國內(nèi)外已經(jīng)建立了脊髓挫傷、壓迫損傷、橫斷損傷、缺血損傷、牽張損傷和化學損傷等多種SCl動物模型，并且開展了部分神經(jīng)保護藥物的藥效學篩選。但在實際研究中發(fā)現(xiàn)，動物模型與臨床SCl病例仍有很大區(qū)別。需要建立一套完整的、客觀的運動功能評價系統(tǒng)，這對進一步探討SCl發(fā)生、發(fā)展機制和損傷后的修復治療顯得尤為重要。
有學者將現(xiàn)有的SCI動物模型的運動功能評價方法大致分為開放場地實驗(open field test)、非開放性場地實驗(non-open field test)和聯(lián)合行為學評分法(combined behavioral score)三類。本書就多種SCI動物模型的運動功能評價方法及其優(yōu)缺點作系統(tǒng)綜述，方便研究者根據(jù)實驗治療學的需要選用合適的模型及其評價方法。
一、Tarlov法(Tarlov test)
脊髓損傷后動物的運動能力評估直接反映了脊髓修復與再生水平，以及外周行為功能的改善情況。1953年，Tarlov等首次描述開放場地實驗，并應用于動物脊髓壓迫損傷后的運動功能評價，內(nèi)容有關(guān)節(jié)活動度，能否行走、跑步等。其特點是對靈長類動物較為可靠，且與脊髓損傷程度、神經(jīng)功能恢復及軸突殘存數(shù)量等的相關(guān)性較好，但對嚙齒類動物一致性較差。由于觀察者存在主觀隨性，在不同實驗環(huán)境下重復性不高。
隨后許多學者對Tarlov法進行了諸多改良。并將此法應用于大鼠后肢功能評價。 Kazanci等采用Tarlov法評價家兔脊髓缺血損傷后的運動功能，表明美西律具有明顯改善神經(jīng)功能和緩解組織病理損傷的作用，但與甲潑尼龍(強大的抗氧化劑)比較無統(tǒng)計學差異。 Liang等探討了川芎嗪和去鐵胺治療大鼠脊髓缺血損傷的聯(lián)合效應。結(jié)果治療組Tarlov評分明顯高于對照組，且截癱發(fā)生率與形態(tài)學改變存在相關(guān)性。改良的Tarlov法雖然較為簡單，但評分跨度大，容易呈跳躍性分布，較難判別嚙齒類動物SCI程度上的差異，也難以揭示神經(jīng)功能恢復的整個過程。因此，Tarlov法僅作為嚙齒類動物SCI程度的初步篩選，適合與其他行為學方法結(jié)合使用。Akdemir等采用改良后的Tarlov法分級標準和斜板實驗，評價經(jīng) SJA6017(一種鈣蛋白酶抑制劑)治療后的SCI大鼠后肢功能的改善狀況，提示抑制鈣蛋白酶誘導的細胞凋亡可能是一種可行的SCI治療策略。
二、BBB法(BBB score)
Tarlov法將SCI后后肢運動功能評價分為五級：1級為沒有自主性運動，僅限于髖、膝關(guān)節(jié)的非反射性運動；2級為肢體、髖、膝、踝關(guān)節(jié)運動；3級為主動支持體重和不協(xié)調(diào)步態(tài)，偶爾出現(xiàn)協(xié)調(diào)步態(tài)；4級為前肢和后肢協(xié)調(diào)步態(tài)，行走時有趾間關(guān)節(jié)運動；5級為正常步態(tài)。用此法進行損傷脊髓功能的分級評估是比較準確的，但分級過于籠統(tǒng)，不夠精細。
