文章信息
- 单凯欣, 刘福宇, 唐寅博, 等.
- SHAN Kaixin, LIU Fuyu, TANG Yinbo, et al.
- 基于中西医临床病症特点分析腰椎间盘突出动物模型的构建与应用
- Construction and application of animal models for lumbar disc herniation based on clinical characteristics in traditional Chinese and Western medicine
- 天津中医药, 2025, 42(8): 1066-1070
- Tianjin Journal of Traditional Chinese Medicine, 2025, 42(8): 1066-1070
- http://dx.doi.org/10.11656/j.issn.1672-1519.2025.08.18
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文章历史
- 收稿日期: 2025-02-11
2. 豫药全产业链研发河南省协同创新中心, 郑州 450046
腰椎间盘突出症(LDH)为临床常见的腰部疾病,严重影响患者的生活质量及身心健康。其主要临床特征为腰腿疼痛、腰部功能受限、股神经或坐骨神经障碍、下肢疼痛或麻木等[1-2]。该病具有病程较长、反复发作、迁延不愈等特点[3]。目前无法确定LDH的病因及发病机制,临床上多采用手术和保守治疗法[4-5]。虽都有一定程度的疗效,但仍未发现能够根治的办法。为了更深入地理解LDH的病理生理机制、病因及治疗方法,构建具有代表性和高稳定性的动物模型成为研究的关键。现有LDH动物模型存在诸多局限性,如解剖结构与人类差异、模型重复性和稳定性不足、无法全面模拟疾病的病理生理过程、难以长期稳定地模拟疾病的缓慢进展,以及对疼痛机制的模拟不足等。这些问题严重影响模型对人类LDH疾病代表性和实验结果的外推性。
笔者以“腰椎间盘突出”为主题词,检索中国知网近十年动物模型研究的文献并结合相关资料对LDH动物模型的构建方法和临床吻合度进行归纳总结,为今后临床治疗LDH及相关实验研究提供理论依据。
1 LDH病因病机 1.1 西医学发病机制西医认为LDH主要与腰椎间盘发生退行性病变、长期处于坐位或站立位、年龄及遗传等因素有关[6-9],进而导致纤维环破裂、髓核突出,刺激或压迫脊神经根或马尾神经致神经组织释放炎性介质,从而激活周围组织的炎症反应,表现为水肿、充血和组织变性等非特异性的炎症反应[10-11],促使机体出现腰痛及坐骨神经痛等症状。
1.2 中医病因病机中医学认为LDH属于“腰痛”“痹证”范畴,病因分为内因和外因,内因包括年龄因素、退行性变、基因因素等,外因包括受伤、感染、营养不良、过度劳累等。病机上多见气滞血瘀、风寒痹阻、湿热痹阻、肝肾亏虚等[12-14]。《诸病源候论·腰脚疼痛候》[15]中有所记载:“肾气不足,受风邪之所为也,劳伤则肾虚,虚则受于冷风,冷风与正气交争,故腰痛。”
2 LDH诊断标准及特点 2.1 西医诊断标准参照1997年版《中药新药临床研究指导原则》第3辑及2008年出版的《腰椎间盘突出症》[16-17]中关于腰椎间盘突出的分类及诊断标准拟定;西医诊断标准包括体征表现和影像学表现两个方面。评价标准:所造模型完成之后,对照主要表现,符合任何一项为12.5%,总分值100%。见表 1。
| 指标 | 主要表现 |
