Моделирование повреждений спинного мозга: достигнутые успехи и недостатки

Обложка
  • Авторы: Виссарионов С.В.1,2, Рыбинских Т.С.3, Асадулаев М.С.1, Хусаинов Н.О.1
  • Учреждения:
    1. Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр детской травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера» Министерства здравоохранения Российской Федерации
    2. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Северо-Западный государственный медицинский университет имени И.И. Мечникова» Министерства здравоохранения Российской Федерации
    3. Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет» Министерства здравоохранения Российской Федерации
  • Выпуск: Том 8, № 4 (2020)
  • Страницы: 485-494
  • Раздел: Обзоры литературы
  • Статья получена: 11.06.2020
  • Статья одобрена: 12.10.2020
  • Статья опубликована: 09.01.2021
  • URL: https://journals.eco-vector.com/turner/article/view/34638
  • DOI: https://doi.org/10.17816/PTORS34638
  • ID: 34638


Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Обоснование. Повреждения позвоночного столба разнообразны по характеру и вариантам травматических изменений, их относят к числу наиболее тяжелых травм опорно-двигательного аппарата. Создание оптимальной экспериментальной модели повреждений спинного мозга у лабораторных животных, при которой изменения идентичны происходящим у человека, важно для оценки и анализа патологических процессов, а также разработки методов комплексной терапии.

Цель — анализ различных экспериментальных моделей поражения спинного мозга у лабораторных животных с позиций оценки их преимуществ и недостатков для дальнейших исследований и использования в клинической практике.

Материалы и методы. В статье представлен обзор литературы, посвященный возможностям экспериментальных моделей травмы спинного мозга у лабораторных животных. Поиск литературы осуществляли в базах данных PubMed, Science Direct, E-library, Google Scholar за период с 1981 по 2019 г. по ключевым словам, приведенным ниже. В результате поиска было найдено 105 иностранных и 37 отечественных источников. После исключения были проанализированы 59 статей, 75 % представленных работ опубликованы за последние 20 лет.

Результаты. Обзор экспериментальных вариантов исследования спинного мозга у лабораторных животных показал отсутствие единой общепринятой универсальной модели. В ходе анализа установлено, что экспериментальные модели повреждения спинного мозга значительно различаются по механизму и характеру травмы. Кроме того, существуют сложности в оценке патологических процессов, происходящих у экспериментальных животных, их соотношении с клиническими изменениями и интерпретации достигнутых функциональных результатов, что затрудняет использование полученных результатов в клинической практике.

Заключение. Необходимо продолжать разработку и создание экспериментальных моделей повреждения спинного мозга, способных учитывать многофакторные аспекты травмы, включая биомеханические и временные, в клинической практике.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Сергей Валентинович Виссарионов

Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр детской травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера» Министерства здравоохранения Российской Федерации; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Северо-Западный государственный медицинский университет имени И.И. Мечникова»
Министерства здравоохранения Российской Федерации

Автор, ответственный за переписку.
Email: vissarionovs@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-4235-5048
SPIN-код: 7125-4930
Scopus Author ID: 6504128319

д-р мед. наук, профессор, член-корр. РАН, заместитель директора по научной и учебной работе, руководитель отделения патологии позвоночника и нейрохирургии

Россия, Санкт-Петербург

Тимофей Сергеевич Рыбинских

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Санкт-Петербургский государственный педиатрический медицинский университет»
Министерства здравоохранения Российской Федерации

Email: timofey1999r@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-4180-5353
SPIN-код: 7739-4321

студент 5-го курса лечебного факультета

Россия, Санкт-Петербург

Марат Сергеевич Асадулаев

Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр детской травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Email: marat.asadulaev@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1768-2402
SPIN-код: 3336-8996
Scopus Author ID: 57191618743

клинический ординатор, лаборант лаборатории экспериментальной хирургии

Россия, Санкт-Петербург

Никита Олегович Хусаинов

Федеральное государственное бюджетное учреждение «Национальный медицинский исследовательский центр детской травматологии и ортопедии имени Г.И. Турнера» Министерства здравоохранения Российской Федерации

Email: nikita_husainov@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-3036-3796
SPIN-код: 8953-5229

канд. мед. наук, научный сотрудник отделения патологии позвоночника и нейрохирургии

Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Толкачев В.С., Бажанов С.П., Ульянов В.Ю., и др. Эпидемиология травм позвоночника и спинного мозга // Саратовский научно-медицинский журнал. – 2018. – Т. 14. – № 3. – С. 592–595. [Tolkachev VS, Bazhanov SP, Ul’yanov VY. The epidemiology of spine and spinal cord injuries. Saratov journal of medical scientific research. 2018;14(3):592-595. (In Russ.)]
  2. Баиндурашвили А.Г., Виссарионов С.В., Александрович Ю.С., Пшениснов К.В. Позвоночно-спинномозговая травма у детей. – СПб., 2016. [Baindurashvili AG, Vissarionov SV, Aleksandrovich YS, Pshenisnov KV. Pozvonochno-spinnomozgovaya travma u deteiy. Saint Petersburg; 2016. (In Russ.)]
  3. Lam CJ, Assinck P, Liu J, et al. Impact depth and the interaction with impact speed affect the severity of contusion spinal cord injury in rats. J Neurotrauma. 2014;31(24):1985-1997. https://doi.org/10.1089/neu.2014.3392.
  4. Kearney PA, Ridella SA, Viano DC, Anderson TE. Interaction of contact velocity and cord compression in determining the severity of spinal cord injury. J Neurotrauma. 1988;5(3):187-208. https://doi.org/10.1089/neu.1988.5.187.
  5. Panjabi MM, Kifune M, Wen L, et al. Dynamic canal encroachment during thoracolumbar burst fractures. J Spinal Disord. 1995;8(1):39-48.
  6. Mattucci S, Speidel J, Liu J, et al. Basic biomechanics of spinal cord injury — How injuries happen in people and how animal models have informed our understanding. Clinical Biomechanics. 2019;64:58-68. https://doi.org/10.1016/j.clinbiomech.2018.03.020.
  7. Ivancic PC, Panjabi MM, Tominaga Y, et al. Spinal canal narrowing during simulated frontal impact. Eur Spine J. 2006;15(6):891-901. https://doi.org/10.1007/s00586-005-0985-4.
  8. Хелимский A.M. Позвоночно-спинномозговая травма (патогенез, клиника, диагностика, лечение): учебное пособие. – Хабаровск: Изд-во Дальневосточного государственного медицинского ун-та, 2006. – 106 с. [Khelimskiy AM. Pozvonochno-spinnomozgovaya travma (patogenez, klinika, diagnostika, lechenie): Uchebnoe posobie. Khabarovsk: Izdatel’stvo Dal’nevostochnogo gosudarstvennogo meditsinskogo universiteta; 2006. 106 p. (In Russ.)]
  9. Carlson GD, Gorden CD, Oliff HS, et al. Sustained spinal cord compression. Part I: Time-dependent effect on long-term pathophysiology. J Bone Joint Surg Am. 2003;85(1):86-94.
  10. Jakeman LB, Guan Z, Wei P, et al. Traumatic spinal cord injury produced by controlled contusion in mouse. J Neurotrauma. 2000;17(4):299-319. https://doi.org/10.1089/neu.2000.17.299.
  11. Fawcett JW, Curt A, Steeves JD, et al. Guidelines for the conduct of clinical trials for spinal cord injury as developed by the ICCP panel: Spontaneous recovery after spinal cord injury and statistical power needed for therapeutic clinical trials. Spinal Cord. 2007;45(3):190-205. https://doi.org/10.1038/sj.sc.3102007.
  12. Liu Y, Shi CG, Wang XW, et al. Timing of surgical decompression for traumatic cervical spinal cord injury. Int Orthop. 2015;39(12):2457-2463. https://doi.org/10.1007/s00264-014-2652-z.
  13. Furlan JC, Noonan V, Cadotte DW, Fehlings MG. Timing of decompressive surgery of spinal cord after traumatic spinal cord injury: An evidence-based examination of pre-clinical and clinical studies. J Neurotrauma. 2011;28(8):1371-1399. https://doi.org/10.1089/neu.2009.1147.
  14. Guha A, Tator CH, Endrenyi L, Piper I. Decompression of the spinal cord improves recovery after acute experimental spinal cord compression injury. Paraplegia. 1987;25(4):324-339. https://doi.org/10.1038/ sc.1987.61.
