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本研究使用安全定量的高壓氮?dú)庾鳛閯?dòng)力,利用齒輪齒條嚙合的原理,研制了一種可同時(shí)產(chǎn)生瞬間角加速和線加速?gòu)?fù)合運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置,較好地模擬了臨床彌漫性軸索損傷(DAI)患者損傷的力學(xué)環(huán)境。建立了一種新型嚙齒類動(dòng)物DAI模型,首次證明了瞬間同時(shí)作用的復(fù)合角加速度和線性加速度可致嚙齒類動(dòng)物產(chǎn)生與人類類似的DAI病理改變、代謝紊亂及持久的神經(jīng)功能障礙,并使用多種技術(shù)手段活體定量檢測(cè)了易損區(qū)微結(jié)構(gòu)損傷及代謝紊亂。
彌漫性軸索損傷(diffuse axonal injury, DAI) 是指頭顱遭受瞬間加/減速性直線或旋轉(zhuǎn)暴力后,引起的以腦白質(zhì)廣泛性、進(jìn)展性軸索腫脹、斷裂、軸縮球形成為主要病理特征的一種原發(fā)性閉合性顱腦損傷。DAI的發(fā)生率約占重型顱腦損傷的70%,其中約81%見(jiàn)于交通事故傷,傷后死亡率較高,存活者也多遺有嚴(yán)重神經(jīng)功能障礙。對(duì)DAI的研究一直是神經(jīng)科學(xué)領(lǐng)域的熱點(diǎn)和重點(diǎn),但目前對(duì)DAI發(fā)生機(jī)制、病理生理過(guò)程及活體定量評(píng)估軸索損傷程度等方面的研究還有待于進(jìn)一步深入。
本研究的主要工作:
1.建立了一種可以較好地模擬人類DAI生物力學(xué)、病理學(xué)、行為學(xué)特點(diǎn)的新型嚙齒類DAI模型。
1)本研究首次成功建立了一個(gè)穩(wěn)定、可靠的由瞬間旋轉(zhuǎn)加速力和線加速力復(fù)合致傷的新型嚙齒類DAI模型。改進(jìn)了以往僅依靠一種超大線加速力或角加速力單一作用的致傷模型,首次采用瞬間相對(duì)較小的旋轉(zhuǎn)加速力和線加速力同時(shí)致傷,從而更易于模擬出契合DAI患者力學(xué)機(jī)制的動(dòng)物模型;
2)單純剪切力損傷模型多引發(fā)類似局灶傷的病理改變,更多歸入創(chuàng)傷性軸索損傷模型,而無(wú)法反映DAI病灶的彌漫性發(fā)布的特點(diǎn)。通過(guò)病理學(xué)研究我們發(fā)現(xiàn)本模型的軸索損傷更富于彌漫性,其分布區(qū)域也與臨床常見(jiàn)的DAI易損區(qū)更為契合;
3)該動(dòng)物模型不但具有局灶性腦損傷動(dòng)物模型的一過(guò)性生命體征改變,而且表現(xiàn)為持久性神經(jīng)功能損害和學(xué)習(xí)記憶功能障礙,這與臨床DAI患者遺有嚴(yán)重的神經(jīng)功能障礙相符合;
4)改進(jìn)了以往帶有一定主觀性及不易重復(fù)性的人工計(jì)量免疫組化標(biāo)記軸縮球的方法,采用了更客觀精確的光密度法定量評(píng)價(jià)軸索損傷程度。
2.使用多種技術(shù)手段活體定量檢測(cè)了易損區(qū)微結(jié)構(gòu)損傷及代謝紊亂,為明確DAI診斷、精確評(píng)估軸索損傷程度、監(jiān)測(cè)病情、患者預(yù)后提供一定的科學(xué)依據(jù)。
1)首次在活體水平使用7.0T 磁共振(MR)儀彌散張量成像無(wú)創(chuàng)、三維、客觀、敏感、定量地評(píng)估DAI大鼠易損區(qū)微結(jié)構(gòu)損傷時(shí)空演化的病理生理過(guò)程,實(shí)現(xiàn)了早期鑒別軸索及髓鞘損傷、定量評(píng)估易損區(qū)軸索損傷程度。
2)磁共振波譜(MRS)活體定量檢測(cè)大鼠DAI后腦組織代謝產(chǎn)物的改變,發(fā)現(xiàn)DAI后大鼠腦組織出現(xiàn)嚴(yán)重代謝紊亂,以腦干、海馬、內(nèi)囊、胼胝體和丘腦等部位變化最為顯著。MRS為評(píng)價(jià)DAI后代謝變化提供了重要信息,為法醫(yī)學(xué)定量評(píng)估輕中型DAI,為臨床法醫(yī)學(xué)檢驗(yàn)DAI患者損傷程度提供影像學(xué)依據(jù),也將為研究DAI傷后病理生理變化提供新的手段。
3)首次使用小動(dòng)物PET/CT技術(shù)檢測(cè)DAI大鼠易損區(qū)葡萄糖代謝紊亂的變化規(guī)律,并在技術(shù)手段上實(shí)現(xiàn)了小動(dòng)物PET/CT和MR圖像的融合,從而實(shí)現(xiàn)了在功能影像上的精確解剖定位,首次在活體水平無(wú)創(chuàng)、可視、三維、定量地評(píng)估DAI大鼠微結(jié)構(gòu)損傷導(dǎo)致的葡萄糖代謝減低。我們還首次發(fā)現(xiàn)大鼠DAI后急性期海馬區(qū)葡萄糖代謝降低與恢復(fù)期學(xué)習(xí)記憶功能障礙具有較強(qiáng)相關(guān)性。
代表性成果:(申報(bào)人均為第一作者或共同第一作者)
1. Quantitative evaluation of microscopic injury with diffusion tensor imaging in a rat model of diffuse axonal injury. European Journal of Neuroscience. 2011, 33(5):933-945. (IF: 3.292)
2.Biomarkers associated with diffuse Traumatic Axonal Injury: exploring pathogenesis, early diagnosis and prognosis. Journal of Trauma. 2010,69(6):1610-1618. (IF: 2.626)
3.Diffuse axonal injury induced by simultaneous moderate linear and angular head accelerations in rats. Neuroscience, 2010,11(1):357-369. (共同第一作者. IF: 3.418)
4.彌漫性軸索損傷相關(guān)生物標(biāo)記物的研究進(jìn)展. 中華神經(jīng)外科雜志. 2009, 25(8):766-768.
5.彌漫性軸索損傷大鼠易損區(qū)微結(jié)構(gòu)損傷7.0TMR定量研究.中華創(chuàng)傷雜志. 2011.(已錄用,待刊)
第十二屆“挑戰(zhàn)杯”作品 二等獎(jiǎng)
該裝置獲實(shí)用新型專利1項(xiàng),發(fā)明專利1項(xiàng)。該裝置已在上海市第三人民醫(yī)院的科研工作中投入使用超過(guò)一年,性能穩(wěn)定、結(jié)果可靠。以第一作者發(fā)表SCI論文3篇:European Journal of Neuroscience(IF: 3.292). Journal of Trauma(IF: 2.626).及Neuroscience (并列第一作者,IF: 3.418)., 以第一作者在中華神經(jīng)外科雜志及中華創(chuàng)傷雜志各發(fā)表論文1篇。