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编号:10214028
大鼠液压冲击脑外伤模型的病理学分级研究
http://www.100md.com 《湖南医科大学学报》 2000年第2期
     作者:陈风华 万新 方加胜 刘运生 曹美鸿

    单位:陈风华(附属湘雅医院神经外科 长沙 410008);万新(附属湘雅医院神经外科 长沙 410008);方加胜(附属湘雅医院神经外科 长沙 410008);刘运生(附属湘雅医院神经外科 长沙 410008);曹美鸿(附属湘雅医院神经外科 长沙 410008)

    关键词:脑损伤;病理学;疾病模型;动物;大鼠

    湖南医科大学学报000236[摘要] 目的:研究大鼠液压冲击脑外伤模型的病 理改变, 并对其进行分级,旨在阐明液压冲击脑外伤模型的病理学特点。方法:采用自行改进的液压 冲击模型装置产生大鼠液压冲击脑外伤模型,对大鼠脑组织进行肉眼和光镜观察。结果:肉 眼、光镜下出现可分级的病理学改变。结论:本模型的病理学分级适用于实验和临床脑外伤 损伤程度的评估。

    [中图分类号] R651.15 [文献标识码] A [文章编号] 1000-5625(2000)02-0194-03
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    Study of the fluid-percussion graded model of experimental

    brain injury in rats


    CHEN Feng-hua, WAN Xin, FANG Jia-sheng, et al

    Department of Neurosurgery, Xiangya Hospital, Hunan Medical University(Ch angsha 410008)

    [Abstract] Objective: To study the histopathological aspects o f the fluid-percussion graded model of experimental brain injury in rats and th e relationship between the fluid-percussion graded model and the clinical grade s of brain injury. Methods: The graded model of rats was set up by using the dev ice of the improved fluid-percussion model, then we observed the changes of bra in tissue of rats. Reults: The fluid-percussion graded model of experimental brain injur y could be pathologically graded. Conclusion: The pathological grade of the flui d-percussion graded model can be used to evaluate the degree of brain injury in clinic and in experiments.
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    [Key words] brain injury; pathology; disease models,animal; rats

    近年来,由于液压冲击脑外伤模型实验稳定性和 重复 性好,能测定致伤能量大小,因而在欧美等国的颅脑损伤研究中心已广泛开展[1,3 ,6]。本文对不同程度打击力下大鼠液压冲击脑外伤模型进行病理学研究,发现损伤后 的病理学改变具有可分级的特点,并与临床轻、中、重度脑外伤存在相关性。现将结果报道 如下。

    1 材料与方法

    1.1 动物选择 18个月SD大鼠100只,雌雄不限,体重300~500g,具有 临床生理正常值(呼吸85次.min-1、心率334次.min-1,血压为15.7/12.3 kPa,脑重为体重的2.9%)。
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    1.2 动物分组 根据大鼠液压装置打击力大小将大鼠分为5组:对照组(1 2只)、轻伤组(26只)、中伤组(25只)、重伤组(28只)和极重伤组(9只)。

    1.3 分级模型的建立 SD大鼠编号称重后,选用2%戊巴比妥钠肌注或腹腔 注射,麻醉后置硅塑气管导管。将大鼠俯卧位固定于脑立体定向仪(汕头医学仪器厂、T03- 3)支架上,正中切开头皮,分别从左、右侧冠状缝后3mm,矢状缝旁开2mm处,用牙钻行 颅骨钻孔,开骨窗直径约3mm。将灭菌打击管用自凝牙托粉固定于骨窗中。在对侧冠状缝 后3mm与矢状缝旁开2mm处开骨窗,直径约15mm,埋入硅胶管15mm,行颅内压监护。 同时监测大鼠的血压、心率、呼吸等。采用根据液压冲击脑外伤模型原理[2]自行 改进的动物颅脑损伤液压装置[5],按打击力大小建立大鼠分级颅脑损伤模型。根 据分组情况给予不同的打击力(打击力的大小依据预试验而确定):轻伤组为13.3~33.3 kPa以下;中伤组为33.3~50.7kPa; 重伤组为50.8~73.3kPa;极重伤组 为73.4kPa以上;对照组不予撞击, 但手术操作过程完全相同。
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    1.4 观察内容 建立模型后,观察2~24h,在麻醉下开胸,心内灌注取 脑,进行如下内容观察。