  15. Sjovold SG, Mattucci SF, Choo AM, et al. Histological effects of residual compression sustained for 60 minutes at different depths in a novel rat spinal cord injury contusion model. J Neurotrauma. 2013;30(15):1374-1384. https://doi.org/10.1089/neu.2013.2906.
  16. Волков С.Г., Верещагин Е.И. Модель экспериментальной травмы спинного мозга и эффективность нейропротекции кетамином в остром периоде спинномозговой травмы // Хирургия позвоночника. – 2016. – Т. 13. – № 4. – C. 90–93. [Volkov SG, Vereshchagin EI. Experimental model of traumatic spinal cord injury and neuroprotective effect of ketamine in acute phase of injury. Spine surgery. 2016;13(4): 90-93. (In Russ.)]. http://dx.doi.org/10.14531/ss2016. 4.90-93.
  17. Poon PC, Gupta D, Shoichet MS, Tator CH. Clip compression model is useful for thoracic spinal cord injuries: Histologic and functional correlates. Spine (Phila Pa 1976). 2007;32(25):2853-2859. https://doi.org/10.1097/BRS.0b013e31815b7e6b.
  18. Fukuda S, Nakamura T, Kishigami Y, et al. New canine spinal cord injury model free from laminectomy. Brain Res Brain Res Protoc. 2005;14(3):171-180. https://doi.org/10.1016/j.brainresprot.2005.01.001.
  19. Tadatoshi H, Naohisa F. New spinal cord injury model produced by spinal cord compression in the rat. J Pharmacol Methods. 1990;23(3):203-212. https://doi.org/10.1016/0160-5402(90)90064-r.
  20. Rabinowitz RS, Eck JC, Harper CM, Jr., et al. Urgent surgical decompression compared to methylprednisolone for the treatment of acute spinal cord injury: A randomized prospective study in beagle dogs. Spine (Phila Pa 1976). 2008;33(21):2260-2268. https://doi.org/10.1097/BRS.0b013e31818786db.
  21. Sparrey CJ, Choo AM, Liu J, et al. The distribution of tissue damage in the spinal cord is influenced by the contusion velocity. Spine (Phila Pa 1976). 2008;33(22):E812-819. https://doi.org/10.1097/BRS.0b013e3181894fd3.
  22. Dimar JR, 2nd, Glassman SD, Raque GH, et al. The influence of spinal canal narrowing and timing of decompression on neurologic recovery after spinal cord contusion in a rat model. Spine (Phila Pa 1976). 1999;24(16):1623-1633. https://doi.org/10.1097/00007632-199908150-00002.
  23. Shields CB, Zhang YP, Shields LB, et al. The therapeutic window for spinal cord decompression in a rat spinal cord injury model. J Neurosurg Spine. 2005;3(4):302-307. https://doi.org/10.3171/spi.2005.3.4.0302.
  24. Choo AM, Liu J, Dvorak M, et al. Secondary pathology following contusion, dislocation, and distraction spinal cord injuries. Exp Neurol. 2008;212(2):490-506. https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2008.04.038.
  25. Choo AM, Liu J, Lam CK, et al. Contusion, dislocation, and distraction: Primary hemorrhage and membrane permeability in distinct mechanisms of spinal cord injury. J Neurosurg Spine. 2007;6(3):255-266. https://doi.org/10.3171/spi.2007.6.3.255.
  26. Chen K, Liu J, Assinck P, et al. Differential histopathological and behavioral outcomes eight weeks after rat spinal cord injury by contusion, dislocation, and distraction mechanisms. J Neurotrauma. 2016;33(18):1667-1684. https://doi.org/10.1089/neu.2015.4218.
  27. Kwon BK, Okon EB, Tsai E, et al. A grading system to evaluate objectively the strength of pre-clinical data of acute neuroprotective therapies for clinical translation in spinal cord injury. J Neurotrauma. 2011;28(8):1525-1543. https://doi.org/10.1089/neu.2010.1296.
  28. Krisa L, Runyen M, Detloff MR. Translational challenges of rat models of upper extremity dysfunction after spinal cord injury. Top Spinal Cord Inj Rehabil. 2018;24(3): 195-205. https://doi.org/10.1310/sci2403-195.
