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损伤大鼠L5脊神经及其前后根对痛行为的影响

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维普资讯 http://www.cqvip.com ・280・ 中国疼痛医学杂志Chinese Journal of Pain Medicine 2007,13,(5 损伤大鼠L5脊神经及其前后根 对痛行为的影响 :I: 许继田 涂会引 樊红琨 (郑州大学医学院生理学教研室,郑州450052) 摘要 目的:观察大鼠腰5脊神经和脊神经根不同部位损伤对诱导神经病理性疼痛的不同作用。 方法:采用腰5脊神经结扎加切断(1umbar 5 spinal nerve ligation,L SNL)、腰5前根切除(1umbar 5 ventrla rhizotomy,L5 VR)和腰5背根切除(1umbar 5 dorsal rhizotomy,L5 DR)诱导大鼠痛觉过敏,结 合痛行为学测试观察病理性疼痛的发展过程。结果:(1)L SNL可引起大鼠病理性疼痛。双侧后 肢50%撤足阈值(paw withdrawal threshold,PWT)和撤足潜伏期(paw withdrawal latency,PWL)于 术后1d明显下降,痛觉过敏的症状,在同侧后肢持续了5周,在对侧后肢也保持3周。(2)L VR 也可诱导大鼠产生病理性疼痛。双侧后肢50%PWT和PWL于术后1d明显降低,并维持到了术 后第5周。(3)L DR没有引起大鼠产生痛觉过敏症状。与术前基础值和假手术组比较,L5 DR后 50%PWT和PWL均无明显变化。结论:选择性损伤运动纤维和损伤脊神经均能诱导大鼠产生病 理性疼痛,但脊神经背根损伤不引起痛觉过敏。 关键词脊神经结扎;前根切除;背根切除;病理性疼痛 TIIE EFFECT OF LUMBAR 5 SI E AL NERVE AND ITS VENTRAL ROOT OR DORSAL ROOT INJURY ON THE PAIN RELATED BEHAVIORS IN RATS XU Ji—Tian,rrU Hui—Yin,FAN Hong—Kun (Department of Physiology,Medical School of Zhengzhou University,Zhengzhou 450052) Abstract Objective:To investigate the effect of different site and type of spinal nerve injury on the development of neuropathic pain. Methods:The lumbar 5 spinal nerve ligation plus transection and lumbar 5 ventrl aor dorsal rhizotomy was used.To elucidate the development of neuropathic pain,behav— ior test was performed before and after the animal operation. Results:(1)Lumbar 5 spinal nerve liga- tion plus transection induced neuropathic pain.The 50%paw wihdrawatl threshold(PWT)and paw wihdrawatl latency(PWL)were signiifcantly decreased l d after operation.The pain-related behaviors in ipsilateral hind paw was lasted for 5 weeks and maintained for 3 weeks in contralaterl hiand paw. (2)Lumbar 5 ventrla rhizotomy led to mechanical allodynia and thermal hyperalgesia in bilateral hind paws.The significant decrease of PWT and PWL was observed 1 d after operation and lasted for nearly 5 weeks.(3)Lumbar 5 dorsal rhizotomy failed to induce neuropathic pain behaviors.Compared with pre- operated baseline and sham operated group.the P ,rr and PWL in bilateral hind paws were not changed following L5 DR. Conclusion:The above data suggest that spinal nerve injury and even selective injury to motor fiber induced neuropathic pain,whereas the dorsl rhiazotomy didn t lead to pain related behav. iors. Key words Spinal nerve ligation;Ventrl rhiazotomy;Dorsal rhizotomy;Neuropathic pain ‘国家自然科学基金资助课题编号:30570599 通讯作者 维普资讯 http://www.cqvip.com

