无骨折脱位型颈脊髓损伤模型的实验研究

　　作者：姜洪丰 刘乃杰 叶保国 朱庆三 作者单位：吉林大学中日联谊医院骨科,吉林 长春 130033

　　【摘要】 目的 建立一种理想的模拟无骨折脱位型颈髓损伤的实验模型。方法 经颈前路于C5椎体植入钛质螺钉，通过螺钉的缓慢拧入产生对颈脊髓的慢性压迫。后方经C5、6椎间孔插入导管球囊，膨胀后形成急性后路压迫。结果 通过对羊行为学、影像学、组织学观察，羊颈脊髓损伤模型符合无骨折脱位型脊髓损伤病理改变的特点。结论 该造模方法是一种简便，理想及可靠的实验方法。

　　【关键词】 颈脊髓损伤;无骨折脱位;动物模型

　　外伤性无骨折脱位型脊髓损伤在临床上并不少见，自1982年Pang〔1〕将无放射影像异常脊髓损伤(Spinal cord injury without radiographic abnormality，SCIWORA)列为特殊类型的脊髓损伤以来，对该类脊髓损伤的报道逐年增多，但对其损伤后的病理生理机制国内外争论较多，主要由于目前尚未建立可靠性高、重复性好的此类脊髓损伤动物模型。为此我们设计一种简便易行的实验模型模拟无骨折脱位型颈髓损伤的病理生理过程，为进一步对该型脊髓损伤的基础及临床研究提供条件。

　　1 材料与方法

　　1.1 动物 成熟山羊16只，年龄4～6岁，体重18～23 kg，雌雄不限。动物分组：A空白对照组、B慢性压迫对照组、C急性压迫对照组、D实验组。实验组动物由B组造模成功后随机抽取后行后路急性压迫。

　　1.2 压力球囊导管 医用硬膜外麻醉导管改制而成。具体方法：将导管前端2 cm以砂纸打磨，取医用橡胶手套小指尖端指套，长约1.5 cm,将其套在导管前端，前端与尾端分别用极细的聚乙烯丝线捆扎，尾端多余橡胶以显微剪剪除。用压力注射器将一定量的泛影葡胺注入前端气囊，反复抽吸，将囊内气体排净，形成具有相应压力的球囊、备用。钛镍螺钉：直径3.5 mm,长25～35 mm，前端磨平。皮层诱发电位/肌电图仪：Keypoint 2000型，丹麦。压力注射器：Basix Compak-20(0～20 kPa)。脑室引流针：直径3.0 mm,长10 cm。前端剪断后，整体折弯、磨平。使其外形类似于硬膜外套管针。

　　1.3 方法

　　1.3.1 慢性脊髓压迫动物模型制作方法 用846 0.40 mg/kg 肌注全麻，手术中静脉输液给药以维持足够的麻醉时间。在C5椎体前方钻孔，用探子从此孔探至硬膜囊测深，拧入直径3.5 mm钛合金螺钉，当拧入深度达到探子探测的深度时用C 型臂X 线机透视直接观察螺钉，确定螺钉进入椎管而不至于直接压迫脊髓。如果诱发电位波形有轻微的变化，立即停止拧入。术后无菌敷料包扎创口，定期换药。术后所有动物正常圈养。术后3 d，每日肌注青霉素80万U/d。间隔10～14 d、27～30 d分别行第2、3次手术，每次各拧入约1 mm，共进椎管约3～4 mm，术后立即作CSEP监测,根据动物的行为以明确是否合并脊髓损伤，术后出现脊髓损伤动物从实验中排除。于第5周造成慢性脊髓损伤模型。

　　1.3.2 急性后路脊髓压迫动物模型的制作方法 在透视下确定C5、6椎间孔后，以脑室引流针经皮穿刺进入椎间孔，拔出针芯，调整穿刺针前端开口方向为斜上方，插入预制的气囊导管，使球囊与前路螺钉同一水平。以压力注射器向球囊内缓慢加压注入造影剂，使囊内压达到10 Pa后锁止注射器活塞，此时球囊直径可达到3～5 mm。维持压迫15～30 min后，抽空球囊解除压迫，以此造成后路急性压迫。

　　1.3.3 行为学评估(运动功能评分) 采用Tarlov 运动功能评分改良方法对其行为进行评分：正常步态，可以跳跃，5 分;能跑不能跳，4 分;能走不能跑，3 分;后肢可以站立不能走，2 分;后肢可以活动不能站立，1分;后肢全瘫，0 分。