  29. Courtine G, Bunge MB, Fawcett JW, et al. Can experiments in nonhuman primates expedite the translation of treatments for spinal cord injury in humans? Nat Med. 2007;13(5):561-566. https://doi.org/10.1038/nm1595.
  30. Sharif-Alhoseini M, Khormali M, Rezaei M, et al. Animal models of spinal cord injury: A systematic review. Spinal Cord. 2017;55(8):714-721. https://doi.org/10.1038/sc.2016.187.
  31. Zhang N, Fang M, Chen H, et al. Evaluation of spinal cord injury animal models. Neural Regen Res. 2014;9(22):2008-2012. https://doi.org/10.4103/1673-5374.143436.
  32. Steward O, Schauwecker PE, Guth L, et al. Genetic approaches to neurotrauma research: Opportunities and potential pitfalls of murine models. Exp Neurol. 1999;157(1):19-42. https://doi.org/10.1006/exnr.1999.7040.
  33. Inman DM, Steward O. Physical size does not determine the unique histopathological response seen in the injured mouse spinal cord. J Neurotrauma. 2003;20(1):33-42. https://doi.org/10.1089/08977150360517164.
  34. Ma M, Basso DM, Walters P, et al. Behavioral and histological outcomes following graded spinal cord contusion injury in the C57Bl/6 mouse. Exp Neurol. 2001;169(2): 239-254. https://doi.org/10.1006/exnr.2001.7679.
  35. Guth L, Zhang Z, Steward O. The unique histopathological responses of the injured spinal cord. Implications for neuroprotective therapy. Ann N Y Acad Sci. 1999;890:366-384. https://doi.org/10.1111/ j.1749-6632.1999.tb08017.x.
  36. Inman DM, Steward O. Ascending sensory, but not other long-tract axons, regenerate into the connective tissue matrix that forms at the site of a spinal cord injury in mice. J Comp Neurol. 2003;462(4):431-449. https://doi.org/10.1002/cne.10768.
  37. Sroga JM, Jones TB, Kigerl KA, et al. Rats and mice exhibit distinct inflammatory reactions after spinal cord injury. J Comp Neurol. 2003;462(2):223-240. https://doi.org/10.1002/cne.10736.
  38. Norenberg MD, Smith J, Marcillo A. The pathology of human spinal cord injury: Defining the problems. J Neurotrauma. 2004;21(4):429-440. https://doi.org/10.1089/089771504323004575.
  39. Reier PJ, Lane MA, Hall ED, et al. Translational spinal cord injury research: Preclinical guidelines and challenges. Handb Clin Neurol. 2012;109:411-433. https://doi.org/10.1016/B978-0-444-52137-8.00026-7.
  40. Blight AR, Tuszynski MH. Clinical trials in spinal cord injury. J Neurotrauma. 2006;23(3-4):586-593. https://doi.org/10.1089/neu.2006.23.586.
  41. Bortoff GA, Strick PL. Corticospinal terminations in two new-world primates: Further evidence that corticomotoneuronal connections provide part of the neural substrate for manual dexterity. J Neurosci. 1993;13(12):5105-5118. 6576412.
  42. Akhtar AZ, Pippin JJ, Sandusky CB. Animal models in spinal cord injury: A review. Rev Neurosci. 2008;19(1):47-60. https://doi.org/10.1515/revneuro. 2008.19.1.47.
  43. Heimburger RF. Return of function after spinal cord transection. Spinal Cord. 2005;43(7):438-440. https://doi.org/10.1038/sj.sc.3101748.
  44. Nishimaru H, Kudo N. Formation of the central pattern generator for locomotion in the rat and mouse. Brain Res Bull. 2000;53(5):661-669. https://doi.org/10.1016/s0361-9230(00)00399-3.
  45. Edgerton VR, Roy RR. Paralysis recovery in humans and model systems. Curr Opin Neurobiol. 2002;12(6):658-667. https://doi.org/10.1016/s0959-4388(02)00379-3.
  46. de la Torre JC. Spinal cord injury. Review of basic and applied research. Spine (Phila Pa 1976). 1981;6(4):315-335.
  47. Schmitt C, Miranpuri GS, Dhodda VK, et al. Changes in spinal cord injury-induced gene expression in rat are strain-dependent. Spine J. 2006;6(2):113-119. https://doi.org/10.1016/j.spinee.2005.05.379.