    1.4.1 肉眼观察 硬脑膜完整与否,蛛网膜下腔有无出血、硬膜外及硬膜 下有无血肿、皮层、皮层深部、脑室、脑干有无出血或挫伤,部分进行伊文思蓝染色观察。

    1.4.2 光镜检查 全脑浸入10%福尔马林溶液2h,取大脑皮质、胼胝体 、基底节、中脑、桥脑、小脑等处组织进行石蜡包埋,切片,HE染色后光镜检查。

    2 结 果

    2.1 肉眼观察 对照组硬脑膜以及脑组织无异常;轻伤组有局限性蛛网膜 下腔出血,1例并发硬膜下血肿;中伤组有11例出现局部蛛网膜下腔出血,且均有大脑半球 同侧挫伤伴体积增大,脑回增宽,脑沟变浅;重伤与极重伤组均可见广泛性蛛网膜下腔出血 ,5例伴有一侧或双侧硬膜下血肿;重伤组大鼠均有脑干出血与肿胀,而极重伤组的损伤以 延髓为重。
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    2.2 脑组织蓝染观察 取对照组大鼠(2只)和实验组大鼠(8只)的脑组织进 行伊文思蓝染色观察,对照组大鼠脑组织染色均为阴性,实验组大脑半球与脑干染色均呈现 蓝色,范围在1/2以上,其中极重伤组大脑半球深部与脑干染色均呈深蓝(表1)。

    表1 脑组织蓝染范围与程度

    n

    蓝染范围

    蓝染程度

    大脑半球

    脑干

    对照组

    12

    -
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    -

    -

    轻伤组

    26

    -

    +

    -

    中伤组

    25

    Ⅰ

    +

    ±

    重伤组

    28
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    Ⅱ

    ++

    +

    极重伤组

    9

    Ⅲ

    ++

    ++

    Ⅰ:大脑半球面积1/2以下;Ⅱ:大脑半球面积1/2以上;Ⅲ:大脑半球、深部与脑干; -:无染色;+:浅蓝色;++:深蓝色

    图1 中伤组:广泛蛛网膜下腔出血,伤侧脑室和胼胝体 出血及明显肿胀
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    Fig.1 The group of moderate trauma: extensive s ubarachnoid hemorrhage, ventricular hemorrhage, swelling and hemorrhage of corpu s calosum at the side of injury

    图2 中伤组:大脑皮质锥体细胞变园,核周质消失或呈 现网状核偏位及固缩

    Fig.2 The group of moderate trauma: the pyramida l cells of cerebral cortex turned into round shape, perikaryon disappeared, the shifted nuclei reticularis and karyopyknosis appeared
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    图3 重伤组:大脑皮质出血 图4 重伤组:小脑髓质出血

    Fig.3 The group of severe trauma: cerebral corti cal hemorrhage Fig.4 The group of severe trauma: cerebellar med ullary hemorrhage

    2.3 光镜观察 轻伤组有2例侧脑室内出血与枕大池血肿,并出现大脑皮 层锥体细胞变园、核偏位、尼氏体消失、胞质呈网状等脑水肿病理改变。中伤组大脑皮层锥 体细胞变园、核固缩、胞质大部分消失,大脑髓质有大片出血灶,其中5例显示脑干出血灶 ,大脑髓质广泛性出血灶,周围髓质神经纤维疏松,神经纤维溃变类似空泡或气球样变。重 伤与极重伤组镜下所见大脑皮层广泛性出血,大脑皮层锥体细胞胞体变园、核基质消失、 核固缩,甚至胞膜破裂,细胞呈空泡状,类似气球样变,胼胝体、基底节、海马出现广 泛性出血灶,小脑蛛网膜下腔与小脑分子层亦广泛出血,中脑、延髓可见片状出血,延髓出 血常累及高颈段脊髓(图1~4)。
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    2.4 病理学分级 根据病理学改变,结合打击力的大小,作者将液压冲击 脑外伤模型的脑组织病理学损伤程度分为四级:Ⅰ级损伤,局限于大脑半球层,包括挫伤、 出血、水肿;Ⅱ级损伤,从大脑皮层至扣带回,胼胝体头、体尾部;Ⅲ级损伤,从大脑皮层 至基底节海马间脑以上部位;Ⅳ级损伤,从大脑皮层至低位脑干以延髓为重,可累及颈髓上 段。依据上述分级,本实验的病理学改变可归纳如下(表2)。

    表2 液压分级脑外伤模型病理学分级观察

    打击力

    大小(kPa)

