徐昌順,孫 培,林 春
(福建醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)院 腦老化與神經(jīng)變性疾病重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室疼痛研究中心,福州 350108)
大鼠鞘內(nèi)置管術(shù),即經(jīng)脊椎(間隙)將微量導(dǎo)管置入大鼠蛛網(wǎng)膜下腔的技術(shù)。通過留置的微量導(dǎo)管將藥物直接輸注到蛛網(wǎng)膜下腔,以研究藥物對脊髓的作用,并且無需考慮血腦屏障的影響;同時(shí)還可以收集腦脊液用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)微環(huán)境的研究[1]。該技術(shù)首先由Yaksh和Rudy[2]于1976年創(chuàng)建,隨后廣泛應(yīng)用于神經(jīng)科學(xué)、脊髓功能學(xué)等研究領(lǐng)域。隨著這一技術(shù)的推廣應(yīng)用,其缺陷也逐漸暴露出來:比如穿刺置管過程中脊柱結(jié)構(gòu)破壞過多、脊髓神經(jīng)損傷等易引起術(shù)后感覺、運(yùn)動(dòng)功能障礙;留置體外端導(dǎo)管固定不牢、鞘內(nèi)給藥不便以及導(dǎo)管易受污染等。針對以上問題,后續(xù)學(xué)者雖然不斷改進(jìn)穿刺置管工具,置管方法和導(dǎo)管固定方式[3],但尚未解決以上所有問題。為此,筆者改良設(shè)計(jì)了專門針對大鼠鞘內(nèi)置管的穿刺置管套件(專利號:201822235843.6)和用于固定、保護(hù)導(dǎo)管末端、方便鞘內(nèi)給藥的微量注射旋塞(專利號:201920349321.0),并利用該套件和注藥裝置用于大鼠鞘內(nèi)置管術(shù)中,通過觀察比較該套件在置管成功率、注藥便利性、導(dǎo)管位置準(zhǔn)確性、曠場試驗(yàn)和縮足反應(yīng)閾值以及置管后運(yùn)動(dòng)功能等方面的指標(biāo),以驗(yàn)證該裝置的可行性和有效性。
清潔SD大鼠,雄性,體重200~250 g,由福建醫(yī)科大學(xué)動(dòng)物中心提供[許可證號:SYXK (閩)2016-0007]。PE-10導(dǎo)管(內(nèi)徑0.28 mm,外徑0.61 mm,美國);Von Frey纖維絲(Aesthesio,美國);50 μl微量注射器(上海高鴿工貿(mào)有限公司);鹽酸利多卡因注射液(上海禾豐制藥有限公司);亞甲藍(lán)注射液(濟(jì)川藥業(yè)集團(tuán)有限公司)。
大鼠鞘內(nèi)置管穿刺針套件由中空的引導(dǎo)針和可由引導(dǎo)針中間穿過的探針組成。兩者前端均設(shè)計(jì)為楔形,楔形角度分別為45°和30°,尾端為翼狀手持部。探針可自由穿過引導(dǎo)針并且前端限制最大伸出為2 mm。引導(dǎo)針和探針均適配有封堵針芯(圖1)。
Fig. 1 The schematic diagram of puncture needle for lumbar intrathecal
微量注射旋塞由前后兩個(gè)部分組成:前半部分為旋塞頭,其內(nèi)部具有前小后大的錐形容置腔,容積約8 μl,并由橡膠塞封住。后半部分為固定器,通過螺紋與旋塞頭相連,固定器內(nèi)部為圓形腔,含有橡膠柱及樹脂墊。當(dāng)微量導(dǎo)管(如PE-10)經(jīng)穿孔到達(dá)錐形容置器前端時(shí),通過擰緊旋塞頭與固定器之間的螺紋,使旋塞頭的圓柱體能夠向內(nèi)頂壓橡膠柱,使得橡膠柱軸向尺寸被壓縮,進(jìn)而抱緊微量導(dǎo)管,實(shí)現(xiàn)了將整個(gè)微量注射旋塞固定連接在微量導(dǎo)管上(圖2)。
