林 峰，季承龍，孫凱強，王 元，徐錫明，史建剛*

1. 海軍軍醫(yī)大學(xué)（第二軍醫(yī)大學(xué)）第二附屬醫(yī)院骨科，上海200003

2. 青島大學(xué)附屬煙臺毓璜頂醫(yī)院骨科，煙臺 264000

脊髓和神經(jīng)高張力損傷一直以來被認為是外力牽引所致［1］，除了脊髓栓系外，尚未有證據(jù)顯示在人體脊髓系統(tǒng)中存在自發(fā)性神經(jīng)高張力。然而在臨床觀察中，一些非外傷性神經(jīng)損傷可能由神經(jīng)高張力損傷導(dǎo)致，對于脊髓及神經(jīng)高張力的研究正逐漸成為熱點。通過分析神經(jīng)高張力損傷動物模型相關(guān)文獻發(fā)現(xiàn)，目前造模分析的主要研究方向在于間接發(fā)現(xiàn)脊髓血流的變化［2］和神經(jīng)根張力的機械測定［3］。神經(jīng)根張力測定儀器對神經(jīng)根有機械性損傷，多用于尸體研究。而活體脊髓血流的監(jiān)測目前主要采用放射自顯影技術(shù)［4］，該技術(shù)主要是通過觀察14C 安替比林從血管中滲出的程度判斷局部血流情況，是一種間接的血流判定方法，其結(jié)果存在一定誤差。因此，實驗技術(shù)本身對于通過脊髓血流變化判定脊髓神經(jīng)高張力損傷有著較明顯的影響。

超聲作為一種無創(chuàng)的檢查手段，很早在脊柱外科就有應(yīng)用［5］。由于成年人脊柱骨性結(jié)構(gòu)的阻擋，目前經(jīng)皮超聲檢查多應(yīng)用于幼兒，但有越來越多的學(xué)者嘗試在成人脊柱手術(shù)中應(yīng)用超聲觀察和監(jiān)測脊柱與脊髓［6-7］。然而脊柱和脊髓的超聲監(jiān)測集中在術(shù)中精準減壓節(jié)段的判定和減壓效果的評估，且主要為形態(tài)學(xué)變化的描述。超聲造影劑的應(yīng)用使超聲下觀察脊髓血流變化成為可能。

動物脊髓牽張模型建立的報道最早見于Dolan等［4］利用貓開展的實驗，后來陸續(xù)有Dabney 等［8］、黃平等［9］在雌性Long-Evans 大鼠、日本大耳白兔等小型動物上進行脊髓牽張造模，這些實驗主要觀察動物脊髓牽張損傷后的運動功能、神經(jīng)電生理指標、生物化學(xué)指標及組織形態(tài)學(xué)變化。目前未見關(guān)于大型哺乳動物脊髓張力變化情況下血流改變的研究報道。本研究借助最新的超聲造影技術(shù)觀察實驗廣西白豬脊髓不同張力情況下的血流變化，為人脊髓軸向高張力損傷研究提供新思路。

1 材料和方法

1.1 實驗動物 3 頭雄性廣西白豬（巴馬白豬的一種；動物合格證號為20150005003905）由上海甲干生物科技有限公司［實驗動物生產(chǎn)許可證號為SCXK（滬）2015-0005］提供，3 個月齡，體重分別為36、37 和39 kg。實驗動物正常飼養(yǎng)于實驗室［實驗動物使用許可證號為SYXK（滬）2020-0017］，飼養(yǎng)及實驗操作過程均遵守實驗動物管理保護的規(guī)定。本研究獲得海軍軍醫(yī)大學(xué)（第二軍醫(yī)大學(xué)）第二附屬醫(yī)院實驗動物研究倫理委員會審批（2020SL017）。本實驗為探索類研究，受經(jīng)費限制，無法獲得更多實驗豬，因此實驗動物不分組，均接受相同的實驗操作。

1.2 實驗步驟 采用氯胺酮15 mg/kg 進行基礎(chǔ)麻醉，氣管插管后改為異氟烷吸入麻醉。麻醉生效后，留置導(dǎo)尿管，實驗豬取俯臥位，將四肢捆綁固定于手術(shù)臺上，碘伏消毒皮膚，手術(shù)區(qū)域鋪單。實驗豬均以L3為中點做后正中切口，依次切開皮膚、深筋膜后向兩側(cè)剝離椎旁肌肉。第一步，切除部分關(guān)節(jié)突及椎板，應(yīng)用B 型超聲（Aplio 300，日本TOSHIBA 公司）觀察、記錄形態(tài)學(xué)和血流動力學(xué)參數(shù)，觀察指標包括硬脊膜直徑、M 波振幅、造影后血流。第二步，選取豬腰椎L3/4椎間隙，于L3及L4置入雙側(cè)椎弓根螺釘，連接棒固定后標記刻度，然后將椎弓根螺釘撐開5 mm 并固定，通過超聲測量形態(tài)學(xué)及血流動力學(xué)參數(shù)。第三步，將豬L3及L4的椎弓根螺釘根據(jù)原有刻度短縮5 mm 并固定，應(yīng)用超聲測量形態(tài)學(xué)及血流動力學(xué)參數(shù)。根據(jù)倫理學(xué)要求，實驗后對實驗豬進行安樂死處理，不予喚醒。

