1研究背景脊髓损伤是临床常见的疾病,近年来由于经济的迅速发展,交通事故的频繁发生,脊髓损伤发病率越来越高,脊髓损伤后,常引起感觉运动功能和大小便功能障碍,给患者的生活带来很大的不便,也给患者家庭和社会带来沉重的负担。但目前脊髓损伤的治疗仍无有效的方法,所以脊髓损伤一直是医学界研究的重点和热点。脊髓损伤的研究以动物模型为基础,其中应用最为广泛的是脊髓挫伤动物模型。1911年Allen首次应用、(?)eight drop模型,且在其后的研究中发现,行脊髓正中切开术能减轻受伤脊髓组织的进一步破坏。1985年Wrathall等把Veight drop模型应用到大鼠,并对大鼠脊髓损伤后的形态学和行为学的改变进行了描述。1989年Young等在Weight drop模型基础上加以改正,研制了一种新的脊髓挫伤模型,命名为‘’NYU Impactor"。近年来,很多研究者继续改善脊髓挫伤模型,且将该模型从胸段脊髓损伤扩展到临床上常见的颈段脊髓损伤,2005年Pearse等在OSU基础上自行研发的电磁驱动的脊髓挫伤装置(ESCID),对大鼠C5脊髓水平分别进行0.80、0.95和1.10mm的挫伤位移,结果发现三种不同程度的挫伤分别能产生轻、中、重度的脊髓损伤。临床上常见的脊髓损伤常由椎骨骨折引起。所以近年来有学者建立与临床更为相关的脊髓错位伤模型。2004年Fiford等设计了一种胸段脊髓错位伤模型,固定大鼠的T12椎体,然后通过试验机的控制使L2椎体向左侧错位,结果发现,错位位移越大,错位6小时后的继发性脊髓损伤越严重。Choo等通过自行研制的大鼠颈椎椎夹,设计了一种大鼠颈椎前后骨折错位伤模型,结果发现由骨折错位导致的脊髓损伤与脊髓挫伤,牵拉伤所致的原发性损伤和3小时以后的继发性损伤的机制不同。Tator等发现临床上前后骨折错位的病人较左右骨折错位的病人多,而且前后骨折错位的病人发生完全性脊髓损伤的比例更大。所以Clarker等利用Fiford (?)勺左右骨折错位模型和Choo的前后骨折错位模型在胸腰椎上进行比较,发现前后骨折错位时,脊髓的出血量、白质轴索和灰质神经元的损伤程度均较左右骨折错位的大,而且白质轴索的损伤部位不一样。目前对大鼠颈椎前后骨折错位的脊髓损伤的研究中,只对C4-C5处2.5mm的大位移错位下的脊髓损伤进行了研究。该错位位移相当于在矢状径上使脊髓剪切90%,脊髓损伤较严重,死亡率较高,不适合进行长期的继发性脊髓损伤的研究。所以探索一种轻中度的脊髓损伤模型是显得尤为重要。2研究目的2.1建立一种颈椎骨折错位的大鼠原发性脊髓损伤模型；2.2比较本模型在不同位移的错位下对原发性脊髓损伤的影响；2.3比较本模型在不同速度的错位下对原发性脊髓损伤的影响。3研究方法3.1建立脊髓损伤模型选取16只雄性SD大鼠,体重为295g～315g,随机分配到活体组和活体对照组,每组各8只。头、尾侧椎夹分别夹持C3和C4、C5和C6,活体组错位时,固定头侧椎夹,尾侧椎夹以2mm/s的速度向背侧错位1.90mm,后再以2mm/s的速度返回原位置。记录实验组损伤过程中位移和力,观察损伤后的脊髓形态和C4～5椎间盘,并在HE染色的矢状位切片上计算脊髓白质出血量、灰质出血量、以及总出血量。活体对照组与活体组过程相同,但没有骨折错位位移。离体组取8例新鲜的雄性SD大鼠颈椎标本(体重295g-315g),与活体组相同的方法,以2mm/s的速度使尾侧椎夹向背侧错位1.60mm,后再以2mm/s的速度返回原位置。记录损伤过程中的位移和力,观察C4-5椎间盘的损伤情况。离体组和活体组之间生物力学参数的比较采用两独立样本t检验的统计方法。3.2错位位移对原发性脊髓损伤的影响28只雄性SD大鼠,体重为295g-315g,随机分配到3个实验组和实验对照组,1.3mm组6只,1.6mm组7只,1.9mm组8只,实验对照组7只。实验组以200mm/s的速度,在C4-C5分别产生骨折错位1.30mm、1.60mm、1.90mm。采用方差分析比较在200mm/s的速度错位下,三组大鼠损伤过程中的生物力学参数,以及三组脊髓各部位的出血量。采用配对t检验比较三组组内的白质出血量和灰质出血量。通过免疫组化染色,观察三组轴索的损伤情况。3.3错位速度对原发性脊髓损伤的影响24只雄性SD大鼠,体重为295g-315g,随机分配到2个实验组和实验对照组,每组各8只。实验组以2mm/s的速度,在C4-C5分别产生骨折错位1.30mm和1.60mm。结合前面的实验资料,采用两独立样本t检验比较慢速组(2mm/s)和快速组(200mm/s)在同一位移水平(1.3mm,1.6mm,1.9mm)下,大鼠损伤过程中的生物力学参数,以及两组脊髓各部位的出血量。2mm/s的错位下,采用方差分析比较1.3mm、1.6mm、1.9mm三组之间的生物力学参数,采用两独立样本t检验比较1.6mm和1.9mm两组脊髓各部位的出血量,采用配对t检验比较三组组内的白质出血量和灰质出血量。