出血性休克動(dòng)物選擇與并發(fā)其它疾病模型的研究進(jìn)展

劉洪剛卓美娟聶洪鑫孟 輝*

(1.遵義醫(yī)科大學(xué)第五附屬(珠海)醫(yī)院胸心外科,廣東 珠海 519100;2.遵義醫(yī)科大學(xué)第五附屬(珠海)醫(yī)院口腔頜面外科,廣東 珠海 519100;3.大連醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院急診科,遼寧 大連 116000)

休克是由于各種原因引起的機(jī)體有效循環(huán)血量減少、組織灌注不足而導(dǎo)致的細(xì)胞缺氧和功能受損的臨床綜合征,主要包括出血性休克(hemorrhagic shock,HS)、感染性休克、心源性休克、神經(jīng)源性休克和過敏性休克[1]。出血性休克是臨床常見的死亡原因,當(dāng)機(jī)體內(nèi)失血量超過全身總血量的20%時(shí),即可出現(xiàn)一系列由于血容量灌注不足所致的臨床表現(xiàn)。據(jù)報(bào)道,全世界每年約有190萬人死于HS,其中約150萬人死于嚴(yán)重的機(jī)體創(chuàng)傷[2]。如今,有關(guān)HS的發(fā)病原因、誘因和機(jī)制及動(dòng)物模型的構(gòu)建已基本明確,但有關(guān)HS合并或并發(fā)其它疾病如HS瀕死期循環(huán)死亡(donation after circulation,DCD)、HS心臟驟停的動(dòng)物模型還有待于進(jìn)一步研究。本文就出血性休克模型不同動(dòng)物的選擇與應(yīng)用與其合并或并發(fā)其它疾病動(dòng)物模型的研究現(xiàn)狀綜述如下。

1 出血性休克造模方法

出血性休克造模方法大致有定容性、定壓性、非控制性3種類型[3]。定容性出血性休克模型是在麻醉狀態(tài)、規(guī)定時(shí)間內(nèi)控制實(shí)驗(yàn)動(dòng)物血容量進(jìn)行建模,通過該模型可進(jìn)一步研究動(dòng)物的血流動(dòng)力學(xué),其不足之處在于不能控制低血壓程度;定壓性出血性休克模型是在麻醉狀態(tài)下進(jìn)行放血、將血壓控制在預(yù)定的范圍內(nèi)維持一段時(shí)間,通過監(jiān)測(cè)血壓來準(zhǔn)確地控制低血壓的程度和持續(xù)時(shí)間;非控制性出血性休克模型是由標(biāo)準(zhǔn)化血管損傷(肝脾擠壓/撕裂、動(dòng)脈損傷)引起的出血,這種出血性休克模型更貼近創(chuàng)傷后臨床患者的表現(xiàn)。與定容性模型相比,基于實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)化和可重復(fù)性的特點(diǎn),定壓性方法是更可靠。Sondeen等[4]研究表明,非控制性出血性休克模型在一定程度上可以彌補(bǔ)控制性出血性休克在血容量喪失和血壓變化方面上的不足。

