孙国柱 不同分级液压冲击脑损伤模型的建立.doc

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1、中华实验外科杂志 2012 年 5 月第 29 卷第 5 期 ChinJExpSuL， May 2012 & Vol. 29 & No. 5 963 不同分级液压冲击脑损伤模型的建立 孙 国 柱 王 目 纲 刘 性 强 杨 雷 芳 韩 仰 军 赵 宗 茂 【 摘要 】目 的建 立不同分 级液压冲击 脑损伤动物 模型 ，比 较其 病理学变 化 。方 法采 用 0. 1、 0. 2、 0. 3 MPa 3 的种不同打击压力 ，制作不同分级大鼠液压冲击脑损伤模型，观察生命体征变 化、比较 死亡率，观察造模后 1、 6、 12、 24 h、 3、 7 d 时神经功能评分和脑水含量，比较其组织学演变。

2、结果 应用 0.1 MPa 冲击，动物出现一过性呼吸减弱，死亡率 2. 08%，神经功能评分最低降至（ 7. 17 G 0.75)，但 恢复较快，脑含水量最高达（ 81. 12 0.03)，脑损伤仅累及冲击伤处脑皮层的浅层 ;应用 0. 2 MPa 冲击，动 物呼吸暂停时间（ 10. 88 2. 69) 1,死亡率 4. 17%，神经功能评分最低降 至（ 4. 83 0. 75)，脑水含量最高达 (82. 74 1. 11 )，脑损伤深达海马结构 ;应用 0. 3 MPa 冲击，大鼠呼吸暂停时 间（ 20. 60 3. 02) i，死亡率 16. 67%， 神经功能评分最低降至（ 2. 67

3、0. 52 )，而且恢复较慢，脑水含 量最高达（ 83. 89 0.04)，脑损伤深达海马 下结构、脑干。结论轻、中、重 3 种不同 损伤程度的 脑 损伤模型能够复制，具有损伤程度稳定且与人 类脑损伤后病理变化相似的特点。 【 关键词 】 液压； 脑损 伤； 模型， 动 物 Establishment of gradedfluidpercussionmodel of experimental braininjury in rats SUNGuo- zhu， WANG Mu-gang， LlUXing-qiang， YANG Lei-fang， HAN Yang-jun， ZHAO Zong-m

4、ao. Department of Neurosurgery， the Second Hospital of Hebei Medical University， Shijiazhuang 050000， China Corresponding author SUNGuo-Zhu， EmailsungzZ705sohu. com Abstract Objective To establisli the graded fluid percussion models of brain injury in rats and compare their pathological changes. Met

5、hods The fluid percussion models of brain injury in rats were 动 物 模 型 established by using the improved device with three kinds of impact pressure of 0. 1， 0. 2 and 0. ( MPa ， and vital signs and mortality rate were observed. Behavior changes， brain water content and histological changes were observ

6、ed by Shapira and Wahid method， dry-wet measure and light microscopy at 1st， 6th， 12th， 24th h， and 3rd， 7th day after operation respectively. Results The animals subject to impact pressure of 0. 1 MPashowed temporary hypopnea with mortality rate of 2. 08 %， those to 0. 2 MPa suffered apnoea of (10.

7、 88 2. 69) s with mortality rate of 4. 17%， and those to 0. ( MPa suffered apnoea of (20. 60 (. 02) s withmortality rate of 16. 67%. Wih the impact pressure increased， nervous function score was minimum- ally decreasd to (7. 17 0. 75) in 0. 1 MPa group， (4. 8( 0. 75) in 0. 2 MPa group and (2. 67 0.

8、52) in 0. ( MPa group respectively， and recovered more slowly. Brain water content maimumly reached to (81. 12 0. 0()， (82. 74 1. 11) and (83. 89 0. 04) at 24 h， respectively. The brain injury was involved in the outer layer of cerebral cortex ， hippocampal formation and brain stem， and histological

9、 observation verified above findings. ConclusionGraded fluid percussion model of brain injuryin rats can be produced stabily with the same pathological characteristics as those of human. 创伤性颅脑损伤一直是神经外科领域的研究热 点， 建立一种与人类创伤性脑损伤发病机制相似的动 物模型 是必要前提。由于致伤条件和冲击力各异，临 床上患者 的损伤程度和范围也不尽相同，因此要求制 作精确定量 分级的动物模型以适应研

