俞璐,曹曉華,趙政,賀文迪,夏明
急性缺血性腦卒中以其高發(fā)病率,高致殘率和高致死率的疾病特點(diǎn)[1],嚴(yán)重危害人類生命健康。動(dòng)物腦缺血模型可以模擬人類相應(yīng)的腦缺血疾病,在眾多局灶性腦缺血模型制備方法中,以Zea Longa于上世紀(jì)發(fā)明的大腦中動(dòng)脈線栓法[2](middle cerebral artery occlusion,MCAO)應(yīng)用最為廣泛,其特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)在于:無(wú)需開(kāi)顱,創(chuàng)傷較小;缺血部位相對(duì)固定,可控性好;可實(shí)現(xiàn)腦缺血后再灌注,是理想的標(biāo)準(zhǔn)局灶性腦缺血?jiǎng)游锬P蚚3]。但在模型制備過(guò)程中,易受眾多因素影響,模型成功率、梗死體積大小、蛛網(wǎng)膜下腔出血發(fā)生率不盡相同,且該手術(shù)對(duì)人員操作技術(shù)要求較高,不同實(shí)驗(yàn)室、不同實(shí)驗(yàn)員制備的模型差異較大。筆者將通過(guò)自身操作經(jīng)驗(yàn)結(jié)合既往文獻(xiàn)報(bào)道,對(duì)線栓法制備MCAO模型談幾點(diǎn)個(gè)人體會(huì)。
目前MCAO動(dòng)物模型多選用嚙齒類小動(dòng)物,其具有購(gòu)買及飼養(yǎng)費(fèi)較低,大、小鼠均具有神經(jīng)功能損傷的評(píng)判標(biāo)準(zhǔn),較易得到不同特性的轉(zhuǎn)基因動(dòng)物等優(yōu)點(diǎn)[4]。大鼠基因具有與人類基因98%的同源性,遺傳差異小,品種一致性好,神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)達(dá),腦血管解剖結(jié)構(gòu)與人類相似度高,其生理機(jī)能變異小,且具有較強(qiáng)的抗感染能力和生命力,是腦缺血研究中應(yīng)用最為廣泛的動(dòng)物模型。Fischer-334、SD、Nistar等品系大鼠均可用于MCAO的動(dòng)物模型,但不同品種大鼠在阻斷大腦中動(dòng)脈后體積大小和穩(wěn)定性不同。國(guó)外研究者發(fā)現(xiàn),Nistar大鼠MCAO平均腦梗死體積最小,梗死灶變異大;Fischer-334大鼠梗死體積最大,大腦中動(dòng)脈變異小,動(dòng)脈阻塞后形成的梗死體積一致性好,而SD大鼠居于兩者之間[5]。但因鼠源問(wèn)題,目前多選用性情溫和、生長(zhǎng)快、價(jià)格便宜的SD大鼠。SD大鼠在MCAO手術(shù)后,梗死體積較Nistar大鼠大,恒定性好,缺血半暗帶所占體積明顯小于Nistar大鼠。同時(shí),考慮到大鼠雌激素水平對(duì)腦缺血損傷可能的神經(jīng)保護(hù)機(jī)制[6,7]及激素水平的生理性波動(dòng)對(duì)大鼠情緒的影響,筆者采用血管解剖結(jié)構(gòu)更為清晰的雄性SD大鼠作為MCAO的動(dòng)物模型。
研究表明,大鼠大腦中動(dòng)脈的長(zhǎng)度和粗細(xì)與其體重形成正比[8]。目前多主張大鼠體重控制在250~300 g。筆者在實(shí)驗(yàn)中采用260~280 g大鼠,理由如下:鼠齡小,體重輕,對(duì)造模手術(shù)耐受性差;體重較輕的大鼠血管更細(xì),手術(shù)時(shí)線栓不易插入,增加手術(shù)創(chuàng)傷;體重>300 g的大鼠,血管增粗,線栓不能充分阻斷血流,梗死效果不佳,而且術(shù)后能快速建立側(cè)枝通路循環(huán),不利于評(píng)估藥物療效。
