[发明专利]一种产生啮齿类动物弥漫性轴索损伤的装置

说明书

技术领域

本发明涉及创伤神经外科、应用物理和应用力学领域。更具体地说，涉及一种产生弥漫性轴索损伤模型的装置。

背景技术

弥漫性轴索损伤患者死亡率极高，存活者多遗有严重神经功能障碍甚至呈长期植物状态生存，给家庭和社会带来严重经济和精神负担。目前弥漫性轴索损伤的临床诊疗尚无显著进展，现有治疗措施仍不能显著改善患者预后。稳定、可靠的动物模型有助于探索轴索损伤发生机制、提高弥漫性轴索损伤临床诊疗水平。相应地，人们也迫切需要一个能复制动物弥漫性轴索损伤的实验装置。

弥漫性轴索损伤为脑组织遭受线性或旋转性加/减速力作用，不同组织结构脑组织之间产生的剪应力导致，产生的受损轴索在脑内呈弥漫性分布。在真实临床损伤情形中，弥漫性轴索损伤由同时瞬间角加速和线加速力共同导致，且中等程度的角加速和线加速力常导致严重重型颅脑损伤，目前认为这一致伤方式最符合弥漫性轴索损伤临床发生机制。现有实验装置仅能产生上述致伤方式的某一方面，产生的病理改变也主要分布于脑干或表现为对冲伤，这与弥漫性轴索损伤的临床特征尚有较大差距。

头部发生瞬间线性或旋转性加/减速运动时，在脑组织内会产生一种剪切力，此剪切力可以撕裂神经元轴索，从而产生弥漫性轴索损伤。一般认为旋转性加/减速运动较线性加/减速运动更易导致弥漫性轴索损伤。目前复制弥漫性轴索损伤的模型主要有冲击负荷装置(Marmarou A，Foda MA，vanden Brink W，Campbell J，Kita H，Demetriadou K.A new model of diffuse braininjury in rats.Part I：Pathophysiology and biomechanics.J Neurosurg.1994Feb；80(2)：291-300.)和瞬间暴力致旋转装置(Fijalkowski RJ，Stemper BD，PintarFA，Yoganandan N，Crowe MJ，Gennarelli TA.New rat model for diffuse braininjury using coronal plane angular acceleration.J Neurotrauma.2007Aug；24(8)：1387-98.)，分别用于获得瞬间线性和旋转性加减速运动。

如图1所示，冲击负荷装置是将一铁盘用牙胶固定于大鼠穹窿部，将一重488g的铁盘从2m处自由落体，垂直撞击在铁盘上。此装置可以使大鼠头部在直线方向上运动一段距离，且可以产生900G的线性加速度。此装置可以使大鼠颅脑产生弥漫性轴索损伤，但其所致损伤主要分布于脑干或表现为对冲伤。

如图2所示，瞬间暴力致旋转装置是将老鼠头夹和冲击力臂(呈L形，短端连于中心轴上，长臂呈水平位，冲击力打击在长臂游离端)连于中心轴上，坠落重物撞击在冲击力臂的另一端，冲击力臂带动中心轴和头夹做旋转运动。此装置使得大鼠头部以脊柱轴心做旋转运动，且可以产生3.5×10⁵rad/sec²瞬间角加速度。此装置可以使大鼠颅脑产生弥漫性轴索损伤，但产生的病理改变也主要是分布于脑干。

现有装置的固有缺陷严重制约了研究进展，主要体现在：

1.在临床实际损伤情形中，头颅常同时产生瞬间线加速度和角加速度运动。目前实验装置仅能产生瞬间角加速度或线加速度，因而仍未能复制出弥漫性轴索损伤的真实发生情形。

2.弥漫性轴索损伤的临床病理特征为，损伤的轴索在脑内呈弥漫性分布，特别是不同组织结构的交界处，如灰白质交界处、胼胝体等部位。现有的实验装置产生的损伤主要分布于脑干或表现为对冲伤。因而，这些装置复制的动物模型可以为伤后轴索变化提供可靠资料，但用来研究伤后动物神经生理、行为等变化时存在很大局限性。

3.啮齿类动物遗传背景清楚，价格便宜，便于饲养和管理，因而成为理想的动物实验载体。目前研究认为产生弥漫性轴索损伤所需加速度随受试动物头颅质量减小而增大，(其中角加速度随头颅质量减小呈指数式增长)因而目前模型较难使用大鼠等啮齿类动物获得弥漫性轴索损伤模型。

4.目前认为，中等程度的角加速和线加速运动在临床上最常发生，也常导致重型颅脑损伤。理论上，此种复合的致伤方式可能较单纯的线/角加速运动更易于复制出理想的啮齿类动物弥漫性轴索损伤模型。然而，现有实验装置尚不能提供同时角加速和线加速运动，也不能用来验证此致伤方式是否可以复制出理想的弥漫性轴索模型。