1995年，Basso等以Tarlov法的開放場地實驗為基礎(chǔ)進行了改良。提出一種新的分為21級的神經(jīng)運動功能評價方法，簡稱BBB法。該法分級較細致，幾乎包括了SCI后大鼠后肢恢復過程中的所有行為學變化，且與脊髓損傷的程度高度相符。這是目前許多研究者較為推崇的一種方法(表2-1)。主要是將動物置于平坦不滑的實驗臺上，兩個觀察者對側(cè)站立觀察后肢運動功能變化，觀察期為5min，期間觀察者依照評分標準進行評分。根據(jù)評分結(jié)果，可以把SCI分為癱瘓、早期恢復、中期恢復和最后恢復4個階段。該法專門用于評價大鼠SCI后后肢運動功能恢復情況，尤其是低位胸段脊髓挫傷后運動功能評價。由于計分呈漸進性排列，能夠反映早期、中期及晚期的行為變化，揭示SCI恢復的全過程。評分結(jié)果具有靈活性，可用于探討運動功能恢復機制，與斜板實驗相比較更具敏感性，本法變異系數(shù)更小。
Li等改良了BBB法，并應用于小鼠SCI模型的運動功能評價。Pinzon等報道用米諾環(huán)素治療并未引起SCI大鼠行為學或組織病理學的改變，但是臨床脊髓挫傷之后使用米諾環(huán)素治療尚需要作進一步細致的研究。Takeda等報道利用米諾環(huán)素治療大鼠脊髓缺血損傷，而后借助BBB法評判大鼠后肢運動功能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)治療組動物BBB評分和正常神經(jīng)元數(shù)量明顯高于對照組。
但是，BBB法用于評價前后肢運動功能時，需要采用雙盲、雙人獨立觀察記錄，這樣評分結(jié)果更具有客觀性。由于評分細節(jié)較多，初學者不易掌握。BBB法僅適用于輕中度損傷，而對重度損傷的評判敏感性不高。
三、步態(tài)分析(gait analysis)
Medinaceli等最早于1982年建立了腳印分析(foot-print analysis)方法，并將其應用于大鼠神經(jīng)運動功能評估，后經(jīng)Metz等進行諸多改良。該法是將實驗動物爪子涂以不同顏色的墨汁，并讓其在木桿上行走，以跨步距離、爪子負重及爪子活動角度為指標進行分析。但由于動物跨步距離和爪子活動角度難以精確測量，可靠性較差。Jia等報道傳統(tǒng)中藥疏血通能明顯促進脊髓血液循環(huán)，減少繼發(fā)性損傷，保護缺血區(qū)神經(jīng)元。采用Tarlov評分法和腳印分析法證實疏血通能促進損傷脊髓的運動功能恢復。一般重大的原創(chuàng)性的實驗治療學結(jié)果，建議采用CatWalk步態(tài)分析法證實。該法能夠提供大量不同運動功能的分析數(shù)據(jù)。包括著地時間、懸空時間、步長、左右腳間距、步序等。與BBB法相比，CatWalk步態(tài)法克服了因動物快速運動而難以作出準確評估的缺陷，適合前后肢協(xié)調(diào)性評價。其次，該法也大大減少了人為因素的影響，使得評價結(jié)果的可靠性大大提高。Salazar等采用CatWalk步態(tài)分析法和 BBB法觀察小鼠脊髓挫傷后30天，移植人類神經(jīng)干細胞的治療效果。結(jié)果顯示小鼠運動功能在移植后2天就得到明顯改善。
跑臺實驗(treadmill test)是在CatWalk裝置的基礎(chǔ)上進行的又一次改進。主要是把透明跑道轉(zhuǎn)換成一條可運轉(zhuǎn)的跑步帶，以便更有利于步態(tài)分析。據(jù)國外的文獻報道，跑臺試驗有Digit步態(tài)系統(tǒng)和Treadscan步態(tài)系統(tǒng)兩種。該實驗可用于動物肢體協(xié)調(diào)性及水平或傾斜步態(tài)力學分析，適合對小型嚙齒類動物的研究。另外，步態(tài)參數(shù)與跑步帶的速率呈相關(guān)性，便于進行不同階段神經(jīng)運動功能的評估。此法不再需要對實驗動物前后肢涂墨汁，彌補了腳印分析的缺陷。因此，跑臺實驗被廣泛應用于大腦感覺運動皮質(zhì)損傷和SCI后的神經(jīng)再生研究，其不足是需要購置昂貴的帶高速攝像機的跑步機及配套的數(shù)據(jù)采集分析軟件。Ji等報道，激活Nogo-66受體可以促進成年動物中樞神經(jīng)系統(tǒng)損傷后的軸突生長，跑臺實驗、改良BBB法、斜板實驗和傾斜網(wǎng)格爬行評分均明顯提高。