對(duì)于術(shù)前飲食,國(guó)內(nèi)主流的觀點(diǎn)是禁食不禁水,一般禁食時(shí)間為12 h[9],其目的是防治麻醉狀態(tài)下食物的返流和誤吸。筆者在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),大鼠在禁食過(guò)程中體重可下降10~12 g,禁食后的大鼠在造模完成后3 d內(nèi)精神狀態(tài)差,食物攝入量少,容易因營(yíng)養(yǎng)不良出現(xiàn)衰竭死亡。更有學(xué)者發(fā)現(xiàn),葡萄糖/能量代謝障礙是引起缺血性腦損傷的主要原因[10]。因此,筆者主張?jiān)谛g(shù)前自由飲食以提高大鼠對(duì)手術(shù)耐受力,降低術(shù)后死亡率;手術(shù)時(shí),將大鼠頭部偏向一側(cè)能防止食物返流和誤吸引起的窒息。
動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中較常用的麻醉劑包括乙醚、異氟烷、戊巴比妥鈉和水合氯醛等。乙醚和異氟烷屬于吸入性麻醉劑,作用時(shí)間較短,需要持續(xù)性給藥,給藥劑量不易控制,對(duì)呼吸道刺激較大,影響肌張力,需要借助氣體麻醉設(shè)備,且異氟烷對(duì)腦缺血再灌注損害具有保護(hù)作用[11],故腦缺血?jiǎng)游锬P鸵话悴挥璨捎谩N彀捅韧租c和水合氯醛均可通過(guò)腹腔注射,操作簡(jiǎn)單,是實(shí)驗(yàn)操作中使用最多的麻醉劑。研究證實(shí),戊巴比妥鈉在麻醉潛伏期有較劇烈的四肢強(qiáng)直、痙攣等表現(xiàn),需要進(jìn)入深度麻醉期后上述癥狀才能消失,而水合氯醛的麻醉潛伏期短于戊巴比妥鈉,起效較迅速,同時(shí)對(duì)大鼠體溫和呼吸運(yùn)動(dòng)的抑制作用小于戊巴比妥鈉,但兩藥均有抑制心肌收縮的作用[12]。因水合氯醛價(jià)格低廉,起效較快,對(duì)大鼠呼吸、心率影響較小,故筆者在實(shí)驗(yàn)中采用10%水合氯醛(0.40 mL/100g)腹腔注射麻醉。但在麻醉過(guò)程中需要注意以下幾點(diǎn):按照比例現(xiàn)配現(xiàn)用,避光保存;抓取大鼠時(shí)避免過(guò)度掙扎,應(yīng)輕柔有效;在左側(cè)腹直肌旁側(cè)0.5 cm進(jìn)針,通常呈30~40°進(jìn)針,深度為1.5~2.0 cm,避免右腹進(jìn)針,以防刺中肝臟;當(dāng)出現(xiàn)因麻醉劑過(guò)量致口鼻分泌物增多現(xiàn)象,可用鑷子將舌頭拉出置于偏側(cè)防止誤吸;嚴(yán)格按照動(dòng)物體重計(jì)算麻藥劑量,若首次劑量未完全麻醉,可根據(jù)麻醉程度逐步加量,一般加0.1~0.2 mL,1~2次,直至大鼠全身松軟,不能自主活動(dòng),生命體征平穩(wěn),逐量給藥亦能減少其對(duì)心功能的抑制作用,但麻藥過(guò)量可致大鼠死亡;水合氯醛在臨床上亦可用于治療高熱驚厥[13],故使用該藥麻醉特別需要注意術(shù)中及術(shù)后保暖,待大鼠蘇醒后撤除保暖設(shè)備可降低死亡率。
線栓是制備MCAO模型的關(guān)鍵材料,Longa和koizumi作為最早采用線栓法阻塞大腦中動(dòng)脈的研究者,兩者在線栓頭的處理上各有不同,Longa把小段尼龍線的一端在酒精燈火焰上燒灼使其融化成一個(gè)膨大的球狀[2],而Koizumi在尼龍線上均勻涂上硅樹(shù)脂[14],但由于技術(shù)要求高,線栓頭處理標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一,易造成模型制作失敗。