创伤性脑损伤动物模型的研究进展

综述创伤性脑损伤动物模型的研究进展周建国综述，唐华民审校［摘要］创伤性脑损伤（TBI）是一个全球严峻的公共卫生和社会经济问题，致残、致死率高。

目前有以下几种TBI动物模型被广泛应用于实验研究：重物坠落损伤模型，液压冲击损伤模型，控制性皮质损伤模型，穿透弹道式脑损伤模型性，爆炸伤模型。

虽然TBI动物模型复制了临床上观察到的大部分的组织病理学和功能结果，但现有的动物模型不能完全复制人类TBI，研究人员在使用实验性TBI模型时需要谨慎考虑，以确保选择最合适的模型来解决研究问题。

文章将对这5种模型的造模原理和特点进行综述。

［关键词］创伤性脑损伤；动物模型；造模原理［中图分类号］R742［文献标志码］A［文章编号］1008-8199（2019）05-0546-06［DOI］10.16571/ki.1008-8199.2019.05.019Advances in animal models of traumatic brain injuryZHOU Jian-guo reviewing，TANG Hua-min checking（Department of Emergency Medicine，The Second Affiliated Hospital of Guangxi Medical University，Nanning 530021，Guangxi，China）［Abstract］Traumatic brain injury（TBI）is a serious global public health and socio-economic problem with high disability and mortality.At present，the following TBI animal models are widely used in experimental research-weight-drop injury models，fluid percussion injury models，controlled cortical injury models，penetrating ballistic-like brain injury models，and blast injury mod⁃els.Although the TBI animal models replicate most of the histopathological and functional outcomes observed clinically，the existing animal models can not fully replicate human TBI.Researchers need to consider carefully when using experimental TBI models to en⁃sure that the most appropriate models are selected to solve the research problems.In this paper，the principles and characteristics of these five models are briefly reviewed.［Key words］traumatic brain injury；animal model；modeling principle0引言创伤性脑损伤（traumatic brain injury，TBI）是一种由外力引发的颅内损伤，这种外力可来自于打击、撞击、子弹、甚至是爆炸［1］。

TBI主要导致神经细胞坏死，引起继发性损伤级联反应，包括：兴奋性中毒、氧化应激、线粒体功能障碍、血脑屏障（blood-brain barrier，BBB）破坏和神经炎症［1-3］。

为了进一步研究TBI的病理生理机制及其治疗措施，从20世纪80年代开始先后研发了很多种类的TBI动物模型，目前有以下几种模型被广泛应用于实验研究：即重物坠落损伤模型（weight-drop injury models，WDI），液压冲击损伤模型（fluid percussion injury models，FPI），控制性皮质损伤模型（controlled corti⁃cal impact injury models，CCI），穿透弹道式脑损伤模型性（penetrating ballistic-like brain injury models，PBBI），爆炸伤模型（blast injury models，bTBI）等。

基金项目：国家自然科学基金（81660327）作者单位：530021南宁，广西医科大学第二附属医院急诊科（周建国、唐华民）通信作者：唐华民，E-mail:sam20041188@本文将对这5种模型的造模原理和特点作一综述。

1WDI模型大多数WDI模型的基础是将轻度麻醉的动物暴露颅骨（有或没有开颅手术）后，通过自由落体的重物引起损伤。

TBI的严重程度可以通过调整重物的重量或释放的高度来控制，损伤的性质和神经功能缺损取决于受伤部位（中央或外侧）和生物力学。

最常用的WDI模型是Fenney等［4］的局灶性损伤，Marmarou等［5］的弥漫性损伤和Shohami等［6］的混合性局灶/弥漫性损伤。

1.1Fenney模型在Fenney的重物坠落模型中，通过开颅手术，将重量传递至完整的硬脑膜引起皮质损伤［4，7］。

从形态学上看，这些损伤是由损伤后头几个小时内直接在挫伤皮层处发生的白质出血以及24h坏死腔的发展而引起的［4］。

然而，这种损伤模型近年来已经不受欢迎，可能是因为需要开颅手术。

1.2Marmarou模型Marmarou的冲击加速度WDI模型用于诱导弥漫性轴索损伤（diffuse axonal injury，DAI）模型，模拟人类跌倒或机动车事故引起的弥漫性TBI［5］。

在Marmarou模型中，将麻醉动物作头皮中线切口以暴露颅骨，然后将其头部固定在金属盘上，以防止颅骨骨折；置大鼠于泡沫床，将黄铜的重量落到金属盘上使大鼠头部受到撞击［5］。

