IGF-1和GH对脊髓损伤保护作用的实验研究
脊髓损伤是指由于外界直接或间接因素导致的脊髓创伤,在损害的相应节段及以下平面出现各种运动、感觉和自主神经功能障碍,是一种严重的中枢神经系统疾病,具有致残率高、死亡率高、治疗困难等特点。流行病学研究表明,目前全球有超过2,500,000例患者饱受着脊髓损伤后遗症的困扰,并且每年大约有130,000例新发脊髓损伤患者。美国每年发生外伤性脊髓损伤近14,000例,每年为这些截瘫患者支出的医疗费用超过60亿美元。我国脊髓损伤的发生率更高,每年约60,000新发病例递增,更为不幸的是,绝大多数患者是15-40岁的青中年人。脊髓损伤造成了巨大的社会经济学影响...
脊髓损伤是指由于外界直接或间接因素导致的脊髓创伤,在损害的相应节段及以下平面出现各种运动、感觉和自主神经功能障碍,是一种严重的中枢神经系统疾病,具有致残率高、死亡率高、治疗困难等特点。流行病学研究表明,目前全球有超过2,500,000例患者饱受着脊髓损伤后遗症的困扰,并且每年大约有130,000例新发脊髓损伤患者。美国每年发生外伤性脊髓损伤近14,000例,每年为这些截瘫患者支出的医疗费用超过60亿美元。我国脊髓损伤的发生率更高,每年约60,000新发病例递增,更为不幸的是,绝大多数患者是15-40岁的青中年人。脊髓损伤造成了巨大的社会经济学影响。脊髓损伤造成的并发症包括褥疮、反复的尿路感染、肺炎及肾功能衰竭等,这些可能导致病人反复多次住院。除了住院治疗费用,脊髓损伤患者还需要长期的护理和康复治疗费用,当然还有许多间接成本,比如收入和生产力的丧失等。脊髓损伤给患者、家庭及社会带来沉重负担。
  脊髓损伤的机制包括原发性损害和继发性损害。原发性损害发生于急性脊髓损伤当时,由直接作用于脊髓的机械暴力,如剪切、撕裂、压迫及挫伤等,造成脊髓变形,它通常是局部的、不完全性的。而原发性损伤数分钟后,引起一系列细胞、分子和生物化学“瀑布”式反应,即继发性损害,包括免疫反应、水肿、氧化损伤、Ca2+超载、氧自由基产生及细胞凋亡等,使脊髓局部微血管痉挛、缺血,血管通透性增加,小静脉破裂,产生继发性出血性坏死。脊髓损伤分为完全性和不完全性损伤。完全性损伤后损伤平面以下所有功能丧失,损伤平面越高,症状越重。特别是高位颈髓损伤病人预后最差,它导致呼吸机麻痹,可迅速死亡。然而不完全性损伤也会引起一些严重后果,如自主神经功能障碍引起的排便、排尿、性功能异常;呼吸系统受累引起肺炎、呼吸困难,严重的脊髓损伤还可合并多种复杂的并发症。脊髓损伤不仅造成患者身体的伤残,使许多患者都失去了自我生活能力,同时也对患者的心理形成沉痛的打击,严重地影响患者的身心健康。因此,脊髓损伤的重要性越来越引起医学界的重视,特别是它的病理机制、临床表现、影像学表现及其治疗。
  目前,脊髓损伤缺乏行之有效的治疗方法。1982年Young等学者首次报道了甲基强的松龙对脊髓损伤有保护作用后,许多研究证实了甲基强的松龙对减轻继发性损害和促进脊髓损害后功能恢复的作用。皮质类固醇激素成为脊髓损伤治疗的金标准,并且纳入脊髓损伤早期临床治疗指南。然而,最近的研究认为,重复性动物实验并没有发现甲基强的松龙可以改善脊髓血流和提高功能恢复。而且它的神经保护作用不能持续很久,这可能与脊髓损伤后再灌注引起的继发性损害有关。美国国家急性脊髓损伤研究中心进行临床试验发现,大剂量和小剂量甲基强的松龙对脊髓损伤的保护作用没有差异性。并且大剂量甲基强的松龙可以引起高血糖、消化道出血、肺炎、伤口愈合延迟及感染等并发症,对于脊髓损伤患者的敝处远远大于患者的受益。因此,脊髓损伤后常规应用皮质类固醇激素存在很大争议。
  近年来大量的动物实验证实,干细胞移植对脊髓损伤有一定的修复作用。胚胎干细胞、脐带血干细胞、骨髓干细胞、神经干细胞和间充质干细胞已经报道用来治疗脊髓损伤。神经干细胞移植到脊髓损伤区域可以分化为成熟的神经元和胶质细胞,这些新生细胞修复损伤脊髓并能发挥神经保护作用。虽然,干细胞移植治疗脊髓损伤在实验室取得了令人兴奋的成绩,但是在临床上干细胞移植没有发现令人信服的证据。相反地,干细胞移植存在许多安全问题,比如慢性感染、黏膜炎、移植物抗宿主疾病等。干细胞安全有效地应用于临床仍有很长的路要走。利鲁唑是一种治疗肌萎缩性脊髓侧索硬化症的药物。有研究证实,在脊髓损伤中,它可以阻碍钙离子电压门控通道、防止钙离子内流、抑制谷氨酸的释放,从而产生神经保护作用。另外,动物实验表明,其他一些药物,如二甲胺四环素、红细胞生成素、尼莫地平、神经节苷脂、雌性激素等,能够对脊髓损伤产生保护作用,但没有应用于临床试验。