10、究需要。目前利 用液压冲击制 作脑损伤模型被认为是一种最为可行且 较贴近临床发病 机制的方法 1-。然而，以往的该类装 DOI： 10. 3760/cma. j. issn. 1001-9030.2012. 05.070 基金项目：河北省自然科学基金资助项目（ C2008001084);河北省 科 技厅资助项目（ 08206123D);河北省医学科学重点课题 (20090091) 作者单位 :050000 石家庄，河北医科大学第二医院神经外科 通信作者 : 孙国柱， Email:sungzh705sohu. com 置由于打击后压力不能及时释放易致二次损伤，偏离 了 临床实际，加之手工控制、每

11、次打击能量衰减不一， 脑 组织实际受到的冲击压力难以精确控制，导致动物 模型 损伤程度难以控制 3。因此，有关制作不同损伤 程度的 分级动物模型报道尚少。我们应用自行研制的 装置 4， 进行了尝试并予以评价。 材料与方法 1. 材料 :成年雄性 SD 大鼠 152 只（体质量 250 300 g)，购于河北医科大学实验动物中心，其他试剂均 为进 口或国产分析纯。 2. 实验动物分组及模型制作 :动物随机分为假手 964 中华实验外科杂志 2012 年 5 月第 29 卷第 5 期 Chin J Exp Srnrs,May2012,Vo1.29,No.5 术组、脑损伤 I 组、脑损伤 组、脑损伤

12、 #组，其中后 3 组再按伤后 1、 6、 12、 24 h、 3、 7 d 共 6 个时间点分为 6 组别 脑损伤 I 组 (0. 1 MPa) 行为学评分 表 1 不同组别各时间点神经功能评分和脑含水量 (p C 脑含水量 脑损伤 组(0.2 MPa) !行为学 评分 !脑含水量 脑损伤 #组(0.3MPa) !行为学评分 !脑含水量 注 :与假手术组比较 ,aQ 0. 05 ,与脑损伤 I 组、脑损伤 组比较 , 0 . 0 5 个亚组，每个亚组 8 只。假手术组共 8 只。采用 Dixon 法 应用自行设计的装置制作动物模型，其中，脑损伤 I 组、 脑损伤 组、脑损伤 #组设定的冲击压

13、力分别为 2. 1、 0.2、 0.3 MPa。假手术组，仅切开头皮，凿骨窗， 不 行液压打击，余同上。喂养标准饲料和饮 用纯净水， 使 用动物专用笼箱和洁净垫料，恒温 20 25 C 饲养。 自 由进食水。 3. 生命体征改变及死亡率 :观察 3 种打击压力造 模 后 1 h 内动物生命体征变化，并计算死亡率。 4. 神经行为学评分 :按文献所用的大鼠脑损伤神 经 功能评分方法进行神经功能评分 56，采用双盲法进 行 5. 标本制作和采集 :假手术组在术后，脑损伤各亚 组在相应时间点神经行为学评分后，于氯胺酮过度麻 醉 下， 4F 多聚甲醛经心灌注，开颅取脑，以经过挫伤灶 的 横线为基线，在

14、基线前侧取 (200 50) mg 脑组织用 于 测定脑组织含水量，取挫伤灶后（断面跨挫伤灶）约 4 mm 厚的脑组织进行固定和石蜡包埋，切片后行苏木 素 -伊 红（ HE)染色行组织学观察。 6. 脑组织含水量测定 :所取标本先用滤纸吸除表 面 水分，按文献 7 测定脑组织含水量。 7. 统计学方法：应用 SPSS 13.0 统计软件分析。数 据用均数 标准差 （ p C 表示，采用单因素方差分 析 结 果 3. 大鼠生命体征改变及死亡率 :脑损伤 I 组 :冲击 后大鼠出现一过性呼吸节律深慢，短暂一过性四肢运 动 功能减弱，但无呼吸暂 停。脑损伤 组 :冲击后大鼠 出现 呼吸暂停（ 10.