    脑组织病理学分级

    Ⅰ

    Ⅱ

    Ⅲ
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    Ⅳ

    对照组

    -

    -

    -

    -

    轻伤组

    <13.3~33.3

    +

    -

    -

    -

    中伤组

    33.3~50.7
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    +

    +

    +

    -

    重伤组

    50.8~73.3

    +

    +

    +

    +

    极重伤组

    >73.3

    +

    +
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    +

    +

    -:无该级病理学改变;+:存在该级病理改变

    3 讨 论

    将上述病理分级与液压冲击脑外伤模型,以及临床脑外伤相比较,发现Ⅱ级损伤相当于液压 冲击脑外伤模型的中度伤和临床上的脑挫伤,肉眼与镜下可见明显的蛛网膜下腔出血,从大 脑皮层至胼胝体处可有挫伤、片状出血或脑水肿。Ⅲ级损伤类似液压冲击脑外伤模型的重度 伤和临床上的脑挫裂伤;脑损伤从大脑皮层、基底节、丘脑、海马到间脑以上,少数可累及 脑干。其主要病变为广泛性蛛网膜下腔出血,脑组织挫裂伤,出血与硬膜下或脑内血肿; 镜下主要为损伤部位神经细胞核周质消失,胞膜破裂,细胞空泡状,类似气球样变,毛细血 管内皮细胞微绒毛增多,可伸向管腔,轴索肿胀弯曲。Ⅳ级损伤则相当于液压冲击脑外伤模 型的极重度伤和临床上的广泛性脑挫裂伤(含原发性脑干损伤),除大脑半球广泛性脑挫裂伤 外,大脑深部结构与脑干出现弥漫性点状或片状出血,以延髓为重,甚至波及延 髓。
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    近年来的研究表明[7],脑外伤后脑组织的微血管出现血管内凝血,造成微血管内 皮结构破坏,使血脑屏障通透性增高,从而导致血管内物质外溢,乃是外伤后脑水肿的主要 原因。本实验采用了能显示血脑屏障受损的伊文思蓝染色,观察到在中、重及极重伤组的脑 组 织出现不同程度的蓝染,证实了血脑屏障在脑外伤后出现破坏,并出现脑回的增宽及脑沟的 变浅等一系列脑水肿表现。同时出现与受伤严重程度一致的蓝染,表明血脑屏障的破坏与 受伤的轻重具有正比关系,且提示血脑屏障的破坏并不限于受伤局部,而是脑组织广泛受 到影响。如出现累及脑干、延髓的情况,这可部分解释为何临床上常见脑 组织局 部外伤后出现非局部性的广泛性脑水肿现象。

    轻伤可导致严重后果,本研究亦获证实。如轻伤组一只大鼠在打击力为25kPa,伤后1h 血压高达22.7/16kPa,颅内压6.4kPa,伤后3h因中枢性呼吸循环衰竭而亡,病解证 实为颅内血肿。轻微的颅脑损伤可发生严重后果应引起高度重视。临床上应严密观察, 及时处理。
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    本研究利用改进的液压分级脑损伤模型装置,通过100只大鼠脑组织病理学观察首次提出脑 损伤病理四级分类法。该法适用于实验时评估脑损伤的程度,也可用于临床,即根据脑损伤 轻重,判断与推测脑组织损伤程度与范围,结合CT,MRI等检查,为指导临床和判断预后提 供科学依据。

    参考文献:

    [1] Lighthall JW, Dixon CE, Anderson TE, et al. Experime ntal model of brain injury[J]. J Nuerotraum, 1989,6:83-94.

    [2] Mcintosh TK, Vink R, Noble L, et al. Aumatic brain injury in the rat: Characterization of a midline fluid-percussion model[J]. Cent Nerv Syst Tra uma, 1987,4:119-132.
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    [3] Sullivan HG, Martinez J, Becker DP, et al. Fluid-Percussion model of mechanical brain injury in the cat[J]. J Neurosurg, 1976,45:521-34.

    [4] Mcintosh TK, Vink R, Noble L, et al. Traumatic brain injury in the ra t: Characterization of a lateral fluid percussion model[J]. Neuroscien, 1989,2 8:233-44.

    [5] 方加胜,刘运生,等.实验性液压颅脑损伤模型的建立与研究:液压模型的研制[J ].中国现代医学杂志,1995,5:46-56.

    [6] Dixon CE, Lyeth BG, Povlishock JT, et al. A influid percussion model of experimental brain injury in the rta[J]. J Neurosurg, 1987,67:110-9.

    [7] 张剑宁,章翔,等.实验性脑损伤后水肿与体循环血液流变学改变的关系[J].第 四军医大学学报,1994,15:197-205., 百拇医药