4研究结果4.1建立脊髓损伤模型在2mm/s的骨折错位下,活体组和离体组的最大力分别为12.7N和9.7N,骨折破坏点位移分别为1.00mm和1.11mm。两组的最大力和骨折破坏点位移的差异均无统计学意义。活体组的大鼠脊髓背侧均有两条对称的淤血带,或色泽较深的出血点。显微镜下HE染色的脊髓切片可见脊髓出血主要集中在灰质,以片状出血为主；白质有分散的出血点,且背侧较腹侧多。活体组脊髓白质出血量、灰质出血量、以及总出血量分别为0.79mm3、1.63mm3、2.42mm3,C4-5椎间盘出血,且在C4下终板处断裂。离体组C4-5椎间盘也在C4下终板处断裂。活体对照组的大鼠脊髓和椎间盘均未见任何损伤。4.2错位位移对原发性脊髓损伤的影响在200mm/s的骨折错位下,1.3mm、1.6mm、1.9mm三组的最大力分别为14.7N、13.5N、16.4N,骨折破坏点位移分别为0.85mm、1.02mm、1.03mm。三组的错位速度分别为199mm/s、209mm/s、202mm/s,三组之间的最大力、骨折破坏点位移的差异均无统计学意义,三组之间错位速度的差异有统计学意义。肉眼观察脊髓可见,1.3mm组脊髓C4-C5背侧有两个对称的颜色较浅的出血点；1.6mm组脊髓C4-C5背侧可见两个对称的颜色较深的出血点；1.9mm组脊髓C4-C5背侧可见两条对称的深色的出血带。三组的椎间盘均有出血,且完全破裂。实验对照组脊髓和椎间盘未见损伤。HE染色切片可见,1.3mm组脊髓出血区域绝大部分在灰质,白质几乎没有出血。1.6mm组和1.9mm组脊髓出血区域集中在灰质,白质中有少量的出血,且较为分散,白质背侧较腹侧多,但1.9mm组脊髓出血量较1.6mm组多。对照组未见出血。经统计分析,1.3mm、1.6mm、1.9mm三组的白质出血量分别为0.04mm3、0.10mm3、0.53mm3,灰质出血量分别为0.21mm3、0.62mm3、1.12mm3,总出血量分别是0.25mm3、0.72mm3、1.65mm3。1.9mm组的灰质出血量、总出血量均明显高于1.6mm组,1.6mm组的灰质出血量、总出血量均明显高于1.3mm组,1.9mm组的白质出血量、灰质出血量、总出血量均明显高于1.3mm组,差异均有统计学意义。经Neurofilament200抗体和β-Tubulin Isotype Ⅲ抗体染色可见,1.3mm组大鼠脊髓的损伤局限在灰质,背侧和腹侧的白质轴索均未见明显断裂,1.6mm组大鼠脊髓的损伤由灰质扩展到背侧白质,且出现少量的背侧轴索的断裂,1.9mm组大鼠脊髓的损伤扩展到背腹侧的白质,背腹侧轴索均出现断裂,但背侧较腹侧严重。4.3错位速度对原发性脊髓损伤的影响在2mm/s的骨折错位下,1.3mm组的最大力为14.7N,骨折破坏点位移为0.99mm,最大位移为1.31mm；1.6mm组的最大力为11.3N,骨折破坏点位移为0.99mm,最大位移为1.62mm。在1.3mm和1.9mm的位移下,慢速组和快速组的最大力、骨折破坏点位移、以及最大位移的差异均无统计学意义。在1.6mm的位移下,慢速组和快速组的最大力、骨折破坏点位移的差异均无统计学意义,最大位移的差异有统计学意义。在2mm/s的错位速度下,三组的最大力和骨折破坏点位移的差异均无统计学意义。肉眼观察脊髓可见,在1.3mm的错位下,慢速组的脊髓无损伤,快速组的脊髓背侧可见两个对称的浅色的出血点。在1.6mm的错位下,慢速组和快速组的脊髓背侧均可见两个对称的深色的出血点。在1.9mm错位下,慢速组和快速组的脊髓背侧均可见两条对称的出血带。实验组的C4-5椎间盘均可见破裂出血,且C4下终板断裂。对照组大鼠脊髓和椎间盘均未见损伤。HE染色切片可见,1.3mm的位移错位时,慢速组的脊髓没有观察到出血,而快速组有少量的出血,白质、灰质、以及总出血量分别是0.04mm3、0.21mm3、0.25mm3；1.6mm的位移错位时,慢速组和快速组的脊髓都观察到出血,白质、灰质、以及总出血量分别是0.12mm3和0.10mm3、0.82mm3和0.62mm3、0.94mm3和0.72mm3；1.9mm的位移错位时,慢速组和快速组均有较多的出血,白质、灰质、以及总出血量分别是0.79mm3和0.53mm3、1.63mm3和1.12mm3、2.42mm3和1.65mm3。在1.6mm和1.9mm的位移错位下,慢速组各部位的出血量均大于快速组相应部位的出血量,但差异无统计学意义。在2mm/s的错位下,1.6mm和1.9mm两组的白质出血量、灰质出血量、以及总出血量的差异有统计学意义。5结论本研究成功地建立了一种与临床相关的大鼠颈椎骨折错位的脊髓损伤模型,同时产生错位骨折和脊髓出血损伤。证明了不同的错位位移可以产生不同程度的原发性脊髓损伤,1.9mm的位移甚至可产生重度的原发性脊髓损伤。速度是影响脊髓损伤程度的一个指标,快速错位可以在较小位移下产生脊髓损伤。