Chinese Journal of Pain Medicine 2007。13,(5 周围神经损伤和炎症常引起神经病理性疼痛, 房。大鼠L5 DR切除时,打开蛛网膜后,用玻璃分针 表现为痛超敏(非伤害性刺激引起疼痛)、痛反应增 强和自发性痛。长期以来国内外学者虽然已经进行 了大量研究,但对其产生机制仍然不十分清楚。因 此,目前对神经病理性疼痛的治疗也还没有十分有 效的措施…。I临床上交通事故引起的坐骨神经损 伤,常引起顽固性疼痛,其损伤的神经包括感觉和运 分离背根并切除2—3 mm,其余操作同L VR。假 手术大鼠,除了不切除脊神经前根和背根外,其余手 术步骤完全等同于手术组。严格按照无菌操作原则 进行手术。所有实验结束后,L5 VR和L5 DR大鼠 都经过解剖以确认前根或背根被切除,而且在L5的 位置,不符合标准的动物从实验中去除。 3.痛行为学测试为了消除大鼠心理因素对 测试结果的影响,于测试前一周把大鼠放于测试箱 动纤维。椎间盘突出压迫脊神经根,引起慢性腰腿 痛,其受累的纤维可能有背根的感觉纤维和前根运 动纤维。长期以来,研究者们一直认为病理性疼痛 的产生主要是由于外伤和局部炎症导致感受器和感 觉传人系统的功能异常而引起_2I3 J,但最近的研究 发现选择性损伤坐骨神经中的运动纤维也能引起实 验大鼠长达5周以上的后肢痛觉过敏 J。而脊神 经背根损伤对病理性疼痛产生的影响也存在有一些 相矛盾的实验结果 ’ 。因此,本实验通过分别结 扎切断大鼠L5脊神经(1umbar 5 spinal nerve liga- tion,L5 SNL)、L5背根(1umbar 5 dorsal rhizotomy, L5 DR)和k前根(1umbar 5 ventral rhizotomy,L5 VR),结合痛行为学测试,系统观察感觉纤维不同部 位的损伤以及选择性损伤运动纤维对大鼠痛觉过敏 的诱导作用。实验结果对进一步认识神经病理性疼 痛产生的机制和椎问盘脱出引起慢性腰腿痛的原因 提供有价值的实验证据。 材料与方法 1.实验动物准备和分组采用成年雄性SD大 鼠,体重180—250 g,均由医学院实验动物中心供 应。动物分笼饲养,室温保持在23 4-2℃和5O一 60%的湿度,l2—12 h白天.黑夜循环照明。所有实 验步骤都尽量减轻动物的痛苦并按照有关实验动物 的使用原则操作。实验分为L5 SNL加切断、L5 DR 和L5 VR组。每组又包括手术组和假手术组。 2.实验动物模型制备 用戊巴比妥钠腹腔注 射麻醉(50mg/kg,i.P.)动物。按照Kim等 报道 的方法对大鼠进行L5 SNL并切断。大鼠L5 VR按 照Li等 描述的方法进行。首先在4—6腰椎上方 做正中切口,在4至5腰椎问行半椎板切除术,暴露 左半部脊髓后,用一锋利细针轻轻划破外侧蛛网膜, 直视下看到位于背根下方、外侧的脊神经前根后,用 一特制的玻璃分针轻轻从背根下方提起前根,用眼 科剪剪去2—3 mm,然后用37℃生理盐水冲洗切 口,分层缝合肌肉和皮肤,待动物苏醒后放回动物 内l5—20 min,隔天一次,共3次。然后按Chaplan 等报道的“up.down”法 J,选用8根呈对数递增的 von Frey hair(0.41、0.70,1.20,2.04,3.63,5. 50,8.51,15.14g)检测大鼠机械刺激撤足阈值 (paw withdrawal threshold,PWT),作为机械刺激敏 感化的指标。按照Hargreaves等 。。报道的方法,使 用热平板测试仪(Plantra Test 7370,Ugo Basile,Ita— ly)检测大鼠热刺激撤足潜伏期(paw withdrawal la— tency,PWL),作为大鼠热刺激痛觉过敏的指标。 PwT和PWL的测试均在每天上午9:00点开始,每 2天测试一次,2周后测试问隔逐渐延长。 4.统计学分析所有行为学测试结果均用非 参数检验进行分析。同一组大鼠不同测试时问点的 数据用配对的秩和检验(Wilcoxon matched paisr test)分析。两个不同实验组某个测试日问的数据比 较采用U检验(Mann-Whitney U test)。统计学分析 通过SPSS 1 0.0(SPSS Inc,USA)进行,所有数 据用均数4-标准误表示,P<0.05认为差异有显 著性。 结 果 1.L5 SNL引起大鼠产生病理性疼痛L5 SNL 后大鼠后脚掌皮肤表现出对机械刺激和热刺激痛觉 过敏。