MODS动物模型研究进展

・综述・MODS动物模型研究进展

胡　森(综述),盛志勇,周宝桐(审校)

(解放军第三○四医院烧伤研究所,北京　100037)

基金项目:全军“九五”医学科研规划指令性课题(96L053)获奖项目:1996年解放军总后勤部科技进步一等奖(961102)作者简介:胡　森(1959),男(汉族),山东临沂人,博士,副研究员,全军“九五”指令性课题负责人之一。主要研究严重创伤后全身炎症反应及多器官功能障碍综合征,已获国家科技进步三等奖1项,军队科技进步一等奖1项,二等奖2项,主编专著1部,发表学术论文50余篇。

中图分类号:R365;R332 文献标识码:A 文章编号:10030603(1999)08050404

多器官功能障碍综合征(MODS)动物模型是研究MODS发病机制和临床防治的基础,同时也是MODS研究的一个难点。MODS是多因素诱发的临床综合征,发病机制复杂,再加上治疗因素的干扰,使得模拟MODS的病理变化和临床特征十分困难。因此,建立标准化的和符合临床实际的MODS动物模型一直是国内外学者在探索的课题〔13〕。在本文中,作者将根据国内外MODS模型研究的进展,结合本人的研究经验,对MODS模型的标准化、致伤因素等问题进行讨论,并介绍一些实用的MODS模型,供读者参考。1　MODS模型的标准复制MODS模型的目的在于:模拟MODS的发病因素、病理过程和临床特征,研究MODS的发病机制及防治方法。根据90年代的最新认识,MODS是全身炎性反应综合征(SIRS)的常见并发症,多器官衰竭(MOF)仅是MODS的终末表现;而SIRS是机体对各种致病因素〔包括感染和(或)非感染因素〕的全身炎症反应,脓毒症仅指感染引起的SIRS。正确理解上述概念,对于成功的复制MODS动物模型具有重要意义。因此,作者认为,一个符合临床实际的理想的MODS实验模型应具备的标准是:①致伤因素与临床MODS常见诱因基本一致;②发病在致伤24小时以后;③有SIRS的表现;④有2个以上器官或系统的功能障碍;⑤有足够的发病率和死亡率。111　致伤因素:即在MODS模型复制时,对动物施加的各种可能诱发或加重MODS的损伤性因素。采用何种致伤因素,主要根据MODS临床常见诱因、不同研究目的、动物种属和实验条件决定。根据临床常见MODS诱因,MODS模型的致伤因素主要包括各种休克、再灌注损伤、创伤和烧伤、感染或脓毒症、过度炎症、肺或肠屏障功能损害等。这些因素可以单独或复合使用,采用一次或多次打击施加于动物。必要的器官支持(主要是循环、呼吸和代谢支持)在复制符合临床实际的MODS模型过程中(尤其是双相迟发MODS模型),也是一种不可缺少的关键因素。此外,不同种属的动物对各种MODS致伤因素的耐受力和反应性差别较大,不同的研究目的和实验条件对致伤因素也有一定的要求。112　MODS的诊断依据:根据临床MODS的定义,发病或较伤后24小时以上出现MODS方可诊断,而24小时内发生MODS或死亡者,应视为复苏失败,与休克和创伤造成器官的直接损伤和死亡相区别。同样,动物MODS诊断也定在致伤后24小时。实验动物MODS的诊断依据与人类基本一致〔1,4〕,即:诱发因素+SIRS+多器官功能障碍。113　SIRS的表现:目前尚缺乏动物SIRS的诊断标准。作者根据复制MODS模型的实践,在人类SIRS临床诊断依据的基础上,提出以下动物SIRS的诊断依据:①直肠温度较正常或伤前升高或降低1℃;②呼吸频率超过对照值2倍或PaCO2较对照值降低25%;③白细胞总数超过对照值的2倍或减少50%;④心率较对照值增加50%。值得注意的是,受动物麻醉或紧张等因素的影响,常难于测得准确的呼吸和心率。因此,上述几项中,采用直肠温度、PaCO2、白细胞计数和分类的变化进行诊断相对较为准确。若实验条件许可,最好能持续监测动物的血流动力学和氧代谢指标的变化以及炎性介质的水平,以便更全面和精确地判断SIRS发生的时间和程度。动物发生SIRS时,心排血量减少,外周阻力增加,氧耗量和氧摄取增加,血浆急性期蛋白和多种炎性介质(如肿瘤坏死因子、白细胞介素和磷脂酶A2等)水平升高;

