失血性休克动物模型研究进展

失血性休克动物模型研究进展

受伤后，水体容易因失血而导致出血，导致一些病理和生理变化，如组织和器官缺氧和恢复后的缺氧、组织和器官缺氧等。这一过程中机体产生并释放众多内源性活性物质,导致复杂的应激反应,进而引起多器官功能障碍甚至衰竭。因此,阐明创伤及失血性休克的病理生理机制及这一过程中的免疫反应甚为关键。失血性休克动物模型是研究失血性休克发病机制及治疗措施的重要平台,了解失血性休克时不同动物模型的特征,可正确解读研究信息,为临床救治失血性休克提供有价值的救治措施和理论依据。本文通过检索相关文献并结合我们自己的实践经验,总结目前用于研究失血性休克的动物模型,并分析了各自的优缺点,力争为广大医务工作者在失血性休克动物模型选择与应用方面提供有益参考。1不同类型的实验动物模型根据动物的种属,失血性休克的实验动物模型可分为如下类型。1.1动物失血性休克模型1.1.1猪和羊失血性休克的反应动力学模型相对于小动物来讲,猪、狗和羊的操作更为容易,因此被广泛应用于失血性休克的实验研究。另外,这些动物可获取的标本较大也是被广泛应用的重要原因。从心血管系统和血流动力学对失血性休克的反应方面,猪和羊的失血性休克模型与人类更为相似,但狗的失血性休克模型则不尽然。在心血管系统和胃肠道系统方面,只有猪和人类的许多生理特性十分相似。然而大动物模型比较昂贵,需要的研究经费较多,而且所能提供的反映免疫功能变化的检测指标较少。但是从遗传学角度看,猪与人类还是有明显差别的。1.1.2对克氏原螯虾的免疫反应与小动物模型和非灵长类动物模型相比,灵长类动物模型具有许多优势。灵长类与人类在失血性休克发生后具有相似的生理反应、血流动力学变化和免疫反应,而且从遗传学角度来说,灵长类与人类最为接近。因此,适用于人类研究的免疫学试剂,也同样适用于灵长类的实验研究。尽管灵长类动物模型具有明显优势,但灵长类动物获取及饲养都非常困难,从效价比来看并不划算。1.2动物失血性休克模型1.2.1基因敲除动物的检测在研究疾病的分子机制方面小鼠的优势明显,不但通过对小鼠进行基因修饰能够阐明某一特定基因的功能和作用,小鼠还使基因敲除动物成为了可能。尽管小鼠易于操控,但由于体型较小,外科操作较为困难。与其他动物相比,小鼠的体型小、总血容量少,这决定了其并不适于研究失血性休克的血流动力学变化。在遗传学方面,小鼠与人类的基因相似度为80%。使用小鼠进行的各种研究,尤其涉及失血性休克治疗方法方面的研究,在得出最终结论前还需在大动物模型上进行实验加以验证。1.2.2失血性休克后大鼠的免疫反应使用大鼠模型研究失血性休克具有诸多优势。主要优点为:便于饲养、价格低廉、容易操作及与小鼠相比血容量较多等。Ness等研究发现,大鼠失血性休克后的一些免疫反应与人类非常相似,然而从遗传学角度看,大鼠与人类只有89%~90%的相似度。尽管大鼠也是小动物,但并不像小鼠那样可以很容易实现基因敲除。此外,与小鼠相比大鼠可用于研究免疫学变化的检测指标也较少。2失血性休克实验动物模型的分类根据研究的原理和目的不同,目前可将失血性休克实验动物模型分为3类,即定容性失血性休克模型、定压性失血性休克模型和非控制性失血性休克模型。2.1定容性失血性休克这种模型是在动物麻醉后,在设定的一段时间内根据估计血容量放出一定比例的血液,因此,这种模型在评估血流动力学(比如代偿机制)方面具有优势,但这种模型最大的弊端是很难控制血压的变化(如低血压)程度。Mackrell等制作一种小鼠定容性失血性休克模型,失血性休克是通过股骨骨折并释放估计总血容量的40%来实现的,目的是检测脾脏巨噬细胞COX-2的表达及前列腺素E2和细胞因子的产生。Bumann等使用大鼠定容性失血性休克模型(失血量12mL/kg体重)评估失血性休克对骨折愈合的影响。制备猪定容性失血性休克模型时,放血量一般为估计总血量的25%~45%或10~30mL/kg体重。Starr等利用山羊制成了定容性失血性休克合并胫骨骨折模型,用以评估骨折的愈合。最近一项研究中,Frankel等发现,制备猪定容性失血性休克模型时,先快速放血然后慢速放血比恒速放血(传统方法)的生理反应更为剧烈(心率、血清乳酸和所需复苏液体量),这种模型是到目前为止最为先进的定容性失血性休克模型。2.2定压性失血性休克的治疗定压性失血性休克模型的优势在于研究者可以通过监测血压来控制低血压的程度和时间,因此常用于研究失血性休克时不同程度的低血压对病理生理机制和器官损伤的影响,但定压性失血性休克模型的最大缺点是与临床实际差别较大。制备这种模型,动物需要麻醉和插管,然后通过放血将血压控制在预定的范围内,并维持一定的时间。