与手术前基础值和假手术组比较,大鼠50% 的机械刺激撤足阈值(图lA)和热刺激撤足潜伏期 (图1B)于术后ld显著下降(P<0.05),术后3—7 d降至最低(P<0.001),在同侧后肢显著性差异保 持到了术后的35d,而在对侧后肢也持续3周以上。 2.L5 VR对大鼠病理性疼痛产生的影响痛行 为学测试发现,L5 VR大鼠同侧及对侧后肢50%机 械刺激撤足阈值(图2A)和热刺激撤足潜伏期(图 2B)与手术前基础值和假手术组比较,手术后1d显 著下降(P<0.05),7d降至最低点(P<0.001),显 著性差异一直保持至术后5周左右。 维普资讯 http://www.cqvip.com Chinese Journal ofpain Medicine 2007,13,(5 A ^b】plou|£5一西;eJ口量;事对 .5 0 5 10 15 20 25 30 35●O.s 5O -5 0 5 1O 15 2o 25 3O 35 柏 .s Days after operation Days after oparatlon 图1 L5 sNL诱导大鼠产生神经病理性疼痛。A:L5 SNL不同时间大鼠机械刺激痛觉过敏的变化过程。B:L5 SNL诱导大鼠产生热刺激痛觉 过敏的过程。 Fig.1 L5 SNL induced neuropathic pain in rat.A:The time cour¥e of the deVclopment of mechanical allodynia in hind paws induced by L5 SNL・B: Represent the changes of thermal hyperalgesia in bilateral hind paws induced bV L5 SNL. :C・o- ‘ onl mla t ̄t限al删 .5 O 5 1O 15 2O 笛 3o 35 4O 45 .5 O 5 10 15 ∞ 25 3O 35 40 45 Days after operation Days after operation 图2 选择性切断L5前根诱导大鼠双侧后肢产生痛觉过敏。A:L5 VR诱导的大鼠机械刺激痛觉过敏的变化过程。B:L5 VR诱导的大鼠热刺 激痛觉过敏的变化过程。 Fig.2 Selective transection of ventral root induced neuropathic pain behaviors in bilateral hind paws in rat.A:Represent the changes of mechanical llaodynia in hind paws induced by VR.B:The changes of thermal hyperlgesiaa in hind paws induced by VR. 3.L5 DR不能引起大鼠产生病理性疼痛与手 的作用。 术前基础值和假手术组比较,L DR大鼠50%机械 刺激撤足阈值(图3A)和热刺激撤足潜伏期(图 3B)均无明显变化(P>0.05)。结果见图3。 讨 论 早在1992年Kim等 发现大鼠L SNL可引起 双侧后肢不同程度的痛觉过敏,损伤同侧后肢的痛 行为学变化大持续时间长,对侧后肢的痛觉过敏较 轻且持续时间短。本实验发现L SNL可在术后1d 引起双侧后肢明显的痛觉过敏,同侧后肢的痛行为 学的变化持续到了术后5周左右,而对侧也维持到 了术后3周,结果与Kim等的报道基本一致。L 脊 本实验发现L SNL可诱导大鼠产生病理性疼 痛,选择性切除L 前根而不损伤初级感觉神经元也 能引起大鼠双侧后肢痛觉过敏,但是选择性损伤L 神经是组成坐骨神经的重要分支,其感觉纤维支配 大鼠脚掌外侧的皮肤浅感觉。大鼠L SNL后虽然 引起其支配的肌肉运动和皮肤感觉功能障碍,但由 于L 脊神经在后肢屈肌反射起主要作用,所以对 背根却不能引起大鼠的痛行为。表明脊神经和脊神 经根不同部位的损伤对病理性疼痛的产生发挥不同 维普资讯 http://www.cqvip.com

Chinese Journal of Pain Medicinel7, .! A 一曲一里oc西eJ暑一再;暮j 5IM JI^一 ∞ 恬 伸 5 O 毒-矗. l I 一 一 -'Y ■ -星 ・ — -—-一 一 工 ,-e-*IpstlatemttDR n-t) ・0-Contralal ̄al -'.Ipl№h (6ha ̄n日J ・● Conbtiatmll .5 O 5 1O 15 2O 25 30 -5 0 5 ’0 15 2O 25 3O Days after operation Daysafteroperation 图3选择性切除大鼠L3背根未能诱导大鼠产生痛觉过敏。A:L5 DR对大鼠50%机械刺激撤足阈值的影响。B:L5 DR对大鼠热刺激撤足潜 伏期的影响。 Fig.3 Selective transection of L3 dorsal root failed to induce mechanical allodynia and thermal hyperalgesia in bilateral hind paws in rat.A:The effect of L5 DR on the 50%paw withdrawal threshold.B:The effect of L3 DR on the paw withdrawal latency. 大鼠屈腿并无显著影响。又由于L3 5,6对大鼠脚掌 皮肤的支配存在有一定程度的重叠,4而且损伤纤维 .释放的大量细胞因子作用于邻近未损伤的初级感觉 神经元,导致其功能改变而引起痛觉过敏。wu等 发现大鼠L VR后,L4 DRG呈现自发放电形式,并 伴有痛行为学改变¨ 。作者本人最近的研究发现 ,的Wallerian变性会引起临近未损伤的L DRG神 经元的敏感化。关于L SNL引起大鼠病理性疼痛 的机制已经有大量的研究。早期的工作主要集中在 受损伤的初级感觉神经元形态与功能的变化。但近 预先使用TNF一仪合成抑制剂可阻断L VR引起的 大鼠病理性疼痛¨ 。提示运动纤维损伤刺激释放 的细胞因子可能在其诱导产生的病理性疼痛过程发 年来的研究发现邻近未损伤的初级传人神经元可能 在L SNL引起病理性疼痛中发挥更为重要的作用。 因为,无论于术前1d,还是于术后7d切除 背根, 都不能阻断和减轻L SNL引起的大鼠痛觉过敏。 挥重要作用。关于一侧神经损伤引起对侧后肢痛觉 过敏的现象,有人把其称为“镜像痛”(mirror image pain),其机制较为复杂。有实验发现鞘内注射胶 但是,如果于术后第7d切除大鼠L4背根,却能使L SNL引起的痛觉过敏立刻得到缓解¨¨。最新的研 究证明大鼠L SNL不仅在 背根神经节(dorsal root ganglia,DRG),而且在L4 DRG也引起了蛋白 质细胞抑制剂可阻断对侧后肢的痛行为。提示脊髓 胶质细胞的激活和信息传递可能参与介导了“镜像 痛’’[ 。 脊神经背根主要由初级感觉神经元的中枢突组 激酶的激活、离子通道的表达变化和DRG神经元的 自发放电¨ 。因此,大鼠L SNL是一个理想而常 用的研究病理性疼痛的模型。 运动神经纤维损伤在周围神经外伤引起病理性 疼痛中的作用一直是一个悬念,而且长期以来没有 得到足够的重视。2002年Li等 报道选择性切除 成,其主要功能是传导躯体感觉。因此,在临床上选 择性切除背根有时被用来缓解身体某部的顽固性疼 痛。由于背根中也含有肌肉牵张反射的传人纤维, 所以背根切除也常被用来缓解肌肉痉挛,如肌痉挛 性斜颈。但是,有报道一些儿童接受过此手术后,常 引起相应皮肤部位出现痛觉过敏样症状。同时,动 物实验也发现L DR并不能有效缓解L SNL引起 大鼠前根,而保持感觉神经元的完整,也能诱导大鼠 双侧后肢产生长达5周以上的痛觉过敏,结果与本 实验一致。L 脊神经前根主要由运动纤维组成,感 觉纤维少于4%。关于运动纤维损伤引起大鼠病理 的大鼠病理性疼痛,相反,大鼠L DR后却产生了明 显的痛觉过敏症状 17,6]。但最近Obata等报道大鼠 L DR仅引起轻微和短暂的痛行为学变化,而选择 性切除L DRG却能引起大鼠病理性疼痛的产 生【7l。Ramer等发现,选择性切除背根不引起大鼠 的机械刺激和热刺激痛觉过敏,但引起了实验动物 性疼痛的机制,目前大都认为是由于损伤纤维局部 致炎因子(TNF— 、IL一1、IL-6等)和神经生长因子的 释放引起炎症细胞浸润,并进而引起损伤纤维的 Wallerian变性,在局部引起慢性炎症_】 。在此过程 维普资讯 http://www.cqvip.com ・284・ 中国疼痛医学杂志Chinese Journal of Pain Medicine 2007,13,(5 冷刺激的敏感化Ll 。本实验发现L DR没有引起 大鼠痛行为学的变化。这些实验结果差异的产生可 nal nerve ligation in the rat.Pain,1992,50:355 ~363. 能和手术过程对组织的损伤程度不同,以及神经切 除位置的不等有关。结合Obata和作者目前的实验 说明,DRG以上背根纤维的损伤、变性对病理性疼 9 Chaplan SR,Bach FW,Pogrel JW,et a1.Quanti— tative assessment of tactile allodynia in the rat paw. J Neurosci Methods。1994。53:55~63. 10 Hargreaves K,Dubner R,Brown F,et a1.A new and sensitive method for measuring thermal noci— ception in cutaneous hyperalgesia.Pain,1988, 痛的产生作用不大,因为它无法对邻近DRG神经元 产生影响,而DRG以下(远端)感觉纤维的损伤却 能通过Wallerian变性对邻近未损伤的初级感觉神 经元产生持续作用,并且还能依靠损伤神经元的自 身功能改变作用于脊髓背角,从而诱发痛觉过敏。 参考文献 1 Zimmermann M.Pathobiology of neuropathic pain. 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