  48. Huang PP, Young W. The effects of arterial blood gas values on lesion volumes in a graded rat spinal cord contusion model. J Neurotrauma. 1994;11(5):547-562. https://doi.org/10.1089/neu.1994.11.547.
  49. Lee DH, Lee JK. Animal models of axon regeneration after spinal cord injury. Neurosci Bull. 2013;29(4):436-444. https://doi.org/10.1007/s12264-013-1365-4.
  50. Vilensky JA, O’Connor BL. Stepping in nonhuman primates with a complete spinal cord transection: Old and new data, and implications for humans. Ann N Y Acad Sci. 1998;860:528-530. https://doi.org/10.1111/j.1749-6632.1998.tb09095.x.
  51. Romero SD, Chyatte D, Byer DE, et al. Measurement of prostaglandins in the cerebrospinal fluid in cat, dog, and man. J Neurochem. 1984;43(6):1642-1649. https://doi.org/10.1111/j.1471-4159.1984.tb06090.x.
  52. Tsai SK, Lin SM, Hung WC, et al. The effect of desflurane on ameliorating cerebral infarction in rats subjected to focal cerebral ischemia-reperfusion injury. Life Sci. 2004;74(20):2541-2549. https://doi.org/10.1016/ j.lfs.2003.10.014.
  53. Sheng H, Wang H, Homi HM, et al. A no-laminectomy spinal cord compression injury model in mice. J Neurotrauma. 2004;21(5):595-603. https://doi.org/10.1089/089771504774129928.
  54. Van Loo PL, Van der Meer E, Kruitwagen CL, et al. Long-term effects of husbandry procedures on stress-related parameters in male mice of two strains. Lab Anim. 2004;38(2):169-177. https://doi.org/10.1258/002367704322968858.
  55. Sekhon LH, Fehlings MG. Epidemiology, demographics, and pathophysiology of acute spinal cord injury. Spine (Phila Pa 1976). 2001;26(24 Suppl):S2-12. https://doi.org/10.1097/00007632-200112151-00002.
  56. Smith PM, Jeffery ND. Spinal shock — comparative aspects and clinical relevance. J Vet Intern Med. 2005;19(6):788-793. https://doi.org/10.1892/0891-6640(2005)19[788:ssaacr]2.0.co;2.
  57. Delamarter RB, Sherman JE, Carr JB. 1991 Volvo Award in experimental studies. Cauda equina syndrome: Neurologic recovery following immediate, early, or late decompression. Spine (Phila Pa 1976). 1991;16(9):1022-1029.
  58. Watzlawick R, Antonic A, Sena ES, et al. Outcome heterogeneity and bias in acute experimental spinal cord injury: A meta-analysis. Neurology. 2019;93(1):e40-e51. https://doi.org/10.1212/WNL.0000000000007718.
  59. Ahmed RU, Alam M, Zheng YP. Experimental spinal cord injury and behavioral tests in laboratory rats. Heliyon. 2019;5(3):e01324. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2019.e01324.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Механизмы повреждений спинного мозга: а — ушиб (контузия) (при фиксированном позвоночном столбе после ламинэктомии повреждали спинной мозг импактором диаметром 2 мм); б — дислокация (смещение) (при удерживании двух позвоночно-двигательных сегментов каждым зажимом дорсально смещали каудальные позвонки); в — дистракция (при описанном фиксировании позвоночно-двигательных сегментов смещали фиксированные позвонки каудально) (по A.M. Choo et al. [24])

Скачать (97KB)
Метаданные
3. 脊髓损伤机制：a — 碰伤（挫伤）（在脊柱固定椎板切除后，使用撞击器损伤脊髓为2毫米）；b — 脱位（移位）（当握住两个脊柱的运动节段时，使用每个手术夹钳用于背向移位尾椎）；c — 牵张术（通过描述的固定椎体运动节段，固定椎体发生尾侧移位）（根据A.M. Choo等人[24]）

Скачать (97KB)
Метаданные

© Виссарионов С.В., Рыбинских Т.С., Асадулаев М.С., Хусаинов Н.О., 2021

Creative Commons License
Эта статья доступна по лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International License.
СМИ зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор).
Регистрационный номер и дата принятия решения о регистрации СМИ: серия ПИ № ФС77-54261 от 24 мая 2013 г.


Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах