缺血性脑卒中/脑梗对人类健康构成严重威胁,是全国和全球范围内死亡和身体伤害的第三大原因。中风的高发病率、残疾率和死亡率给家庭和社会带来了沉重的负担。为了有效地选择治疗缺血性中风的药物,提高治愈率和康复率,建立接近人类梗死的大脑中动脉闭塞(MCAO)再灌注模型一直是研究人员面临的挑战,而使用稳定的动物模型是研究此类疾病的最重要工具之一。本文从实验动物的选择、线栓材料的选择、线栓的制作和加工、外部环境和手术的影响等方面介绍了研究SD大鼠大脑缺血再灌注实验动物模型制作的全部过程,为科研工作者提供长期稳定的SD大鼠大脑缺血再灌注模型,并最终提高实验动物模型的成功率和可行性。
2.1实验动物的选择
实验研究的前提是选择合适的实验动物模型:大脑缺血再灌注MCAO疾病模型,创造了一个高度复制人类临床脑血管疾病的动物模型,包括了临床病人的疾病特征,这对于临床研究脑缺血的发病机制和药物筛选非常重要。狒狒和食蟹猕猴的颅神经中枢与人类非常相似,但它们价格昂贵且难以饲养。犬大脑的血管床与人类的明显不同,它有一个广泛的颈内动脉和颈外动脉的吻合网络。在兔子中,大脑皮层发育不全,无法提供稳定的病理模型[1]。目前,大鼠是最常用的实验研究动物,因为其饲养成本低,繁殖快。因此,大鼠是目前研究心血管疾病最常用的实验动物之一。在大鼠中建立的大脑缺血再灌注实验动物模型是比较好再现的,因为大鼠的繁殖特点与人类相似,CT中脑组织的病理变化与医院中观察到的临床病人非常相似。
对于不同体重的大鼠,模型制备的成功率也不同。根据杨章章和陈红[2]的实验,实验动物的体重越低,手术死亡的风险越高,体重小于180g的大鼠手术死亡率达到70%,体重大于350g的大鼠手术死亡率不到10%。然而,体重超过350g的大鼠因为体型较大,拥有较大的血管,这就导致在模拟MCAO时,建模手术成功率相对来说比较低。因此,选择适当体重的大鼠进行模拟是极为重要的。并且因为体重在250-300g的大鼠的生命力强,抗感染,术后容易存活等优点,所以成为模拟MCAO的理想选择[3]。
2.2线栓的选择与制作
Tang等[4]的研究发现,钓鱼线内在属性均一,硬度及弹性非常合适,且头端较为简单即可处理,可作为手术的相对较好的实验材料。近些年来,我国大多数实验动物科研工作者大多使用钓鱼线作为MCAO手术模型的材料。
取熔点为56℃的固体石蜡一块,在瓷杯中加热熔化。取直径为0.24mm、长5cm的钓鱼线,将钓鱼线一端垂直浸入在熔化的石蜡中,浸入长度为5mm,浸入并立即提起即将凝固的薄层石蜡,使其地粘附在钓鱼线的一端可使钓鱼线直径变为0.26mm,就这样普通的钓鱼线即可变成规格一致头端光滑圆钝的栓线。
3.1 手术操作步骤
(1)麻醉及固定。大鼠提前4 h禁食后,进行麻醉。将大鼠四肢和头部固定在操作台上,使颈部延展,剃除颈部毛发,将加热毯设置到恒定37℃,维持大鼠体温。
(2)碘伏消毒后持手术刀片沿颈部正中做一长约2 cm 的切口。随后从两侧颌下腺之间剪开浅筋膜,露左侧胸锁乳突肌,反复钝性分离其与胸骨舌骨肌间的肌间隙,暴露左侧颈总动脉分叉所在之处,该操作过程应避免损伤气管和胸锁乳突肌等组织。
(3)沿左侧颈总动脉分叉处向心脏方向分离颈总动脉(CCA),并对其伴行的迷走神经行钝性分离操作。
(4)分离完迷走神经后,在 CCA深面放置两根细线,其中一根置于靠近 CCA 分叉处,打活结用以随后固定线栓,另一根细线于 CCA的近心端结扎。
(5)随后分离颈外动脉(ECA)和颈内动脉(ICA),用一条细线结扎 ECA,另预备一条细线于 ICA 处,并用血管夹夹闭 ICA。
(6)使用眼科剪在 CCA 上剪一“V”型小口,插入线栓头,将 CCA分叉处的活结系紧,松紧程度以能移动线栓和松开血管夹无血液流出为度。
