實驗性大鼠肺氣腫模型的建立

譚顯曙 屠建棋 劉立濤 匡文娟 萬莉紅 周黎明△

(1.四川大學華西基礎醫學與法醫學院藥理學教研室,四川 成都 610041;2.山東濟寧醫學院,山東 濟寧 272067)

肺氣腫是指終末細支氣管遠端氣道彈性減退,氣腔過度充氣增大,出現異常持久性擴張,并伴有呼吸性細支氣管、肺泡管、肺泡囊直至肺泡腔壁膨脹及破壞性病理損害而無明顯纖維化為特征的一種慢性病。該病病因眾多,發病機理未明,病程遷延,病變類型復雜,使肺氣腫模型制作的合理模擬及測量指標的客觀、精確與量化帶來很大難度,多年來雖提出多種動物模型,但實用者甚少[1]。

目前肺氣腫動物模型主要是自發性肺氣腫小鼠與轉基因小鼠[2],以及外源性物質誘導復制[3]。由于長期吸煙是肺氣腫的主要環境因素,且煙霧刺激復制肺氣腫模型能模擬人肺氣腫的慢性發病過程,故煙熏法較之急性傷害性模型更受重視,是肺氣腫藥物篩選的有效方法。但周期較長,因此,本文采用內毒素(LPS)致敏加煙熏誘導復制實驗性大鼠肺氣腫模型,以供研究工作者參考。

1 材料和方法

1.1 材料

SPF級SD大鼠購自成都達碩生物科技有限公司,雌雄各半,體重約180～200g;自制煙熏鐵皮箱(80×60×50 cm3);LPS(10 mg?支-1,Sigma公司);天下秀香煙(川渝中煙工業公司生產);快速血氣分析儀(Rapidlab348,Bayer公司);倒置熒光相差數碼照相顯微鏡(TE2000-S,Nikon公司)。

1.2 方法

1.2.1 動物分組

將SPF級SD大鼠隨機分為：對照組與肺氣腫模型組,每組各10只。

1.2.2 模型復制

造模組于實驗第l、14 d,經10%水合氯醛腹腔注射麻醉大鼠后,鈍性分離大鼠并暴露氣管,氣管內注入用1 mg?mL-1LPS 200 μ L,注入氣管后適度搖動大鼠。對照組按相同的方法在氣管內注入等體積生理鹽水。實驗第2 d,將大鼠置于80×60×50 cm3的自制煙室中,點燃20支香煙進行煙熏,每日煙熏30min,連續煙熏4 w。對照組大鼠置于相同的無煙熏環境中飼養30min,連續4 w。

1.2.3 采集標本

實驗第30 d,10%水合氯醛腹腔注射麻醉大鼠后,取抗凝腹主動脈血2ml,作血氣分析;并取左肺組織,經10%甲醛固定后,石蠟包埋切片,常規HE染色,顯微鏡觀察肺組織病理改變。

1.3 統計學處理

采用SPSS11.5統計軟件進行數據分析,計量資料的各組數據以d表示,采用單因素方差分析,P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 大鼠動脈血氣分析

如表1所示,與對照組相比,肺氣腫模型大鼠二氧化碳分壓(PaCO2)明顯升高(P＜0.05),氧分壓(PaO2)與PH值明顯降低(P＜0.05)。

表1 兩組大鼠動脈血氣值(d,n=10)

表1 兩組大鼠動脈血氣值(d,n=10)

注：與對照組相比,#p＜0.05,差異具有統計學意義。

組別 PH PaCO2(mmHg) PaO2(mmHg) O2sat(%) O2cont對照組 7.33±0.02 55.04±4.37 88.18±10.79 95.68±1.59 20.2±0.35肺氣腫模型組 7.15±0.02＊ 66.87±4.19＊ 75.65±9.97＊ 91.66±3.15＊ 19.34±0.69＊