線栓的材質(zhì)、粗細(xì)、線頭的形狀和包被均影響到模型制備效果。為保證線栓規(guī)格的一致性,減少線栓對(duì)模型制備的影響,筆者在實(shí)驗(yàn)中采用北京西濃科技有限公司制作的成品線栓,線栓采用柔韌適度的單絲尼龍線(線直徑0.26 mm,線長(zhǎng)40 mm),經(jīng)顯微操作燒制而成,頭端燒熔為半球形,頭部直徑(0.36±0.02)mm,前端20 mm包被多聚-L-賴氨酸,不改變線栓直徑,距頭端19~20 mm處黑色標(biāo)記,頭部形狀圓潤(rùn)的線栓易于進(jìn)入顱內(nèi)而不刺破血管,同時(shí)也易于掌握插入深度,從而形成較穩(wěn)定的腦梗死面積,大鼠死亡率較低。
體重250~300 g的大鼠目前較多采用線栓插入深度為從頸總動(dòng)脈分叉部起18~20 mm[15]。筆者的操作經(jīng)驗(yàn),線栓插入深度為從頸總動(dòng)脈分叉處插入約20 mm,即將線栓送入頸內(nèi)動(dòng)脈后,黑色標(biāo)記點(diǎn)過(guò)分叉點(diǎn)約1 mm,感覺(jué)稍有阻力時(shí)即停止插入。同時(shí)線栓插入血管時(shí),應(yīng)注意以下幾方面:由于目前采用盲插法居多,當(dāng)線栓由頸總動(dòng)脈進(jìn)入頸內(nèi)動(dòng)脈后,極易誤插入頸內(nèi)動(dòng)脈的分支翼腭動(dòng)脈造成模型失敗。筆者的操作經(jīng)驗(yàn)是,當(dāng)線栓進(jìn)入頸總動(dòng)脈分叉點(diǎn)后,應(yīng)適當(dāng)將其壓低,保持線栓與水平線夾角15°左右,可有效降低插入翼腭動(dòng)脈幾率;頸總動(dòng)脈分叉點(diǎn)的位置并不恒定,不應(yīng)將分叉點(diǎn)的位置作為插入線栓深度的測(cè)量標(biāo)志;當(dāng)線栓插入阻力過(guò)大時(shí),或由于血管扭曲所致,此時(shí)切不可猛插強(qiáng)插,可將線栓緩慢退出,讓血管回復(fù)到解剖結(jié)構(gòu),待恢復(fù)血流后可再次嘗試線栓插入;線栓插入過(guò)程中盡量不要多次的來(lái)回抽插,避免血管內(nèi)膜損傷。
由于大鼠的血管和神經(jīng)十分纖細(xì),MCAO模型制備需要精密度較高的手術(shù)器械來(lái)完成。筆者在分離血管時(shí)選用顯微鑷,各型號(hào)頭寬0.1~0.3 mm,能夠有效分離頸總動(dòng)脈、頸內(nèi)和頸外動(dòng)脈;為避免顯微鑷多次分離組織后頭端毛糙,在分離肌肉組織時(shí)采用普通眼用鑷。同時(shí)采用1 mL注射器的針頭刺破頸總動(dòng)脈留下大小合適的針孔便于線栓插入,注射器針頭鋒利且尖銳,刺破血管同時(shí)又避免割斷血管。手術(shù)器械的選用在MCAO手術(shù)中尤為重要,恰當(dāng)?shù)钠餍悼墒共僮鬟^(guò)程中血管損害降到最低,減少出血量和手術(shù)時(shí)間,提高造模成功率。
手術(shù)一般以頸側(cè)部作為切口,為避免傷及左側(cè)迷走神經(jīng)造成對(duì)心臟的影響[16],手術(shù)時(shí)以右頸側(cè)為切口,長(zhǎng)約2.0~2.5 cm,切口往下依次為:頜下腺、下頜淋巴結(jié)、胸鎖乳突肌、胸骨舌骨肌等,右頸側(cè)較易于進(jìn)行肌肉和血管分離,視野暴露較好;如尋找血管困難,可適當(dāng)擴(kuò)展切口至3.0 cm,但操作時(shí)避免反復(fù)撥弄神經(jīng)或探入切口過(guò)深損傷氣管。