Fig. 2 The schematic diagram of Microinjection cock
健康雄性清潔級SD大鼠60只,按隨機(jī)數(shù)字表法分為常規(guī)組(C組,n=30)和改良組(M組,n=30)。所有大鼠均采用七氟醚麻醉。麻醉顯效后,剃除腰骶部及頸部手術(shù)區(qū)域毛發(fā)。
常規(guī)組:采用常規(guī)穿刺置管術(shù),即消毒鋪巾后于L5-6穿刺間隙正中縱向切開2~3 cm,分離椎旁肌肉至椎板,利用尖端磨平的20號注射器針頭于穿刺椎間隙緩慢鉆入,待針進(jìn)入蛛網(wǎng)膜下腔可見大鼠一過性甩尾或后肢抽動(dòng),此時(shí)置入準(zhǔn)備好的PE-10導(dǎo)管,退出針頭,縫合固定導(dǎo)管后,導(dǎo)管在皮下潛行至大鼠兩耳部之間穿出皮膚固定,體外保留2~3 cm長度,10 μl無菌生理鹽水沖洗導(dǎo)管后,加熱封閉末端。
改良組:大鼠俯臥位,腹下墊20 ml注射器,使腰骶部椎間隙充分暴露。消毒鋪巾后,沿大鼠脊柱L5-6 處做一縱形正中皮膚切口,約3~5 mm,左手固定于椎間隙處,右手持引導(dǎo)針,將引導(dǎo)針向頭端緩慢置入L5-6椎間隙,直至出現(xiàn)一突破感,表明針尖已刺破椎間韌帶到達(dá)硬膜外腔。此時(shí),拔出封堵針芯,插入探針,利用探針刺破此處硬脊膜并且可見大鼠出現(xiàn)甩尾或后肢抽動(dòng),表示針頭已穿過硬膜達(dá)蛛網(wǎng)膜下腔,再拔出探針,經(jīng)引導(dǎo)針置入提前做好標(biāo)記并預(yù)充生理鹽水的PE-10導(dǎo)管,經(jīng)硬膜破口處到達(dá)蛛網(wǎng)膜下腔,置管深度為2~2.5 cm。此過程借鑒臨床腰硬聯(lián)合麻醉過程中的“針內(nèi)針”技術(shù),完成大鼠鞘內(nèi)穿刺置管過程。置管后,用3-0無菌絲線將PE-10導(dǎo)管縫合固定于L5棘突和椎旁肌肉上,縫合皮膚切口,并經(jīng)皮下隧道于頸部兩耳之間的小切口處引出PE-10導(dǎo)管,導(dǎo)管末端連接微量注射旋塞,“荷包”縫合固定微量注射旋塞于頸部。待需要進(jìn)行鞘內(nèi)給藥時(shí),將微量注射器的針頭穿透橡膠塞,將藥液直接注入錐形容置腔中通過微量導(dǎo)管進(jìn)入大鼠蛛網(wǎng)膜下腔內(nèi),注射完畢后拔出針頭,可以依靠橡膠塞自行密封鞘內(nèi)導(dǎo)管(圖3)。
Fig. 3 The schematic diagram of Microinjection cock instructions
所有大鼠術(shù)后單籠飼養(yǎng),自然蘇醒,術(shù)后常規(guī)使用青霉素抗感染治療3 d。
觀察并記錄兩組大鼠置管1 d后自然狀態(tài)下隨意行走的步態(tài),采用分級制:Ⅰ級:正常步態(tài);Ⅱ級:異常步態(tài),一側(cè)后肢功能障礙;Ⅲ級:雙后足功能障礙但尚能行走;Ⅳ級:雙后肢截癱。
兩組大鼠鞘內(nèi)置管完成后,分別于術(shù)后1、3、7、14、21 d進(jìn)行利多卡因?qū)嶒?yàn),檢測導(dǎo)管是否在位;并于第30日鞘內(nèi)注射亞甲藍(lán),后處死大鼠,解剖椎管,觀察椎管內(nèi)導(dǎo)管位置情況。常規(guī)組給藥,需消毒導(dǎo)管體外保留端,剪除密封末端,將微量注射器針頭小心插入導(dǎo)管內(nèi)約3~5 mm,給予2%利多卡因10 μl,藥液經(jīng)導(dǎo)管注射入蛛網(wǎng)膜下腔,再使用10 μl無菌生理鹽水沖洗導(dǎo)管,最后加熱密封導(dǎo)管末端。改良組行鞘內(nèi)注射給藥時(shí),先消毒微量注射旋塞的橡膠塞,后用微量注射器刺入橡膠塞給予2%利多卡因10 μl,隨后再用10 μl無菌生理鹽水沖洗,之后直接拔出微量注射器。記錄并比較兩組自開始消毒到完成鞘內(nèi)給藥操作的時(shí)間。注射利多卡因后,如大鼠在30 s內(nèi)出現(xiàn)雙下肢麻痹,并持續(xù)20~30 min,則證明導(dǎo)管位于蛛網(wǎng)膜下腔內(nèi)。
