豬腦缺血模型的研究進展

吉 玲綜述，余 茜審校

(1.瀘州醫(yī)學(xué)院康復(fù)科，四川 瀘州 646000;2.四川省醫(yī)學(xué)科學(xué)院·四川省人民醫(yī)院康復(fù)科，四川 成都 610072)

缺血性卒中是由于栓塞或原位血栓引起大腦動脈的缺血級聯(lián)反應(yīng)，最終導(dǎo)致腦組織的不可逆損傷，大約占腦卒中的80%［1］，是危害人類身體健康的常見疾病之一，具有高發(fā)病率、高致殘率、高死亡率及高復(fù)發(fā)率的特點。最新調(diào)查表明，我國是全球卒中的第一大國，每年新發(fā)腦卒中195萬人，卒中死亡人數(shù)156萬，年增長率達8.7%［2］。利用動物腦缺血及缺血再灌注模型來模擬人類腦血管疾病并對之進行研究，是當(dāng)前神經(jīng)科學(xué)的熱門課題之一。為了探討缺血性卒中發(fā)病機制、病理生理、防治措施、開發(fā)新藥、開拓治療新途徑等，制作最接近人類腦缺血的理想動物模型是人們普遍關(guān)注的課題。

動物模型是醫(yī)學(xué)研究中的一種重要手段，尤其對于缺血性腦血管病，動物模型能即刻制造或模擬血流下降或阻斷，具有方便、快捷、條件可控制、缺血程度一致等優(yōu)點。Mhair［3］認為一個好的卒中動物模型必須具備:①可控制缺血的時間、部位及程度;②可密切監(jiān)視或控制與腦缺血或出血相關(guān)的因素(如血壓、血糖、血氣、體溫等);③可避免其他疾病和腦血管解剖差異性的影響。

1 豬腦缺血模型的科研價值及意義

迄今為止，嚙齒類動物(如大鼠、小鼠等)因其價格便宜、來源豐富、模型制作方法簡單及腦血管結(jié)構(gòu)接近于人類等優(yōu)點［4］，在國內(nèi)外廣泛應(yīng)用于腦缺血動物模型的研究。但嚙齒類動物是單腦回動物，大腦解剖結(jié)構(gòu)及白質(zhì)與灰質(zhì)的比例和人類差異較大，且大腦體積較小，影像學(xué)識別差。靈長類動物(如猴、狒狒等)相較于其他動物而言，大腦結(jié)構(gòu)和功能、生理、生化等與人類最相似［5］，但是存在價格昂貴、來源缺乏、倫理爭議等缺點，其應(yīng)用受到了極大的限制。

由于人類和豬在生物學(xué)［6］上有許多相似之處，豬被提出作為一個極好的人類醫(yī)學(xué)研究的實驗動物。早在1981年，Guarda F首次對豬腦梗死做了相關(guān)研究［7］。與嚙齒類動物相比，豬大腦解剖結(jié)構(gòu)與人相近似，其灰白質(zhì)的分布及比例，以及腦形態(tài)學(xué)發(fā)展的演變和神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育的一系列演變也和人腦相似［8］。而且，豬在神經(jīng)科學(xué)研究方面最大的優(yōu)點是豬大腦的體積，豬腦的大小較適合活體動物的誘發(fā)電位記錄，神經(jīng)外科手術(shù)的操作及影像學(xué)檢測［9，10］。此外，有大量證據(jù)表明［11］，豬腦的皮質(zhì)卷積，形狀及新皮層神經(jīng)元的總數(shù)更接近于靈長類動物。相較于靈長類動物來說，豬具有壽命長(12～15年)、易繁殖、窩產(chǎn)仔數(shù)大及短的懷孕期(通常為113～115天)等優(yōu)點，且在價格和倫理上可接受。再者，豬的手術(shù)耐受性及抗感染能力明顯優(yōu)于鼠和兔等。而且豬腦血管的側(cè)枝循環(huán)較少，較適合于腦血管病的基礎(chǔ)研究。但是有部分作者認為，由于豬腦血管存在異常微血管網(wǎng)(fetemirabile，RMB)［12］，因此豬不適合應(yīng)用于缺血性中風(fēng)的模型研究。

2 造模方法

腦缺血模型分為全腦缺血模型和局灶性腦缺血模型，全腦缺血模型是腦血流減少影響到整個大腦或前腦，而局灶性腦缺血是大腦不同區(qū)域的血流減少［13］。

2.1 全腦缺血模型 主要有兩條血管閉塞法(2-VO)、四血管閉塞法(4-VO)、斷頭法和袖帶充氣壓頸法等。Allen等［14］通過在豬的胸骨上作一個3～4 cm大小的切口，分離血管并用動脈夾夾閉無名動脈(包括雙側(cè)頸動脈及右側(cè)鎖骨下動脈分支)以阻斷頸動脈血流，夾閉左側(cè)鎖骨下動脈遠端和雙側(cè)內(nèi)乳動脈來阻斷椎動脈血流，從而造成豬的全腦缺血模型。但是，由于全腦缺血模型與人類常見的腦梗塞(多為單一血管閉塞)情形不一致，且不能進行健患側(cè)自身對照［2］，故僅用于某些特殊領(lǐng)域的研究。該模型優(yōu)點是可產(chǎn)生嚴(yán)重的腦缺血，放松動脈夾可再灌注;缺點是成功率低，動物死亡率高，模型穩(wěn)定性差。