2.2 病理改變

模型組肺組織肉眼觀察發現,體積較對照組明顯增大,且表面有多個大小不等的過度充氣肺泡,顏色蒼白,肺組織彈性減弱,在剖胸后肺臟不發生萎縮,保持膨脹狀態。經HE染色后,光鏡下分析,如圖1所示：對照組肺泡大小均一,肺泡間隔較厚,未見肺氣腫及肺大泡形成,肺泡間隔無水腫及炎癥細胞浸潤。模型組肺氣腫明顯,肺泡擴張,肺泡壁變薄、斷裂或消失,局部有肺大泡形成,肺泡間隔可見淤血和炎細胞浸潤,平均肺泡面積增大,與對照組比較有顯著性差異,經圖像處理分析,量化后的統計結果見表2。

表2 兩組大鼠平均肺泡面積的結果(d,n=10)

表2 兩組大鼠平均肺泡面積的結果(d,n=10)

注：與對照組相比,#p＜0.05,差異具有統計學意義。

組別 平均肺泡面積(103μ m2)對照組 0.744±0.18肺氣腫模型組 2.922±0.98＊

3 討論

近年來肺氣腫的發病率正呈逐年上升的趨勢,成為危害人類健康的又一大疾病。而引起肺氣腫的危險因素有多種,如吸煙、空氣污染、感染和氣道高反應性,兒童時期呼吸道感染等等,其中吸煙被認為是肺氣腫的主要致病因素[4]。故目前主要的疾病動物模型采用外源性物質誘導：包括煙熏以及LPS。

長期吸煙可以導致呼吸道纖毛結構和功能異常,引起支氣管痙攣,增加氣道阻力;煙霧中存在的大量氧化劑和自由基,可直接損傷細胞功能,引起白細胞聚集,黏附于血管內皮,導致肺血管內皮細胞以及肺泡巨噬細胞聚集、活化,破壞蛋白酶與抗蛋白酶之間的平衡等,從而形成肺氣腫[5]。

另外,LPS作為革蘭陰性菌細胞壁層結構,也可通過刺激單核細胞、內皮細胞及中性粒細胞等合成釋放一系列炎性介質(如TNF-α等),介導氣管及肺組織的炎癥反應,破壞蛋白酶與抗蛋白酶之間的平衡等,從而形成肺氣腫[6]。

但這些肺氣腫動物模型均不同程度存在復制周期長、個體差異大、成功率低等缺點[8],使得肺氣腫治療藥物的篩選受限。

圖1 對照組與模型組大鼠肺組織切片HE染色

因此,本文采用氣管內注入脂多糖及混合煙熏刺激復制實驗性肺氣腫大鼠模型,結果發現,30天內模型組大鼠不同程度存在淋巴細胞、中性粒細胞及巨噬細胞等炎細胞浸潤,肺泡間隔充血、增厚,肺泡腔不規則擴大,肺泡間隔破裂,有的肺泡相互融合成大泡。

綜上所述,氣管內注入LPS及混合煙熏刺激可在短期內復制實驗性肺氣腫大鼠模型,且模型復制穩定,可行,將為今后進行有效藥物的篩選提供有效地動物模型。參考文獻

1 M ahadeva R,Shapiro SD.Animal models of pulmonary emphysema[J].Curt Drug Targets Inflamm Allergy,2005,4(6)：665-673.

2 Campbell EJ.Animal models of emphy sema：the next generations[J].J Clin Invest,2000,106(12)：1445-l446.

3 Fl C,Lopes FD,Kasahm DI,et al.Effects of exercise training on popain induced pulmonary emphy sema in Wistar rats[J].J Appl Phy siol,2006,100(1)：281-285.

4 李若葆,王金平,鞠學紅,等.長期吸煙對大鼠肺組織結構的影響[J].濰坊醫學院學報,2007,29(2)：97-100.

5 陳劍波,蔡珊,陳平.肺氣腫動物模型研究進展[J].國際呼吸雜志,2007,27(9)：700-702.

6 馬楠,崔德健,梁延杰,等.氣管內注入脂多糖法建立大鼠慢性支氣管炎模型[J].基礎醫學與臨床,2000,20(4)：87-87.

7 American Thoracic society ad hoc Statement Committee.Mechanisms and limits of induced postnatal lung growth[J].Am J Respir Crit Care Med,2004,170(3)：319-343.

8 陳丕仁,崔立,侯加法.慢性阻塞性肺病動物模型的研究進展[J].中國實驗動物學報,2007,15(3)：238-242.