2 不同動(dòng)物出血性休克模型的選擇及應(yīng)用與其合并或并發(fā)其他疾病

2.1 小鼠出血性休克模型的選擇及應(yīng)用與其合并腸道損傷

按近交系實(shí)驗(yàn)小鼠分為BALB/c小鼠、C57BL小鼠、C3H小鼠和615小鼠。因小鼠與人類基因具有高度相似性、較高性價(jià)比,小鼠是出血性休克模型的首選實(shí)驗(yàn)動(dòng)物。Takao等[5]研究發(fā)現(xiàn)小鼠的炎癥基因表達(dá)模式與人類炎癥基因表達(dá)模式非常相似,說明小鼠用作制備人類疾病的動(dòng)物模型是有實(shí)驗(yàn)優(yōu)越性。Oyama等[6]通過實(shí)驗(yàn)將小鼠分別暴露于標(biāo)準(zhǔn)室內(nèi)光和強(qiáng)光后,然后對(duì)小鼠進(jìn)行麻醉、氣管插管和機(jī)械通氣,經(jīng)頸動(dòng)脈插管進(jìn)行血壓監(jiān)測(cè)和抽血,使平均動(dòng)脈壓(mean arterial pressure,MAP)在15 min內(nèi)降至30～35 mmHg,達(dá)到出血性休克的血壓標(biāo)準(zhǔn);通過進(jìn)一步分析支氣管肺泡灌洗液的白蛋白和炎癥因子指標(biāo),結(jié)果顯示肺泡灌洗液的白蛋白、IL-6和IL-8在強(qiáng)光實(shí)驗(yàn)中的表達(dá)水平顯著降低,由此得出強(qiáng)光可能在小鼠出血性休克期降低對(duì)肺組織的進(jìn)一步損傷。Gr?ger等[7]選擇C57BL小鼠構(gòu)建定壓性出血性休克模型(MAP 35 mmHg,60 min),研究3-巰基丙酮酸硫轉(zhuǎn)移酶(3-MST)的基因突變對(duì)創(chuàng)傷性出血性休克小鼠在休克恢復(fù)期肺和腎損傷的影響,結(jié)果顯示3-MST缺乏對(duì)創(chuàng)傷出血性休克小鼠的血流動(dòng)力學(xué)和新陳代謝方面無影響。Dyer等[8]通過小鼠肝撕裂傷的方法建立了一種可靠、規(guī)范的非控制性出血性休克模型,通過向肝撕裂實(shí)驗(yàn)小鼠靜脈注射合成血小板,發(fā)現(xiàn)此方法可以改善出血性休克小鼠的血流動(dòng)力學(xué),并且損傷后出現(xiàn)低血壓的時(shí)間明顯延長(zhǎng)。嚴(yán)重多發(fā)性腸道損傷常伴有出血性休克,通過HS合并腸道損傷動(dòng)物模型的建立,探索控制動(dòng)物模型腸道損傷的途徑。Kao等[9]通過建立HS合并腸道損傷小鼠模型,研究了C-肽可通過減少TNF-α、單核細(xì)胞趨化蛋白-1和巨噬細(xì)胞趨化蛋白-1來降低小鼠的炎癥反應(yīng),并進(jìn)一步提高了存活率。因此,使用小鼠來建立HS合并腸道損傷的優(yōu)勢(shì)在于有身體較小易操作、小鼠成本較低以及小鼠易于護(hù)理等諸多優(yōu)勢(shì)。當(dāng)然,小鼠也存在血容量較少、插管困難等劣勢(shì),因而小鼠并不適用于血流動(dòng)力學(xué)方面模型的研究。

2.2 大鼠出血性休克模型的選擇及應(yīng)用與其合并肺損傷

實(shí)驗(yàn)大鼠常用的品系有SD、Wistar、SHR和F344大鼠等4種。SD大鼠是最常用品系,用于模擬HS、肺損傷、多發(fā)性創(chuàng)傷、腦震蕩、長(zhǎng)骨骨折和鈍性胸部創(chuàng)傷,其次是Wistar以及其他品系大鼠[10]。Yadav等[11]通過抽取約50%的SD大鼠循環(huán)血液來誘導(dǎo)出血性休克建立了定容性出血性休克大鼠模型,證實(shí)了聯(lián)苯二氟銅(EF24)在出血性休克期間可以減輕由于創(chuàng)傷出血引起的炎癥反應(yīng)。Chu等[12]等利用SD大鼠定壓性出血性休克模型(MAP 40 mmHg,60 min),研究發(fā)現(xiàn)早期靜脈注射氨甲環(huán)酸可改善中性粒細(xì)胞在創(chuàng)傷出血性休克期間引起的腸道屏障損傷。Lee等[13]采用大鼠80%截尾法建立非控制性出血性休克模型,研究得出在治療出血性休克復(fù)蘇期間使用脂質(zhì)體加壓素的大鼠比使用加壓素的大鼠有更好的結(jié)果。由于大鼠的血容量比小鼠多,因而大鼠出血性休克模型的建立比小鼠相對(duì)更容易。此外,同小鼠一樣,大鼠對(duì)出血性休克的部分免疫反應(yīng)可能與人類相似,大鼠最實(shí)用的出血性模型也是固定壓力出血。不過,大鼠的順從性較差、血管壁脆、手術(shù)操作難度較高從而影響建模的成功率。目前關(guān)于建立HS合并大鼠肺損傷模型的方法主要是通過模擬肺部的撞擊傷、墜落傷、擠壓傷等。Ming等[14]在研究HS合并大鼠肺損傷(撞擊傷致肺損傷模型)時(shí)發(fā)現(xiàn),通過輸注右美托咪定可以減輕肺水腫和炎癥反應(yīng),證實(shí)右美托咪定對(duì)急性肺損傷有保護(hù)作用。Teng等[15]通過建立大鼠HS合并肺損傷模型,研究了靜脈注射氨甲環(huán)酸后對(duì)支氣管肺泡灌洗液和血清中炎癥因子(IL-6、TNF-α)的影響,證明了靜脈注射氨甲環(huán)酸可以減輕大鼠機(jī)體內(nèi)肺部炎癥反應(yīng)。