所有實(shí)驗(yàn)大鼠于置管前1 d,置管后1、3、7、14、21、30 d參照 Chaplan SR 等[4]介紹的方法,用 Von Frey 纖維絲以 Dixon WJ 等[5]的“up-and-down” 法測定推算其機(jī)械刺激反應(yīng)閾值 (50%PWT,paw withdrawal threshol)。觀察置管前后大鼠機(jī)械刺激縮足閾值的變化情況。用Von Frey纖維絲垂直刺激大鼠后足掌部,避開爪墊,持續(xù)時(shí)間≤4 s,大鼠出現(xiàn)抬足或舔足行為視為陽性反應(yīng),否則為陰性反應(yīng)。測定首先從2 g開始,當(dāng)該力度刺激不能引起陽性反應(yīng),則給予相鄰大一級力度刺激;如出現(xiàn)陽性反應(yīng)則給予相鄰小一級力度刺激,如此連續(xù)進(jìn)行,直至出現(xiàn)陰性反應(yīng)和陽性反應(yīng)的騎跨值時(shí),再連續(xù)測定4次。最大力度為15 g,大于此值時(shí)記為15 g。每次刺激間隔30 s,每次測量為同一后足并且纖維絲彎曲弧度相同,確保每次施加的刺激相同。
曠場實(shí)驗(yàn)是檢測動(dòng)物情緒行為的一種常用的經(jīng)典實(shí)驗(yàn)方法,應(yīng)用曠場實(shí)驗(yàn)評價(jià)頸部固定微量注射旋塞后對大鼠自主活動(dòng)的影響。即將大鼠放置在高60 cm,底邊長100 cm,內(nèi)壁涂黑的無蓋方箱裝置內(nèi),其正上方2 m處安裝一攝像機(jī),鏡頭對準(zhǔn)箱底。同時(shí)進(jìn)行攝像和計(jì)時(shí),顯示器中觀察大鼠5 min內(nèi)的活動(dòng)情況。分別于術(shù)前和術(shù)后7 d各測量一次。測試結(jié)束后采用自主活動(dòng)視頻分析軟件分析錄像,并記錄結(jié)果。
常規(guī)組有1例因反復(fù)穿刺,椎板結(jié)構(gòu)破壞過多,置管失敗,改良組均置管成功;運(yùn)動(dòng)功能分級:C組Ⅰ級75.9%,Ⅱ級20.7%,Ⅲ級3.4%,M組Ⅰ級96.7%,Ⅱ級3.3%,無Ⅲ、Ⅳ級,改良組運(yùn)動(dòng)功能分級Ⅰ級占比率顯著高于常規(guī)組(P<0.05);利多卡因?qū)嶒?yàn)顯示C組鞘內(nèi)導(dǎo)管分別于置管后第14日、21日各有1例脫落,至置管后第30日,經(jīng)亞甲藍(lán)定位,C組有4例導(dǎo)管脫出,而M組導(dǎo)管均在位,兩組相比有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P<0.05,表1)。
Tab. 1 Results of success rate in intrathecal catheterization , and catheter location and motor function(n=30)
常規(guī)組鞘內(nèi)給藥,需將微量針小心穿入鞘內(nèi)導(dǎo)管,給藥操作時(shí)間為(207.07±16.20)s,多長達(dá)3 min以上;而改良組經(jīng)微量注射旋塞行鞘內(nèi)給藥方便迅速,給藥時(shí)間為(57.90±5.73)s,即在60 s左右完成,兩組在注藥操作時(shí)間上相比具有顯著差異(P<0.01)。
