傷類似，為進一步研究脊髓牽張性損傷的發(fā)病機制及治療奠定基礎(chǔ)。

造模舉例：

用戊巴比妥鈉大鼠腹腔內(nèi)注射麻醉（30mg/kg），背部剃毛，以為T10為中心作背部后正中切口，長2cm，依次切開皮膚、皮下組織，剝離椎旁肌肉，咬除T10棘突和全椎板，分別向頭、尾側(cè)咬除T9、T11椎板的下、上緣部分椎板，至少顯露

0.6cm長的硬脊膜，椎管顯露到椎弓根部，注意保護硬脊膜完整，避免神經(jīng)根損傷。記錄皮層誘發(fā)電位，然后自T10右側(cè)用自行設(shè)計的脊髓牽拉器（寬4mm,厚0.5mm）水平方向推移脊髓1.7mm，持續(xù)5min，再次記錄皮層誘發(fā)電位，逐層關(guān)閉手術(shù)切口。

8. 脫位模型：

通過脊椎側(cè)方移位使脊髓產(chǎn)生軸突和血管損傷，采用機電反饋控制裝置將脊柱側(cè)移至對側(cè)，通過電腦可以控制速度和側(cè)移程度來控制損傷程度。損傷程度與機械位移相關(guān)，位移較大，導致較大的應變，從而導致更廣泛的軸突和血管損傷。應用組織學和免疫組織學技術(shù)將力學參數(shù)與脊髓的病理損傷程度聯(lián)系起來。

該方法利用脊椎移動誘發(fā)SCI，這與臨床中常見的脊椎脫位的發(fā)生機制相符合，適合此類疾病的研究。

9. 完全橫斷模型：

在目標節(jié)段用顯微刀片將脊髓完全橫斷，該模型確保損傷的絕對完全性，使評估干預措施對軸突再生和功能恢復的效果變得更容易。橫斷模型有助于研究神經(jīng)營養(yǎng)因子、神經(jīng)遞質(zhì)在SCI中的作用及電生理研究。

造模舉例：

42只大鼠，隨機分成A組(n=6)、B組(n=18)和C組(n=18)。大鼠用10%水合氯醛(300mg/kg)腹腔注射麻醉后，俯臥位固定于手術(shù)臺上，消毒，鋪無菌孔巾。以T9-10節(jié)段骨性標志為中心，沿棘突做縱行切口約4cm，切開皮膚及淺筋膜并皮下游離。鈍性分離棘突兩側(cè)椎旁肌達椎板表面，眼瞼撐開器撐開兩側(cè)椎旁肌，暴露椎板骨面及關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)緣，咬骨鉗咬除T8和T9錐體棘突，然后深入椎板下緊貼關(guān)節(jié)突關(guān)節(jié)內(nèi)側(cè)完整去除T8和T9椎板。

A組，只行椎板切除；B組用尖刀在已顯露脊髓的中間位置橫向切斷脊髓，刀尖要觸及椎管前壁和側(cè)壁骨面，反復切割；C組，用一鈍頭小鉤將手術(shù)縫線從脊髓腹側(cè)穿到對側(cè)，輕微抬起脊髓，用雙刃顯微剪刀將脊髓、硬脊膜及血管一次性全部切除，然后從斷端提出手術(shù)縫線以證實脊髓完全橫斷。

各組完成橫斷后明膠海綿止血，逐層縫合肌肉、筋膜、皮膚。造模后每天20萬單位青霉素皮下注射，連續(xù)3d。每籠飼養(yǎng)3或4只大鼠，恒溫保暖，隔天更換墊料。每天行人工膀胱按摩排尿，早晚各1次。

10. 部分橫斷模型：

在目標節(jié)段用顯微刀片將脊髓部分橫斷，該模型模擬的損傷在臨床上數(shù)量要比完全橫斷多，可用于檢查不同脊髓束的運動功能和恢復，或在比較對側(cè)和同側(cè)病變時比較功能缺陷，可進行受損纖維和健康纖維的比較。

該模型最近也被用于研究神經(jīng)移植技術(shù)，也常用于SCI后軸突再生能力和脊髓功能恢復及突觸重塑的相關(guān)研究。

11. 脊髓缺血模型：

造模舉例：

選用清潔級雄性SD大鼠36只，將實驗動物隨機分為A1組(血管造影劑對照組)、A2組(實驗對照組)、B1組(假手術(shù)組)、B2組(缺血60min再灌注24h)、B3組(缺血60min再灌注48h)、B4組(缺血90min再灌注24h)和B5組(缺血90min再灌注48h)。

即選擇性夾閉大鼠右腎動脈上極腹主動脈近心端造成脊髓缺血。2.5%戊巴比妥鈉麻醉大鼠，消毒鋪巾，術(shù)中予以體溫檢測，維持大鼠體溫恒定。取腹部正中切口，打開腹膜，暴露腹主動脈，使用50g夾閉力的動脈夾夾閉腹主動脈。