2.3 兔出血性休克模型的選擇及應(yīng)用與其合并脾損傷

新西蘭大白兔、日本大耳白兔和中國(guó)白兔是實(shí)驗(yàn)兔主要的3種類型。兔是第一個(gè)應(yīng)用于免疫學(xué)研究模型的動(dòng)物,其優(yōu)勢(shì)在于它的體型介于嚙齒類動(dòng)物和更大、更昂貴的動(dòng)物模型之間[16]。同時(shí),因兔的體型可以隨時(shí)采集血液、更容易獲取許多細(xì)胞和組織。此外,兔的壽命比嚙齒類動(dòng)物長(zhǎng),而且兔的免疫系統(tǒng)基因與嚙齒類動(dòng)物相比更接近于人類免疫系統(tǒng)的基因[17]。Luo等[18]選用新西蘭大白兔建立定壓性出血性休克模型(MAP 45～50 mmHg,3 min),研究激光多普勒成像在出血性休克期間對(duì)兔耳微循環(huán)的應(yīng)用,揭示了激光多普勒成像是一種無創(chuàng)性、非接觸性的微循環(huán)評(píng)價(jià)方法,可以為HS的診斷和治療提供有益的幫助。Komori等[19]通過控制日本白化兔的出血量,按照20 mL/min(循環(huán)血量的10%～13%),每隔3 min放血4次,總出血量為80 mL,成功制備了定容性出血性休克模型,研究羥乙基淀粉在出血性休克期間對(duì)實(shí)驗(yàn)兔微循環(huán)、中心靜脈血氧飽和度和中心靜脈-動(dòng)脈二氧化碳的影響,并闡明了羥乙基淀粉對(duì)比晶體液在HS期間對(duì)機(jī)體復(fù)蘇的優(yōu)缺點(diǎn)。Hagisawa等[20]通過制備新西蘭大白兔嚴(yán)重出血性休克模型(MAP (20±2)mmHg,10 min),研究發(fā)現(xiàn)通過骨骼內(nèi)輸注血紅蛋白要比輸注膠體、晶體液、全血或紅細(xì)胞懸液輸注在治療嚴(yán)重出血性休克復(fù)蘇時(shí)效果顯著。脾破裂是臨床上較常見的外科急癥,占腹腔臟器損傷中的45%左右,由于脾組織脆弱,血運(yùn)豐富,稍受外力就可破裂。一旦破裂將出現(xiàn)大出血的癥狀,導(dǎo)致患者發(fā)生出血性休克。Zhang等[21]通過新西蘭大白兔脾損傷方法建立非控制性出血性休克模型,研究發(fā)現(xiàn)使用新型液體組合(高滲鹽水溶液和乳酸林格液+羥乙基淀粉,比例為2∶1)的方式進(jìn)行液體復(fù)蘇會(huì)減少非控制性模型的失血量,同時(shí)在低血壓時(shí)能夠更好地穩(wěn)定血流動(dòng)力學(xué)?，F(xiàn)如今,兔作為常用動(dòng)物模型已經(jīng)越來越多地被應(yīng)用到人類疾病模型構(gòu)建,同時(shí)兔具有與人類相似的心臟電生理學(xué),可以更好地作為出血性休克模型。與其它大型動(dòng)物模型相比,兔作為出血性休克模型具有操作方便、成本相對(duì)較低、妊娠期較短、后代數(shù)量多、大小相對(duì)合適等優(yōu)點(diǎn)[22]。

