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编号:10214370
大鼠硬膜外移植自体髓核后对疼痛相关行为的影响
http://www.100md.com 《第二军医大学学报》 2000年第1期
     作者:贺石生 侯铁胜 单晓巍 李明 赵杰 傅强 李少华 鲁凯武 王吉

    单位:贺石生(第二军医大学长海医院骨科,上海 200003);侯铁胜(第二军医大学长海医院骨科,上海 200003);李明(第二军医大学长海医院骨科,上海 200003);赵杰(第二军医大学长海医院骨科,上海 200003);傅强(第二军医大学长海医院骨科,上海 200003);李少华(第二军医大学长海医院骨科,上海 200003);鲁凯武(第二军医大学长海医院骨科,上海 200003);单晓巍(海军第411医院麻醉科);王吉(上海医科大学解剖学教研室)

    关键词:髓核;痛觉过敏;脊神经根

    第二军医大学学报000124 摘 要:目的:探讨在无明显机械压迫的情况下,髓核自身在腰腿痛发病中的作用。方法:将大鼠自身的尾椎髓核取出置于硬膜外腔,造成非压迫性的大鼠硬膜外自体髓核移植模型,并对其热刺激回缩潜伏期及机械刺激回缩阈值进行测定。结果:即使在无明显机械压迫的情况下,大鼠硬膜外移植自体髓核后可产生明显的痛觉过敏行为。结论:髓核自身是引起腰腿痛的重要原因,推测髓核中的液体漏出刺激神经根和硬膜可能是临床上产生腰腿痛的机制之一。
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    中图分类号:R 681.57 文献标识码:A

    文章编号:0258-879X(2000)01-0074-03

    Effect of autograft of nucleus pulposus to the cavum epidurale on the rat′s pain-related behavior

    HE Shi-Sheng

    (Department of Orthopeadic,Changhai Hospital,Second Military Medical University, Shanghai 200433, China)

    HOU Tie-Sheng

    (Department of Orthopeadic,Changhai Hospital,Second Military Medical University, Shanghai 200433, China)
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    LI Ming

    (Department of Orthopeadic,Changhai Hospital,Second Military Medical University, Shanghai 200433, China)

    ZHAO Jie

    (Department of Orthopeadic,Changhai Hospital,Second Military Medical University, Shanghai 200433, China)

    FU Qiang

    (Department of Orthopeadic,Changhai Hospital,Second Military Medical University, Shanghai 200433, China)
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    LI Shao-Hua

    (Department of Orthopeadic,Changhai Hospital,Second Military Medical University, Shanghai 200433, China)

    LU Kai-Wu

    (Department of Orthopeadic,Changhai Hospital,Second Military Medical University, Shanghai 200433, China)

    SHAN Xiao-Wei

    (Department of Anaethesiology, 411 Hospital of the Navy)
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    WANG Ji

    (Department of Anatomy, Shanghai Medical University)

    ABSTRACT:Objective: To elucidate the role of biologic effect of nucleus puposus in the pathomechanism of low lumbar and leg pain. Methods: The nucleus pulposus of coccygeal vertebral was transplanted to the cavum epidurale of rat, making the non-compressive model with transplanted nucleus pulposus. The mechanical withdral threshold and thermal withdral latency were observed. Results: Even without mechnical compression, rats transplanted with nucleus pulposus displayed significant hyperalgesia. Conclusion: The biologic effect of nucleus pulposus is an important factor in the pathogenesis of low lumbar and leg pain. The leakage of nucleus pulposus irritating spinal nerve roots and putamen may be one mechanism of low lumbar and leg pain.
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    KEY WORDS:nucleus pulposus; hyperalgesia; spinal nerve roots▲

    [Acad J Sec Mil Med Univ, 2000, 21(1): 74-76]

    与椎间盘相关的腰腿痛是临床上常见症状,但髓核在其发病中的作用及其机制尚不清楚。近年来,大量的研究提示[1~3]:髓核的自身免疫特性及生化致炎特性与坐骨神经痛密切相关。本研究将大鼠的自体髓核组织移植于硬膜外,造成非压迫性的大鼠硬膜外自体髓核移植动物模型,并参照Kawakami等[4]的方法对其疼痛相关行为进行观察。

