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编号:10273374
X线照射对大鼠脊髓损伤模型轴索和髓鞘的作用
http://www.100md.com 《中华外科杂志》 2000年第3期
     作者:白希壮 范广宇 原银栋

    单位:110001 沈阳,中国医科大学附属第一医院骨科

    关键词:X线;脊髓;髓鞘;轴突

    中华外科杂志000317摘 要:目的 探讨X射线对脊髓轴索和髓鞘的作用。 方法 Wistar大鼠60只,将其胸部脊髓半横断,制作成脊髓损伤模型;随机分成实验组(n=30)和对照组(n=30),实验组为胸部脊髓半横断加X射线照射,对照组为单纯胸部脊髓半横断。实验组术后次日行X射线照射,剂量为35 Gy;术后24周对所有实验动物的损伤脊髓组织行免疫组化和超微结构观察。 结果 实验组脊髓损伤上、下段髓鞘均减少,损伤下段神经纤维阳性轴索数量增加;对照组单纯损伤平面以下髓鞘减少;电镜观察显示,脊髓出现脱髓鞘改变,同时在损伤平面下段可见新生的细小的神经纤维束。 结论 X射线可使脊髓出现脱髓鞘改变,有促进NF阳性轴索增多的作用。
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    Changes in myelin sheath and axon of spinal cord in X-irradiation injured rats

    BAI Xizhuang,FAN Guangyu,YUAN Yindong

    (Department of Orthopaedic Surgery,First Clinical College China Medical University,Shengyang 110001,China.)

    Abstract:Objective To investigate the X-irradiation effect on the myelin sheath and axon of the spinal cord. Methods 60 Wistar adult rats receiving hemisection in the thoracic spinal cord were made into models of spinal injury.Among these rats,30 in the test group received X-irradiation of 35-Gy the day after operation, while 30 in the control group only received hemisecton. Operative spinal cord was subjected to immunohistochemistry and hypermicroscopic observation. Results In the test group, injury to the myelin sheath of the upper and lower lesion and the number of neurofibrotic positive axon increbsed. In the control group the number of myelin sheath below the injured section decreased. Under electronic microscope,demyelination was found in the spinal cord and new-born tiny neurofibrotic tracts were seen below the lesion. Conclusions X-irradiation can make spinal cord demyelinate and promote the increase of neurofibrotic positive axon.
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    Key words:X-Rays; Spinal cord; Myelin sheath; Axons

    组织学研究表明,新生大鼠脊髓受损后, X射线照射的脊髓损伤断端能够促进轴索再生[1],大鼠脊髓内少突胶质细胞明显减少[2]。由少突胶质细胞形成的髓鞘和轴索的改变未见深入报道。本研究通过对髓鞘的免疫组化和超微改变进行观察,旨在探讨X射线在神经再生中的作用。

    材料和方法

    1.脊髓损伤模型制作:选Wistar大白鼠60只,体重(320±16) g,雌雄不限。1%戊巴比妥钠腹腔注射麻醉(35~40 mg/kg),在大鼠背部行中线切口,咬除胸椎椎板,切开硬膜,骨蜡止血;用虹膜剪刀同时双侧横断脊髓背部,深达中央管,测定皮肤至中央管的深度,以备照射时参考。将自制的书钉形脊髓损伤定位器置于损伤平面,定位器的横臂紧靠横断底部,竖直臂向上,尖端恰在脊髓表面[3],以利于在实验后期取材检查中准确地判断横断位置。冲洗术区后,缝合两侧骶棘肌覆盖脊髓,缝合筋膜和皮肤。
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    2.X射线照射损伤段脊髓:脊髓损伤模型制作后次日,将实验组大鼠麻醉下用胶带行俯卧位固定,以手术切口为中心,周围铺保护铅板(厚度为0.44 cm),照射野为5 mm×15 mm,根据实测脊髓损伤深度,调整实际照射条件,照射剂量为35 Gy。对照组采用相同的麻醉,但不进行照射。

    3.灌流取材:实验组和对照组动物饲养至24周,麻醉下开胸,左心室插管,用含有2 U/ml肝素的生理盐水做心室灌注、冲洗,至左房流出的灌洗液清亮后,再用4%多聚甲醛加1.25%戊二醛(7%蔗糖PBS溶液0.2 M,pH=7.4)冲洗;游离并切除脊髓全长,找出标记物,在其上下段5 mm内取材,置上述固定液中固定。