2.4 犬出血性休克模型的選擇及應(yīng)用與其合并多發(fā)損傷

比格犬、四系雜交犬、紐芬蘭犬、墨西哥無毛犬是實(shí)驗(yàn)犬的4種分型。犬在休克血流動(dòng)力學(xué)的反應(yīng)方面與人類不經(jīng)相同,進(jìn)行犬的出血性休克模型前要提前將犬的脾切除,目的是為了消除自體回血的代償性應(yīng)激作用,但這可能會(huì)改變機(jī)體對(duì)損傷和休克的免疫反應(yīng)。近年來,很多學(xué)者都在使用Wiggers創(chuàng)立的定壓性出血性休克模型[23],并不斷地進(jìn)行改良。Pavlisko等[24]通過建立比格犬定壓性出血性休克模型(MAP 55 mmHg,5 min),研究超聲引導(dǎo)下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)犬股動(dòng)脈插管術(shù),成功率達(dá)80%,證明超聲引導(dǎo)下行股動(dòng)脈插管在急性比格犬出血性休克模型中的可行性。Ke等[25]也建立比格犬定壓性出血性休克模型(MAP 40 mmHg,20 min),驗(yàn)證通過硅管重新連接比格犬被橫斷的小腸是一種可行的控制損傷方法。Davis等[26]同樣采用犬定壓性出血性休克模型(MAP 40 mmHg,60 min)研究白藜蘆醇對(duì)腎的影響,結(jié)果發(fā)現(xiàn)白藜蘆醇可能會(huì)影響出血性休克期間血凝塊強(qiáng)度和凝血酶生成。現(xiàn)如今,交通、自然災(zāi)害、建設(shè)工地等因素引起的HS多發(fā)傷發(fā)生率越來越多,如何快速現(xiàn)場(chǎng)一線救護(hù)、研究無電化救治裝置?為解決這個(gè)問題就需要建立HS多發(fā)傷動(dòng)物模型來初步驗(yàn)證。單一因素指標(biāo)制作的動(dòng)物模型不可能全面準(zhǔn)確的反應(yīng)自然災(zāi)害、恐怖襲擊和非常規(guī)戰(zhàn)爭(zhēng)發(fā)生出血性休克的具體情況。孟輝等[27]在國(guó)內(nèi)首次用比格犬構(gòu)建微創(chuàng)血?dú)庑?、失血休克模型與多根多段肋骨骨折、創(chuàng)傷性血胸、張力性氣胸、失血性休克兩種模型,結(jié)果顯示本法制作的大動(dòng)物胸部多發(fā)傷失血性休克模型成功率高、可重復(fù)性強(qiáng)。由于該模型與臨床十分貼近,因此更加符合臨床創(chuàng)傷患者的進(jìn)一步研究。犬作為出血性休克合并多發(fā)傷模型的優(yōu)勢(shì)在于遺傳性能穩(wěn)定、品種固定且優(yōu)良、一般無遺傳性神經(jīng)疾患、對(duì)環(huán)境的適應(yīng)力和抗病力較強(qiáng),現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于人類疾病模型。

2.5 豬出血性休克模型的選擇及應(yīng)用與其合并腦損傷

實(shí)驗(yàn)豬有哥根廷小型豬、明尼蘇達(dá)-霍麥爾小型豬、皮特曼一摩爾小型豬、西藏小型豬、廣西巴馬小型豬、約克夏豬共6種。豬既是作為理想的出血性動(dòng)物休克模型又是器官移植和人類疾病研究領(lǐng)域重要的動(dòng)物模型。長(zhǎng)期以來,豬一直用于外科手術(shù)模型,其原因在于它們體型適中、有與人類相似的心血管解剖學(xué)和生理學(xué)[28]。Morris等[29]建立約克夏豬定壓出血性休克模型(MAP (35±5)mmHg,1 h),研究休克期肺中性粒細(xì)胞浸潤(rùn)可作為急性肺損傷的早期標(biāo)志物,通過豬出血性休克模型的可重復(fù)性研究發(fā)現(xiàn),其與人類HS的生理變化一致。Wu等[30]構(gòu)建北京長(zhǎng)白豬的定壓出血性休克模型(MAP (40±3)mmHg,60 min),研究參附注射液與生理鹽水分別在HS后對(duì)大腦皮層組織IL-6、TNF-α等炎癥因子的影響,證明參附注射液能改善出血性休克后腦微循環(huán)、減少腦損傷,還可以改善心臟驟停復(fù)蘇后的腸系膜微血管血流變化。同年,Liang等[31]使用相同豬定壓出血性休克模型(MAP 40 mmHg,60 min)研究發(fā)現(xiàn),參附注射液對(duì)出血性休克豬的腸道上皮細(xì)胞具有明顯的保護(hù)作用。Yanala等[32]通過建立豬脾切除和肝損傷的方法建立非控制出血性休克模型進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),使用緩慢的輸液速度進(jìn)行液體復(fù)蘇時(shí)可以減少出血性休克后的失血量。創(chuàng)傷性腦損傷是急癥中心常見的損傷相關(guān)性疾病,外傷嚴(yán)重時(shí)由于無法及時(shí)、有效地止血處置常合并出血性休克。其原發(fā)性損傷不可逆轉(zhuǎn),繼發(fā)性損傷導(dǎo)致的神經(jīng)細(xì)胞死亡是創(chuàng)傷性腦損傷的病理生理機(jī)制和潛在的治療靶點(diǎn),如何減少神經(jīng)元死亡是治其繼發(fā)性損傷的關(guān)鍵策略之一。目前研究表明復(fù)蘇時(shí)的精準(zhǔn)液體治療,保證腦組織灌注,維持腦氧供需平衡,可顯著減少繼發(fā)性腦損傷。但是,選用何種動(dòng)物是建立HS合并創(chuàng)傷性腦損傷動(dòng)物模型的研究重點(diǎn)。Dekker等[33]使用豬制備沖擊傷模型探尋HS合并創(chuàng)傷性腦損傷時(shí)丙戊酸(一種組蛋白去乙?；敢种苿?對(duì)繼發(fā)性腦損傷的影響。Mayer等[34]同樣選用豬建立HS合并創(chuàng)傷性腦損傷模型,該研究發(fā)現(xiàn)通過靜脈輸注17α-乙炔雌二醇-3-硫酸酯(一種雌性激素)比選用0.45%氯化鈉溶液在心血管恢復(fù)和保護(hù)神經(jīng)方面效果更顯著。豬作為出血性休克合并腦損傷模型的優(yōu)勢(shì)不僅在于心血管和血流動(dòng)力學(xué)方面與人類有較高的相似度,而且在皮膚傷口愈合方面和新陳代謝方面亦與人類十分相似,在免疫方面的應(yīng)用更越來越廣泛[35-36]。