| 体征表现 | ①疼痛常见于下腰部,可能伴有下肢放射 ②存在局限性压痛点 ③坐骨神经张力试验呈阳性,包括直腿抬高试验和股神经牵拉试验 ④可出现皮肤感觉异常、肌力和腱反射的改变 |
| 影像学表现 | ⑤脊柱侧凸:脊柱前屈或后伸、侧屈受限 ⑥X线腰椎正侧位片提示脊柱侧凸或腰椎生理性前凸消失 ⑦CT或MRI提示腰椎间盘突出、膨出部位 ⑧脊髓造影提示腰椎间盘突出 |
| 注:CT,计算机断层扫描;MRI,磁共振成像。 | |
参照1997年版《中药新药临床研究指导原则》第3辑和1993年出版的《中医临床病证诊断疗效标准》[18],拟定LDH的诊断。将中医诊断标准分为主证、次证进行归纳,主证主要归为:①腰部疼痛伴坐骨神经痛;②静卧痛感不减或加重;③热天或阴雨天疼痛加剧;④静卧减轻,劳则加重;⑤痛有定处,拒按。次证主要归为:①肢体困重;②小便短赤;③少腹拘急,手足不温;④心烦失眠,口燥咽干,手足心热;⑤肌肤干燥少泽。所造模型完成之后,对照主要表现,符合中医诊断主证1项为12%,次证1项为8%,总分值100%。见表 2。
| 辨证分型 | 主证 | 次证 | 舌脉 |
| 寒湿证 | 腰部冷痛重着,转侧不利,渐渐加重,虽静卧亦不稍减或反加重,遭阴雨天疼痛加剧 | 肢体困重 | 舌苔白腻,脉沉而迟缓 |
| 湿热证 | 腰部疼痛,痛处伴有热感,热天或雨天疼痛加重,活动后或可减轻 | 小便短赤 | 舌苔黄腻,脉濡数 |
| 肝肾亏虚证 | 腰痛主要为酸痛,喜按摩、揉搓,劳累加重,卧侧缓解,反复发作 | 偏阳虚者,少腹拘急,面色㿠白,手足不温;偏阴虚者,心烦失眠,口燥咽干,面色潮红,手足心热 | 偏阳虚者,舌淡、脉沉细;偏阴虚者,舌红、脉弦细数 |
| 血瘀证 | 腰痛如刺,痛点明确,轻者活动受限,重者因疼痛剧烈而无法侧卧,痛处不愿受压 | 肌肤干燥少泽 | 舌质紫暗或有瘀斑、脉涩 |
建立LDH动物模型,首先需要考虑实验动物的解剖生理与人类解剖生理的相似度以及实验的成本和可行性。目前用于LDH造模的动物有鼠、兔、犬、羊、猪、猴、猩猩等十余种,以大鼠为动物实验模型是最常选用的动物模型之一,因其成本低、抗病能力较强且适合批量实验。但是,大鼠在操作上有一定的难度,尤其是定位椎间盘可能会比较困难[19]。猩猩、猴是最接近人类身体结构的动物,可以更准确地观察椎间盘突出后的功能变化,但价格高昂,难以进行大规模重复验证。猪、犬等哺乳动物也是理想的研究对象,但是因为成本高、手术难度大以及实验周期长,所以不适合作为大规模实验的主要对象[20]。
3.2 观测指标LDH动物模型观察的相关指标通常有以下几类[19-21]:1)表观指标:大腿周径比(造模侧/对侧)、运动功能评分:观察造模动物的造模足的运动功能并评分(0分,步态正常,足趾无畸形;1分,步态轻度跛行,脚趾轻度变形;2分,步态中度跛行,脚趾中度变形;3分,后肢轻瘫,明显跛行,脚趾明显卷曲。2)神经功能评价:机械缩足反射阈值,坐骨神经功能指数(SFI)等。3)病理学检查:神经节、神经根、脊椎组织等,如神经根肿胀且和周围组织有粘连,髓神经纤维髓鞘脱失,神经纤维大小不一,分布不均匀,灰白质结构紊乱、轮廓不清、空泡样改变区域可见,并伴有炎性细胞浸润等。4)生化指标:血清白细胞介素-6(IL-6)、肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、前列腺素(PEG2)、单核细胞趋化蛋白-1(MCP-1)、超氧化物歧化酶(SOD)等。通过综合考虑以上指标,研究者可以更全面地了解LDH的病理生理过程及潜在治疗方法。