A1組動物麻醉后打開胸腔及腹腔，剪斷下腔靜脈，進行體循環(huán)灌注，應用含有肝素鈉的生理鹽水左心室灌流約300mL至肝臟變白，下腔靜脈流出清涼液體。然后應用4%的多聚甲醛灌流約250mL進行組織內(nèi)固定，大鼠表現(xiàn)為全身肌肉痙攣，鼠尾翹起，至大鼠全身僵硬。將配好的Microfil20mL加壓注射至左心室，灌注成功后明顯可見肝臟以及腹腔腸系膜毛細血管內(nèi)充盈黃色造影劑。待Microfil凝固后取出T11~L6脊髓組織，置于4%的多聚甲醛中保存。A2組在灌注Microfil前夾閉腹主動脈，其余步驟同A1組。同步輻射螺旋顯微CT于中國科學院上海應用物理研究所進行。B1組為空白對照組，打開腹腔后隨即關(guān)閉腹腔。B2、B3組夾閉腹主動脈60min再灌注24h、48h。動物蘇醒后表現(xiàn)雙下肢完全癱瘓，針刺下肢有反應，但肢體不能活動者列入研究對象。

術(shù)后每天給予慶大霉素8萬單位肌肉注射預防感染。再灌注24h、48h后2.5%戊巴比妥鈉麻醉大鼠，肝素鈉生理鹽水及4%多聚甲醛心臟灌流，取出脊髓后置于4%多聚甲醛中保存。B4、B5組夾閉腹主動脈90min后再灌注24h、48h。其余手術(shù)操作同B2、B3組。

化學性脊髓損傷模型

1. 光化學模型（photochemicalmodels）

光化學損傷與挫傷和壓迫性損傷有組織病理學上的相似之處，光化學損傷主要是由于微血管阻塞所致。

最常用的是無毒的光敏染料二碘曙紅，當二碘曙紅被吸收到血流中，焦點光照激活局部染料時，自由基產(chǎn)生，這導致血管內(nèi)皮損傷和血小板聚集，隨后血管閉塞、水腫和組織壞死。在組織梗死的早期，脊髓表面和實質(zhì)血管內(nèi)的閉塞性血小板血栓直接抑制脊髓血流。

該模型在神經(jīng)損傷研究中發(fā)揮重要作用，雖然該模型與人SCI時的高能損傷模型有很大不同，但它可用于研究創(chuàng)傷后繼發(fā)損傷，模擬創(chuàng)傷后的二級反應。該模型也成功地應用于小鼠，證明該模型的重復性和可靠性。

2. 興奮性毒性模型（excitotoxicmodels）

通過向椎管內(nèi)注射一些興奮性毒素產(chǎn)生損傷。目前使用較多的是注射AMPA-代謝受體激動劑—使君子氨酸（quisqualicacid，QUIS）來制造模型，引起脊髓神經(jīng)元丟失、空洞形成、星形細胞瘢痕形成和明顯的炎癥反應，與人SCI的病理表現(xiàn)類似。該方法不僅適合研究SCI的病

理生理學，而且適合研究與損傷引起的感覺功能改變的中樞機制相關(guān)問題。

3. 電解傷模型（electrolyticinjurymodels）

在大鼠脊髓內(nèi)插入一個精細的金屬電極，通過大電流加熱電極來使目標區(qū)域的細胞加熱而損傷，是用來研究中樞神經(jīng)系統(tǒng)中神經(jīng)元通路的模型。

模型動物選擇

大鼠

其脊髓結(jié)構(gòu)近似于人類，經(jīng)濟、來源廣泛?，F(xiàn)有的實驗觀察標準，如功能評分及形態(tài)定量，都首先建立在大鼠的實驗模型上。

大鼠被認為是研究SCI的一種有效的、合理的、較為理想的實驗動物。

但大鼠并非靈長類動物，其神經(jīng)解剖與人類有較大差別，導致實驗結(jié)果的變異性較大。

兔

雖然兔的中樞神經(jīng)不如貓發(fā)達，但其脊髓的解剖結(jié)構(gòu)與其他動物相比存在著重要差別。兔的腰段脊髓為7個節(jié)段，較粗大，一直延伸到骶管內(nèi)。這些解剖特點造成了脊髓較易受缺血機制的影響。

同時兔的脊髓血管類似于人類，側(cè)支循環(huán)較貓和鼠的變異少，相對恒定。血管結(jié)構(gòu)簡單，呈節(jié)段分布，缺血后病理變化規(guī)則，重復性好,特別適用于脊髓缺血性損傷模型。

貓

貓的中樞神經(jīng)較為發(fā)達，是較為理想的實驗動物。但貓的脊髓側(cè)支循環(huán)較多，不恒定。在腎動脈以上的主動脈常有一到數(shù)支動脈分支供應腰段和骶段脊髓，壓迫腹主動脈常不能導致下段脊髓的缺血性損傷，故不適合制作脊髓缺血性損傷模型。

另外，貓不如大鼠及兔經(jīng)濟和來源廣泛。

其他動物

除以上最常用的實驗動物外，還有犬、猴、豬等被選入作為實驗動物建立實驗性SCI模型，它們中有的中樞神經(jīng)系統(tǒng)雖然更接近于人類，但受到動物來源及經(jīng)費等因素的限制，難以獲得足夠的樣本量。