    1 材料和方法

    1.1 动物分组 成年SD大鼠15只(由上海BK公司提供),体质量250~300 g,分为3组:对照组、肌肉移植组、髓核移植组,每组5只,分别在术前1 d、术后3,6,9,12,15,18,21,24,27,30 d观察其行为及痛阈改变。
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    1.2 模型制备 (1)对照组:40 mg/kg戊巴比妥钠腹腔内注射麻醉,于尾根部距肛门约1 cm处切断尾椎,再缝合伤口。(2)肌肉移植组:麻醉及断尾椎方法同对照组,再于背部正中切开皮肤,切除L4~L6的棘突及左侧椎板,暴露一侧的马尾及L4~L6神经根,取约10 mg的椎旁肌轻轻放置于马尾神经根上,注意不造成机械性压迫,逐层缝合伤口。(3)髓核移植组:同前两组方法麻醉和断尾椎。将尾椎的髓核取出,共约10 mg,在背部正中切开皮肤,切除L4~L6的棘突及左侧椎板,暴露一侧的马尾及L4~L6神经根,将取出的自体髓核轻轻放置于马尾神经根上、注意不造成机械性压迫,逐层缝合伤口。

    1.3 疼痛相关行为的观察

    1.3.1 机械刺激回缩阈值 测定时大鼠放置于一个纸筒中,后肢露于纸筒外,待其安静后,用特制的痛觉测定器测定痛觉阈值。测定器由一个20 ml的塑料注射器改制而成,将注射器的针尖磨钝,内芯做成活塞。测定时将注射器针头置于左侧后肢的第4,5跖骨之间,然后再将砝码加于注射器的活塞上,每次加5 g,直到大鼠产生收缩反应,记录收缩时的砝码质量为痛阈值。每次测试至少间隔10 min,测量3次,取其平均值。以术前1 d测得的痛阈值为基础痛阈,并由以下公式进行计算:机械痛阈变化=[(痛阈值-基础痛阈值)/基础痛阈值]×100%。结果为正值表示痛觉反应迟钝,负值表示痛觉反应过敏。
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    1.3.2 温度刺激回缩潜伏期 测定时大鼠放置于一个纸筒中,后肢露于纸筒外,待其安静后,将大鼠的左侧后肢放于一玻璃板上,然后用热辐射仪照射足底,直到大鼠产生收缩反应,记录其从开始照射到产生收缩的时间。每次测试至少间隔10 min,测量3次,取其平均值。以术前1d的潜伏期为基础痛阈,并由以下公式进行计算:温度痛阈变化=[(髓核移植后的痛阈值-基础痛阈值)/基础痛阈值]×100%。结果为正值表示痛觉反应迟钝,负值表示痛觉反应过敏。

    1.4 统计学处理 将各组得到的数据按术后不同的时间点进行成对资料样本的t检验。

    2 结果

    在观察期间,各组大鼠在休息及行走时均未表现出任何运动障碍,在站立休息时也未表现出喜欢用某一侧肢体来承重现象。各组大鼠的机械刺激回缩阈值及热刺激回缩潜伏期阈值见图1。热刺激回缩潜伏期阈值在手术前后对照组、肌肉移植组及髓核移植组之间均无显著性差异。机械刺激回缩阈值在手术前后对照组与肌肉移植组之间无显著差异,而髓核移植组在手术后3 d开始就表现出机械刺激过敏,与对照组和肌肉移植组比较,差异显著(P<0.05),直至手术后24 d开始恢复正常。
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    图1 机械刺激回缩阈值(A)及热刺激回缩潜伏期阈值(B)的改变

    Fig 1 Changes in mechanical stimulation withdrawal threshold (A)

    and thermal stimulation withdrawal latency threshold (B)

    ○: Control group; ●: Muscle group; □: Nucleus pulposus group;* P<0.05 vs control and muscle group

    3 讨论

    椎间盘退变或突出伴发的腰腿痛是临床上常见症状,但髓核在其发病中的作用及机制尚不清楚。传统的观点认为,髓核的机械压迫是引起神经性疼痛和功能障碍的主要原因,但机械压迫并不能圆满地解释与髓核相关的所有临床病理现象。例如:(1)经CT或MRI证实某些患者神经根受压并不严重,而疼痛却表现十分剧烈;另一些患者其神经受压严重,而疼痛却相对较轻。(2)通过保守治疗,虽然突出的髓核并未改变,但临床症状可以获得改善。(3)经皮穿刺椎间盘切除术、髓核化学溶解术和硬膜外注射皮质激素治疗,症状改善发生在解剖变化之前。近年来的研究表明[3,5],将正常猪的自体腰椎间盘髓核放置在动物的硬膜外腔,在马尾神经根及后根脊神经节无压迫的情况下,髓核组织能引起神经的损伤。Kayama等[6]将狗腰椎间盘的纤维环从后外侧切开后观察到神经传导速度明显减慢,神经纤维损伤。由此可见,即使在无机械压迫的情况下,髓核也能造成神经组织结构和功能的损害,因而有可能产生疼痛。
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    本研究观察到大鼠硬膜外移植自体髓核后可产生明显的机械痛觉过敏。研究用大鼠髓核液体含量较多,呈胶冻状,而人的髓核在青壮年时与纤维环分界明显,也成胶冻状,以后水分逐渐减少,至老年,髓核与纤维环已无明显分界。临床上常见青壮年患者急性突出的髓核导致严重的腰腿痛,而老年患者则腰腿痛症状较轻,其原因可能与青壮年患者髓核的液体含量多,老年患者髓核液体含量少及退变有关。

