研究背景马尾神经是一种特殊的外周神经,与普通外周神经相比,对外界不良刺激的抵御能力偏弱,一旦发生损伤,会出现严重的下肢功能障碍、鞍区感觉障碍及二便功能障碍等症状,手术治疗效果差,神经功能恢复程度有限,给患者及其家庭带来了沉重的经济和精神负担。目前关于马尾神经损伤的基础和临床研究鲜有实质性的进展,在神经成像研究上也缺乏创新的技术和方法。在目前的马尾神经形态学研究中,最常使用的检测方法为光学显微镜和电子显微镜,对组织行切片染色后镜下观察,虽然能达到很高的分辨率,但受限于照明光束与电子束的穿透能力限制,均不能直接用于样品内部空间结构的三维成像,仅能得到局部标本的二维图像,无法观察到神经内部的三维空间结构。同步辐射是在环形轨道上做加速运动的带点粒子沿切线方向发出的连续分布的电磁辐射,由于其高纯度、高亮度、高准直、高偏振、准相干等独特而优异的特性,以及其在时间和空间分辨率上的巨大优势,能够对微小的组织甚至细胞进行三维和动态观察,目前已有生物学家依托同步辐射光源观察生物大分子的三维结构,进行相关的科学研究。相位衬度成像是一种新的成像理论和技术,利用X线的折射效应及不同组织折射系数的不同进行成像,具有微米量级的空间分辨率,对轻元素构成的软组织的分辨率提高1000倍以上,对神经、血管、韧带、软组织肿瘤等有良好的成像效果和很高的分辨率。目前,同步辐射相位衬度成像已经用于脑血管、脊髓血管、肝脏组织等的三维立体成像,分辨率达到数微米,能够清晰的观察到组织的内部结构及细微变化,为临床研究提供新发现。目前为止,同步辐射光源应用于马尾神经损伤的成像研究还未有报道。因此,本课题将同步辐射相位衬度成像应用于大鼠马尾神经的研究,观察正常马尾神经及急性损伤后马尾神经的内部空间结构及神经纤维的形态变化,为马尾神经损伤的治疗及神经损伤修复提供新的理论支持。研究目的建立并改进大鼠马尾神经急性损伤模型,取得标本后马尾神经进行锇酸染色,利用上海同步辐射光源(SSRF)对正常及损伤的马尾神经进行相位衬度成像,观察正常及不同损伤程度后马尾神经内部空间结构及神经纤维的变化,并进行定量分析,为马尾神经的损伤修复提供新的理论支持。研究内容及方法1、选取24只成年SD大鼠,分为对照组(n=6),假手术组(n=6),模型组1(n=6)和模型组2(n=6),七氟烷吸入麻醉后,行L5-6椎板切除术。损模型组采用改良Allen,s重物撞击法制作大鼠L5-L6马尾神经急性损伤模型,分别给予不同的致伤力,造成不同程度的损伤。术后行BBB评分、甩尾试验判定大鼠行为学改变,并对标本行HE染色、免疫荧光染色、LFB染色,观察损伤后马尾神经组织病理变化。2、对标本进行甲醛固定、酒精梯度脱水、锇酸染色、环氧树脂包埋等处理,制作同步辐射相位衬度成像实验标本。3、于上海同步辐射光源(SSRF)BL13W1生物医学线站对标本进行相位衬度成像扫描,获得原始投影图。4、采用PITRE和PITRE-BM软件对原始图片进行相位恢复、sinogram重建、slice生成;用VG Studio MAX 3.0软件对slice进行三维重建,对马尾神经的进行三维成像。5、比较分析正常马尾神经、不同程度损伤马尾神经的内部空间结构变化及神经纤维的变化。结果1、成功建立了马尾神经急性损伤模型。2、同步辐射相位衬度技术对马尾神经进行成像,得到高分辨率的断层图像,进一步对断层图像重建得到马尾神经及内部神经纤维的三维立体成像。相当于应用同步辐射成像技术对马尾神经进行三维CT检查。3、得到高分辨率的神经三维立体结构图像,通过对正常马尾神经及损伤马尾神经的断层图像及三维图像比较,发现当机械打击造成马尾神经重度损伤时,髓鞘肿胀、崩解,神经纤维走行紊乱,神经内部髓鞘所占体积比下降。而对于轻度损伤的马尾神经,因神经水肿,髓鞘肿胀导致所占体积比增加结论本实验用Allen’s重物打击法建立的急性马尾神经损伤模型操作简单、可重复性强,很好的模拟了机械作用下腰椎外伤时发生马尾神经急性损伤的致病过程。利用同步辐射相位衬度成像技术,对马尾神经进行三维成像,得到微米量级的马尾神经内部立体结构信息,更清晰直观的观察到正常状态和急性损伤时马尾神经内部形态结构变化。通过对神经所占的空间体积比值的定量分析,发现了不同程度马尾神经损害的神经髓鞘病变的差异,为马尾神经损伤修复提供理论和技术支持。