2.2 局灶性腦缺血模型

2.2.1 大腦中動脈閉塞模型(Middle cerebral artery occlusion，MCAO) 大腦中動脈是人類腦卒中的多發(fā)部位。自20世紀(jì)80年代以來，大鼠大腦中動脈阻塞模型已得到了廣泛的應(yīng)用，也是與卒中最相關(guān)的動物模型之一［15］。目前仍普遍認為MCAO模型是局灶性腦缺血的標(biāo)準(zhǔn)動物模型。經(jīng)額顳入路或經(jīng)眶入顱，分離并電凝大腦中動脈及其分支而形成局灶性腦缺血，以大腦皮質(zhì)和尾狀核缺血最明顯。Watanabe等［16］在2007年采用經(jīng)眶入路造成豬永久性大腦中動脈阻塞模型來研究腦血流量及耗氧量的變化。Zhang等［17］采用經(jīng)眶入路方法模擬豬大腦中動脈缺血，認為通過降低大腦溫度能夠減輕腦缺血梗死面積。本方法適用于腦缺血后長期的神經(jīng)功能缺損及介入治療和康復(fù)策略的研究。該模型的優(yōu)點是:①直視下操作，梗死成功率高，是目前獲得梗死灶最可靠、缺血效果最好的MCAO模型;②實驗條件較恒定，缺血效果可靠。缺點是:①外科手術(shù)要求高，開顱創(chuàng)傷大，易造成顱內(nèi)壓的改變;②潛在的腦脊液漏形成，感染概率大;③手術(shù)過程中易導(dǎo)致大腦水腫或大腦氧化，影響實驗結(jié)果;④無法再灌注。

2.2.2 脈絡(luò)膜前動脈閉塞模型(Anterior choroidal artery occlusion，AchAO) 有研究人員對墨西哥無毛小型豬采用額顳入路手術(shù)將脈絡(luò)膜動脈前永久性閉鎖成功復(fù)制腔隙梗塞模型，為探討腦和脊髓白質(zhì)損傷的細胞機制提供良好的動物模型［18］。由于脈絡(luò)膜前動脈供應(yīng)部分內(nèi)囊血液，脈絡(luò)膜前動脈阻塞后，內(nèi)囊缺血，動物出現(xiàn)肢體功能障礙，故該模型較適合缺血后期運動功能障礙康復(fù)的研究。該模型優(yōu)點:①直視下操作，梗死成功率高;②實驗條件較恒定，缺血效果可靠。缺點是:①外科手術(shù)要求高，開顱創(chuàng)傷大;②易引起腦脊液漏，損傷腦組織，感染概率大;③無法再灌注等。

2.2.3 動脈結(jié)扎模型 動脈結(jié)扎模型是最常用的腦缺血制作模型。Piao等［19］首次采用介入法氣囊阻斷小型豬雙側(cè)咽升動脈，建立腦缺血模型，并應(yīng)用DSA、MRI、DWI、PWI等影像學(xué)進行評價，結(jié)果顯示形態(tài)、范圍一致的缺血表現(xiàn)，說明使用介入法氣囊阻斷法建立小型豬腦缺血模型的方法是可行的，能夠成功模擬腦缺血狀態(tài)。該模型優(yōu)點為:①不需開顱，避免了開顱造模引起的顱內(nèi)環(huán)境改變或顱內(nèi)感染;②可再灌注，模擬了人類永久性及短暫性局灶性腦缺血的不同狀態(tài);③能對缺血及再通時間進行準(zhǔn)確控制，便于分析神經(jīng)元的缺血敏感性及耐受性，評價再灌注作用以及治療時間的選擇;④手術(shù)難度相對較小，死亡率和術(shù)后并發(fā)癥發(fā)生低。缺點:缺血部位不恒定，模型重復(fù)性差。

2.3 腦栓塞動物模型 該模型類似于人類血栓栓塞性腦卒中，重復(fù)性較好，適用于溶栓及溶栓后治療，藥物作用觀察和篩選。Weenink等［20］分別向頸外動脈和咽升動脈內(nèi)注入空氣栓子，比較頸外動脈和咽升動脈那種更適合于腦栓塞動物模型的制作，結(jié)果顯示咽升動脈更適合空氣栓塞的模型制作。Kuluz等［21］通過血栓阻塞大腦中動脈來研究幼豬缺血后腦損傷的變化。栓塞法的優(yōu)點:①無需開顱，且栓子制作簡單;②缺血效果可靠;③與臨床腦栓塞病理過程最為貼切，適于纖維蛋白原激活系統(tǒng)血栓效應(yīng)的研究和溶栓療效的觀察。缺點:①無法預(yù)測栓塞的部位和大小;②組織缺血程度不一，不利于組織定量分析和神經(jīng)癥狀觀察。

3 總結(jié)

盡管豬在神經(jīng)科學(xué)方面的研究有許多優(yōu)勢，但是目前關(guān)于豬在腦缺血方面的研究仍然很少，可供參考的資料不多，未得到廣泛應(yīng)用。而且對于豬是否適合用于腦梗死模型的研究，目前仍存在爭議。有學(xué)者［22］認為，由于豬腦主要由咽升動脈供血，咽升動脈發(fā)出枕動脈后在蝶鞍兩側(cè)破裂孔處形成異常微血管網(wǎng)(RMB)，RMB血管直徑約75～275μm，由于RMB血管網(wǎng)直徑太小，因此不適合腦梗死模型的研究。

各種豬腦缺血模型各有利弊，在實際應(yīng)用時根據(jù)不同的目的選擇最適合的方法，同時應(yīng)注意對動物病理生理學(xué)、生物化學(xué)、形態(tài)學(xué)、神經(jīng)行為學(xué)等的監(jiān)控，這是建立標(biāo)準(zhǔn)化腦缺血動物模型的前提和基本條件。隨著人們對缺血性腦卒中的不斷探索研究，建立標(biāo)準(zhǔn)化缺血性卒中動物模型已逐漸成為共識。

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