急性肺损伤动物模型的现状研究

０引言
急性肺损伤（Acute Lung Injury，简称ALI）是指由心源性以外的各种肺内、肺外的致病因素导致的急性、进行性呼吸衰竭，极易发展为急性呼吸窘迫综合征（Acute Respiratory Distress Syndrome，简称ARDS），进而诱发多器官功能衰竭（Multiple Organ Dysfunction Syndrome，简称MODS）。

因此，ALI是临床上常见的危重症，其病死率极高，对患者的生命造成了严重威胁，并影响其生存质量。

同时，不同动物模型的实验性肺损伤已经用于研究ALI的发病机制。

本文将已有的肺损伤动物模型的发生机制及临床应用综述如下。

１急性肺损伤
1.1病因
在临床上引起ALI的病因及高危因素很多，不同因素所致的ALI在病程及预后有所不同。

ALI病因一般分为肺内因素（直接因素）和肺外因素（间接因素）两大类。

肺内因素包括：（1）化学性因素，如吸入烟尘、胃内容物及氧中毒等；（2）物理性因素，如肺挫伤、放射性损伤等；（3）生物性因素，如重症肺炎。

肺外因素包括：严重休克、感染中毒症、严重非胸部创伤、大面积烧伤、大量输血、急性胰腺炎、药物或麻醉品中毒等。

当肺直接损伤时，首先累及肺泡上皮细胞，同时促使肺泡巨噬细胞（PMN）严重反应链的激活，释放多种促炎症因子及炎性介质，导致肺内炎症反应；间接肺损伤因素是激活全身系统性炎症反应，肺外炎性介质通过血液循环系统进入肺内，肺作为全身炎症反应的靶器官引起进一步损伤[1]。

1.2病理生理
ALI的病理生理学改变包括严重的低氧血症，
急性肺损伤动物模型的现状研究
ＣｕｒｒｅｎｔＳｉｔｕａｔｉｏｎｏｆＡｃｕｔｅＬｕｎｇＩｎｊｕｒｙＩｎＡｎｉｍａｌＭｏｄｅｌｓ
周榕颜春松
Zhou Rong Yan Chunsong
（南昌大学第二附属医院，江西南昌330006）
（Second Affiliated Hospital of Nanchang University，Jingxi Nanchang330006）
摘要：急性肺损伤是全身炎症反应综合征在肺部的主要表现，往往也是多器官功能障碍综合征中最先出现的器官功能障碍，在其整个发病过程中居重要甚至是决定性的地位。

合理地建立理想的急性肺损伤的动物模型对研究急性肺损伤的发病机制及早期防治具有重要意义。

关键词：急性肺损伤；动物模型
中图分类号：R-332文献标识码：A文章编号：1671-4792（2012）12-0221-06
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Acute lung injury(ALI)is a systemic inflammatory response syndrome mainly in the lungs,also the first appeared in the Multiple organ dysfunction syndrome(MODS),and occupies an important or even deci-sive position.Reasonable establishment of an animal model of acute lung injury,that is very important to study the pathogenesis and early prevention of acute lung injury.
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ALI；Animal Models 急性肺损伤动物模型的现状研究
科技广场２０１２．１２
常常是呼吸末正压通气（PEEP）和胸廓整体顺应性的降低，引起肺顺应性的下降。

肺泡上皮细胞的主动清除肺泡液的功能受损，使肺泡内皮和上皮通透性增加，导致肺血管外水分显著增加，造成肺水肿[2]。

我们对ALI病人发病过程中肺的病理生理学的详细研究是有限的，我们的信息主要来自对死亡病人的肺或是做过肺活检的病人的研究。

1.3发病机制
ALI的发病机制尚未完全阐明，但目前认为是内皮细胞损伤和肺上皮细胞屏障破坏的一种急性炎症疾病，特点是肺泡—毛细血管膜的完整性的破坏、过多的跨膜中性粒细胞的迁移和释放的促炎症因子和细胞毒性介质。

