猪模型中创伤性脊髓损伤后脑脊液动力学和蛛网膜下腔闭塞的磁共振成像研究
猪模型中的创伤性脊髓损伤后脑脊液动力学研究
背景介绍
创伤性脊髓损伤（Traumatic Spinal Cord Injury, SCI）是一种严重的神经系统疾病，常导致永久性神经功能障碍。尽管多年来科学家们一直在努力开发治疗方法，但由于其复杂的病理生理机制和损伤的异质性，治疗进展有限。脊髓损伤后，脊髓肿胀和蛛网膜下腔（Subarachnoid Space, SAS）的闭塞是常见的病理现象，这可能导致脊髓压迫和血流灌注减少。及时的手术减压被认为是改善神经功能恢复的关键，但并非所有患者都能通过手术完全恢复蛛网膜下腔的通畅性。因此，如何监测减压效果和脊髓损伤后的病理变化成为临床管理中的重要问题。
脑脊液（Cerebrospinal Fluid, CSF）的动力学变化可能与脊髓损伤后的病理过程密切相关。CSF的脉动性流动在健康状态下受到心血管和呼吸系统的调节，但在脊髓损伤后，这种流动可能会发生改变。通过磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging, MRI）技术，特别是相位对比MRI（Phase-Contrast MRI, PC-MRI），可以非侵入性地监测CSF的流动特性，从而为脊髓损伤后的病理变化提供新的见解。
论文来源
这篇论文由Madeleine Amy Bessen等人撰写，研究团队来自澳大利亚阿德莱德大学（University of Adelaide）的多个研究机构，包括阿德莱德脊柱研究组、神经病理学实验室等。论文于2025年发表在《Fluids and Barriers of the CNS》期刊上，题为《Fluids and Barriers of the CNS (2025) 22:6》。该研究得到了北美脊柱学会（North American Spine Society）的基础研究资助，并得到了澳大利亚政府研究培训计划的支持。
研究流程
1. 动物模型与实验设计
研究使用了10只雌性家猪（体重22-29公斤），随机分为两组：一组接受10厘米高度的重量跌落损伤（n=5），另一组接受20厘米高度的损伤（n=5）。所有动物在损伤前和损伤后的第3天、第7天和第14天进行了MRI扫描。研究的主要目标是：（1）表征蛛网膜下腔闭塞的程度；（2）研究脊髓损伤后14天内CSF动力学的变化。
2. 脊髓损伤诱导与术后护理
通过重量跌落装置在猪的胸椎T10水平诱导脊髓损伤。损伤后，动物接受了24小时的连续护理，包括镇痛和抗生素治疗。术后第8天和第13天，研究人员使用猪胸椎行为量表（Porcine Thoracic Behaviour Scale, PTIBS）评估了后肢运动功能。
3. MRI扫描与数据分析
MRI扫描包括T2加权成像和相位对比MRI（PC-MRI）。T2加权成像用于测量蛛网膜下腔闭塞的长度和横截面积，而PC-MRI用于测量CSF的峰值流速和流动时间。数据分析使用线性混合效应模型（Linear Mixed-Effects Models, LMM），评估了损伤组和时间点对蛛网膜下腔闭塞和CSF动力学的影响。
主要结果
1. 蛛网膜下腔闭塞的变化
研究发现，20厘米损伤组的蛛网膜下腔闭塞长度在损伤后第3天显著长于10厘米损伤组。随着时间的推移，闭塞长度逐渐减少，横截面积逐渐增加。这表明脊髓肿胀在损伤后逐渐减轻，蛛网膜下腔的通畅性有所恢复。
2. CSF动力学的变化
在损伤后第3天，所有脊髓水平的CSF峰值流速均显著下降，特别是在T8/T9水平，CSF的脉动性流动几乎消失。随着时间的推移，CSF的峰值流速逐渐恢复，特别是在损伤后第14天，CSF的流动特性接近基线水平。此外，研究发现，CSF的峰值流速和时间点的变化与蛛网膜下腔闭塞的程度密切相关。
3. 运动功能与组织学分析
通过PTIBS评估，20厘米损伤组的后肢运动功能显著低于10厘米损伤组。组织学分析显示，20厘米损伤组的脊髓病变面积更大，病变范围更广。
结论与意义
该研究通过猪模型系统地研究了创伤性脊髓损伤后蛛网膜下腔闭塞和CSF动力学的变化。研究发现，脊髓损伤后蛛网膜下腔的闭塞程度与CSF的流动特性密切相关，CSF的脉动性流动在损伤后显著下降，但随着时间推移逐渐恢复。这一发现为理解脊髓损伤后的病理生理机制提供了新的见解，并为临床监测减压效果和CSF动力学变化提供了潜在的非侵入性方法。
研究亮点
- 创新性方法：研究首次在猪模型中结合T2加权MRI和PC-MRI，系统地研究了脊髓损伤后蛛网膜下腔闭塞和CSF动力学的变化。
- 临床意义：研究结果表明，PC-MRI可以作为一种非侵入性工具，用于监测脊髓损伤后的CSF动力学变化，从而为临床治疗提供重要参考。
- 病理机制揭示：研究发现，CSF的脉动性流动与蛛网膜下腔闭塞的程度密切相关，这为理解脊髓损伤后的病理机制提供了新的视角。
其他有价值的信息
研究还发现，尽管在损伤后第3天蛛网膜下腔几乎完全闭塞，但在损伤后第14天，CSF的流动特性逐渐恢复，这表明脊髓肿胀和蛛网膜下腔闭塞是可逆的。这一发现为未来的治疗策略提供了新的思路，例如通过改善CSF流动来促进脊髓功能的恢复。
这项研究不仅为理解创伤性脊髓损伤后的病理生理机制提供了新的见解，还为临床监测和治疗提供了潜在的非侵入性方法。