  近年来发现IGF-1在调控神经生长方面十分重要,具有神经保护作用,能够减轻多种病理因素对中枢神经系统造成的继发性损害,有助于受损神经细胞的功能恢复,对神经组织生长、发育起着非常重要的作用。IGF-1对胎儿和新生儿中枢神经系统发育是至关重要的,并且它在细胞增生、分化、神经生长、胶质细胞再生、突触发生、髓鞘形成等过程中起着重要的调节作用。以前的研究表明,鼠或兔脊髓损伤应用IGF-1或IGF-1基因治疗,能够明显减少细胞凋亡、改善诱发电位、提高运动功能评分,但是作用机制尚不够明确。然而最近临床试验证实,肌萎缩性脊髓侧索硬化症患者应用IGF-1治疗,持续2年时间,并没有取得好于对照组的结果。因此我们有必要选择一种更高级别、更接近于人类生理的实验动物,进一步研究IGF-1的神经保护作用。GH是IGF-1强有力的刺激因子,IGF-1介导GH的生物学效应。以前的研究证实,脊髓损伤后单独应用GH可以降低血脊髓屏障通透性和减轻脊髓水肿,从而发挥神经保护作用。国内尚没有GH治疗脊髓损伤的报道。目前认为,IGF-1和GH对急性脊髓损伤有神经保护作用,并且能够提高神经功能康复。然而以前的实验研究局限于鼠或兔子,而这些动物受损的脊髓存在自发恢复,研究结果就会存在偏差。
  因此,为了这些实验室结果能够应用到临床,我们非常有必要选择一种与人类脊髓相似的动物作为研究对象。我们认为,猪是一个较为理想的动物模型,它的脊髓尺度、神经系统复杂性及伤后神经再生潜能接近于人类。国外很多研究已经成功建立了可靠性高、重复性好的猪脊髓损伤模型,并利用该模型研究多种药物的疗效,而国内仅有陈长青制作了猪胸腰段脊髓火器贯通伤模型和Allen's打击伤后全瘫模型,更没有关于IGF-1和GH对猪脊髓损伤神经保护作用的报道。经颅电刺激诱发电位(transcranial electrical stimulation motor evokedpotential,TES-MEP)是利用电刺激皮层运动区产生兴奋信号,然后通过下行传导束使脊髓前角细胞或运动纤维去极化,在外周神经或者肌肉记录电信号,可以直接反应大脑、脑干、皮质脊髓束的功能情况。TES-MEP已经广泛应用于检测运动传导系统功能的完整性。因此,本研究利用术中TES-MEP作为指导,建立猪急性脊髓损伤模型,通过观察NeuN,GFAP,caspase-3的活性及细胞凋亡情况,系统评价IGF-1和GH的神经保护作用,为脊髓损伤的临床治疗提供理论依据。
  目的:
  本研究采用与人类生理更相近的猪作为实验动物,构建临床相似的脊髓损伤动物模型;在此基础上,系统研究IGF-1和GH的脊髓保护作用,并探讨其神经保护机制,为脊髓损伤的治疗提供理论基础及临床依据。
  方法:
  以运动诱发电位为指导,通过直接压迫和牵拉脊髓建立脊髓损伤模型。18头猪随机分为3组:胰岛素生长因子-1治疗组(A组)、生长激素治疗组(B组)及生理盐水对照组(C组)。脊髓损伤后1小时、24小时及48小时行腰椎穿刺鞘内给药。于术后第1天、第3天及第21天收集脑脊液检测胰岛素生长因子-1和生长激素浓度。连续21天使用修正的Tarlov评分标准对动物的运动功能进行评估。第21天处死动物并取材,检测脊髓中NeuN,GFAP,caspase-3的活性,并通过TUNEL染色观察细胞凋亡情况,比较各组之间有无差异。
  结果:
  通过这种方法建立的脊髓损伤模型稳定可靠,各组之间无明显差异。鞘内给药24小时及48小时后,脑脊液中胰岛素生长因子-1和生长激素浓度明显升高,术后21天恢复至基础值。胰岛素生长因子-1治疗组的运动功能评分优于其他各组。与生理盐水对照组比较,胰岛素生长因子-1治疗组可以明显提高脊髓损伤后神经元的存活数量,抑制星形胶质细胞增生,减少细胞凋亡。而生长激素组仅能抑制星形胶质细胞增生,其他方面与生理盐水组无明显差异。
  结论:
  1.利用TES-MEP作为指导,成功制作了猪急性脊髓损伤模型;
  2.胰岛素生长因子-1通过提高神经元存活数量、抑制星形胶质细胞增生及减少细胞凋亡促进脊髓损伤的恢复;
  3.生长激素仅能抑制星形胶质细胞增生,无明显神经保护作用。
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作者: 刘洪恩
学科专业: 外科学(神经外科)
授予学位: 博士
学位授予单位: 山东大学
导师姓名: 李刚
学位年度: 2015
语 种: chi
分类号: R681.5
在线出版日期: 2015年9月25日