脊髓损伤动物模型

一、脊髓损伤疾病介绍

      脊髓损伤（SCI）由外力致脊柱损伤引发，致残率高，影响广泛，治疗挑战大。为突破治疗瓶颈，构建动物SCI模型至关重要。此模型需紧密模拟人类SCI病理过程，确保实验可重复且标准化，便于深入剖析病理生理机制。通过此模型，科学家能更高效地探索SCI的奥秘，寻找有效的治疗新策略。

二、动物模型的选择及损伤部位选择

      当前SCI研究中，大鼠因成本低、易护理、病理相似度高等优点，成为最常用的动物模型。小鼠因基因相似常用于基因研究，而灵长类虽结构相似但成本高且伦理受限。大鼠胸椎段因操作便利、切片易观察、死亡率较低，成为构建SCI模型的首选部位，相较于颈椎段更为常用。

三、大鼠SCI模型分类

      出于不同的研究目的，通常有如下损伤模型： 挫伤模型、挤压伤模型、牵拉与脱位模型、横断模型、缺血模型、光化学模型、兴奋性毒性模型、电解质模型。按照损伤形成的性质，可分为机械性损伤和化学损伤。

（常见SCI模型不同类型所占比例）

3.1 机械性损伤模型

3.1.1 NYU/MASCIS打击器

NYU打击器由Gruner于1992年设计，用于SCI模型构建。通过椎板切除后，用钳夹固定脊髓，以精确高度释放特定重量棒致伤。MASCIS打击器是其改良版，广泛用于大鼠SCI研究，确保了损伤的有效性和可重复性。然而，撞击后的弹跳效应及背侧损伤偏重等问题限制了其精准度，且撞击时间控制不够精确。提升生物力学控制精度仍是该模型优化的关键。

3.1.2 IH打击器

IH打击器由Scheff于2003年创新，它摒弃了重物下落的传统方式，转而采用计算机控制的步进电机施加精确撞击力。通过预定椎板切除后，直接测量并控制撞击力，最小化样本移动误差。一旦达到预定力阈值，打击器即时撤回，确保力的精确传递且无重量反弹现象，相较于NYU/MASCIS打击器，这一设计显著提升了SCI模型构建的精准度。

3.1.3 气枪冲击器

气枪打击器，由Wiesław Marcol等于2012年开发，是一种创新的SCI实验模型。它利用高压气流精准冲击脊髓，通过稳定胸椎并精确开孔定位喷射器，实现无椎板切除、低硬脊膜损伤的损伤制造。计算机控制确保损伤力度的精准性。尽管技术新颖，其稳定性和可重复性尚需进一步实验验证，但展现了潜力巨大的应用前景。

3.2 挤压伤模型

3.2.1 钳夹伤

钳夹伤模型由Rivlin在1978年提出，利用动脉瘤夹对脊髓施加压力，模拟临床急性SCI。通过调整夹力大小和持续时间，可分级损伤，成本低且适合研究脊神经再生与治疗。该模型与临床病理生理相似，但挤压时的实际力和硬脊膜接触速度难以精确控制，是其不足之处。

3.2.2 球囊压迫

球囊压迫模型，由Tarlov初创并应用于犬类，后成功移植至大鼠。通过导管注入介质膨胀球囊，模拟慢性脊髓压迫，如椎间盘突出。此模型无需椎板切除，减少损伤，适合研究慢性SCI机制。然而，其初始冲击难以标准化，撞击力度与速度无法精确量化，限制了其应用范围。

3.2.3 脊髓捆绑术

Da Costa于2008年提出的脊髓捆绑技术，通过非椎板切除方式，利用手术针和缝线缠绕脊髓，结合悬吊重量制造压迫。此模型避免椎板切除，便于压缩力计算。然而，作为新兴模型，其在损伤部位的精确重现性和损伤程度控制上仍需进一步验证和完善。

3.2.4 脊髓压缩模型

Blight于1991年在豚鼠实验中用校准钳创建脊髓压缩模型，通过椎板切除后钳压脊髓至特定厚度。此模型虽简单经济，但缺乏急性冲击损伤特性，难以模拟人类急性SCI机制，从而限制了其广泛应用和研究价值。

3.3 牵拉与脱位模型

3.3.1 牵拉模型

牵拉模型由Dabney等2004年提出，模拟人类脊柱矫形术中脊髓牵张伤，为研究其发病机制及治疗提供平台。然而，因个体耐受性差异，牵拉比率的精确控制成为该模型的一大挑战。

3.3.2 脱位模型
脱位模型由Fiford于2004年创建，通过机电反馈控制脊椎侧移，模拟临床脊椎脱位。该模型利用电脑精准调控侧移速度与程度，损伤程度与机械位移成正比，广泛影响轴突与血管。结合组织学与免疫组化技术，此模型成功将力学参数与脊髓病理损伤相关联，为脊椎脱位相关疾病的研究提供了高度仿真的实验平台。

3.4 横断模型

3.4.1 完全横断模型
横断模型采用显微刀片精准切断目标节段脊髓，确保损伤彻底，便于评估治疗干预对轴突再生与功能恢复的影响。此模型不仅促进了神经营养因子、神经递质在SCI中作用的研究，还成为电生理及脊髓融合研究的重要工具，为深入理解SCI病理机制及探索治疗策略提供了有力支持。

3.4.2 部分横断 模型

部分横断模型以显微刀片在目标节段造成脊髓局部损伤，模拟临床常见情况，利于研究不同脊髓束功能及恢复，比较对侧与同侧病变差异，分析受损与健康纤维关系。此模型还助力神经移植技术探索及SCI后轴突再生、功能恢复与突触重塑研究，为治疗策略提供重要依据。

3.5 脊髓缺血模型
LeMay于1987年开创大鼠缺血模型，通过夹闭主动脉模拟短暂缺血。该模型已扩展至灵长类、狗、猪、兔等多种动物，并由Moskowitz于2000年应用于小鼠，实现主动脉弓与左锁骨下动脉交叉阻断，以探究胸腹主动脉术后SCI及其并发症的潜在机制，为相关领域研究提供了重要工具。

3.6 化学损伤

3.6.1 光化学模型

光化学诱导缺血模型由Prado于1987年创立，其独特之处在于无需椎板切除或机械损伤脊髓。利用无毒光敏染料二碘曙红与光照结合，诱导微血管阻塞，模拟创伤后继发损伤及二级反应。此模型虽与高能SCI模型有异，但在研究创伤后病理过程及治疗效果上具有重要价值。该模型已成功应用于小鼠，展现出良好的重复性和可靠性，为神经损伤研究提供了新视角。

3.6.2 兴奋性毒性模型

Yezierski于1993年引入兴奋毒性模型，通过椎管内注射兴奋性毒素如QUIS，模拟SCI病理过程，包括神经元丢失、空洞及炎症，与人SCI病理相似。此模型不仅助力SCI病理生理学研究，还适用于探讨损伤后感觉功能变化的中枢调控机制，为治疗策略提供重要依据。

3.6.3 电解伤模型

电解伤模型由Wang等于2008年创立，通过大鼠脊髓内精细金属电极加热，造成局部细胞损伤，为研究中枢神经系统神经元通路提供有力工具。此模型精准可控，为神经科学研究开辟新途径。

（SCI模型的优缺点及适用研究类型）

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