同时，肺内炎症介质和抗炎症介质的平衡失调也是ALI发生、发展的关键环节。

这些可能的机制相互关联，相互影响，形成ALI复杂的机制网络[3]。

２ＡＬＩ动物模型的必要性
尽管ALI已经研究了近四十年，临床重症监护在这期间已经取得了长足的进步，但ALI的死亡率仍高达50%—70%[4]。

因此，人们对ALI发病机理的研究及早期疾病的防治从未间断过。

要深入探讨疾病的发病机理及早期疾病的防治是不能在病人身体上进行的，只有通过对动物实验制作各种疾病模型，研究观察生命现象，进而推用到人。

动物模型为病人与实验室研究提供了一个桥梁。

人类研究能在动物模型中得到验证，更重要的是人体疾病的研究结果能够在动物模型中得到验证，评估动物与人体疾病之间的联系。

因此，现在当务之急是建立完善的模拟临床的动物模型。

３ＡＬＩ动物模型的选择及分类
3.1ALI动物模型的选择
鼠类、兔、犬、猪、绵羊、山羊及灵长类等动物都可以作为动物模型。

虽然灵长类动物进化程度高，反应更接近人类，是目前最理想的动物，但由于动物来源困难、费用昂贵，应用受限；而鼠类动物繁殖快，来源容易，虽然其生理基础和疾病的病理变化与人类相比有一定的差距，但在大样本试验中观察其死亡率、生存率等等仍是一种良好的选择。

在基因研究方面，大鼠比小鼠更有优越性，转基因鼠已经更广泛地被运用于肺部炎症的研究过程中[5]。

值得注意的是：小鼠模型实验结果外推至人时应该小心谨慎。

3.2分类
据报道，ALI的病因分为肺内与肺外原因，发病机制、治疗效果等多方面存在差别[5]。

一般急性肺损伤动物模型可分为如下几种类型：
3.2.1肺内型
（1）海水淹溺模型。

麻醉大鼠，向气管内注入海水4ml/kg（3min内），一般30分钟可以复制海水致大鼠肺损伤模型成功[6]。

两次灌注海水约4ml/kg的方法，可成功建立海水致兔急性肺损伤的模型[7]。

目前认为，发生机制可能为海水对肺泡组织的直接损伤及海水淹溺后机体特征性的中性粒细胞炎症反应的过度表达[8]，及反复用海水灌洗可降低肺泡衬液中的表面活性物质浓度，改变肺泡表面张力。

该模型的研究可以有效地用于海水作战及航海作业事故中落水人员的及时救治。

（2）呼吸机所致肺损伤（VILI）模型。

麻醉大鼠后进行，气管插管，接小动物呼吸机（ASV0691-001型，Havard，美国），潮气量6ml/kg，PEEP5cmH2O，频率60—70次/分，通气4h，可复制VILI模型[9-10]。

小潮气量通气仍可以导致ALI，机制可能是机械通气使中性粒细胞(PMN)激活。

PMN活化后不但能释放多种细胞因子和炎症介质，还可生成大量氧自由基和蛋白水解酶等，导致肺毛细血管内皮与肺泡上皮
通透性增高和肺泡液清除率减退[11]。

优点在于，此模型的干扰因素单一，完全模仿了人类使用呼吸机的机制。

缺点在于，模型制作复杂，复制具有挑战性，大鼠观察时间短（4h），而病人需要长时间使用呼吸机。

该模型机制可用于呼吸机并发症的研究。

（3）低pH酸吸入模型。

麻醉大鼠后，向气管内匀速注入稀盐酸（pH=1.25，1.2mg/kg），时间控制在2min 以内，注射完成后保持体位3min，可复制模型[12]。

低pH酸吸入型肺损伤模型的发生机制是中性粒细胞依赖性肺损伤，其特点是气道和肺泡上皮细胞的损伤，包括I型肺泡上皮细胞，随后是II型肺泡细胞的增殖修复过程。

酸性物质最主要靶部位是肺泡上皮细胞,可引起肺泡上皮细胞转运功能障碍,造成肺泡上皮液体转运障碍[13]。

此模型用于HCL模拟胃酸吸入导致的肺损伤，优点在于循环功能稳定，组织损伤基本局限于肺部；缺点在于不能完全模仿胃酸的吸入，因为人类不是吸入HCL而是复杂胃内容物，有颗粒物、细菌产物、细胞因子，pH常高于1.5。

