丁舒晨¹，方学伟²，虞荣斌³，刘振刚¹，符楚迪¹，来毅⁴，张志武¹，卢一生¹
1 解放军第117医院骨科中心（杭州，310001）；2 西安交通大学机械工程学院；3 宁波市医疗中心李惠利医院防保科；4 西安邮电大学通信与信息工程学院

肩袖在维持盂肱关节稳定和活动中起着关键作用，由慢性肩袖损伤引起的肩痛已成为继慢性头痛和慢性下腰痛之后的第3大疼痛^[1]，在65 岁以上人群中肩袖存在不同程度损伤者约占30%^[2]，且随着年龄增长，损伤的比例会更高^[3]。我们前期研究中，建立了微创制备大鼠慢性肩袖损伤模型的方法^[4]，通过在肩峰下插入聚醚醚酮材料植入物，模拟钩状肩峰或肩峰下骨赘，摩擦冈下肌肌腱，在慢性力学刺激下诱发冈下肌肌腱退变及损伤。但进一步研究时我们发现，目前尚无客观反映肩袖功能或肩袖损伤程度的动物行为学指标。为此，本研究设计大鼠肩袖功能评分量表，并评价其可行性，以期为客观评价大鼠肩袖功能提供工具。

1　材料与方法

1.1　实验动物及主要材料、仪器

清洁级成年雄性SD大鼠60只，体质量（281.21±20.12）g，由解放军第117 医院动物实验中心提供。硫酸卡那霉素注射液（0.5g/支；南京金陵药业股份有限公司）；A型肉毒素（100U/瓶；兰州生物制品研究所）。EOSINT P800型3-D打印机（EOS公司，德国）；CatWalk自动步态分析系统（Noldus Information Technology 公司，荷兰）；平台式动物跑步机（本实验室自制）。

1.2 大鼠肩袖功能评分量表的设计
1.2.1 冈下肌功能不同程度丧失大鼠模型制备及

分组取48只SD大鼠随机分为断裂组、肉毒素组、假手术组和正常对照组，每组12只。正常对照组不作任何处理。肉毒素组大鼠经腹腔注射10%水合氯醛（0.3mL/100g）麻醉后，俯卧位固定。随机取一侧肩关节作为手术侧，将其固定于特制的三棱柱支架上，以抬高肩关节。于肩峰处作一长约2.5cm切口，肩胛冈中内1/3处下缘垂直肩胛骨进针，向冈下肌肌腹内注射A型肉毒素（6U/kg）^[5]。于肉毒素组注射后3周，取断裂组及假手术组大鼠同法麻醉及固定，外展手术侧肩关节，使冈下肌肌腱松弛，紧贴肩胛冈下缘钝性分离筋膜及肌肉，暴露肩胛冈远端下缘，距肩峰远端约0.5cm 处刺入特制的大鼠冈下肌肌腱暴露拉钩，刺入时拉钩紧贴肩峰下缘，钩端朝向肩峰远端，刺入约0.5cm 后旋转拉钩约5°，从肩胛冈下拉出冈下肌肌腱；断裂组切断肌腱，使用棉片按压肌腱断端，止血后复位；假手术组暴露冈下肌肌腱后即刻复位。各组手术当天均腹腔注射硫酸卡那霉素（0.75mg/100g），预防感染。术后第4 天均采用平台式动物跑步机强迫大鼠活动3d（水平0°、3m/min），每天1次，每次30min，以降低肌腱粘连风险。

1.2.2 步态分析　于断裂组造模术后第7天，取各组大鼠采用CatWalk自动步态分析系统进行步态分析。采集大鼠自由行走时双侧前肢单位时间着地次数、支撑时相比、触地压力、摆动速度、触地速度以及前后脚间距离共6个步态参数^[6]，每只大鼠采集10次数据，取均值^[7]，计算干预侧/对照侧比值。

1.2.3 量表设计采用SPSS17.0统计软件进行分析。各步态参数的干预侧/对照侧比值组间比较采用方差分析，两两比较采用SNK 检验，检验水准α=0.05，并计算95%可信区间（95%CI）。剔除断裂组、肉毒素组分别与假手术组、正常对照组间差异无统计学意义的步态参数；将差异有统计学意义的步态参数作为量表评价项目。赋值标准：比值小于或等于断裂组95%CI上限计1分，大于断裂组95%CI上限且小于肉毒素组95%CI下限计2分，大于或等于肉毒素组95%CI下限且小于肉毒素组95%CI上限计3分，大于或等于肉毒素组95%CI上限且小于假手术组或正常对照组95%CI下限较小值的计4分，大于或等于假手术组及正常对照组95%CI下限较小值的计5分。