动物死亡的原因主要是因为闭合性头部损伤（closed head injury，CHI）引起的呼吸抑制，继而出现了低血压等症状。

该模型能够在啮齿类动物中产生分级脑损伤，而不会产生大幅度的高血压波动或过度的脑干损伤［5］。

单次和重复性mTBI均可引起视神经/管、小脑、皮质脊髓束、外侧淋巴结和胼胝体的创伤性轴索损伤［8］。

在显微镜下，该模型产生大脑神经元、轴突和微脉管系统的分级广泛损伤，还可导致大量DAI，主要涉及胼胝体、内囊、视神经、大脑脚和脑干等［9］。

Ezaki等［10］使用Marmarou模型，提出外周撞击力不能诱导TBI小鼠中海马的CA1区、CA3区神经元变性；此外，除了外周撞击力或头皮切口以外的因素也可能引起海马CA1区和CA3区神经元变性。

Buchele等［11］介绍了一种新型闭合性弥漫性TBI大鼠模型，它可能更接近地模仿人类额叶损伤机制，出现创伤后慢性认知缺陷以及DAI。

1.3Shohami模型Shohami等［6］研究小组介绍了一种用于CHI的啮齿动物模型，被广泛用于诱导混合性局灶/弥漫性损伤。

使用标准化的WDI装置在未受保护的颅骨上诱发损伤，可导致神经损伤和BBB功能破坏。

Shultz等［12］研究证实损伤后会出现神经炎症、水肿和BBB破坏。

产生CHI后对小鼠进行神经功能损伤程度评分（neurological severity scores，NSS）的最佳时间为1h［13］。

进行NSS评估可以了解动物的运动功能、警觉性和寻求行为的神经功能障碍。

动物的神经损伤严重程度与脑损伤的严重程度高度相关。

WDI模型装置简单，易于操作，实验可控，能够复制分级脑损伤，成本较低，因此得到普遍应用。

但是动物脑损伤死亡率较高，稳定性、重复性较差。

2FPI模型FPI模型率先由Dixon等［14］于1987年建立，操作过程是将麻醉的动物置于立体定位框中，切开头皮，在前囟和人字缝的中间、矢状缝上方钻出直径为4.8mm的孔，通过钟摆撞击液体储存器活塞，对骨窗施加液体压力脉冲，撞击造成脑组织的短暂位移、变形，从而导致弥漫性脑损伤，损伤的严重程度取决于压力脉冲的强度［15］。

根据开颅手术距离矢状缝的位置，可将FPI模型分为中线（以矢状缝为中心），矢状缝旁（距离中线<3.5mm）和侧方液压模型（距离中线>3.5mm）。

LFPI模型是目前使用最广泛的TBI动物模型之一，主要用于啮齿动物［16］。

Reid 等［17］用LFPI模型研究创伤后癫痫（Posttraumatic ep⁃ilepsy，PTE），结果显示FPI导致早期带尖峰高频震荡和来自周围的新皮质引起自发性局灶性癫痫发作，癫痫的严重程度随着时间的推移而增加，并与损伤严重程度有关，说明了LFPI可用作PTE模型。

Wahab等［18］建立了一个音圈驱动液压损伤装置，该装置的特点：①可重复性出现液压冲击损伤，能够控制损伤的速度和程度；②产生的损伤结果与常用的钟摆式FPI系统一致，具有与不同损伤程度和持续时间相关的病理生理学的研究能力；③FPI的死亡率与损伤的上升时间密切相关。

Hameed等［19］建立了快速侧方液压模型（rapid lateral fluid percus⁃sion Injury，rLFPI），该模型能快速、可重复的造出癫痫性损伤模型，并能够缩短手术和麻醉时间；rLFPI模型可导致外伤性癫痫发作和区域性胶质细胞增生，局限于脑皮质的细胞凋亡和健侧脑室扩大的慢性病理变化。

FPI模型可以精确控制致伤部位和打击方向，并输出精准的冲击压力，应用范围较广。

但骨窗处需要用骨水泥连接打击帽，每次打击前均需矫正，造模效率较低，且器材昂贵。

此外，与其他动物模型相比，具有较高的死亡率，这可能是由于脑干损伤时间延长导致呼吸骤停。

3CCI模型CCI，有时是指皮质挫伤，是一种使用受控的气动或电磁装置［20-23］，将冲击器驱动至暴露的完整硬脑膜上，直接诱导皮质损伤。

CCI模型最先是由Lighthall等［20］建立，该设备由加压气体（即气动驱动）驱动，目前气动CCI仍然广泛用于研究TBI病理生理学和测试新疗法［21-22］。

与气动CCI装置一样，电磁CCI装置选择传统的与商用立体框架结合使用，便于调节冲击角度；有些设备还与可以提升伤害装置，与关节支撑臂兼容，以便于在猪和其他大型动物中建立CCI模型。

目前很少有研究证据比较气动和电磁模型；然而，一项研究表明，与气动CCI 相比，电磁CCI具有更高的可重复性［23］。