多脏器组织呈炎症改变。114　多器官功能障碍:动物的多器官功能障碍的诊断依据与人类基本一致,所采用的实验室诊断指标也大致相同。目前,国内外还没有统一和公认的动物器官功能障碍的诊断标准。各实验室往往根据其对MODS模型的认识、研究目的以及检测条件,制定各自的诊断标准。作者根据长期从事MODS动物模型研究的经验,也提出动物的多器官功能障碍诊断和评分标准供读者参考〔1,57〕。动物的诊断标准与人类比较有如下特点:①以实验室检查为主,以排除主观和治疗因素的影响;②动物标准多采用对照值(尤其是自身对照),能减少种属和个体

差异的影响;③采用功能评分方法,以反映器官功能障碍的程度。115　发病率和死亡率:一个理想的MODS动物模型应有较高的发病率和死亡率,根据MODS早期诊断和防治研究的要求,较适宜的MODS发病率和死亡率应在50%以上。多次打击、复合致伤,特别是进行器官功能监护和支持能提高MODS模型成功率。2　常用的MODS动物模型211　一次打击模型(singlehitmodel):一次打击模型又称单相打击模型,是指用单一致伤因素一次实施或者2个以上致伤因素同时或相继实施复制MODS

・405・ChineseCriticalCareMedicine,August1999,Vol.11,No18模型,是目前国内外最常见的MODS动物模型复制方式,此类模型主要模拟单相速发MODS的发病过程和临床特征〔8〕。其特点是致伤因素相对简单,多采用小动物,病程短(数小时至数日);复制出的单相速发MODS与原发打击关系密切;实验结果容易分析;常用于MODS机制研究和防治药物的筛选。21111　创伤复合低血容量性休克模型:低血容量性休克及其复苏与再灌注过程是创伤和烧伤后最基本的病理生理过程,也是MODS常见诱因或前置状态。由于低血容量性休克模型较好地模拟了上述过程,常作为复制创伤后MODS模型的基础方式。但作者的研究表明,用单纯低血容量性休克复制MODS动物模型成功率很低,动物的反应常表现出类似“全或无”的特点〔1,5,9〕。轻度休克对器官功能影响很小,而重度休克在可逆期及时复苏,虽然动物存活率高,但MODS发生率低(小于15%);不可逆休克时,95%动物在休克后24小时内死亡。此外,动物的表现为低排高阻、低代谢和轻度的炎症反应,与临床MODS不同,此时的氧自由基损伤和肠道细菌易位也是一过性的。因此,一些学者多在低血容量性休克基础上施加创伤或感染等因素,提高MODS的发生率。Chaudry等〔10〕在1989年复制出一种具有MODS临床特征的创伤休克模型,即:使用SD大鼠经乙醚轻度麻醉,在1分钟内用电刀作5cm腹壁正中切口,然后造成低血容量性休克,血压维持在513kPa(1kPa=715mmHg)1小时。之后输入4～5倍失血量的乳酸林格氏液进行复苏并维持。整个实验过程,动物基本处于清醒状态,没有进行全身肝素化,通过持续少量输液维持血压,液体复苏过程也与临床抗休克补液过程基本相似。伤后3～5日,动物体重显著降低,伴有全身炎症反应和心、肝、肺以及肠屏障功能障碍,死亡率高达50%。