    4.免疫组织化学染色:采用链霉素抗生物素蛋白-过氧化氢酶连接法(SP法)显示神经组织内相应结构,髓磷脂基蛋白(MBP)显示髓鞘、神经纤维丝(NF),抗200 kd显示轴索。抗体效价为1∶(50~100)。对照组用正常羊血清代替第一抗体。采用t检验对脊髓背外侧的MBP阳性髓鞘数和NF阳性纤维数等数据进行统计学处理,并进行计算机图像分析。
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    5.电镜观察:在损伤平面上下取1 mm3标本行预切片10~20 μm,于相同固定液中过夜,再用1%锇酸固定2 h,丙酮脱水,Epon812包埋,KKB超薄切片机切片(500~800 A),醋酸铀、硝酸铅双重包埋,在透射电镜下观察髓鞘变化。

    结果

    1.免疫组织化学:采用MBP和NF单克隆抗体的SP免疫染色法可特异地显示髓鞘和神经轴索,镜下观察脊髓白质结构表明,MBP阳性的髓鞘结构为圆形,轴索位于中心,形成同心状结构。各同心结构相互独立,构成网格状。对照组损伤平面上段白质髓鞘显示强阳性,网格结构规整。实验组损伤上、下段髓鞘呈色浓淡不均,缺乏甚至丧失,网格状结构疏散、破裂,部分髓鞘丧失,只有轴索可见。NF染色可以很好地显示神经纤维,尤其是轴索着色最深,位于髓鞘中心(图1~4)。
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    图1 对照组损伤上段脊髓髓鞘呈强阳性,构成同心圆及网格状结构 SP×400

    图2 实验组髓鞘染包沈淡不均,网格结构疏散、破裂,部分髓鞘丧失,只有轴索裸露 SP×400

    图3 实验组上段NF阳性轴索呈棕色 SP×400

    图4 对照组下段NF阳性轴索数目较少 SP×400

    结果显示,实验组MBP阳性髓鞘数无论上段或下段均低于对照组(P<0.01)。其中上、下两段MBP虽然均减少,但差别不大,而对照组中,下段MBP阳性数低于上段。提示照射组脊髓损伤上、下段髓鞘均减少,而对照组单纯损伤平面以下减少(P<0.05)。实验组和对照组NF阳性轴索数在上段无明显差别,而下段实验组NF阳性轴索数虽然减少,但却高于对照组(P<0.05)。实验组和对照组上段NF阳性数均高于下段(P<0.01),提示照射在一定程度上提高了损伤下段NF阳性轴索数量。
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    表1 脊髓背外侧白质内髓鞘MBP阳性数和NF阳性数(n=60,±s) 组别

    MBP

    NF

    上段

    下段

    上段

    下段

    实验组

    823±151*

    899±137**

, 百拇医药     2761±259

    976±176▲▲

    对照组

    2951±201

    2065±234

    2823±294

    579±187

    注:*与对照组比较P<0.01,与同组下段比较P>0.05;**与对照组比较P<0.01;与同组下段相比P<0.05;与对照组相比P>0.05,与同组下段相比P<0.01;▲▲与对照组相比P<0.05;与实验组相比P>0.05,与同组下段相比P<0.01 2.电镜观察:电镜观察表明所有实验组标本髓鞘形态有程度不等的变化,表现为正常髓鞘的板层状结构扭曲变形,板层结构松解,破裂、崩解、轴索裸露。在损伤平面下段可见新生的细小的神经纤维束,有的有少许髓鞘包绕,有的缺乏髓鞘,缺乏髓鞘的轴索内线粒体仍十分丰富。对照组中髓鞘改变轻,但可见大量缺乏轴索的髓鞘,未发现有新生的神经纤维。
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    讨论

    1.X线照射对脊髓结构的影响:X射线照射对脊髓神经影响的研究始于1968年,Shirhey[3]通过实验证明,新生大鼠髓鞘在第7天开始形成,第9天时增多并逐渐成熟。经X线照射后的大鼠脊髓,射野内髓鞘的形成贫乏,且少突胶质细胞减少,Nissel染色显示神经元发育及数量正常, Golgi双重浸染显示神经纤维在白质中分布无明显差别。Savio和Schwab[1]对新生大鼠进行X射线照射后对脊髓行半横断,用以研究皮质脊髓束(CST)的再生情况,发现在3周后横断远端有轴突和轴束的再生。

