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1、1MODS 动物模型研究进展 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。 1MODS 模型的标准 复制 MODS 模型的目的在于：模拟
2、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J2际的理想的 MODS 实验模型应具备的标准是：致伤因素与临床MODS 常见诱因基本一致；发病在致伤 24 小时以后；有 SIRS的表现；有 2 个以上器官或系统的功能障碍；有足够的发
3、病率和死亡率。 1.1 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
4、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。 1.2 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J3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。 1.3 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 S
5、IRS 的诊断依据： 直肠温度较正常或伤前升高或降低 1；呼吸频率超过对照值 2 倍或 PaCO2 较对照值降低25%；白细胞总数超过对照值的 2 倍或减少 50%；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
6、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。 1.4 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J4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： 以实验室检查为主，以排除主观和治疗因素的影响；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；采用功能评分方法
7、，以反映器官功能障碍的程度。 1.5 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 2.1 一次打击模型 (single hit model)：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 模型，是目前国内外最常见的J5MODS 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、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。 2.1.1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
9、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J6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 5 cm 腹壁正中切口，然后造成低血容量性休克，血压维持在 5.3 kPa(1 kPa=7.5 mmHg)1 小时。之后输入 4
10、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 35 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(4.06.0 kPa，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
11、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 30.8。 2.1.2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J7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(O55B5，1.01.5 gkg1h1)以及持续微量输注内毒素(30 ng
12、min1kg1 ，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 510 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 ，14，19 。 从上述模型的研究得出以下经验：动物对感染因子的作用也表现出类似“全或无”的特点。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
13、显的种属和个体差异。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。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 0.6g/k g 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J8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(0.6
14、40.0 mg/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。 2.1.3过度炎症模型：Maier 和 Fry20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 Steinberg22 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(100 mg/100 g)、
15、巨噬细胞激活剂去甲斑蝥素(1.5 mg/100 g)及细胞因子 TNF(100 g/d)3种炎症刺激物复制动物模型23 25 。结果显示：注射上述 物质后，3 组动物均出现不同程度的炎症反应和器官功能损害，血白细胞计数增加，磷脂酶 A2 和 TNF 等炎性介质水平升高。酵母多糖模型腹腔渗出液以粒细胞为主，去甲斑蝥素模型腹腔渗出液以巨噬细胞为主。病理改变主要为器官组织水肿、出血、变性和炎症细胞浸润。J9炎症反应模型的可取之处在于致病因素简单明确，便于复制，具有明显 SIRS 的表现，适用于 MODS 发病机制的研究。不足之处是，病理生理过程与临床 MODS 有一定差距，器官功能障碍和病理损害较轻，一般达不到衰竭的标准。如 PaO2 极少8kPa ，肌酐(Cr)增高一般在 12 倍之间，因此难以作为标准化的 MODS 模型用于MODS 的诊断和治疗。 2.1.4肠缺血模型：临床观察和实验研究都表明，肠道可能是 MODS 发病的敏感器官。创伤、感染、休克和蛋白营养不良均可程度不同地造成肠粘膜屏障损害，而诱发肠源性脓毒症和 MODS。这也为复制 MODS 模型提供了新的思路。国内外学者常采用肠系膜上动脉阻断的方法复制肠缺血再灌注损伤模型。这种模型虽然能造成肠粘膜屏障损害和 远隔器官功能障碍，但动物存活时间短，MODS 发生率低，与 MODS 模型