15、 88 2. 69) 1,四肢运动功能明显减 弱， 以右侧肢体显著。脑损伤 #组 :冲击后呼吸暂停约 (20. 60 3. 02) 1,与脑损伤 I 组、脑损伤 组比较差 异有统计 学意义 (Q 0. 05)，而且有 18 只动物出现偏 瘫。冲击 伤各组共死亡动物 11 只（ 7.64%)，均为冲 击伤后 15 mi 内死亡，其中，脑损伤 I 组 1 只（死亡率 4. 08F )%脑损伤 组 2 只（死亡率 4. 17F )%脑损伤 # 组 8 只（死亡率 16. 67F )，与脑损伤 I 组、脑损伤 组 比 较差异有统计学意义 （ Q 0.05)。死亡原因多见于 脑干 损伤和急性肺水肿。 4

16、 大鼠神经功能评分 :脑损伤各组神经功能评分 较 假手术组降低，其中脑损伤 I 组神经功能评分恢复 较快， 24 h 已与假手术组差异无统计学意义 ;脑损伤 组神经功 能评分 3 7 d 才逐渐恢复，与假手术组比较 差异有统 计学意义 (Q 0. 05)。脑损伤 #组神经功能 评分恢复极 为缓慢， 7 d 亦未恢复至正常，且与前两组 比较差异有 统计学意义 (Q 0. 05，表 1 )。 5 大鼠脑含水量 :脑损伤 I 组动物脑含水量伤后 h 开始增加， 24 h 出现高峰（ 81. 12 0. 03)%， 7 d 基 本恢复正常 ;脑损伤 组脑含水量 1 h 出现增加， 6 h 明 显加重（

17、 79.48 1.54)， 24 h 达高峰（ 82.74 1. 11 )， 3 d 开始下降，与假手术组比较差异有统计学 意义 (Q 0. 05);脑损伤 #组脑含水量增加最明显 :1 h 明显增加， 6 12 h 持续增加，高峰持续到 3 d(82. 84 0. 09)， 7 d 仍高于假手术组，各组比较差异有统计学 意义（ Q0.05, 表 2)。 3.病理形态学观察：（ 1)肉眼观察 :脑损伤 I 组 : 损 伤灶仅累及脑皮层的浅层，偶见蛛网膜下出血。脑 损伤 组 :损伤灶累及灰质、白质、海马结构，可见脑室 出血， 硬膜外出血及蛛网膜下出血，分布较为广泛。脑 损伤 # 组 :损伤范围达

18、灰质、白质、脑干，常见胼肢体及 脑室 出血。硬膜外出血、蛛网膜下腔出血更为严重，累 及双 侧大脑半球。假手术组 :脑组织表面光滑，沟回整 齐、 清晰，无充血，肿胀及出血灶。（ 2)组织学观察 :脑 损 伤 I 组 :12 h 皮质见点片状出血，周围轻度水肿（图 3A)。 24 h 皮质损伤区神经元溶解坏死、数目减少，周 围神经 元呈气球样变，大量炎细胞浸润，血管外间隙扩 大。 3d 损伤区周围水肿减轻，胶质细胞明显增生。 d 脑水肿基本消失，伤区周围大量胶质细胞增生。脑 1h 6h 12 h 24 h 3d 7d 7. 17 0. 75a 7. 33 0. 52a 7. 500. 55a 7.

19、881.17 8.000.89 8.17 0.75 77. 09 0.05 79.05 0.01 a 80. 120. 10a 81. 120. 03a 80.93 0. 13a 77. 83 0. 072 4. 83 0. 75a 5.170.06a 5.671.21a 5. 83 0.41a 6. 17 0. 75a 7. 000. 63a 78.48 1. 16 79.8 1.54a 80.25 1.49a 82.74 1.11a 82. 27 1.85a 79. 59 1.20a 2. 67 0. 52ab 3. 17 0.41ab 3.500. 55ab 4. 33 0. 52ab

20、5. 00 0.63ab 5. 83 0. 98ab 79. 16 0. 02ab 80. 80 0. 11ab 81.820. 06ab 83.89 0. 04ab 82. 84 0. 09ab 80. 88 0. 09ab 中华实验外科杂志 2012 年 5 月第 29 卷第 5 期 Ch0 J Exp SUL & M. 2012 & Vol. 29 & No. 5 965 损伤 组 :6 h 皮质有大片状出血，周围轻度水肿。 12 ? 皮质损伤区神经元数目减少，周围神经元呈气球 样变。 海马神经元排列紊乱、中断、其间有大量红细 胞，周围 广泛水肿和炎性细胞渗出（图 3B)。 24 h 损