四、網(wǎng)格爬行(grid walking)實驗
網(wǎng)格爬行實驗是檢測動物腦或脊髓損傷后是否精確控制后爪放置能力的一種評價方法，適用于貓、鼠等小型動物。根據(jù)網(wǎng)格放置角度不同，可分為水平網(wǎng)格實驗和傾斜網(wǎng)格實驗。該方法是將實驗動物置于水平或傾斜的網(wǎng)格上(兩桿之間距離2.5cm)，以訓練動物在網(wǎng)格上方尋找食物與水，記錄在此過程中大鼠后爪失足落空次數(shù)，發(fā)出腳步聲次數(shù)，以及通過這段距離的時間等行為學數(shù)據(jù)。缺點是網(wǎng)格線太細，對后肢失足不易評價。要求訓練者把握評價的每個細節(jié)，以便準確判別損傷與非損傷行為學變化。此方法人為因素影響較大。耗時耗力，并且費用高。動物行走速度過快時不易觀察。之后，Prakriya等建立了一套網(wǎng)格爬行實驗自動分析系統(tǒng)，首先用于評價T12～T13脊髓背側(cè)橫斷損傷后的行為學改變。對于行為學判斷更為精確化，尤其是判別腳步聲的持續(xù)性，具有操作簡便、耗時短、可比性高等優(yōu)點。但是，對于細小的行為變化，如輕微失足，仍較難檢測。此外，由于一維感覺模式的局限，難以區(qū)分左右后肢的腳步聲。Xu等聯(lián)合應用神經(jīng)干細胞移植和NgR免疫接種來改善成年大鼠SCI后的運動功能，網(wǎng)格爬行實驗的指標和BBB評分明顯好于單個藥物的治療效果。
五、平衡木行走(beam walking)實驗
平衡木行走實驗可分為階梯平衡木(ladder beam)和狹窄平衡木(narrow beam)兩種實驗。前者用來評價動物控制前后爪的放置能力，方法是將動物置于階梯平衡杠桿上，記錄前后肢滑落杠桿的次數(shù)。由DV視頻采集數(shù)據(jù)。Cummings等制作了改良的階梯平衡木裝置及其評分系統(tǒng)，并用于評價T。脊髓挫傷小鼠的后肢功能。最為關(guān)鍵的是，水平階梯平衡木行走實驗能辨別在開放場地實驗中腳步頻率相等的小鼠。該法的特點是受試對象訓練時間短，參數(shù)評估準確，實驗過程便于重復觀察，并且有利于辨別小鼠BBB評分中第5～7點和大鼠BBB評分中第9～13點的行為變化。但與BBB法不同的是，該法主要評價感覺運動皮質(zhì)損傷或脊髓損傷，尤其是高位頸部SCI引起的前后肢功能障礙。另外，該法可對某些區(qū)域功能恢復能力加以辨別，如負重行走。但與BBB法不同的是，該法主要評價感覺運動皮質(zhì)損傷或脊髓損傷，尤其是高位頸部脊髓損傷引起的前后肢功能障礙。另外，該法可對某些區(qū)域功能恢復能力加以辨別，如負重行走。
Fiore等將階梯裝置傾斜至40°建立傾斜階梯平衡木實驗分析小鼠失足指標。小鼠中等程度的脊髓挫傷采用神經(jīng)甾體脫氫表雄酮治療后，運動行為障礙減輕，而且行為學結(jié)果與神經(jīng)病理學改變呈一定的相關(guān)性。1975年，Hichs等建立狹長平衡木裝置評價大鼠 SCI后身體平衡能力、失足次數(shù)等指標，適應于SCI模型及顱腦感覺運動皮質(zhì)損傷的行為學評估。根據(jù)實驗要求，通常將平衡木分為3種規(guī)格：1.2cm、2.3cm矩形平衡木和直徑2.5cm的圓柱形平衡木。