1.3 大鼠肩袖功能评分量表验证

取12只SD大鼠参照文献^[4]方法建立慢性肩袖损伤模型。采用3-D打印技术制备聚醚醚酮材料肩峰撞击征大鼠模型植入物（专利号：

ZL201420041502.4）。实验大鼠同上法麻醉后，随机选取一侧肩关节作为手术侧，将植入物植入至肩峰下；术后第4天采用平台式动物跑步机驱赶大鼠（下倾13.5°、17m/min），每天1次，每次30min。术后8周内每周采集1次步态参数，每次每只大鼠采集3次，取均值，采用设计的大鼠肩袖功能评分量表评价大鼠肩袖功能。

2.1 一般情况

实验大鼠均存活，无红、肿、皮温增高、皮下积液等局部炎性反应或全身感染发生。断裂组大鼠术后爬行1～2d，3d后均恢复四肢着地行走。肉毒素组注射后4周，大鼠冈下肌萎缩，肌肉体积明显小于其他组大鼠。验证组大鼠爬行2～3d，4d后基本恢复正常行走。

2.2 步态分析

断裂组各步态参数均显著小于肉毒素组，肉毒素组显著小于假手术组及正常对照组，比较差异均有统计学意义（P<0.05）；假手术组和正常组比较，差异均无统计学意义（P>0.05）。见表1。各组各参数95%CI见表2。将各步态参数均作为量表评价项目。假手术组与正常对照组各步态参数差异无统计学意义，故将量表各项目5分取值范围的下限定为假手术组或正常对照组95%CI 下限的较小值。各项目评分1～5分，总分为30分，最低分为6分，分别反映大鼠肩袖冈下肌功能完全正常（肩袖功能完全正常）和完全丧失（肩袖功能严重丧失）。具体量表见表3。

2.3 大鼠肩袖功能评分量表的验证

验证组大鼠第1～8周肩袖功能评分分别为（27.00±1.86）、（23.75±2.83）、（21.33±1.92）、（18.17±2.37）、（13.17±1.64）、（11.67±2.50）、（8.17±1.27）、（6.50±0.67）分。

3 讨论

大鼠是研究肩袖损伤，尤其是慢性肩袖损伤的理想模型动物。在既往文献报道中，除大鼠外，兔是最常用于肩袖损伤研究的动物模型之一^[8-13]。兔体型相对较大，便于手术操作，多应用于肩袖急性损伤以及手术修复等研究^[9]，但急性创伤引起的肩袖损伤仅占有症状肩袖损伤的8%^[14]，临床中大部分肩袖损伤为慢性损伤，因此兔动物模型应用价值有限。此外，兔主要依靠后肢跳跃前进，肩关节功能对整体步态影响较小，不利于通过行为学观测来评价肩关节功能。而大鼠是通过四肢交替支撑和摆动方式前进，肩关节功能在前肢整体功能中具有重要作用，易于通过步态分析法发现大鼠肩关节行为学异常^[15-16]。其次，大鼠肩袖结构发达，冈下肌腱性部分较长，其穿过锁骨、肩峰以及连接它们的韧带，与人体解剖学结构相似^[17]。同时，大鼠价格低，繁殖快，便于饲养和管理，更适用于慢性肩袖损伤的研究。故本研究以大鼠为研究对象，建立实验动物的肩袖功能评分量表。

为使大鼠肩袖中特定一块肌肉的功能完全丧失，而其他结构基本不受影响，我们在预实验中尝试采用大鼠急性肩袖损伤经典模型，即Carpenter 模型^[18]，但发现其存在以下不足：①大鼠冈上肌肌腱的腱性部分短小，不利于建立慢性损伤模型，也不利于病理学取材和观察；冈下肌腱性部分较长，且正好位于肩峰下，与人冈下肌位置相似，Schneeberger等^[17]认为选择大鼠冈下肌研究肩袖损伤优于冈上肌。② Carpenter模型的手术入路暴露范围较大，手术创伤对肩关节周围结构及肩袖中其他结构功能影响较大，而本实验需要测量肩袖中特定结构组分功能缺失时的步态特征，因此该方法制备模型可能带入更多混杂因素，影响检测结果的客观性。

因此，本研究设计了一种微创建立大鼠急性肩袖损伤模型的新方法，在暴露冈下肌肌腱的同时避免破坏肩关节其他生理结构，以降低模型制备损伤对步态分析及肩关节功能评价的影响。具体方法为使用特制拉钩将冈下肌腱从肌肉间隙拉出，无需剥离肌肉，出血少。由于大鼠体型较小，肩峰下间隙狭窄，本研究中使用的特制拉钩（专利号：201521040086.7）是我们根据大鼠肩关节解剖学特点设计制作，该拉钩由不锈钢材料制成，钩端直径0.4mm，直柄部分逐渐增粗。拉出肌腱后通过将肌腱滑行至直柄合适粗细位置，可固定和绷紧肌腱，处理肌腱时起到垫板作用，易于切断或者磨损处理。通过预实验我们发现，建立大鼠急性肩袖损伤模型后5d内，由于切口疼痛，各步态参数均不稳定，7d进入稳定期，是测定急性肩袖损伤大鼠步态参数的最佳时间。因此，本研究选择在断裂组造模7d后测量各组大鼠步态参数。