3.3 动物模型特点与临床吻合度LDH病因病机尚不明确,建立与临床高度吻合的动物模型是LDH相关研究的重要环节,目前将常用模型分为八类:髓核移植模型、损伤纤维环模型、终板损伤模型、化学损伤模型、外界压力模型、脊柱失稳模型、基因改造模型和自发性模型。但多以西医诊断标准为指导,与中医临床吻合度较低。见表 3。
| 模型分类 | 动物选择 | 造模方法 | 模型特点 | 临床吻合度 | |
| 髓核移植模型[22-26] | 自体髓核移植法 | 大鼠、兔 | 压迫神经根法:取出大鼠的尾椎间盘髓核,移植背根神经节表面 | 对动物造成的损伤小,造模成功率高;该模型是临床上研究腰椎间盘突出的较理想造模方法 | 符合西医指标②③④⑤⑥⑦,吻合度为75%;符合中医主证①⑤、次证①,吻合度为32% |
| 非压迫性模型:通过硬膜外腰椎穿刺技术,将自体尾椎髓核注射到腰椎硬膜外腔 | 符合西医指标①②④⑥⑦,吻合度为62.5%;符合中医主证①⑤、次证④⑤,吻合度为40% | ||||
| 异体髓核移植法 | 大鼠、犬 | 从同种供体大鼠的腰椎间盘中搜集髓核组织,置放于动物坐骨神经 | 减少了收集自体髓核所致的损伤;但实验动物可能会出现排异反应 | 符合西医指标①②④⑥⑦,吻合度为62.5%;符合中医主证①⑤、次证①,吻合度为32% | |
| 损伤纤维环模型[27-29] | 单纯针刺损伤纤维环法 | 大鼠、兔 | 动物L4~5,L5~6椎间盘分别实施纤维环全层针刺 | 无需特殊的实验设备,但手术范围较大,容易损伤周围组织 | 符合西医指标②③④⑥,吻合度为50%;符合中医主证⑤、次证⑤,吻合度为20% |
| 针刺+注射造影剂法 | 大鼠、羊 | X线透视下纤维环穿刺联合外源性肿瘤坏死因子-α(TNF-α)椎间盘内注射 | 比单纯纤维环穿刺法更接近椎间盘退变的客观规律 | 符合西医指标①③⑤⑥⑦,吻合度为62.5%;符合中医主证①、次证①,吻合度为20% | |
| 终板损伤模型[30-31] | 兔、猕猴 | 切除或破坏实验动物软骨终板 | 破坏终板程度不易掌握,创伤较大,有一定病死率 | 符合西医指标②③④⑥,吻合度为50%;符合中医主证①、次证⑤,吻合度为20%。 | |
| 化学损伤模型[32] | 山羊 | 木瓜凝乳蛋白酶、软骨素酶ABC | 不需行开放性手术,创伤小,但难以通过控制注射剂量调控退变程度 | 符合西医指标①⑤⑥⑦,吻合度为50%;符合中医主证①、次证①,吻合度为20% | |
| 外界压力模型[33-34] | 大鼠、兔 | 可控轴向加压装置直接对动物椎间盘加压 | 造模过程对实验动物损伤较小,但适用范围较局限 | 符合西医指标②③④⑥,吻合度为50%;符合中医主证⑤、次证①,吻合度为20% | |
| 脊柱失稳模型[35-36] | 大鼠、兔、羊 | 通过手术破坏关节突、棘突、棘上棘间韧带等支撑组织 | 对动物损伤较大,可能破坏椎间盘及髓核周围的固有组织,易混入其他因素的影响 | 符合西医指标②③⑥⑦,吻合度为50%;符合中医主证⑤、次证①,吻合度为20% | |
| 基因改造模型[37] | 小鼠 | 通过对不同基因组位点定向打靶或定向敲除方法 | 缺点在于小鼠终身椎间盘内均存在脊索细胞,存在制备困难、可控性较差等因素 | 符合西医指标①③⑤⑥,吻合度为50%;符合中医主证①、次证①,吻合度为20% | |
| 自发性模型[38-40] | 沙鼠、SD大鼠 | 切除卵巢等 | 实验周期长、退变机制不清、可重复性差 | 符合西医指标①④⑤⑦,吻合度为50%;符合中医主证①、次证④,吻合度为20% | |