    近年来还发现髓核具有广泛的化学致炎特性和强的自身免疫能力,其本身的自身免疫反应及生物化学炎症反应可能是髓核引起脊神经根损伤,导致腰腿痛的原因。Bobechko等[7]认为髓核是隐蔽的自身抗原,在椎间盘退变、外伤等情况下,暴露的髓核组织极有可能会刺激机体的免疫系统产生自身免疫反应,从而导致疼痛的发生及神经根的损伤。Saal等[3]证实突出的腰椎间盘组织中含有高活性水平的磷脂酶A2,其可能在腰椎间盘突出症患者的神经功能损害及疼痛的发生中起重要的作用。研究还发现[8~10],在突出的髓核中前列腺素E2 (PGE2)及一氧化氮(NO)明显升高,H+、糖蛋白及神经肽等也有异常改变,但它们在腰椎间盘突出症患者神经功能损害中的作用仍不清楚。
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    本研究证实:即使在没有机械压迫的情况下,髓核也能引起疼痛。我们的实验支持McCarron的发现[1],他们观察到部分无机械性压迫的腰腿痛患者椎间盘造影显示后方有造影剂泄漏,这些患者经椎间盘切除,椎体间融合后症状消失。因而,我们认为,在腰腿痛患者中,导致其发病的原因是多样的,机械压迫并非是引起腰腿痛的唯一原因,髓核本身所致的免疫反应和(或)化学炎症也是引起腰腿痛的重要原因,即髓核中的液体漏出刺激神经根和硬膜可能是临床上产生腰腿痛的机制之一。临床部分机械压迫不严重而腰腿痛明显的患者中,髓核漏出所致的炎症可能是其发病的主要原因。现在采用的前后路融合治疗下腰痛的方法,通常认为是融合消除了不稳定因素导致的机械性疼痛,但是,其产生疗效的原因也可能是由于完全摘除了髓核,即去除了刺激硬膜及脊神经根的髓核液体物质。另外,部分外科治疗及化学髓核溶解失败的腰腿痛患者,则可能就是由于残留细胞仍不停地分泌刺激性液体或邻近节段的髓核从破裂的椎间盘中释放刺激性液体所致。■

    基金项目:上海市科委学科带头人基金资助项目(97XD14015)
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    作者简介:贺石生(1974~),男(汉族),博士,助教

    参考文献:

    [1]McCarron RF,Winpee MW,Hudkins PG,et al.The inflammatory effect of nucleus pulposus: a possible element in the pathogenesis of low back pain[J].Spine,1987,12(8):760-764.

    [2]Olmarker K,Rydevik B,Bordborg C,et al. Autologous nucleus pulposus induces neuro- physiologic and histologic changes in porcine cauda equina nerve roots[J]. Spine, 1993,18(11): 1425-1432.
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    [3]Saal JA, Franson RC, Dobrow R, et al. High levels of inflammatory phospholipase A2 activity in lumbar disc herniations[J]. Spine, 1990, 15(7): 674-678.

    [4]Kawakami M,Weinstein JN,Spratt KF,et al.Experimental lumbar radiculopathy: immunohistochemical and quantitative demonstrations of pain induced by lumbar nerve root irritation of the rat[J]. Spine,1994,19(16):1780-1794.

    [5]Olmarker K, Nordborg C, Larsson K, et al. Ultrastructural changes in spinal nerve roots induced by autologous nucleus pulposus[J]. Spine, 1996, 21(4):411-414.
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    [6]Kayama S, Olmarker K, Larsson K,et al.Cultured,autologous nucleus pulposus cells induce functional changes in spinal nerve roots[J]. Spine, 1998, 23(20):2155-2158.

    [7]Bobechko WP, Hirsch C. Autoimmune response to nucleus pulposus in the rabbit[J]. J Bone Joint Surg, 1965,47B(3):574-577.

    [8]Kang JD, Georgescu HI, Mclntyre-Larkin L, et al. Herniated lumbar intervertebral discs spontaneously produce matrix metalloproteinases,nitric oxide, interleukin-6, and prostaglandin E2[J]. Spine, 1996, 21(3):271-277.
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    [9]Kang JD, Stefanovic RM, Mclntyre LA, et al .Toward a biochemical understanding of human intervertebral disc degeneration and herniation[J]. Spine,1997, 22(10):1065-1073.

    [10] O′Donnell JL, O′Konnell AL. Prostaglandin E2 content in herniated lumbar disc disease[J]. Spine,1996,21(14):1653-1656.

    收稿日期:1999-09-10

    修回日期:1999-12-20, 百拇医药