(7)松开血管夹的同时,迅速将线栓沿着 ICA 插入,阻塞大脑中动脉(MCA)。若线栓进入部分后出现阻力感,提示可能插入翼腭动脉(PPA)。此时切忌继续用力插入,而应将线栓稍往后退,顺血管走向调整角度,避免插入 PPA。
(8)顺利插入线栓后,将 CCA 分叉处的活结再次系紧以固定线栓,并结扎 ICA 处预备的细线。此过程应注意检查 CCA、ECA 均结扎完毕后再行下一步操作,避免因忘记结扎或未结扎紧血管,使得血液返流,导致术中出血过多,影响术后生存率。
(9)若出现术中出血,应保持冷静,迅速找到出血点,用血管夹夹闭,待止血后,再用生理盐水反复冲洗,保持手术视野相对清晰。
(10)术后处理。逐层缝合皮肤,依次用碘伏和酒精消毒颈部后,大鼠放回笼子,俯卧位。室温控制在25±1 ℃[5]。
(11)线栓栓塞按照研究要求造成大鼠脑缺血的需要时间后,大鼠颈部用碘伏消毒,拆除缝合线。小心将线栓拔出至V形切口附近,在切口上方结扎,系死结。用眼科镊夹住线栓全部拔出,恢复血流灌注。逐层缝合皮肤,碘伏消毒后,将大鼠放回笼子,保温,给予充足饲料和水。
3.2 线栓插入深度
对于体重250-300g的大鼠,以超过颈总动脉分叉处18 -22 mm为较为适宜的线栓插入深度,稍有阻力感即止。胡华等[6] 认为当线栓插入深度为10 ~ 15 mm时,大鼠无明显的神经功能缺损;线栓插入深度为18-22 mm时,存在明显的神经功能缺损症状;而线栓插入深度> 22 mm时,大鼠极易昏迷不醒。
4.1 行为学评分
mNSS评分[7]包括运动、感觉、平衡和反射测试,用于评价动物运动、感觉、平衡、反射等神经功能。mNSS 评分0分为正常,18分为严重缺陷。大鼠造模后24 h 按照表1实验项目进行测试,当 mNSS 累计评分≥6 时,可视为 MCAO 模型建立成功。大鼠 MCAO 模型建立成功率表示如下:
4.2 TTC染色测定脑梗面积
TTC(2,3,5—氯化三苯基四氮唑)是呼吸链中吡啶—核苷结构酶系统的质子受体,与正常组织中的脱氢酶反应而呈红色,而缺血组织内脱氢酶活性下降,不能反应,故不会产生变化呈苍白。
将模型动物大鼠安乐死,解剖取材完整的脑组织,在-20℃速冻20min,便于切片。切片切成6片,每隔2mm切一片。将切片至于2%TTC磷酸缓冲液(PH 7.4)溶液中,用锡箔纸盖住培养皿,放入37℃温箱30min,15min后翻动脑切片,使其均匀接触到染液。
SD大鼠MCAO模型作为世界上最通用的模型之一,在其制作时为了达成较高的成功率也需要不断的探索和努力,我们再次总结了难点和问题点,希望这篇文章可以为大家制备模型提供参考。
(1)麻醉时间,麻醉程度适中,过浅影响操作,过深导致死亡。
(2)血管分离,在分离右侧CCA、ECA、ICA时,要注意迷走神经的保护, 减少对迷走神经的损伤, 尽量避免对迷走神经的直接牵拉。
(3)术中状态监护,例如发现呼吸异常,用镊子将大鼠舌头牵拉至嘴角一侧,防止舌头根部堵塞呼吸道出现窒息情况。
(4)手术视野,可以制备金属勾,用橡皮筋缠绕连结金属钩固定在固定板上,从而使手术切口左右上下拉开,扩大手术视野。
(5)线栓插入方向,在插入线栓时,有时只插入约1cm左右,就会出现严重堵塞,这种情况是线栓插入到翼腭动脉,此时有两种方法可供选择,其一,继续分离颈内动脉直至暴露翼腭动脉,用镊子固定辅助线栓方向;其二实验者可以通过将线栓方向调至适宜,并将线栓退出翼腭动脉,重新调整方向从而使线栓顺利进入ICA。
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作者 | 金琪尧
审核 | 彭鱼雁
排版 | 李尖尖
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