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编号:10246001
外周神经损伤性疼痛动物模型及神经行为观测
http://www.100md.com 《中国行为医学科学》 2000年第4期
     作者:张文捷 周跃

    单位:400037 第三军医大学附属新桥医院骨科

    关键词:

    中国行为医学科学000442 神经源性疼痛是由外周或中枢神经损伤或疾病引起的疼痛综合征,神经源性疼痛通常包括自发性疼痛(spontaneous pain)和诱发性疼痛(evoked pain)。后者又包括痛觉过敏(hyperalgesia)和痛觉超敏(或痛性感觉异常allodynia),神经源性疼痛的发病机理目前尚不完全清楚,虽然采用多种治疗方法仍不满意。为了探索其发病机理及新的治疗方法,研究人员已发展了许多外周神经损伤疼痛动物模型以模拟人类的神经源性疼痛病征,这些模型使我们可以应用临床研究所不能采用的手段进行研究。以下我们就目前常用的几种外周神经源性疼痛动物模型及相关之神经行为学观测方法作一概述:

    一、外周神经损伤性疼痛动物模型
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    我们可以对目前常用和一些外周神经源疼痛模型做一简单分类:1)根据损伤之急缓分为急性和慢性损伤,2)根据损伤之完全性分为完全性和部分性损伤,3)根据损伤之持久性:分为永久性和暂时性(或再生性)损伤,4)根据损伤的炎性物质来源包括外源性(如:铬肠线)和内源性(免疫细胞之聚集)[1]。损伤部位涉及外周神经干,脊神经、脊神经根和背根节等,损伤方式包括:横断、切除、压榨、完全或部分结扎、冰冻、和炎性物质结扎等[1]。以下我们就常用的几种动物模型作一简单回顾。

    (一) 外周神经横切模型:通常将大鼠坐骨神经完全横断。由于远端肢体的去神经支配而发生感觉缺失,常出现自噬现象.另外由于近端神经残端形成神经瘤而引起相应的痛觉异常,又称神经瘤型(the neuroma model)[2]。该动物模型有助于研究完全去传入相关的感觉异常及神经瘤形成。然而该损伤模型只反映了神经损伤的一种特殊情况,大多数的神经损伤常是部分损伤,更重要的是由神经损伤引起的疼痛过敏和异常疼痛与外周神经的部分损伤相关,而且完全去传入的动物模型或病例中,由于肢体的瘫痪麻痹不能进行行为学测试(3)
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    (二)慢性神经压迫损伤模型(Bennett和谢模型): 方法是将数条铬肠线松扎于大鼠坐骨神经干部。该模型导致松扎的神经水肿,进而铬肠线嵌压于肿胀的神经而形成慢性束缚性损伤导致部分纤维的变性坏死[3]。然而有认为该模型的神经损伤一定程度是由于铬肠线所含的化学物质的毒性作用所致[4]。而且该模型之制作有其固有弊病:铬肠线结扎之松紧度完全取决于实验者本身,不同的松紧度可能导致不同程度的神经纤维的丧失,而且由于结扎线内神经内膜水肿的程度存在个体差异,源于受损神经纤维的中枢末梢投射分布也存在个体差异。因此来自于受损坐骨神经向脊髓节段的传入冲动可能存在差异[5]

    (三)外周神经部分损伤模型(selzter模型):该模型将在大鼠坐骨神经于神经上段切开外膜,以8~0丝线紧扎1/3~1/2的神经纤维[6]。然而在这一水平之支配外周区域的神经纤维在坐骨神经中是随机分布的,因此该模型不会造成特定区域的感觉丧失,且损伤纤维之定量也无法确知。因此,难以确定哪段脊髓节段损伤最为严重,其重复性和定量分析较差。
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    (四)节段性脊神经结扎损伤模型(kim模型):方法是将大鼠腰5和/或腰6脊神经切断或结扎[7]。坐骨神经是由腰4~6脊神经汇合而成,腰5和腰6脊神经在坐骨神经前紧扎造成坐骨神经的部分损伤。大鼠下肢的神经支配来源于隐神经和坐骨神经的分枝,至少部分隐神经的传入纤维通过腰3节段进入脊髓,因此腰5和腰6脊神经损伤后下肢的神经支配由腰3和腰4节段神经支配[8]。这种明显分区的节段性损伤模型具有较明确的损伤定量和脊髓节段定位,而且有利于研究受损与未受损的神经纤维在疼痛机制中的作用。

    (五)多重背根切除模型:该模型是一种较早的方法,颈6至胸2之背根切除可使前肢去传入[9],腰3至腰6背根切除可使后肢去传入[10]。多重背根切除后,动物会出现严重的自噬和明显的搔抓等异常行为。在有联系的背根和切断之背根所支配的交界区域有时可检测到强烈的轻触刺激疼痛反应。该模型制作难度较大现已很少应用。

, http://www.100md.com     (六)外周神经冰冻损伤模型:Deleo采用-60℃的冷冻探头直接接触坐骨神经干部而造成坐骨神经冷冻损伤(Sciatic Cryoneurolysis)。由于该模型损伤的神经干周围结缔组织的保存使神经再生可以进行。因此该损伤仅暂时地阻断伤害性感觉传导,与神经之压榨损伤相似。该模型适用于研究暂时性外周神经损伤引起的神经源性疼痛[11]

    (七)背根节慢性压迫模型:应用一根细小的不锈钢丝(长4mm,直径0.5~0.8mm)插入大鼠腰5椎间孔内造成椎间孔的狭窄(又称椎间孔狭窄模型),因此产生对背根节的稳定的慢性压迫。该模型是目前用于研究由于脊柱骨折、椎间盘突出和椎间孔狭窄等导致的背根节及神经根慢性压迫引起的下腰痛及坐骨神经痛的病理生理机制的较佳的一种动物模型。该模型可以促发稳定的自发性和诱发性疼痛症状[12]

    二、神经源性疼痛动物模型的神经行为学观测

, http://www.100md.com     动物在接受伤害性的刺激时可以感受到与人类痛觉相似的感觉,并可作出相应的反应。然而动物无法用语言来表示他们的感觉,因此对神经损伤引起的各种神经行为学异常的观察及正确分析是研究神经源疼痛的关键。

    (一)自发性疼痛(Spontaneous pain)的观测

    1.自噬或自切(autotomy)是动物咬除由于神经感觉通路损伤造成感觉缺失的身体区域的一种现象,Devor研究发现神经损伤的自切现象常有一定潜伏期,外科麻醉手段能够抑制动物的自噬现象,从而支持自噬作为神经源性疼痛的一种反应方式[11]。自噬所反映的疼痛可能类似临床上的残肢痛或幻肢痛。现在的研究显示,神经的损伤可促发受损神经纤维及神经元胞体(如背根节)的自发性异位放电,这些自发异位放电与神经元胞体和损伤区新生K+、Na+、Ca++和机械敏感通道及去甲肾上腺素受体有关。Ca++通道阻滞剂可抑制受损纤维的自发性和诱发性异常放电,而且这些变化与痛觉过敏行为的存在和缺失是平行的[13]
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    2.保护性行为(Guarding behavior):这些异常行为可能反应了动物试图逃避人为或环境中因素可能引起的疼痛,而表现出逃走、躲避、体位异常(包括后爪悬空而不与地面接触或仅以未损伤区足跟或足内侧站立)。

    3.其它行为:其它包括舔咬、搔抓和嘶叫等行为也可能反应神经损伤后的自发性疼痛。

    (二)诱发性疼痛的观测:外周神经受到伤害时,不仅表现出自发性疼痛,更重要的是诱发性疼痛,临床上常表现出痛觉过敏(hyperalgesia)(非伤害性刺激引起的剧烈疼痛)或痛觉超敏(allodynia指疼痛强度与持续时间与施加的伤害性刺激不成比例地增强和延长)等诱发性疼痛症状。

    1.机械性痛觉过敏的观测:一般可应用软毛刷或铅笔头轻触动物的皮毛以测试动物对轻触觉刺激的反应。目前较常用的方法是应用系列的Von Frey 针丝压迫皮肤以产生不同程度的压力(几毫克到几百克)。可用这种针丝从小到大顺序刺激动物脚底记录其缩腿之阈值(机械刺激回缩阈值)[14]或以一定压力的Von Frey针丝以一定频率的反复刺激测试其后腿回缩频率[15]。动物对这些刺激常表现为缩脚、逃跑、嘶叫或攻击性行为。
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    2.热刺激痛觉过敏观测:热板法是研究动物对伤害性刺激反应的常用方法,但不太适用于神经损伤后的动物。目前较常用的是Hargreaves发明的热辐射刺激的方法。采用一定功率之辐射热,从下向上照射动物之脚底,测试其回缩潜伏期(热刺激回缩潜伏期)[15],或采用后脚浸泡方法测试一定温度下后脚回缩潜伏期[16]。也有采用不同温度的热探头刺激以观测后脚回缩阈值[17]

    3.冷刺激痛觉过敏地观测:冷板法是常用的一种观测方法,将动物置于保持在1~5℃金属板上,观测动物在一定时间内后脚收缩的次数及后脚保持在空中的时间以衡量动物对冷刺激的敏感性[18],Carlton将后腿浸入不同温度冷水中以观测后腿的回缩潜伏期[17]。最近也有应用丙酮及氯仿进行冷刺激的方法[19]

    4.进展性疼痛(Ongoing pain)的观测:Chung将大鼠置于保持5℃左右的铜板上,让其适应5分钟后观测随后的5分钟足部抬起的累积时间[19],Yoon在Chung的基础上增加温热(30±0.5℃)刺激[20],足部抬起避免冷刺激是动物对于疼痛状态的正常反应。足部抬离冷铜板的时间是反应进展性疼痛的指标,而温热刺激足抬离的时间反应了自发性疼痛[20]
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    附表 外周神经源性疼痛动物模型的疼痛症状 模型

    自发疼痛

    机械性

    痛觉过敏

    热刺激

    痛觉过敏

    冷刺激

    痛觉过敏

    外周神经横切

    自噬

    无*

    无*

    无
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    外周神经松扎

    自噬搔抓保护行为

    有**

    有

    有

    外周神经部分切除

    保护行为

    较强

    较强

    无

    节段性脊神经结扎

    舔咬保护行为

    强
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    有

    强

    多重背根切断

    自噬、搔抓

    强

    未测定

    未测定

    外周神经冻伤

    自噬、舔咬保护行为

    较强

    较强

    未测定

    背根节慢性压迫
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    舔咬、搔抓行为

    较强

    较强

    未测定

    *:在外周相邻区域有报道可检出痛觉超敏现象;**:有些实验室不能发现类似现象

    三、结束语

    以上我们就目前常见的一些外周神经源性疼痛动物模型及相应的神经行为学观测方法作了简单的回顾。这此模型及行为观测方法为研究神经源性疼痛提供了重要手段。理想的损伤疼痛动物模型不仅要反映人类神经源性损伤的症状和感觉变化,而且模型制作必须能够引起可靠(重复性佳)的行为学和功能性痛觉变化以反映相应部位的持续性高敏性或疼痛,并且可以引起可靠(重复性佳)的与行为学和功能变化相关的神经化学和神经生理学变化[21]。实际应用中应注意这些模型及行为学观测方法不仅有其各自的适用范围,而且不同的实验室在模型复制和行为观测过程可能存在着差异,所以保持模型复制及观测的一致性非常重要。
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    (收稿日期:1999-11-16), http://www.100md.com