（4）油酸静脉注入模型。

麻醉大鼠，一次性对鼠尾静脉缓慢注射0.1ml/kg，可复制模型[14]。

据报道[15]，油酸导致的肺损伤的特点是早期的肺泡内皮细胞坏死和微血栓栓塞的形成，随后修复期以II型细胞的增殖和胸膜下区域的纤维灶形成为主要特点。

虽然，油酸导致细胞死亡的真正机制仍不清楚，但是直接细胞膜损伤可能是一个重要的线索。

此模型的优点是它的可复制性，用同样的剂量、同样的注射方式注射油酸，在其他动物模型中复制得到肺损伤模型。

油酸制备大鼠ALI模型病理学改变与人ARDS相似，是较为成熟、可靠的一种造模方法，因此，提供了一个很好的模型用于研究大小动物肺损伤的肺功能及V/Q的比例。

3.2.2肺外型
（1）缺血再灌注（I/R）模型。

麻醉小鼠后，从腹部正中切口，分离肠系膜上动脉，微动脉夹夹闭肠系膜上动脉根部，观察2min，确定肠系膜上动脉血流被阻断后，缝合伤口。

45min后经原切口进腹，松开动
脉夹恢复血供，可复制肠缺血再灌注模型[16]。

研究表
明[17]SD大鼠全麻后开胸，结扎左冠状动脉的前降
支，30min后，剪开结扎线，恢复血供，可复制左心室
缺血再灌注模型。

此类模型是一种多因素参与的复
杂的病理过程，诱发体内炎性介质、细胞因子的激
活，包括PMN浸润，导致肺血管通透性增加和水
肿，大量的毒性递质在肺中释放[18]。

其主要缺点是制
作复杂，不易复制，试验条件比较苛求。

此模型为临
床治疗肠道外伤及左心功能不全所致的急性呼吸衰
竭提供理论基础和实验室依据。

（2）急性/重症胰腺炎并发肺损伤模型。

大鼠麻
醉后，从上腹部正中切口，逆行性胰胆管注入5%牛
磺酸钠（1ml/kg），可复制模型[19]。

此模型的主要机制
可能是：在急性/重症胰腺炎时，核因子KB（NF-
κB）的活化，产生大量的炎症介质及促炎症细胞因
子（如TNF-α和IL-1β、IL-6、IL-8、TNF-α、磷脂
酶A2、iNOS等）[20]并释放入血液中，随体血液循环
到达肺部，导致大量炎症细胞在肺部聚集、浸润并释
放大量细胞毒性物质（如一氧化氮、内皮素等）。

这些
物质对肺泡上皮和肺血管内皮广泛的破坏，引起肺
的水肿、不张及低氧血症，最终导致肺损伤的发生。

此模型主要的缺点是复制难度大，需要精细的操作，
且大鼠起病急、发展快，早期死亡率高，预后差，不适
合对疾病预后的研究。

主要优点是较好地模拟急性
/重症胰腺炎导致的急性肺损伤的病理过程、临床
表现及肺组织损害病理学结果[21]。

（3）二次打击肺损伤模型。

大鼠90℃水烫10s，
烫伤面积为体表面积的20%—25%，组织学检查为
Ⅲ度烫伤，烫伤后12h颈外静脉注射LPS10mg/kg，
可复制烫伤复合内毒素血症的动物模型。

还有的用
小鼠麻醉后钳夹双侧股骨，造成中段闭合骨折，6h
后腹腔注射LPS5mg/kg，可复制多发骨折复合内毒
素血症的动物模型。

这类模型的主要机制是Moore
等在上世纪90年代提出在“两次打击理论”，可能是
急
性
肺
损
伤
动
物
模
型
的
现
状
研
究
科技广场２０１２．１２
因为骨折或烫伤作为第一次打击后，机体处于一种局部的炎症反应综合征状态，此时如果再次遭受感染（注射PLS）、手术打击、不恰当的复苏等第二次打击，就会放大已经存在的炎症状态而发生过度的全身性的系统性炎症反应综合征（SIRS），会继发急性肺损伤甚至急性呼吸窘迫综合征，其中Ⅱ型肺泡上皮细胞的损伤是造成急性肺损伤的基础及关键[22]。