線栓插入位置有自頸外動(dòng)脈插入和自頸總動(dòng)脈插入2種。但頸外動(dòng)脈較細(xì),插入過(guò)程中容易扯斷或誤剪斷血管,操作難度大,故而筆者采用頸總動(dòng)脈插入線栓法,其插入手法簡(jiǎn)單易行,且血管不易扯斷,對(duì)氣管刺激性小,血管損害僅在頸總動(dòng)脈局部[17]。操作時(shí),為避免術(shù)中出血及線栓插入頸外動(dòng)脈,筆者先將頸外動(dòng)脈結(jié)扎,在頸總動(dòng)脈和頸內(nèi)動(dòng)脈各放置一根活線,以備線栓插入后固定線栓用。線栓走向即進(jìn)入頸總動(dòng)脈后,由頸內(nèi)動(dòng)脈入顱,進(jìn)入大腦前動(dòng)脈后回抽1~2 mm即插入大腦中動(dòng)脈,此時(shí),線栓黑色標(biāo)記點(diǎn)滑入頸總動(dòng)脈分叉點(diǎn)1 mm,腦缺血計(jì)時(shí)開(kāi)始。值得注意的是,如果線栓進(jìn)入頸內(nèi)動(dòng)脈約10 mm就感到阻力明顯,則提示線栓極大可能誤入頸內(nèi)動(dòng)脈上唯一的分支翼腭動(dòng)脈,此時(shí)需要將線栓緩緩抽回,調(diào)整角度后重新插入。筆者在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn),將線栓反復(fù)調(diào)整角度,仍極易插入翼腭動(dòng)脈,考慮可能由于線栓本身彎度引起誤插,此時(shí)建議換取新線栓再次插入,這也是制備該模型最常見(jiàn)的失敗原因,需要術(shù)者付之耐心與細(xì)心。
術(shù)后縫合關(guān)于多余線栓的處理一般有2種,一種是埋在大鼠體內(nèi),另一種是留在大鼠體外。將線栓埋在體內(nèi)是為了避免麻醉不充分的大鼠術(shù)后過(guò)度活動(dòng)導(dǎo)致線栓脫出而致模型失敗,但在拔線栓時(shí),需要再次暴露和二次縫合切口。筆者發(fā)現(xiàn)大鼠麻醉逐漸蘇醒過(guò)程中活動(dòng)量明顯減小,在操作中采用將多余線栓留于體外的方法,同時(shí)將線栓用記號(hào)筆涂黑標(biāo)記便于識(shí)別。
國(guó)內(nèi)研究者在術(shù)后24 h分別對(duì)腦缺血后30 min、60 min和90 min再灌注大鼠進(jìn)行梗死面積評(píng)估,實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)缺血后30 min再灌注損傷較輕;缺血后60 min基底核損傷較前者重,皮質(zhì)有很輕微改變或無(wú)改變,病變不恒定;而缺血后90 min再灌注則在額頂葉皮質(zhì)及基底核區(qū)形成面積相對(duì)恒定的梗死灶,術(shù)后神經(jīng)缺損表現(xiàn)明顯[18],能夠較好地模擬人腦局灶缺血后狀態(tài)。國(guó)外研究者亦多采用缺血后90 min作為缺血再灌注損傷模型[19]。因此,筆者選擇缺血后90 min再灌注,在大鼠體外傷口縫合處找到線頭,輕輕拔出線栓2~3 cm剪斷,若此時(shí)大鼠已完全清醒,可注射少量麻藥后再將線栓拔出,以防拔線栓時(shí)大鼠過(guò)度掙扎加大損傷。
術(shù)后更換干凈墊料并將大鼠放回鼠籠,用60N白熾燈距離大鼠25~35 cm處持續(xù)照射直至其蘇醒后再撤除,期間可將大鼠頭部微微墊高,以防側(cè)枝循環(huán)過(guò)快恢復(fù)。大鼠在術(shù)后1~3 d內(nèi)并發(fā)癥多,死亡率高,最常見(jiàn)的死亡原因包括:腦水腫;插線栓時(shí)用力過(guò)猛刺破血管致蛛網(wǎng)膜下腔出血;術(shù)中損傷迷走神經(jīng)致呼吸抑制。因此,術(shù)者在操作中一定要?jiǎng)幼鬏p柔靈活,切不可使用蠻力。