    胥少汀等[4]的研究表明,临床上脊髓损伤主要发生在成人,占98.4%,在新生儿及低龄者中很少发生,认为对损伤脊髓者应早期治疗。本研究中,为了使实验模型更接近于临床,我们采用成年大鼠为实验对象,并在脊髓损伤之后次日即开始X线照射。根据预实验对照射剂量筛选结果,选定为35 Gy为照射剂量。在动物伤后24周时观察发现,照射后的脊髓节段发生局部的脱髓鞘变化,具体表现在实验组脊髓MBP阳性髓鞘数量明显低于对照组,相比之下,该组髓鞘着色变浅,局部缺乏,甚至丧失,白质内特有的网格状结构松散、破裂,只残留部分轴索或神经纤维。电镜下观察髓鞘的改变更加明显,原有髓鞘板层状结构扭曲变形、松解、破裂,大量裸露轴索及神经纤维。光镜和电镜下观察均发现,35 Gy剂量的照射未出现脊髓血管实质改变,HE和尼氏染色形态数量正常。Goat等[5]采用脊髓内注射1%溶血胆磷脂(lysopho-sphatidylcholine,LPC)获得成鼠脊髓节段脱髓鞘动物模型,但其后Adsonder证明在病理上有23%脊髓内出血。其它一些关于免疫脱髓鞘的方法,多导致全身性的病变[6]。与上述脱髓鞘模型相比,本实验采用的照射剂量未引起神经元和血管的改变,从而为在临床上应用提供了实验依据。
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    2.髓鞘和神经再生的关系:以往对神经系统发育和再生过程中神经生长行为的研究绝大多数都是从促进神经突起生长的因素入手,自从Cohen在1960年发现并纯化了神经生长因子(NGF)以来,各种对神经生长起促进、维持存活及分化作用的因子不断被发现,其理论也不断被完善更新。近年来一些学者注意到,移植周围神经到脊髓或脑组织,虽然可以促进中枢再生轴突生长,但当轴突通过移植物生长到另一端再与CNS组织接触时,便突然停止生长。损伤背根后,再生的背根纤维生长到脊髓边缘,即雪旺细胞和CNS交界处时也停止生长。把神经元培养在一个狭窄的小室中,小室两侧各有孔,可分别插入一段视神经(CNS)和坐骨神经(PNS)外植块,神经元生长入坐骨神经外植块,而不长入视神经。因此推测成年CNS组织中存在一种抑制性或不让通过的底质(inhibitory or non-permissive substrate)。Schwab和Caroni[7]进一步证明白质中少突胶质细胞和髓鞘本身正是这种抑制物。

    本研究表明,经X线照射的脊髓损伤平面下段NF阳性轴索数目明显高于非X线照射者(P<0.01)。NF是构成神经胞体和轴突的骨骼框架结构,其中抗200 kd NF的单克隆抗体,在正常情况下因胞体不含或很少含200 kd神经中丝,所以只显示轴索情况。与该段髓鞘数量减少相联系,实验组NF阳性轴突数目的明显增加提示髓鞘可能对神经的再生起抑制作用。该结果与Savio和Schwad[1]在新生鼠的脊髓照射实验中神经再生的观察基本相符。
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    参考文献:

    [1]Savio I, Schwad ME. Lesioned corticospinal tract axons regenerate in myelin-free rat spinal cord. Proc Natl Acad Sci USA,1990,87:4130-4133.

    [2]Borgens RB, Blight AR, Murphy DJ. Axonal regeneration in spinal cord injury:a perspective and new technique.J Comp Neurol,1986,250:157-167.

    [3]Shirhey G.The effects of X-irradiation on rat spinal cords.J Neur Opathol Exper Neurol,1968,16:3-8.
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    [4]胥少汀,刘树清,于学钧,等.颈椎损伤类型与中央型前脊髓损伤.中华骨科杂志,1983,3:77-81.

    [5]Goat ,Sharier P, Warger G,et al.The effect of injections of lysophosphatidyl choline into white matter of the adult spinal cord.J Cell Sci,1988,10:535-539.

    [6]李澎涛,陶之理.周围神经损伤与再生的形态学研究.解剖科学,1989,9:1126-1152.

    [7]Schwab ME,Caroni P.Oligodendrocytes and CNS myelin are nonpermissive substrates for neurite growth and fibroblast speading in vitro.J Neurosci,1988,8:2381-2393.

    收稿日期:1999-10-08, 百拇医药