浅析脊髓损伤动物模型的运动功能评价方法

不同的脊髓损伤动物模型复制出不同类型的解剖结构损伤以及相应的行为学改变。损伤后的运动功能评价既可直接衡量脊髓的再生、修复和神经功能的重建，也是开展神经保护药物药效学试验不可或缺的环节。该文就国内外已经建立的评价方法作系统综述，同时列举其在实验治疗学上的应用，指导研究者选用合适的评价方法。

脊髓损伤( spinal cord injury，SCI) 是由于椎体的移位或碎骨片突出于椎管内造成脊髓或马尾神经不同程度的损伤，出现与损伤节段相应的各种运动、感觉和括约肌功能障碍、肌张力异常以及病理反射等改变。国内外已经建立了脊髓挫伤、压迫损伤、横断损伤、缺血损伤、牵张损伤和化学损伤等多种 SCI 动物模型，并且开展了部分神经保护药物的药效学筛选。但在实际研究中发现，动物模型与临床 SCI仍有很大区别，需要建立一套完整的、客观的运动功能评价系统，这对进一步探讨 SCI 发生发展机制和损伤后的修复治疗显得尤为重要。现有的 SCI 动物模型的运动功能评价方法可大致分为开放场地试验( open field test) ，非开放性场地试验( non-open field test) 和联合行为学评分法( combined be- havioral score) 3 类。

本文就各种 SCI动物模型的运动功能评价方法及其优缺点作系统综述，方便研究者根据实验治疗学的需要选用合适的模型及其评价方法。

1、Tarlov 法(Tarlov test)

1953年Tarlov 等首次描述开放场地试验，并应用于动物脊髓压迫损伤后的运动功能评价，内容有关节活动度，能否行走、跑步等。其特点是对灵长类动物较为可靠，且与脊髓损伤程度、神经功能恢复及轴突残存数量等的相关性较好，但对啮齿类动物一致性较差。由于观察者存在主观随意性，在不同实验环境下重复性不高。随后许多学者对 Tar- lov 法进行了诸多改良，并将此法应用于大鼠后肢功能评价。 Kazanci 等采用 Tarlov 法评价家兔脊髓缺血损伤后的运动功能，表明美西律具有明显改善神经功能和缓解组织病理损伤的作用，但与甲泼尼龙( 强大的抗氧化剂) 比较无统计学差异。Liang 等探讨川芎嗪和去铁胺治疗大鼠脊髓缺血损伤的联合效应，结果治疗组 Tarlov 评分明显高于对照组，且截瘫发生率与形态学改变存在相关性。

改良的 Tarlov 法虽然较为简单，但评分跨度大，容易呈跳跃性分布，较难判别啮齿类动物 SCI 程度上的差异，也难以揭示神经功能恢复的整个过程。因此，Tarlov 法仅作为啮齿类动物 SCI 程度的初步筛选，适合与其他行为学方法结合使用。Akdemir等采用改良后的 Tarlov 法分级标准和斜板试验，评价经 SJA6017 ( 一种钙蛋白酶抑制剂) 治疗后的 SCI 大鼠后肢功能的改善状况，提示抑制钙蛋白酶诱导的细胞凋亡可能是一种可行的SCI 治疗策略。

2、BBB 法(Basso-Beattie-Bresnahan test)

1995 年 Basso 等以 Tarlov 法的开放场地试验为基础提出一种新的神经运动功能评价方法( 简称 BBB 法) 。该法分级较细致，几乎包括了 SCI 后大鼠后肢恢复过程中所有行为学变化，且与脊髓损伤的程度高度相符。该法是目前许多研究者较为推崇的一种方法。主要是将动物置于环形封闭金属壳内，两个观察者对侧站立观察后肢运动功能变化，观察期为 5 min，期间观察者依照评分标准进行评分。根据评分结果，可以把 SCI 分为瘫痪、早期恢复、中期恢复和最后恢复4 个阶段。Basso 等认为该法专门用于评价大鼠 SCI 后后肢运动功能恢复情况，尤其是低位胸段脊髓挫伤后运动功能评价。其次，评分结果具有灵活性，可用于探讨运动功能恢复机制。由于记分呈渐进性排列，能够反映早期、中期及晚期的行为变化，揭示 SCI 恢复的全过程。Lankhorst 等在此基础上又增加了数据的输入、储存和分析，方便了数据间相互比较。

Li 等改良了 BBB 法，并应用于小鼠 SCI 模型的运动功能评价。与斜板试验相比较更具敏感性，本法变异系数更小。Pinzon 等报道米诺环素治疗并未引起 SCI 大鼠行为学或组织病理学的改变，呼吁临床脊髓挫伤之后使用米诺环素治疗尚需要作进一步细致的研究。Takeda 等报道利用米诺环素治疗大鼠脊髓缺血损伤，而后借助 BBB 法评判大鼠后肢运动功能。结果发现治疗组动物 BBB 评分和正常神经元数量明显高于对照组。

BBB 法用于评价前后肢运动功能时，需要采用双盲、双人独立观察记录，这样评分结果更具有客观性。因评分细节较多，对于初学者不易掌握。BBB 法仅适用于轻、中度损伤，而对重型损伤的评判敏感性不高。

3、主动步态分析(gait analysis)

de Medinaceli 等最早于 1982 年建立了脚印分析( foot- print analysis) 方法，并将其应用于大鼠神经运动功能评估，后经 Metz 等进行诸多改良。该法是将试验动物爪子涂以不同颜色的墨汁，并让其在木杆上行走，以跨步距离、爪子负重以及爪子活动角度为指标进行分析。但由于动物跨步距离和爪子活动角度难以精确测量，可靠性较差。Jia 等报道传统中药疏血通能明显促进脊髓血液循环，减少继发性损伤，保护缺血区神经元。采用 Tarlov 评分法和脚印分析法证实疏血通能促进损伤脊髓的运动功能恢复。

VisuGait分析系统是继 BBB 法之后，学术界广为推崇的一种研究动物步态的自动评价体系。一般重大的原创性的实验治疗学结果，建议采用 VisuGait分析系统证实。该法能够提供大量不同运动功能的分析数据，包括着地时间、悬空时间、步长、左右脚间距、步序等。

与 BBB 法相比，VisuGait分析系统克服了因动物快速运动而难以作出准确评估的缺陷，适合前后肢协调性评价。其次，该法也大大减少了人为因素的影响，使得评价结果的可靠性大大提高。Salazar 等采用VisuGait分析系统和 BBB 法观察小鼠脊髓挫伤后 30 d，移植人类神经干细胞的治疗效果。结果显示小鼠运动功能在移植后 d 2 就得到明显改善。

4、被动步态，跑台试验( treadmill test) 

跑台试验( treadmill test) 也叫被动步态分析，是在VisuGait分析系统装置的基础上进行的又一次改进。主要是把透明跑道转换成一条可运转的跑步带，以便更有利于步态分析。

该试验可用于动物肢体协调性及水平或倾斜步态力学分析，适合对小型啮齿类动 物的研究。其次，步态参数与跑步带的速率呈相关性，便于进行不同阶段神经运动功能的评估。此法不再需要对试验动物前后肢涂墨汁，弥补了脚印分析的缺陷。

因此，跑台试验被广泛应用于大脑感觉运动皮质损伤和 SCI 后的神经再生研究，其不足是需要购置昂贵的带高速摄像机的跑步机以及配套的数据采集分析软件。Li 等报道激活 Nogo-66 受体可以促进成年中枢神经系统损伤后的轴突生长，跑台试验、改良、改良 BBB 法、斜板试验和倾斜网格爬行评分均明显提高。