置管后7 d內(nèi),兩組大鼠的PWT處于波動(dòng)狀態(tài),至置管后第3日降至最低,與術(shù)前相比有顯著差異(P<0.05),置管7 d后恢復(fù)穩(wěn)定,與基礎(chǔ)值無差異(P>0.05);改良組與常規(guī)組在鞘內(nèi)置管前后各時(shí)點(diǎn)PWT變化無差異(P>0.05, 表2)。
Tab. 2 Results of PWT on n=30)
常規(guī)組在置管前后的曠場實(shí)驗(yàn)中各指標(biāo)間比較均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異;改良組大鼠在微量注射旋塞放置前后的曠場實(shí)驗(yàn)中,總路程、中央?yún)^(qū)活動(dòng)路程以及運(yùn)動(dòng)時(shí)間和速度等方面均無差異,并且中央?yún)^(qū)活動(dòng)路程占比在置管前后無差異;兩組間各指標(biāo)之間相比也無差異(表3,圖4)。
Tab. 3 Results of open-filed test on n=30)
Fig. 4 Rat trajectory in the open field test on pre-/post-catheterization
大鼠鞘內(nèi)置管技術(shù)在麻醉與鎮(zhèn)痛、心血管調(diào)控的脊髓機(jī)制和藥物脊髓作用等動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究中具有重要的價(jià)值[6-7]。自大鼠鞘內(nèi)置管模型建立40多年以來,國內(nèi)外學(xué)者不斷進(jìn)行鞘內(nèi)置管工具的設(shè)計(jì)與改進(jìn)[8-9],但目前所使用的穿刺置管工具都不可避免的存在椎板結(jié)構(gòu)破壞過多和穿刺效率低的缺點(diǎn),為此筆者改良設(shè)計(jì)的專門用于大鼠鞘內(nèi)的穿刺置管套件,在本實(shí)驗(yàn)中與常規(guī)穿刺工具相比,具有顯著優(yōu)點(diǎn)。首先,該套件操作時(shí)僅需在大鼠腰骶部切開3~5 mm,利用引導(dǎo)針定位穿刺點(diǎn)于目標(biāo)椎間隙,再經(jīng)探針于此處硬膜開一可供鞘內(nèi)導(dǎo)管穿入的開口,不破壞椎板結(jié)構(gòu),并且限定探針前端超出引導(dǎo)針最大為2 mm,據(jù)報(bào)道[10]SD大鼠腰骶段椎管平均直徑為2 mm,限定探針伸出長度可避免探針探查和刺破硬膜時(shí)對附著于椎管內(nèi)側(cè)壁神經(jīng)根的損傷。同時(shí),探針內(nèi)有針芯封堵,可防止探針楔形尖端切割導(dǎo)致的神經(jīng)損傷。常規(guī)組穿刺操作破壞了椎板的正常結(jié)構(gòu),若在穿刺間隙定位模糊的情況下反復(fù)穿刺,則造成脊椎破壞過多,損傷較大,甚至穿刺置管失敗。從兩組置管后的運(yùn)動(dòng)功能分級差異也顯示該穿刺套件損傷較小。其次,該套件置管成功率與常規(guī)組相當(dāng),甚至更優(yōu)。盡管兩組大鼠鞘內(nèi)置管后7 d內(nèi),機(jī)械刺激縮足閾值出現(xiàn)波動(dòng),但一周之后便趨于穩(wěn)定,可能與鞘內(nèi)穿刺操作以及導(dǎo)管置入后的局部刺激反應(yīng)有關(guān)[11],故所涉及后肢感覺或運(yùn)動(dòng)功能檢測的行為學(xué)實(shí)驗(yàn),一般選擇鞘內(nèi)置管后一周再進(jìn)行,以規(guī)避鞘內(nèi)插管本身帶來的影響。