2.6 靈長(zhǎng)類動(dòng)物出血性休克模型的選擇及應(yīng)用與其合并腎損傷

靈長(zhǎng)類動(dòng)物作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型常用的品種主要有恒河猴、熊猴、短尾猴、食蟹猴、平頂猴。在遺傳學(xué)方面,靈長(zhǎng)類動(dòng)物是最接近人類的動(dòng)物;在壓力和低血容量性休克方面具有與人類相似的生理反應(yīng),并在藥物代謝方面與人類高度一致,所以靈長(zhǎng)類動(dòng)物作為人類理想的動(dòng)物模型具有先天優(yōu)勢(shì)[37]。Sheppard等[38]通過建立恒河猴定壓性出血性休克模型(MAP 20～24 mmHg,30 min),研究恒河猴在出血性休克期間生理、代謝、免疫和凝血的反應(yīng),以及合并肌肉骨骼損傷和軟組織損傷時(shí)的反應(yīng)。證明恒河猴是一種更容易實(shí)現(xiàn)人類創(chuàng)傷的動(dòng)物模型,以便用于未來臨床治療測(cè)試和評(píng)估。Crossland等[39]通過建立靈長(zhǎng)類動(dòng)物左半肝切除術(shù)的方法建立非控制性出血性休克模型,并證明了評(píng)估休克狀態(tài)下嚴(yán)重程度的首要指標(biāo)是組織氧飽和度(StO2)、潮氣末二氧化碳(ETCO2)和循環(huán)乳酸。急性腎損傷同樣是是出血性休克患者的最主要并發(fā)癥之一,患者在急性腎損傷后可出現(xiàn)不可逆性腎功能下降以及慢性腎臟疾病,是導(dǎo)致出血性休克患者死亡的重要原因之一。Halbgebauer等[40]通過建立雄性食蟹猴定壓性出血性休克模型(MAP 30 mmHg,60 min),研究Thirty-Eight-Negative Kinase 1(TNK1)在出血性休克期間的表達(dá)對(duì)腎損傷的影響,說明體內(nèi)補(bǔ)體C3通過中和TNK1來抑制機(jī)體內(nèi)炎性介質(zhì)的釋放和炎癥反應(yīng)。雖然靈長(zhǎng)類動(dòng)物是在遺傳學(xué)、生理學(xué)和行為方面是與人類最接近的動(dòng)物模型,但其主要缺點(diǎn)是創(chuàng)建急性和慢性損傷模型時(shí)成本和倫理問題的復(fù)雜性是主要限制因素[41],因此,靈長(zhǎng)類動(dòng)物模型在臨床應(yīng)用方面相對(duì)較少。

3 展望

綜上所述,盡管出血性休克動(dòng)物模型應(yīng)用十分廣泛,但在選擇適當(dāng)?shù)某鲅孕菘藙?dòng)物模型時(shí)還應(yīng)考慮實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的可用性、成本、倫理、與人體解剖學(xué)和生理學(xué)的相似性等問題。為了研究與血性休克相關(guān)的病理生理學(xué)和治療措施,通常優(yōu)先出選擇可控性和可重復(fù)性比較好的定壓性和定容性的出血性休克模型。然而,對(duì)于非控制性出血性休克模型,特別是與其它創(chuàng)傷疾病相結(jié)合時(shí),選擇此模型則更具有臨床意義,不過有關(guān)此類模型還有待于進(jìn)一步研究。