　　1.3.4 CT检查( Siemens，Germany,) 脊髓在椎管内的占位率=( 螺钉压迫处脊髓的前后径/椎管前后径) ×100%。

　　1.3.5 MRI检查( Siemens，Germany，1.5T) 采用静脉维持麻醉，T1 加权TR 350 ms、TE 15 ms，T2加权TR 1 000 ms、TE 120 ms。主要扫描矢状位和轴位。通过T1加权轴位像判断受压节段脊髓压迫情况。脊髓信号的改变主要通过T2加权像判断。

　　1.3.6 光镜检查 麻醉后1∶500 000肝素化，前正中切口，分离颈总动脉并结扎远心端，向心方向插入玻璃导管，3米水柱恒定压力下灌注生理盐水，分离颈浅静脉，剪开放血至流出液为无色液体。同样压力下注入15%福尔马林溶液。以C5 脊髓受压区为中心切下长约3 cm脊髓，将前后压痕最明显处切下长约7 mm，经过去离子后置入磷酸盐缓冲液中，随后石蜡包埋、切片，片厚5 μm，分别进行HE、Nissls染色， 观察各组脊髓灰质前角及白质前、侧索内脊髓神经纤维、神经原等结构的改变。

　　1.4 统计方法 用SPSS 12.0 统计软件，所有数据作均数的t检验。

　　2 结果

　　2.1 山羊的运动功能评分 造模术后1 只山羊麻醉过量致死，1 只由于后路气囊压力过大压迫致死。实验组山羊术后第2天可恢复站立，能够行走，行走缓慢，后肢颤抖。术后5 d山羊恢复正常行走。运动功能评分为(2.6±1.2)分;急性压迫对照组术后第2天恢复行走，术后5天恢复正常活动。运动功能评分为(4.2±0.8)分;慢性压迫对照组1个月时均出现可跑动但不能跳跃，尤其是跨越40 cm以上障碍时需要绕开障碍而行，运动功能评分(3.7±0.6)分。实验组与各对照组比较差异有显著性(P<0.01) 。

　　2.2 影像学表现 CT扫描见螺钉及压力球囊呈高密度影，置入的钛合金螺钉处于C5椎体中间部位，后路置入的球囊向侧方轻微偏斜(图1)。脊髓椎管内占位率：慢性压迫对照组74.6%±5.5%，急性压迫对照组59.1%±2.4%，实验组35.6%±4.5%，实验组与各对照组比较差异显著(P<0.01) 。

　　A：急性压迫对照组CT影像，可见球囊经椎间孔进入椎管，球囊内造影剂呈高密度影;B：急性压迫对照组CT三维重建影像，可见球囊导管经椎间孔进入椎管;C：慢性压迫对照组CT影像，可见钛钉呈高密度影经椎体突入椎管内压迫硬膜囊;D：慢性压迫对照组CT三维重建影像;E：实验组CT影像，可见前方钛钉与后路球囊钳夹压迫硬膜囊;F：实验组CT三维重建影像，可见前方钛钉与后路球囊在同一平面钳夹压迫硬膜囊

　　图1 各组CT及三维重建影像(略)

　　慢性压迫对照组损伤脊髓节段T1加权表现为均匀或不均匀等信号或略低信号，在T2加权表现为均匀性高信号，受压迫处脊髓及硬膜囊变形。急性压迫组T1 加权正常信号，T2 加权高信号，实验组表现为T1 加权呈局限性低信号，T2 加权为局限性高信号。

　　2.3 病理改变观察

　　2.3.1 大体观察所有受压迫处脊髓变宽，前方压迫处呈凹陷状，脊膜变薄。急性压迫组后方有圆形压痕，脊膜下有淤血形成，脊膜变薄但较前方稍厚。

　　2.3.2 光镜观察HE染色、Nissls染色 空白对照组神经原和神经纤维结构正常。慢性压迫对照组脊髓受压1个月时白质轻度脱髓鞘，可见部分神经原变性坏死，结构不清，神经细胞减少，Nissls染色细胞减少，多数神经原周围可见不规则透亮区(图2A、2B)。急性脊髓压迫组伤后第二天可见后角白质充血水肿，白质内纤维广泛肿胀，排列紊乱，部分轴索断裂，Nissls染色细胞形态多样(图2C、2D)。实验组具有两对照组的共同特征，中央导水管变形明显，周围灰质水肿(图2E～2G)。