1.3 觀察指標

1.3.1 豬脊髓形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)測量 首先通過超聲觀察確認監(jiān)測節(jié)段，在脊髓長軸面觀察可以明確測量的節(jié)段，并在矢狀面測量選定椎間盤層面的硬脊膜直徑和該椎間盤層面近端5 mm 及遠端5 mm水平的硬脊膜直徑（圖1A）。然后在保持探頭無位移的情況下旋轉(zhuǎn)90°測量橫斷面的硬脊膜直徑，包括橫斷面上橫軸及縱軸相互垂直的2 個直徑（圖1B）。

1.3.2 豬脊髓的M 波振幅測量 于選定椎間盤層面固定探頭，打開M 波模式，測量脊髓M 波振幅（圖2）。

1.3.3 豬脊髓的血流測量 豬脊髓的血供主要來自脊髓背側(cè)動脈和脊髓腹側(cè)動脈發(fā)出的周緣支構(gòu)成的血管網(wǎng)，血管網(wǎng)直徑細小，在超聲下顯示為無回聲，難以被檢測到，因此血流測量需要進行豬脊髓造影。新一代的超聲造影劑由六氟化硫微泡和磷脂包膜組成，體積小，不易破裂，不彌散至組織內(nèi)，能產(chǎn)生豐富的諧波，易于成像，所以超聲造影是監(jiān)測微循環(huán)的首選手段［10］。具體操作：首先用探頭確認責(zé)任節(jié)段后保持穩(wěn)定，造影時控制豬血壓平穩(wěn)，取等量超聲造影劑六氟化硫微泡（1 mL）靜脈推注，探頭保持同一平面并記錄對應(yīng)節(jié)段的血流變化情況。血流動力學(xué)數(shù)據(jù)通過超聲儀自帶軟件分析，從而獲得相應(yīng)的強度-時間曲線（圖3），并分析以下指標。（1）曲線開始時間：自靜脈注射造影劑開始到觀察區(qū)域內(nèi)出現(xiàn)超聲造影劑的時間。（2）達峰時間：自靜脈注射造影劑開始到觀察區(qū)域內(nèi)超聲造影劑達到最高濃度的時間。（3）最大強度：觀察區(qū)域內(nèi)超聲造影劑達到最高濃度所對應(yīng)的超聲強度值。（4）AUC：測量曲線下的面積，代表一段時間內(nèi)組織血流灌注量。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理 應(yīng)用SPSS 24.0 軟件進行數(shù)據(jù)分析。對所有的測量數(shù)據(jù)進行匯總，并采用配對t檢驗對椎間隙撐開、短縮狀態(tài)下測量的數(shù)據(jù)與初始狀態(tài)進行比較。檢驗水準（α）為0.05。

2 結(jié) 果

2.1 豬脊髓形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù) 無論從橫斷面還是矢狀面，均觀察到撐開狀態(tài)硬脊膜直徑縮小，短縮狀態(tài)硬脊膜直徑增大，與初始狀態(tài)相比差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P均＜0.05）。見表1。

表1 3 頭實驗豬脊髓不同張力下的實驗數(shù)據(jù)

2.2 豬脊髓的M 波振幅 與初始狀態(tài)相比，豬脊髓的M 波振幅在撐開狀態(tài)下降低（P＜0.05），而在短縮狀態(tài)下增加（P＜0.05）。見表1。

2.3 豬脊髓的血流數(shù)據(jù) 無論是在撐開還是短縮狀態(tài)，豬脊髓周圍血流的曲線開始時間和達峰時間均大于初始狀態(tài)、最大強度均小于初始狀態(tài)（P均＜0.05）。在單位時間對應(yīng)的豬脊髓周圍血流AUC 方面，在短縮狀態(tài)AUC 最大，在撐開狀態(tài)AUC 最小，與初始狀態(tài)相比差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P均＜0.05）。見表1。

3 討 論

在脊柱外科中脊髓和神經(jīng)根張力研究的首位疾病是脊髓栓系綜合征，通常認為脊髓栓系導(dǎo)致的脊髓和神經(jīng)根張力異常增高是其癥狀出現(xiàn)的病理生理學(xué)基礎(chǔ)。目前脊髓栓系綜合征的治療仍然非常棘手，常規(guī)的終絲松解手術(shù)治療后仍然有復(fù)發(fā)病例。Kokubun 等［11］在1995 年證明了脊柱短縮手術(shù)對于脊髓栓系綜合征的有效性。Grande 等［12］在尸體研究中證明了骨性結(jié)構(gòu)的短縮能達到松解脊髓和神經(jīng)根的效果。本團隊研究也發(fā)現(xiàn)，脊柱均勻短縮脊髓軸性減壓術(shù)可緩解脊髓栓系綜合征合并脊柱側(cè)凸患者的脊髓軸向壓力，恢復(fù)脊柱和脊髓的協(xié)調(diào)性［13］。