Kunkel-Bagden等認為狹窄平衡木實驗可定量評估SCI大鼠的運動功能。郭麗萍等采用改良的狹窄平衡木實驗評價大鼠顱腦損傷后的協(xié)調(diào)肌肉運動及保持平衡的能力，并將損傷程度量化測試。缺點是平衡木越狹窄，實驗動物的失足次數(shù)越多，導致評估結(jié)果可靠性降低。Merkler等報道在采用Nogo-A(一種髓鞘相關(guān)軸突生長抑制劑)抗體中和抑制性抗原的抑制作用研究中，狹窄平衡木實驗、BBB評分及網(wǎng)格爬行實驗評分結(jié)果都有明顯提高。
六、胸腰高度實驗(thoracolumbar height test)
胸腰高度實驗是通過監(jiān)控設(shè)備觀察大鼠通過透明跑道走廊時胸腰椎的高度，借此分析大鼠后肢是部分負重還是全部負重。van de Meeteren等將SCI后大鼠分別置于3個不同類型的環(huán)境中，分別采用胸腰高度實驗、BBB評分和Catwalk步態(tài)分析、網(wǎng)格爬行實驗評價其行為學改變。結(jié)果表明，SCI大鼠在寬敞環(huán)境中進行訓練達到一定閾值，運動功能會得到明顯改善，但運動功能恢復不會再隨強度增加而增加。缺點是不適用于輕型或極重型SCI模型的行為學評估，只能作為行為學評價的一種輔助手段。
七、斜板實驗(inclined plane test)
斜板實驗裝置主要由兩個直角夾板構(gòu)成，通過鉸鏈將夾板相互連接。斜板側(cè)面設(shè)有角度板，便于調(diào)整角度。方法是將實驗動物置于一斜板上，通過調(diào)整斜板角度獲取動物SCI后在斜板上維持5s的最大角度值。斜板實驗的設(shè)備制作簡單，方法簡便，重復性好，無創(chuàng)傷性，且與SCI程度相關(guān)性高，比較適用于輕中度SCI模型。1998年，Yonemori等將斜板實驗進行了技術(shù)上的改造。具體是將大鼠置于水平斜板上(0°)，然后逐漸升至30°作為起始角度，隨后以2°/s的速度增大，直到動物從斜板上滑落，記錄最大角度值。Han等認為這種神經(jīng)保護功效可能與上調(diào)腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(BDNF)和膠質(zhì)細胞源性神經(jīng)營養(yǎng)因子(GDNF)的表達有關(guān)。國內(nèi)學者通過斜板實驗與Tarlov法相結(jié)合的方法，觀察了中藥龜板對大鼠SCI后后肢功能恢復情況。為使該法更具可靠性，通常把整個實驗過程分為預實驗和正式實驗兩個階段。預實驗的目的是使實驗動物適應環(huán)境，避免在正式實驗中出現(xiàn)恐懼情況而影響評估結(jié)果。斜板實驗的缺點是難以揭示大鼠神經(jīng)功能的細微改變，如爪的位置、尾的下垂或上翹，從而影響運動功能的整體評價。宋煥瑾等對銀杏葉提取物治療大鼠SCI后下肢運動功能恢復程度進行了觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)斜板實驗和BBB法檢測值與脊髓損傷程度有明顯相關(guān)性，認為多種行為學相結(jié)合的評價方式彌補了單一評定方法的不足，有效地提高了評分的準確性及敏感性。
八、肢體肌力實驗(limb muscle strength test)