此模型复制困难，危险性极大，实验鼠死亡率高，但较客观地模拟了烫伤或骨折后并发感染导致急性肺损伤的病理生理特点，为烫伤或骨折后的病人的护理及治疗的研究提供了良好的动物模型。

（4）盲肠结扎/脓毒症模型。

大鼠麻醉后，游离盲肠盲端，距盲端1cm处结扎，用针头贯通穿刺2—3次，放置1根直径约0.5cm的硬质导管并固定，回纳盲肠，缝合，术毕后于腹壁皮下注射林格液抗休克处理，可复制模型[23]。

此模型机制是通过结扎和刺孔盲肠（CLP）等外科方法使动物发生组织坏死和肠源性腹腔感染，诱发腹膜炎及全身炎症反应综合征，导致中性粒细胞及巨噬细胞等细胞因子在肺组织中大量表达及间质和肺泡水肿，进一步发展成ALI，甚至ARDS[24]。

其主要优点是可复制出脓毒血症和器官损伤的动物模型，但需要外科手术，且模型易受不同动物结肠菌群的影响，导致显著差异。

本模型是用于腹腔肠道损伤发生呼吸衰竭患者的病理生理、发病机制及预后的实验研究。

3.2.3其他型
（1）内毒素（脂多糖）模型。

大鼠麻醉，后从尾（股）静脉注射LPS5mg/kg，或气管内注入LPS 10mg/kg，或腹腔内注入LPS10mg/kg，均可复制模型。

LPS的主要成分是内毒素，可作为抗原激活机体的免疫应答，静脉注射后，导致肺血管内中性粒细胞（PMN）变形和PMN直接进入肺毛细血管，较少进入肺泡腔，因此毛细血管内皮细胞是最先受损引起间质水肿，血管壁通透性增加，造成急性肺损伤[25]；气管内注入LPS后，LPS对肺造成直接的损伤，首先是大量PMN出现在肺泡腔，导致肺间质水肿，造成急性肺损伤；腹腔注射LPS后，可诱发腹膜炎及SIRS，进一步发展成急性肺损伤。

此模型主要优点是PLS易于操作，可重复性好。

如果LPS纯度不同，受细菌脂蛋白污染或其他细菌物质污染程度就不同，但发病机制很单一，不符合临床。

本模型有利于观察大鼠的一般情况及肺病理生理、形态改变及炎症介质的释放，为各种干预的研究提供简单的动物模型。

（2）输血相关急性肺损伤（TRALI）模型。

Strait Richard T等[26]研究表明在小鼠尾静脉注射MHC-1单克隆抗体（mAb）34-1-2s120ug，可复制TRALI模型。

TRALI模型的主要机制可能是：供者血液中的白细胞抗体导致抗原—抗体反应，激活肺中的补体，导致PMN向肺组织聚集、活化，释放活性物质，最终导致急性肺组织损伤。

此模型复制困难，操作要求严格，费用较高，主要用于对输血后发生的急性肺损伤的病理生理及治疗的研究。

（3）高温气体致急性肺损伤模型。

豚鼠麻醉后，呈麻醉状态放入高温气体实验装置平台上，吸入150℃高温气体3min，可复制模型[27]。

高温气体导致大量的炎性因子在肺中聚集、浸润，造成肺毛细血管扩张充血伴组织水肿、出血，进一步发展为ALI。

此模型模拟了战争中使用火焰喷射器瞬间释放高温气体导致的ALI，对研究火灾或者战争中发生急性呼吸衰竭患者的病理生理及治疗有一定的指导价值。

４结束语
本文讨论了几种制作ALI动物模型的方法，每种动物模型都引出了重要的信息，对临床研究有重
要的指导意义，然而，没有一个模型能充分复制人类ALI/ARDS的全部特征，都存在物种差异。

但目前动物模型中的ALI诊断与临床上的ALI诊断标准基本一致。

因此，建立良好的肺损伤动物模型将对研究急性肺损伤的发病机制,早期预防治疗急性肺损伤有着重要意义，对急性肺损伤发生与发展研究有着重要的指导价值。

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作者简介
周榕，男，硕士研究生，从事呼吸内科防治；
颜春松，男，教授，硕士导师，从事呼吸内科防治（通讯作者）。