锰增强MRI在体评价大鼠脊髓损伤的实验研究

摘要

背景：
　　脊髓损伤(spinal cord injury，SCI)是一种严重的致残性中枢神经系统损伤，严重威胁人类的健康，给家庭和社会带来承重的负担。脊髓损伤的病理机制复杂，治疗效果不理想，预后难以预料，一直是学者们的研究热点和难点。目前，脊髓损伤病理机制和修复治疗的实验研究难以在临床上开展，往往是依托动物模型为载体，应用组织切片、免疫组化、分子示踪等实验技术对结果进行检测和疗效评价。此类方法都必须处死动物或在尸体上进行，而无法进行无创的活体观察和功能评定，尤其不能对同一实验动物进行对比和纵向研究。因此，无论是阐释脊髓损伤病理机制的动物实验还是评估治疗效果的临床研究，均需要一种既无创又能同时连续监测脊髓损伤后结构与功能变化的评价方法。
　　近年来，在大脑广泛使用的各种功能磁共振成像技术亦开始应用于脊髓正常功能和病变的研究，这为无创条件下活体评价脊髓损伤后结构与功能的变化开辟了广阔的空间。其中，以二价锰离子(Mn2+)为对比剂的锰增强磁共振成像(manganese-enhanced MRI，MEMRI)是近年来发展迅速的一种新型神经功能成像技术。它的基本原理是以Mn2+作为Ca2+的示踪剂，动态观测功能或病理状态下Ca2+在神经细胞内以及神经突触间的转运过程，从而在活体状态下动态追踪神经传导通路和研究大脑功能。目前，锰增强磁共振成像在动物大脑结构与功能研究中的应用比较成熟，但能否成为一种检测脊髓正常功能和病变的有效方法还不得而知。
　　目的：
　　（1）实现正常大鼠脊髓的锰增强MRI，观察Mn2+对比增强脊髓的时间过程。
　　（2）应用锰增强MRI示踪大鼠SCI后结构与功能的变化，探讨锰增强MRI无创、活体评价脊髓损伤的可行性，以期为研究脊髓的神经传导通路、轴突再生、功能重塑及疗效评价提供新的检测方法。
　　材料和方法：雄性SD大鼠40只，随机分为模型组（n=30）和对照组（n=10）。模型组随机分为A组（轻度SCI）和B组（中度SCI），每组15只；应用Allen’s改良撞击法建立T10脊髓损伤模型，A组致伤势能为25gcm，B组致伤势能为50gcm；对照组行椎板切除，不损伤脊髓。术后不同时间点对各组大鼠进行BBB评分。术后2周，各组大鼠延髓池注射1μl0.1M的氯化锰溶液。术后第3天、给锰前以及给锰后0h至5天，采用7T超导MR对各组大鼠脊髓成像。扫描获得图像导入Image J3.0工作站，运用感兴趣区技术测量T1WI轴位图像中脊髓近侧区（颈、胸脊髓）、T10区、远侧区（腰、骶脊髓）三个部位的信号强度，并计算SNR的均值。计算公式为：SNR=0.655 S/SD，其中S表示ROI的信号强度，SD表示背景信号强度的标准差。采用IBM SPSS20.0统计软件对各组BBB评分和SNR均值进行单因素方差分析和多重比较（LSD-t检验）；给锰前后采用独立样本t检验。BBB评分和SNR的相关性行Spearman等级相关分析；P＜0.05认为差异具有统计学意义。
　　结果：
　　（1）与对照组比较，脊髓损伤后A、B组大鼠在各时间点的BBB评分均明显减少，差异有统计学意义（p＜0.01）；脊髓损伤第3天A、B组大鼠的BBB评分无明显差异，1周后A组大鼠神经功能恢复较快，各时间点的BBB评分均高于B组（p＜0.01）。
　　（2）脊髓损伤后MRI结果显示，早期T1WI呈低信号，T2WI呈弥散状高低混杂信号，边界不清楚；2周后T2WI的高信号影稍增强，但范围缩小，界限渐清晰。中度SCI组（A组）的高信号影范围比轻度SCI（B组）大。
　　（3）给Mn2+前三组大鼠的脊髓信号均无增强。给Mn2+后，从磁共振扫描所得T1WI图像可以看到：对照组脊髓从颈脊髓近端注射点到腰骶段逐渐被Mn2+强化；24h后全部脊髓均匀强化，48h后Mn2+信号处于稳定期，96h后Mn2+信号开始降低；A、B组脊髓在给锰48h后，T10区和远侧区Mn2+信号增强受阻或减弱，并且B组的Mn2+信号更弱。SNR测量结果统计分析显示，给锰后三组脊髓各区的SNR均比给锰前高，但B组T10区和远侧区与给锰前比较，差异无统计学意义(p＞0.05)；其余各区比较，差异有统计学意义(p＜0.01。与对照组比较，A、B组脊髓近侧区的SNR较高，但差异无统计学意义（p＞0.05）；T10区和远侧区SNR则低于对照组，差异有统计学意义(p＜0.01)。A、B组近侧区SNR比较，差异无统计学意义；但是，A组T10区和远侧区SNR比B组高，差异有统计学意义(p＜0.01)。BBB评分与脊髓T10区和远侧SNR有显著正相关关系（rT10=0.849，p＜0.01；r远侧=0.914，p＜0.01）。
　　结论：
　　（1）延髓池注射安全剂量的Mn2+，48h后MR扫描显示正常大鼠脊髓全部被Mn2+增强；脊髓损伤后，脊髓损伤区和远侧区的Mn2+信号中断或减弱。
　　（2）应用锰增强MRI活体评价大鼠脊髓损伤后解剖与功能变化具有可行性，但需要进一步研究探讨该实验结果与其他传统评价方法的一致性。
　　（3）本研究可能为研究脊髓的神经纤维传导通路、针刺效应、修复与再生、功能重塑及疗效评价提供一种全新的检测手段。

目录

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主要缩略词中英文对照表

目录

第一章 前 言

第二章 材料和方法

第1节 实验试剂及设备

第2节 实验动物及分组

第3节 实验方法

第4节 统计分析

第三章 结果

第1节 动物表现及BBB评分结果

第2节 脊髓磁共振表现

第3节 脊髓锰增强磁共振表现

第4节 脊髓损伤程度与锰增强磁共振SNR的关系

附图：

第四章 讨论

第1节 脊髓损伤模型的建立

第2节 脊髓损伤后神经功能评价

第3节 锰增强磁共振成像的原理

第4节 锰增强磁共振成像的条件

第5节 锰增强磁共振成像的应用

第6节 锰增强磁共振成像评价脊髓损伤的可行性

第7节 问题与展望

第五章 结论

参考文献

附录一 发表的论文

附录二 个人简历

致谢