根据表 3的数据,与临床吻合度相对较高的是髓核移植模型。其中,自体髓核移植压迫性模型在西医指标上的吻合度达到75%,该模型有效模拟了椎间盘突出时髓核向外突出压迫神经根的病理过程,研究此模型可以观察腰间盘突出后神经根受压后的病理变化、神经传导改变、炎症反应等,为临床诊治提供实验依据[22-23]。另一方面,自体髓核移植非压迫性模型在中医指标上的吻合度相对较高,达到40%,其优势是模拟了髓核物质外溢引发的局部炎症反应和疼痛神经损伤等病理过程[24]。压迫性和非压迫性模型都具有对动物损伤较小、成功率高的优点。压迫性模型更适用于研究神经受压后的病理变化,非压迫性模型则聚焦于髓核退变和炎症反应。异体髓核移植法模型通过同种供体组织移植,减少了自体采集和移植的二次损伤[25-26]。其西医指标吻合度为62.5%,中医吻合度为32%。
相比之下,其他一些模型如损伤纤维环模型、终板损伤模型、化学损伤模型、外界压力模型、脊柱失稳模型、基因改造模型和自发性模型,在西医指标上吻合度均为50%,中医指标吻合度为20%。这些模型各有优劣,如损伤纤维环模型可模拟纤维环损伤后的髓核退变,但建模周期长、可控性差[27-29];终板损伤模型对动物损伤较大[30-31];化学损伤模型操作简单但难以精准控制退变程度[32];外界压力模型适用范围局限[33-34];脊柱失稳模型适用于研究姿势引发的退变[35-36];基因改造模型制备困难、可控性较差,需进一步验证[37];自发性模型可接近真实发病情况,但发病机制复杂、可控性差[38-40]。
综上所述,对于LDH的动物模型构建,应根据研究目标和临床需求选择或优化模型。
4 小结与展望LDH临床表现主要为腰痛、坐骨神经痛,重者可致马尾综合征[41]。目前对于LDH的发病机制和病理生理方面的认识仍相对不足,而手术治疗对患者来说可能会带来较大的创伤,并且容易出现反复情况。临床上多数患者采用保守治疗法,如中药内服、非甾体类抗炎药、针灸、推拿、外敷熏蒸及集束化护理等[42-44],该法不良反应小且安全性高[45]。
本研究对现有LDH模型制备方法进行分析探讨,以中医诊断标准和西医诊断标准分别评价LDH模型临床吻合度。研究发现现有LDH模型均有其局限性,与人类真实的病理变化仍有一定的差距。在西医诊断标准下,虽然LDH模型更符合西医学的病理生理认识,但也存在对疾病机制和临床表现的过度简化。现有动物模型的评价指标大多以行为学变化、机械缩足反射阈值、病理及生化指标为主,难以体现出西医诊断标准中的影像学表现[46]。在中医诊断标准下,虽然LDH模型在一定程度上反映了中医理论的部分特征,但仍未完全符合中医诊断的整体思路和方法,其他判断指标如热天或阴雨天动物疼痛加剧、心烦意乱等,在动物模型中未能体现出,与中医临床吻合度较低,风寒湿热、肾虚血瘀为该病的重要病机,当前仅有肾虚证模型,且评价标准不一,缺乏风寒湿热动物模型、血瘀证动物模型[47-50]。目前,腰椎间盘突出症(LDH)动物模型研究中常用动物包括鼠、兔、犬等,各有优缺点。观测指标涵盖表观、神经功能、病理和生化方面。多种模型中,髓核移植模型与临床吻合度较高,但其他模型也有特定应用价值。选择模型时应权衡研究目标、临床需求和实际操作可行性,以获得最佳研究效果。
2. Collaborative Innovation Center of Research and Development on the Whole Industry Chain of Genuine Medicine in Henan Province, Zhengzhou 450046, China
2025, Vol. 42