　　A：慢性压迫对照组前角灰质(HE染色，×200);B：慢性压迫对照组(Nissls染色，×200);C：急性压迫对照组可见硬膜下出血，灰白质水肿(HE染色，×200);D：急性压迫对照组(Nissls染色，×200);E：实验组中央导水管周围灰质水肿(HE染色，×200);F：实验组白质内纤维广泛肿胀，排列紊乱，神经原周围可见不规则透亮区(HE染色，×200);G：实验组中央导水管挤压后变形(Nissls 染色，×100)

　　图2 各组光镜检查结果(略)

　　3 讨论

　　无骨折脱位型颈髓损伤是指没有骨折或者脱位的颈部创伤导致的急性颈髓损伤。目前有关无骨折脱位型颈髓损伤以临床回顾性分析为主，实验研究尚未见翔实报道。颈椎的过伸损伤是其最主要的损伤机制，大部分患者存在椎间盘突出、椎间盘退变、后纵韧带钙化、黄韧带肥厚骨化等致椎管狭窄、颈椎不稳定、颈椎发育异常等基础病变。外伤时引起颈椎后仰过伸，颈椎虽未发生骨折或脱位，但原已存在的退行改变使椎管有效储备间隙减少，颈髓前后受夹，在这种钳夹状态下导致急性颈髓损伤〔2～5〕。此种损伤常导致不完全性脊髓损伤，如中央型脊髓损伤、脊髓前部损伤等，严重者可造成完全性脊髓损伤。

　　1911 年Allen首次报道了脊髓损伤的模型，此后多种动物模型和方法用于脊髓损伤的研究，主要是采取直接打击或钳夹导致急性脊髓损伤，通过气囊、金属螺钉、硬膜外肿瘤等逐渐增加压力的方式形成慢性脊髓压迫。但关于无骨折脱位型颈髓损伤模型的报道较少。我们采用颈椎前、后路压迫的方式建立无骨折脱位型颈髓损伤模型。该模型虽经前后路两次手术，但前路手术范围只涉及1 个椎体，没有涉及到椎间盘和小关节，保持了椎间盘和小关节的正常结构，后方经皮穿刺由椎间孔插入导管气囊，没有涉及项韧带、棘突、椎板， 因此保证了手术后颈椎正常的活动范围。前路经椎体逐渐置入一定深度的螺钉，减小了脊髓前方的储备空间，在羊颈椎活动过程中逐渐损害脊髓，其作用机理接近临床颈椎病产生的机制。后方经椎间孔插入导管球囊、膨胀后形成急性后路压迫，模拟后伸时黄韧带等的钳夹机制，两个方向均对脊髓的同一水平造成压迫。造模后发现山羊在颈髓压迫后出现了行为学的改变，并出现了相应的病理改变，这些结果证明了这种造模方式的有效性。

　　我们采用羊做为实验动物，羊性格温顺，容易管理，而且羊的椎管粗大，手术中使用的各种器械容易准备，手术时可以更好地进行麻醉，手术操作方便，可重复性好，在C型臂监视下操作可以基本保证不会因为手术本身对脊髓造成急性损伤。实验组动物的脊髓病理结果表明，受压后中央导水管变形，周围灰质水肿变性，灰质病变比白质病变重，这些病理变化结果与文献报道的结果相符〔6，7〕。

　　本实验结果表明，该模型更接近临床实际，且操作简单，重复性好，是一种较为理想的无骨折脱位型颈髓损伤模型，为进一步对该型脊髓损伤的基础及临床研究提供了条件。

　　【参考文献】

　　1 Pang D.Spinal cord injury without radiographic abnormalities〔J〕.J Neurosurg,1982;57(1):114-9.

　　2 Taylor AR.The mechanism of injury to the spinal cord in the neck without damage to the vertebral column〔J〕.J Bone Joint Surg，1948;338:245-8.

　　3 Penning L.Some aspects of radiolography of the cervical spine in chronic myelopathy〔J〕.Neurology，1962;12(1962):513-9.

　　4 Epstein N，Epstein JA，Benjamin V,et al.Traumatic myelopathy in patients with cervical spinal stenosis without fracture or dislocation.Methods of diagnosis，management and prognosis〔J〕.Spine，1980;5(6):489-96.

　　5 Bondurant FJ，Cotler HB，Kulkarni MV,et al.Acute spinal cord injury:a study using physical examination and magnetic resonance imaging〔J〕.Spine，1990;15(3):161-8.

　　6 Koyanagil,Iwasaki Y,Hida K,et al.Acute cervical cord injury without fracture dislocation of the spinal column〔J〕.J Neurosurg,2000;93(Suppl 1):15.

　　7 过邦辅,陆宸照.颈椎损伤并发脊髓中央症群的发病机理和治疗〔J〕.中华骨科杂志,1985;5(3):162.