21、伤 区海马神 经元溶解坏死、减少，出现核固缩，水肿，炎性 细胞渗 出更加明显。 3 d 损伤区及其周围水肿减轻，胶 质细胞 增生明显。 7 d 脑组织水肿明显减轻，炎性细胞 稍减少， 周围大量胶质细胞增生。脑损伤 #组 1 h 皮 质有大片状 出血，周围 轻度水肿。 12 h 损伤区及海马 下区域广泛 出血，神经元广泛水肿，甚至出现神经元溶 解坏死（图 3C)。 24 h 水肿、坏死更加明显，见大量炎 性细胞浸润。 3 7 d 见组织水肿减轻明显，炎性细胞 稍减少，胶质细 胞比前两组增生明显。假手术组 脑组 织结构完整，神 经细胞排列整齐，染色均匀，无肿胀、损 伤，胞质丰富， 核仁清晰呈淡蓝色

22、居中，细胞间隙无水 肿，无毛细血管 及其间隙扩张现象。 讨 论 传统的液压冲击装置存在二次损伤、精确度控制 性 差等不足 33，因而液压冲击脑损伤动物模型稳定性 不一 致，分级模型的建立也难以实现。我们使用的装 置采用 计算机编程芯片技术，引入计算机程控二位三 通电磁阀 执行对高压气体开放，避免了二次损伤，输出 的脑组织 冲击压力精确可控，使得不同分级模型的制 备成为可能 7。 本研究结果显示，随着脑组织液压冲击压力的增 加，动物出现呼吸暂停的时间增长，而且恢复时间也逐 渐 延长，死亡率也逐渐上升。神经行为学评分也揭示 随着 3 种不同冲击压力的递增，神经功能障碍越严重， 而且 恢复起来也越缓

23、慢。表明随着脑组织承受冲击压 力的递 增，动物的生命体征、死亡率以及神经功 能障碍 呈现明 显差异，提示不同分级模型建立成功。 组织学观察发现，随着脑组织承受冲击压力的不 同，动物脑组织损伤范围由单纯脑皮层损伤发展到累 及 脑干，这也是动物死亡和呼吸暂停的原因 8%神经 细胞坏 死、减少逐渐加重，脑水肿出现时间提早、高峰 期提前、 消退也较缓慢，特别是冲击力为 0. 3 MPa 时脑 水肿 7 d 仍较严重，与文献报道一致 9。这就从组织 学证实了 随着冲击压力递增，动物模型的脑损伤程度 越严重，也 表明不同分级的脑损伤模型建立成功。 本研究结果表明，轻、中、重 3 种不同分级 液压冲 击脑损

24、伤模型能够复制，而且 3 种不同冲击压力所致 脑 损伤程度稳定，具有较好的可重复性。结合临床上 不同 类型脑损伤病理表现 10，比较发现 :脑损伤 I 组 观察到 损伤灶仅累及脑皮层的浅层，偶见蛛网膜下出 血，以脑 水肿为主要表现，脑损伤程度与临床上的脑挫 伤相当 ; 脑损伤 组除见广泛蛛网膜下出血外，损伤灶 累及灰质、 白质、海马结构，可见脑室出血，镜下可见有 挫伤、片 状出血和明显脑水肿，脑损伤程度与临床上常 见的脑挫 裂伤相当 ;脑损伤 #组脑损伤范围累及自脑 皮层到脑干， 硬膜外出血、蛛网 膜下腔出血更为严重， 累及双侧大脑 半球，镜下观察到脑组织挫裂伤严重、脑 水肿广泛、消 褪缓慢，

25、损伤程度与临床上的广泛性脑挫 裂伤包括原发 性脑干损伤相当。表明本文制备的 3 种 不同分级脑损伤 模型基本代表了临床上常见的脑挫 伤、脑挫裂伤、广泛 性脑挫裂伤乃至原发性脑干损伤。 因此，本研究结果不但提供了一种制备轻、中、重 不同分级脑损伤动物模型的方法，而且有助于研究针 对 分级脑损伤的分级治疗措施的制定，特别是对于颅 脑外 伤伤情的判断、预后的估计乃至法医日常检案、司 法鉴 定等具有重要意义。当然，人类颅 脑损伤非常复 杂，应 用液压冲击不能制备出所有模型例如弥漫性轴 索损伤模 型，这也是该方法的局限性所在。 参 考 文 献 1 Lifshitz J, Witgen BM, Grady

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