本團隊在臨床中經(jīng)常見到脊柱退行性疾病患者的影像學(xué)壓迫不嚴重但下肢神經(jīng)根損傷癥狀嚴重，以及椎間盤突出患者術(shù)中采用了較大的椎間融合器撐開但術(shù)后出現(xiàn)更嚴重的神經(jīng)根損傷癥狀的情況，這可能都與過高的脊髓和神經(jīng)根張力有關(guān)，但是缺乏明確的證據(jù)支持。Singh 等［14］采用靜態(tài)和動態(tài)拉力牽拉大鼠腰骶神經(jīng)根發(fā)現(xiàn)，牽拉時神經(jīng)根像橡膠一樣被拉長，同時橫截面積逐漸減小，呈現(xiàn)一定彈性系數(shù)。電生理監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，隨著神經(jīng)根軸向牽引力增大神經(jīng)傳導(dǎo)速率降低、波幅下降，集合動作電位變小甚至消失，最終出現(xiàn)神經(jīng)根傳導(dǎo)阻滯［15］。當(dāng)脊髓及神經(jīng)根長期處于過度牽拉狀態(tài)時其血流、代謝和電生理等會發(fā)生一系列改變，如周圍血管變細、神經(jīng)元缺氧、細胞內(nèi)線粒體減少、ATP 產(chǎn)生減少，從而使脊髓由機械性損傷發(fā)展為代謝性損傷并發(fā)生變性、壞死、軟化、萎縮等病理變化，進而出現(xiàn)一系列神經(jīng)功能損害的臨床表現(xiàn)［16］。這些臨床和基礎(chǔ)實驗結(jié)果都提示了脊髓和神經(jīng)根高張力不僅僅存在于脊髓栓系綜合征中，在其他脊柱疾病中也可能存在并會導(dǎo)致嚴重的臨床癥狀，因此本團隊提出了腰骶神經(jīng)弓弦病的概念［17］。

如何發(fā)現(xiàn)和證實活體脊髓及神經(jīng)根的高張力改變?nèi)匀皇且粋€難題。截至目前神經(jīng)張力測定的研究集中于尸體研究，對于人體活體研究尚未見報道。由于倫理的限制，不能直接應(yīng)用機械儀器測定神經(jīng)根張力。活體研究主要是通過14C 安替比林放射自顯影技術(shù)間接反映神經(jīng)張力的變化。本實驗的目的在于觀察脊柱骨性結(jié)構(gòu)撐開和短縮對于脊髓血流和活動度的影響，從而判斷脊髓和神經(jīng)張力改變與局部血流及搏動之間的關(guān)系。本實驗通過超聲造影技術(shù)測定實驗豬椎間盤層面的局部血流，實現(xiàn)了活體狀態(tài)下更精確的血流測定，能夠精準反映脊髓及神經(jīng)根張力的變化情況。

從實驗數(shù)據(jù)分析來看，椎間隙被撐開5 mm 時局部張力處于增高狀態(tài)，硬脊膜和脊髓均被拉長，硬脊膜直徑減?。蛔甸g隙短縮5 mm 時局部張力降低，硬脊膜直徑增大，在物理學(xué)角度符合彈性模量的變化，因此認為先撐開后短縮對于最終短縮狀態(tài)各參數(shù)的影響有限。

硬脊膜和脊髓被動拉長時，脊髓搏動幅度下降；硬脊膜和脊髓在短縮狀態(tài)下，脊髓搏動幅度相對增大，這證實了神經(jīng)高張力狀態(tài)與脊髓生理搏動存在關(guān)聯(lián)。

對脊髓周圍血管造影的數(shù)據(jù)結(jié)果解讀頗為復(fù)雜，由于條件所限，無法確定先撐開后短縮對最后短縮狀態(tài)數(shù)據(jù)的測量有無影響，只能進行自身對照。通過統(tǒng)計學(xué)分析，在短縮狀態(tài)脊髓周圍血流AUC 最大，而撐開狀態(tài)AUC 最小，說明脊髓張力改變與血流AUC 相關(guān)。推測原因可能是脊髓周圍血管由于張力增高被拉長，血管變細，局部流量減少；而脊髓張力降低時，血管直徑增大，血流量增加。不同狀態(tài)其他客觀指標（曲線開始時間、達峰時間、最大強度）差異有統(tǒng)計學(xué)意義，但數(shù)據(jù)變化趨勢與傳統(tǒng)血流數(shù)據(jù)變化不符合，因此不能作為判斷脊髓張力改變的指標。

超聲造影技術(shù)目前最大的缺陷仍然是不能直接反映人脊髓及神經(jīng)根張力，而且神經(jīng)根局部血流在人體內(nèi)可能存在諸多影響因素。從理論上推斷神經(jīng)根受到牽拉后，周圍的微血管同樣因張力被拉長，局部血流量減少，但是這種情況是否存在線性對應(yīng)關(guān)系不得而知。本實驗為應(yīng)用超聲造影技術(shù)在實驗豬脊髓血流測量中的探索性研究，因客觀條件限制無法獲得大量樣本進行實驗，研究結(jié)果也僅為人體的脊髓和神經(jīng)根張力研究提供一個新的思路。