最后,引導(dǎo)針手持部設(shè)計(jì)有翼狀尾部和與針尖楔形方向一致的標(biāo)記:翼狀尾部有助于穿刺時(shí)的手指著力,而標(biāo)記針尖斜口方向有助于控制鞘內(nèi)導(dǎo)管的走行方向。同時(shí)引導(dǎo)針管徑匹配鞘內(nèi)導(dǎo)管直徑,可限制置管時(shí)鞘內(nèi)導(dǎo)管的折彎或者盤曲,更有利于導(dǎo)管的順利置入。由此可見,大鼠鞘內(nèi)置管穿刺針套件在較小的創(chuàng)傷下,即可順利、高效的完成鞘內(nèi)置管操作,實(shí)用性較強(qiáng)。
大鼠鞘內(nèi)置管模型建立的另一個(gè)重要方面即是鞘內(nèi)導(dǎo)管的妥善固定、導(dǎo)管末端的保護(hù)以及給藥操作的便利性。導(dǎo)管的妥善固定是進(jìn)行后續(xù)實(shí)驗(yàn)的重要保證。早期鞘內(nèi)插管成功后,導(dǎo)管末端經(jīng)熱熔或者不銹鋼堵頭封閉后直接游離放置體外,待需要鞘內(nèi)給藥時(shí),即剪去末端部分,經(jīng)由微量注射針施行給藥。但此操作存在一系列缺陷:(1)末端未行保護(hù)的導(dǎo)管游離放置,極有可能被大鼠用前爪拖出。這在經(jīng)腰骶部穿刺置管途徑中更為明顯,因?yàn)槠渥倒軆?nèi)導(dǎo)管行程較短,僅2~3 cm,Storkson等[12]報(bào)道經(jīng)腰5-6椎間隙鞘內(nèi)置管后4 d內(nèi)超過50%以上的大鼠鞘內(nèi)導(dǎo)管脫出或體外部分被破壞;(2)鞘內(nèi)導(dǎo)管直徑纖細(xì),微量注射器針頭注射給藥時(shí)不易準(zhǔn)確穿入,操作不便;(3)每次行鞘內(nèi)給藥操作均需剪除一段導(dǎo)管,若進(jìn)行長期反復(fù)鞘內(nèi)給藥,則導(dǎo)管逐漸縮短,不能保證后續(xù)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行;(4)鞘內(nèi)導(dǎo)管末端直接暴露于體外,雖然大鼠抗感染力強(qiáng),對病菌耐受程度遠(yuǎn)高于人類,但幾乎所有動(dòng)物都不可避免的發(fā)生糞尿污染導(dǎo)管,可引起局部感染,甚至產(chǎn)生行為異常[13]?;谝陨先毕荩罄m(xù)學(xué)者也做了許多改進(jìn)。Milligan等[14]選擇在大鼠背側(cè)固定一金屬套管底座,用以保護(hù)體外導(dǎo)管。該法優(yōu)點(diǎn)是末端導(dǎo)管有金屬套保護(hù),導(dǎo)管不易被拖出,但大鼠生性好動(dòng),背部額外裝置加重負(fù)擔(dān),可能對行為學(xué)產(chǎn)生一定影響,同時(shí)也沒有解決方便給藥的問題;Jasmina等[15]在導(dǎo)管末端輔以一金屬保護(hù)頭封閉導(dǎo)管,并固定在大鼠背側(cè),方便多只飼養(yǎng),節(jié)約成本,可以一定程度上避免社會(huì)隔離綜合征[16];Xu等[17]則通過將導(dǎo)管末端放置于一金屬固定器內(nèi),管的外部卷入保護(hù)器中,實(shí)現(xiàn)導(dǎo)管的保護(hù),但該法注藥操作極為繁瑣;杜世偉等[18]重點(diǎn)針對給藥便利性及抗感染角度設(shè)計(jì)出橡皮囊封閉末端導(dǎo)管,并將整體放置于大鼠腰部皮下固定,可避免大鼠撕咬及感染,方便給藥,而且可反復(fù)進(jìn)行穿刺注藥操作,但實(shí)驗(yàn)時(shí)需要局麻下切開后取出給藥,干擾了正常生理過程,對研究因素增加了額外的干擾。