Schlag等〔11〕在1990年采用狒狒先造成动物股骨和胫骨骨折,并在骨折部位的软组织重锤100次,低血容量性休克复制方法与Chaudry的方法相似,未进行全身肝素化,但休克较重(410～610kPa,维持4小时)。3日内,大多数动物出现典型的创伤性休克的血流动力学和代谢变化,同时有全身炎症反应和多器官衰竭的功能和形态改变。Schlag认为,狒狒的创伤性休克模型尤其适用于创伤性休克诱发全身炎症反应失控和多器官衰竭研究。付小兵等〔12〕设计了一种狗枪弹伤复合失血再灌注致创伤性休克模型,动物多脏器衰竭发生率达3018%。21112　脓毒症模型:感染或脓毒症虽然是临床MODS的最常见的诱发因素,研究人员也常采用制作感染病灶或注射内毒素的方法造成脓毒症或内毒素血症。但遗憾的是,使用这些方法复制出的MODS模型成功率并不高〔13〕。作者曾分别观察了家兔肌肉感染灶、腹膜后感染灶、盲肠结扎穿孔致腹腔感染和山羊门静脉大剂量输注内毒素(O55B5,110～115Λg・kg-1・h-1)以及持续微量输注内毒素(30ng・min-1・kg-1,持续5日)5种感染模型动物的临床特征、存活率和MODS发生率〔1,5〕。结果显示:只有盲肠结扎穿孔和门静脉持续微量输注内毒素模型动物能存活5～10日,并表现出高代谢、高排低阻和全身炎症反应等SIRS的临床特征,其他3组存活时间都较短。动物单器官衰竭发生率虽能达到50%,但如若不进行器官支持,多器官衰竭发生率难于超过30%。国内外其他学者的研究结果也基本相似〔5,1419〕。从上述模型的研究得出以下经验:①动物对感染因子的作用也表现出类似“全或无”的特点。②不同种属和批号的细菌和内毒素对实验结果影响很大,即使用完全相同的细菌或内毒素攻击,动物也表现出明显的种属和个体差异。③不同剂量的内毒素及给药途径可造成动物两种完全不同的反应。大剂量快速输入能造成内毒素休克,动物在数小时内死亡,与MODS临床表现不同。而持续小剂量输入内毒素能模拟人类脓毒症时内毒素持续小量释放入血的特点,动物表现出诸如高动力循环、持续高代谢和全身炎症反应等SIRS的临床特征。④羊是复制SIRS和MODS模型的比较理想的动物。首先,羊对内毒素十分敏感,实验证明,仅用016Λg󰃗kg的内毒素就能造成羊肺血管损伤和PaO2降低,同时表现出高动力循环和全身炎症反应。而大鼠、家兔和狗对内毒素攻击则表现出较强的耐受性,需要比羊大几十至几百倍剂量的内毒素(016～4010mg󰃗kg)

才能出现脓毒症和器官损伤。其次,羊性情温顺,肺部淋巴系统丰富,特别适用于制作肺淋巴瘘和慢性实验。21113　过度炎症模型:Maier和Fry

〔20〕

认为,MODS是针对创伤和感染的刺激而产生的免疫反应过于强烈损伤自身细胞的结果。根据这一假说,Goris等〔21〕将酵母多糖注入大鼠腹腔,能造成严重的腹腔炎症和多器官病理损害,并且在无菌动物身上重复了这一结果。之后经Steinberg〔22〕和陆江阳等〔23〕国内外学者

加以完善后,现已被广泛接受和普遍采用。为了探讨炎症模型作为MODS模型的可能性,作者分别给予大鼠腹腔内注射粒细胞激活剂酵母多糖(100mg󰃗100g)、巨噬细胞激活剂去甲

斑蝥素(115mg󰃗100g

)及细胞因子

TNFΑ(100Λg󰃗d)3种炎症刺激物复制