为抑制冈下肌功能至正常状态的1/2，且不影响肩袖其他结构功能，我们在预实验中比较了以下方法：①使用2000目砂纸打磨肌腱，使肌腱厚度减少一半；②采用电切或液氮冷冻破坏约1/2冈下肌肌腹；③冈下肌肌腹局部注射A型肉毒素。最后确定注射A型肉毒素（6U/kg）4周为最优方法。A型肉毒素是一种神经毒素，可选择性作用于周围运动神经末梢的神经-肌接头，通过阻滞运动终板钙离子介导的乙酰胆碱释放，产生去神经作用，导致肌肉松弛麻痹及去神经性肌肉萎缩^[19]。肌腹局部注射6U/kg肉毒素是安全剂量，随着运动神经纤维末梢的出芽生长，重建神经- 肌接头，注射3～4个月后肌肉收缩功能将逐渐恢复^[19]。在预实验中我们发现：肌腹注射6U/kg A型肉毒素4周后，大鼠肌肉萎缩，肌束变细，单个肌纤维直径缩小，细胞核聚集，核与核之间的距离减小，肌纤维排列紊乱，间隙内出现脂肪细胞浸润；肉毒素组肌束总面积约为生理盐水对照组的1/2，理论上此时冈下肌力量约为正常时的1/2，即功能丧失一半。

通过步态分析和数据统计，我们获得了断裂组、肉毒素组及假手术组、正常对照组各步态参数的95%CI，代表了冈下肌功能完全丧失、丧失一半或完全正常时的测量结果。临床使用的肩袖功能量表通常将参数等级划分为3～7级，以5级最常见。由于3级提供的信息太少而7级太多^[20]，本量表对所纳入6项步态参数均采用5级区间评分法：当参数位于断裂组95%CI内时计1分，位于肉毒素组95%CI内时计3分，位于正常对照组95%CI内时计5分，位于3个区间间隔内时分别计2分和4分。赋值选择“1”开始而不是“0”开始，是因为本量表仅针对大鼠冈下肌，而肩袖由4 块肌肉组成，即使冈下肌功能完全丧失，肩袖仍然可以通过其他肌肉代偿行使部分功能。故本量表满分为30分，最低分为6分，分别反映大鼠冈下肌功能完全正常（肩袖功能完全正常）和完全丧失（肩袖功能严重丧失）。此外，由于测量仪器的品牌或者型号不同，步态参数的采集精度或误差可能不同，故本量表采取干预侧/对照侧比值的形式，以降低测量误差。在前期大鼠慢性肩袖损伤模型的研究中^[4]，我们发现造模2周时，约58.3%大鼠发生肩袖部分撕裂；造模4～6周，约91.6%大鼠发生不同程度的肩袖部分撕裂，8.3%大鼠发生肩袖全层撕裂；而造模8周时，83.3%大鼠发生肩袖全层撕裂，16.7%大鼠发生肩袖部分撕裂。本研究中，验证组大鼠第2 周肩袖功能评分为（23.75±2.83）分，说明已经出现肩袖功能损害。第4～6周，随着肩袖损伤程度的加重，肩袖功能评分从（18.17±2.37）分逐渐下降至（11.67±2.5）分，尤其第5周评分下降显著，其原因可能是在第5周部分大鼠出现冈下肌腱全层断裂，而肌腱关节面腱膜尚连续，冈下肌通过菲薄的腱膜尚能传递部分肌力至关节。第8周肩袖功能评分为（6.50±0.67）分，表明大鼠冈下肌功能已完全丧失，肩袖功能严重损害。验证组大鼠评分下降趋势与前期研究中观察到的肩袖慢性损伤发展趋势一致，但是本研究验证组大鼠数量较少，未能分批处死并通过病理学切片观察不同评分大鼠冈下肌腱损伤情况，故该量表反映肩袖损伤程度的灵敏度及特异性还有待进一步研究。

综上述，本研究提供了一种能够客观评价大鼠冈下肌功能的工具，并通过大鼠慢性肩袖损伤模型初步验证，其在一定程度上能够反映大鼠肩袖损伤程度及肩袖功能状态。但该大鼠肩袖功能评分量表的信度以及效度，还需进一步研究。

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