Schneider等利用小鼠定压性失血性休克模型[平均动脉压(meanarterypressure,MAP):(35±5)mmHg,90min]研究了年龄和性别对免疫反应的影响。Claridge等也利用小鼠定压性失血性休克模型(MAP:35~45mmHg,30min)研究了机体对失血性休克和复苏后二次打击(剖腹手术)的反应。Rupani等利用大鼠定压性失血性休克模型(MAP:30mmHg,90min及MAP:40mmHg,30min)做了许多实验,这些实验主要围绕失血性休克后的肠道和肺损伤进行。研究发现,经过失血性休克及缺血再灌注后,肠系膜的淋巴液在其后的病情演变过程中发挥了重要的作用,是导致急性肺损伤和多器官功能衰竭的主要原因。Shi等利用大鼠定压性失血性休克模型(MAP:30mmHg,90min)研究L-精氨酸对组织愈合的影响。研究发现,L-精氨酸可以改善大鼠失血性休克后的组织愈合。Hirano等利用大鼠定压性失血性休克模型(MAP:40mmHg,20min)研究了失血性休克条件下全肝缺血再灌注损伤后的反应,结果发现中性粒细胞主要集聚在肾皮质。利用猪制备定压性失血性休克模型,MAP一般控制在20~40mmHg,维持30~180min。在研究肠系膜淋巴液在失血性休克中的作用、失血性休克的复苏方法及治疗策略等方面多以猪作为研究动物,狗和羊也可用于制备定压性失血性休克模型(狗:MAP,40mmHg,5min;羊:MAP,40mmHg,120min)。Deitch等还用狒狒制作定压性失血性休克模型(MAP:40mmHg,40min),验证了他们前期关于肠系膜淋巴液在失血性休克中作用的相关研究。失血性休克的严重程度不但与失血量有关,而且与休克期的长短有关。因此,定压性失血性休克模型填补了定容性失血性休克模型的不足,而且这种模型应用广泛,重复性好。2.3乳酸盐林格液和其他分析方法复苏非控制性失血性休克模型的建立方法多种多样,为研究的可重复性和标准化,一些学者建议建立一种标准化的非控制性失血性休克模型(如肝脏或脾脏撕裂、主动脉损伤等)。这种失血性休克模型非常贴近创伤患者或严重出血患者的临床表现,因此应用越来越广泛,尤其在研究失血性休克液体复苏方面更为突出。Watters等利用猪采用肝撕裂伤的方法建立非控制性失血性休克模型,研究乳酸盐林格液和等渗氯化钠溶液复苏对肺脏炎症反应的影响。结果发现,两者在白细胞介素6(IL-6)、粒细胞集落刺激因子(GCSF)和肿瘤坏死因子-α(TNF-α)mRNA表达上并没有差异。采用相同模型的进一步研究发现,与等渗氯化钠溶液复苏相比,乳酸盐林格液复苏可导致血液黏稠度增高和继发出血减少;而与乳酸盐林格液复苏相比,等渗氯化钠溶液复苏所需的液体量更多。此外,与乳酸盐林格液相比,生理盐水复苏更容易出现多尿、高氯性酸中毒和稀释性凝血功能障碍。Krausz等采用大鼠广泛脾脏损伤及脾切除的非控制性失血性休克模型发现,连续大剂量乳酸盐林格液复苏比小剂量乳酸盐林格液复苏更容易出现腹腔内出血,而且死亡率明显增加。进一步研究发现,乳酸盐林格液连续静脉滴注比单纯静脉注射出血概率明显减少。Bruscagin等分别用狗采用髂动脉撕裂和脾破裂的方法建立非控制性失血性休克模型,研究大剂量乳酸盐林格液和小剂量高渗盐溶液复苏对血流动力学及继发出血的影响,发现两者均在稳定血流动力学的同时并不增加继发出血的发生率。相反,Abu-Hatoum等利用大鼠广泛脾损伤方法建立的非控制性失血性休克模型进行研究发现,连续输注乳酸盐林格液和高渗盐水可导致腹腔内出血增加。Lomas-Niera等建议为保证实验结果的均一性,需要将非控制性失血性休克模型在低血压程度、持续时间和失血量方面进行标准化。Sondeen等比较了控制性和非控制性猪失血性休克模型在失血量和血压变化方面的差异发现,定压性失血性休克模型需要更多的失血才能达到与非控制性失血性休克模型相似的血压变化;相反,在丧失同样多血容量的条件下,定容性失血性休克组比大多数非控制性失血性休克组的MAP要高得多。研究表明,非控制性失血性休克模型弥补了控制性失血性休克模型在血容量丧失和血压变化上的不足。3失血性休克生理模型的选择尽管目前有各种各样为不同实验目的设计的失血性休克动物模型,但种属差异和不同的临床实际情况不可逾越。因此,也就无法设计出一种与临床实际非常接近的理想化的失血性休克实验动物模型。在选择研究失血性休克动物模型时既要考虑每种动物模型之间的差异,又要考虑研究问题是否需要一种与人类创伤失血性休克生理机制非常相似的实验模型。尤其需要强调的是,只有选准动物实验模型,并充分模拟人体所处的客