眼部感染和癲癇是術(shù)后最常見(jiàn)的并發(fā)癥,筆者使用金霉素眼膏在眼部感染處進(jìn)行外涂,1次/d,3~5 d可緩解;癲癇是由于腦缺血致?lián)p傷神經(jīng)元過(guò)多引起神經(jīng)元異常放電,癲癇大鼠均不納入實(shí)驗(yàn)。同時(shí),筆者密切關(guān)注大鼠飲水量變化,對(duì)于術(shù)后極度虛弱,飲水量明顯減少的大鼠,可予1%葡萄糖水灌胃,5 mL/只,2次/d,防止大鼠營(yíng)養(yǎng)不良而致死亡。另外,應(yīng)盡量保持墊料干燥,每日更換墊料,控制室溫在25°C左右,可將食物放于籠中便于攝取,避免籠中大鼠只數(shù)過(guò)度、密度過(guò)高,這些因素均有利大鼠術(shù)后恢復(fù)。
MCAO模型評(píng)價(jià)方法有多種,如神經(jīng)功能評(píng)分、TTC染色、腦組織含水量、局部腦血流測(cè)定和頭顱磁共振等。其中腦血流測(cè)定和頭顱磁共振檢查需要特定的儀器設(shè)備,費(fèi)用高昂,其應(yīng)用具有一定局限性。TTC染色和腦組織含水量測(cè)定需要處死大鼠,能夠直觀地了解大鼠腦缺血情況,且實(shí)驗(yàn)步驟簡(jiǎn)單易行,是MCAO模型最常用的評(píng)價(jià)方法。神經(jīng)功能評(píng)分包括Bederson評(píng)分、Belayev評(píng)分、Clark評(píng)分等,其中Bederson評(píng)分是引用頻率最高的神經(jīng)功能評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[20]。神經(jīng)功能評(píng)分法直觀、簡(jiǎn)便,可以從整體角度觀察動(dòng)物神經(jīng)損傷程度,無(wú)需借助特殊儀器設(shè)備,但相對(duì)于其他評(píng)價(jià)方法,該法主觀、粗糙,無(wú)法準(zhǔn)確描述神經(jīng)損傷及恢復(fù)情況,故應(yīng)用時(shí),常常聯(lián)合TTC染色和腦組織含水量測(cè)定評(píng)估模型而不將神經(jīng)功能評(píng)分作單獨(dú)使用。
線栓MCAO模型的制備是目前研究腦缺血疾病最重要的手段之一,該模型也在不斷完善與改進(jìn)中。在模型制備中大體需要注意以下幾點(diǎn):①一般選用260~280 g SD雄性大鼠作為動(dòng)物模型;②合理選用麻醉藥物,現(xiàn)配現(xiàn)用,嚴(yán)格掌握藥物不良反應(yīng)與麻醉劑量;③手術(shù)操作規(guī)范化,采用合適的線栓,注意線栓插入的角度、深度與走向;④常采用缺血后90~120 min再灌注;⑤注意術(shù)后護(hù)理與并發(fā)癥的發(fā)生;⑥選擇合理的模型評(píng)價(jià)方法。在MCAO模型制備中,筆者發(fā)現(xiàn)該模型存在著一些局限性,包括同一體重范圍的大鼠血管構(gòu)造存在差異,導(dǎo)致線栓插入相同角度和深度,卻造成不同程度的神經(jīng)功能缺損;大鼠耐受性的不同會(huì)造成手術(shù)后缺血程度的不同。MCAO大鼠模型制備是一類精細(xì)手術(shù),每一個(gè)環(huán)節(jié)都需要認(rèn)真仔細(xì)的對(duì)待,作為腦缺血研究的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),必須重視操作的每一個(gè)步驟,反復(fù)練習(xí),同時(shí)不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn),這樣才能提高M(jìn)CAO模型制備的成功率。
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