肢體肌力實驗根據(jù)實驗裝置的不同，可分為肢體懸掛實驗(limb hanging test)和肢體握力實驗(limb grip strength test)。前者可用于前后肢功能的評價，尤其是頸段SCI后前肢肌肉功能評估。Diener等建立的肢體懸掛實驗，其裝置由長15cm、直徑2mm的木棒構(gòu)成。實驗時將動物前爪輕放于一懸掛木棒上。通過檢測動物緊握木棒的能力及時間來評價肢體肌力。與Tarlov法相比較，對于中度至輕重度損傷的動物模型，其評價結(jié)果準確性更高。缺點是對輕度或極重度損傷敏感性低，需與其他行為學方法結(jié)合使用。肢體握力實驗的方法是通過實驗動物緊握連有握力表的套圈，以握力表中讀數(shù)衡量動物運動肌力恢復情況。An- derson等指出肢體握力實驗具有方便、可定量分析的特點，適用于頸段SCI模型的前肢運動功能評價，但不適用于重度損傷模型。Aguilar等用改良的肢體握力實驗評價小鼠C5雙側(cè) SCI后前肢的運動功能。
九、Gale聯(lián)合評分法(the combine behavioral score, CBS)
本法最初由Gale等(1985)所創(chuàng)立。在Tarlov法與斜板實驗相結(jié)合的基礎(chǔ)上增加感覺、反射等一些指標建立了聯(lián)合評分法(CBS)，只包括鼠尾拍動與熱板實驗。現(xiàn)經(jīng)改良，已包括開放空間中運動能力分級、腳趾伸展能力分級、觸地反應能力分級、回縮反應能力、矯正反射、斜板實驗與游泳實驗等7項內(nèi)容。
這7項內(nèi)容分別是：①開放空間中運動能力分級，即在1個桌面上鋪上1層紙，將鼠置于其上觀察1min內(nèi)自發(fā)活動的情況；②腳趾伸展能力分級，即將鼠舉起，觀察鼠腿不受任何影響的情況下趾頭伸展的情況；③觸地反應能力分級，即將鼠持于一手中，用其腳背或側(cè)面擦碰桌邊，觀察其將腳置于桌面的速度與精度；④回縮反應能力，即用兩手指拉后肢，或用針刺后腳底部或用食指、拇指擠壓后足觀察后肢回撤的速度與力度；⑤矯正反射，即將鼠翻成仰臥位，觀察其翻正的能力；⑥斜板實驗，即在斜板上將鼠頭朝向上、下、左、右，記錄其保持5s的最大角度；⑦游泳實驗，即觀察鼠在水中45s后肢的活動情況。
CBS法各項數(shù)值代表SCI后神經(jīng)功能喪失的百分比，在應用時有兩種完全相反的計分法，一種認為正常為0分，后肢全癱為100分；另一種認為正常為100分，后肢全癱為0分。 由于本法將多種觀察指標和方法綜合起來進行脊髓功能綜合評分，故能較為準確、相對客觀地綜合評定動物運動、感覺等多方面功能。CBS法能雖然能較為準確地綜合評定SCI大鼠運動、感覺等多方面的神經(jīng)功能，但是由于該方法所需設(shè)備較復雜、人為因素較多而不利于推廣。
此后，Kerasidis等對CBS評分標準進行修正，刪減了其中的“正常行走：0分”選項，將“后肢能負重，會步行1次或2次”改為“后肢能負重，會步行數(shù)次”，從而減少了人為因素，提高了評分的可靠性。von Euler等在不同程度的脊髓壓迫損傷模型上證實，采用CBS法和 BBB法評價的運動功能結(jié)果與組織形態(tài)學改變有很好的相關(guān)性。Hara等用改良的CBS評價SCI動物的運動功能，結(jié)果藥物組的行為學指標明顯好于注射甲潑尼琥珀酸鈉對照組。國內(nèi)學者研究了手術(shù)減壓對大鼠慢性SCI的作用及相關(guān)機制，CBS結(jié)果表明手術(shù)減壓治療可促進脊髓運動神經(jīng)元合成乙酰膽堿轉(zhuǎn)移酶，能顯著改善動物運動功能。
十、BMS