由此可見,尚未有一種改進(jìn)方案可解決以上所有問題。本實(shí)驗(yàn)中,使用微量注射旋塞旋接鞘內(nèi)導(dǎo)管,一方面可保護(hù)游離放置的導(dǎo)管末端,并“荷包”縫合緊固于大鼠頸部,可以避免鞘內(nèi)導(dǎo)管被大鼠前爪拖出,雖然兩組均采用章沿鋒等[19]提出的將導(dǎo)管繞成環(huán)形固定于肌肉和筋膜上,以充分地緩解導(dǎo)管的張力,避免導(dǎo)管從椎管內(nèi)脫出或位置改變,但顯然,常規(guī)組仍有導(dǎo)管脫出和鞘內(nèi)導(dǎo)管位置改變的情況,改良組因?yàn)槲⒘孔⑸湫悠鸬搅己玫谋Wo(hù)作用,導(dǎo)管準(zhǔn)確位于鞘內(nèi)。另一方面,微量注射旋塞封閉鞘內(nèi)導(dǎo)管游離端,使整個(gè)導(dǎo)管均位于皮下,并借助微量旋塞尾端的橡膠塞與外界隔絕,避免糞尿污染導(dǎo)管,當(dāng)需行鞘內(nèi)給藥時(shí),只清潔消毒旋塞尾端橡膠塞即可。再者,微量注射旋塞頭端為自旋緊固設(shè)計(jì),依靠固定器內(nèi)部橡膠柱的形變可適配不同規(guī)格的微量導(dǎo)管,鞘內(nèi)給藥過程類似臨床輸液過程,只需將微量注射器針頭刺入橡膠塞就可以完成鞘內(nèi)給藥,注藥過程十分簡便,從兩組完成注藥操作時(shí)間上的差異也可以看出,微量注射旋塞優(yōu)勢極為明顯。
綜上,微量注射旋塞較好的解決當(dāng)前大鼠鞘內(nèi)置管后的導(dǎo)管的保護(hù)、固定以及給藥的問題,但頸部固定的微量注射旋塞畢竟作為外來內(nèi)植物,是否會(huì)對大鼠的自主活動(dòng)行為產(chǎn)生影響,我們通過曠場實(shí)驗(yàn)進(jìn)行評估。曠場實(shí)驗(yàn)又稱敞箱實(shí)驗(yàn),是評價(jià)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物在新異環(huán)境中自主行為、探究行為與緊張度的一種方法。大鼠進(jìn)入新環(huán)境后,會(huì)經(jīng)歷緊張、興奮、探索、適應(yīng)等心理過程,其活動(dòng)表現(xiàn)為趨避性,好奇性及探索性的特點(diǎn)[20],因而曠場實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚍从炒笫筮M(jìn)入空曠區(qū)域時(shí)的自我情緒,是評價(jià)嚙齒類實(shí)驗(yàn)動(dòng)物運(yùn)動(dòng)功能和焦慮狀態(tài)的經(jīng)典方法。本研究結(jié)果說明微量注射旋塞的放置并未影響大鼠的自主活動(dòng)與情緒狀態(tài)。
總之,大鼠鞘內(nèi)置管穿刺套件作為專門應(yīng)對大鼠鞘內(nèi)置管操作而設(shè)計(jì)的穿刺置管工具豐富大鼠鞘內(nèi)置管操作手段,具有創(chuàng)傷小,效率高,實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn);而微量注射旋塞彌補(bǔ)當(dāng)前大鼠鞘內(nèi)導(dǎo)管處置過程中的諸多缺陷,并且還可拓展應(yīng)用到涉及體腔內(nèi)藥物注射的其它小型實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。但我們也應(yīng)認(rèn)識(shí)到,大鼠生性好動(dòng)、喜啃咬,頸部微量注射旋塞能完整保存的期限以及采用何種材質(zhì)以防啃咬、破壞和實(shí)現(xiàn)多只飼養(yǎng),這些仍值得我們進(jìn)一步研究。