小鼠運動功能評分采用國際最新的BMS(Basso Mouse Scale)評分法，該評分根據(jù)SCI小鼠運動功能改變的特點而制定，已被證明是一敏感、可靠、有效的小鼠運動評分方法。特別是其副評分系統(tǒng)考慮到了脊髓打擊后可能造成雙下肢功能的不一致，使BMS評分系統(tǒng)更加完善。該實驗中也發(fā)現(xiàn)BMS評分簡單易行，小鼠運動功能的改變也能通過BMS評分具體體現(xiàn)，脊髓不同損傷的小鼠，BMS評分存在顯著性差異。在SCI早期，BMS評分降低除因脊髓受損使神經(jīng)元發(fā)生原發(fā)性及繼發(fā)性死亡外，還與局部出血、水腫及血管痙攣等急性炎癥致動物疼痛及限制其活動有關(guān)。隨著急性炎癥的逐漸減輕，膠質(zhì)細胞的增生和分泌一些神經(jīng)營養(yǎng)因子促進了神經(jīng)的修復與再生，BMS評分相應提高。
十一、SCANET評價系統(tǒng)
由于小鼠體積小，研究人員很難準確地評價小鼠SCI損傷后運動功能，而SCANET評價系統(tǒng)解決了這一問題。隨著標準化SCI模型小鼠建立越來越客觀化，使用SCANET系統(tǒng)功能更容易獲取和重現(xiàn)評估功能障礙。
SCANET評價系統(tǒng)是最初用于衡量實驗動物自發(fā)性運動能力的設(shè)備。它由直徑45cm的樹脂玻璃籠子、框架含紅外傳感器、封閉的籠子及一臺筆記本電腦組成。紅外傳感器水平放置在整個籠子上，單位時間內(nèi)的變化速度和加速度可以通過計算機記錄的數(shù)據(jù)進行計算而得出結(jié)果。從5min的數(shù)據(jù)中，動物運動中的最大速度和最大加速度等數(shù)據(jù)會被提取，并被視為最好的運動功能評價指標。SCANET系統(tǒng)的數(shù)據(jù)表明，這些參數(shù)在不同SCI動物中呈現(xiàn)出顯著的差異，如挫傷、橫斷等動物，和對照組動物相比，在整個觀測期間，特別是在挫傷組，它們在復蘇過程中與BMS得分顯著相關(guān)。
從不同的角度對脊髓損傷后運動功能進行評價，對于客觀評價SCI模型小鼠的功能恢復是可取的。SCANET評價系統(tǒng)評價損傷小鼠移動的最大速度和最大加速度，具有簡單、客觀、科學等優(yōu)點，并可以補充其他現(xiàn)有方法測試對SCI模型小鼠功能評價的缺陷。
十二、Olby評分
針對不同物種的實驗動物，運動功能的評價系統(tǒng)也有所區(qū)別。Olby評分法是一個15分的評分系統(tǒng)，主要用于確定SCI后犬的運動功能恢復的速度和水平。采取雙盲法，由兩個對實驗干預措施毫不知情的研究人員對實驗犬的步態(tài)進行獨立評分，平均分數(shù)在0、2、4、8周后科學計算，類似于BBB評分。
總之，臨床SCI往往是多種類型的損傷相互并存，單純某一類型的損傷并不多見。不同的脊髓損傷動物模型復制出不同類型的解剖結(jié)構(gòu)損傷及相應的行為學改變，以至于任何一種動物模型都不可能完全模擬臨床SCI的特征。目前臨床SCI神經(jīng)運動功能的評價仍然沿用美國脊髓損傷協(xié)會《脊髓損傷神經(jīng)學分類國際標準》。內(nèi)容包括神經(jīng)系統(tǒng)檢查的評價、輔助檢查的評價(指影像學和電生理學檢查)和日常生活能力的評價3個部分。神經(jīng)系統(tǒng)檢查的必檢部分有神經(jīng)損傷水平、感覺平面、運動平面、損傷程度評分、骶部殘存、部分保留區(qū)、完全或不完全損傷和四肢癱或截癱。但是，這套分級標準仍存在局限性，如功能獨立性評定不能完全反映損傷患者的恢復情況等。理想的動物模型運動功能評價方法必須緊密結(jié)合臨床實際損傷評價標準，首先受試對象個體影響小，能較好地對不同階段的神經(jīng)行為學改變作出準確判斷；其次要求評價裝置成本低廉，使用簡便，實驗耗時短。
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