睡眠呼吸暫停低通氣綜合征動物模型的研究進展

湯鳳蓮 周 燕 (桂林醫學院附屬醫院，廣西 桂林 541001)

睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(SAHS)是一種發病率高、具有潛在危險的疾病，主要表現為睡眠時打鼾并伴有呼吸暫停和呼吸表淺，夜間反復發生低氧血癥、高碳酸血癥和睡眠結構紊亂，導致白天嗜睡、心腦血管并發癥乃至多臟器損害，嚴重影響患者的生活質量和壽命。有資料顯示廣西地區14歲以上人群打鼾發生率為27.3%，SAHS發生率4.3%〔1〕，而且它還是全身多種疾病的獨立危險因素。目前該病的病因、發病機制尚不十分清楚，有待深入研究的前提與基礎就是建立成熟的動物模型。本文就近年來國內外有關的文獻作一綜述。

1 模型動物的選擇

在SAHS模型的研究中，研究者們已選用過大鼠、小鼠、犬、豬、兔、猴、貓、羊等動物構建動物模型，其中以前四種居多。對于狗、豬、猴等大動物常被用于實驗性上氣道阻塞，從解剖學機制上模擬阻塞性SAHS;而小動物，如大鼠、小鼠，常被暴露于低氧環境中從病理生理機制上模擬SAHS的低氧血癥狀態，慢性間歇低氧大鼠模型已被許多國內外學者用于SAHS發病機制及其并發癥的研究〔2，3〕。相比較而言，大動物模型能很好地模擬人SAHS上氣道阻塞過程，易于進行睡眠呼吸監測，但其來源及飼養困難，麻醉及手術操作困難，維護費用較高，研究數量受限。鼠易繁殖、易飼養，麻醉及手術操作簡單，維護費用較低，但鼠的低氧模型繞過了造成人類阻塞性SAHS最重要的部位上氣道，且低氧處理多未考慮到動物的睡眠結構，因而不能完全模擬臨床SAHS睡眠與覺醒狀態對血氧的影響。

2 常見的SAHS動物模型制作技術

2.1 人工無創模擬間歇低氧環境造模 由于SAHS最重要的一個病理生理特點是夜間睡眠時反復的間歇性低氧、睡眠剝奪、微覺醒〔4〕，所以目前大部分SAHS模型的建立都是采用這一方法。這種造模方法常用的是Wistar大鼠、SD大鼠、C57BL/6J小鼠、兔、貓等小型動物，多采用雄性〔5，6〕，這些動物也是其他疾病動物模型所常用的，能夠比較準確地重現所要研究的疾病，易獲得、飼養和管理，而且有足夠長的生存時間供應用，足夠的大小供取標本。常用的方法是將動物放入氧艙〔6〕或戴上面罩〔5〕，間歇灌注氮氣、氧氣或低氧混合氣體。根據間歇低氧時間的長短可粗略地分為“大間歇”和“小間歇”，也可根據艙內壓力分為“常壓低氧”和“低壓低氧”。

2.1.1 常壓“小間歇”低氧造模 這是目前國內外比較常見的造模方法。McGuire等〔5〕在研究慢性間歇性窒息(chronic in-termittent asphyxia，CIA)時，利用膈肌和骨骼肌的收縮功能變化在SAHS發病機制中的作用時，利用低氧混合氣間歇性供大鼠呼吸，建立大鼠SAHS模型。研究者將雄性Wistar大鼠隨機分為CIA組和對照組，所有大鼠被頭罩包裹。CIA組的大鼠頭罩內灌注15 s室內空氣，接著灌注15 s 100%濃度的氮氣，從而使頭罩內的最低血氧分壓值在55～65 mmHg之間。這樣1 min完成兩個周期，每天持續8 h，每周5 d，持續5 w后完成模型建立用于研究。為了模擬SAHS患者睡眠時低氧血癥和高碳酸血癥，McGuire對上述方法又做了改進，先向大鼠的頭罩內灌注15 s氮氣和二氧化碳的混合氣體使氧濃度降至6% ～8%，而二氧化碳濃度升至10% ～14%，隨后灌注15 s室內空氣使氧濃度和二氧化碳濃度恢復正常。同樣1 min完成兩個周期，每天持續8 h，每周5 d，持續5 w，同時誘導出鼠咽部肌肉收縮能力和肌纖維類型的變化，成功建立SAHS鼠模型。Almendros等〔7〕假設SAHS睡眠期間的反復間歇低氧導致了日間血壓升高，將大鼠在白天睡眠時置于睡眠艙內，艙內循環注入氮氣，每次注入氮氣12 s，每30 s一個循環，使每一循環艙內最低氧濃度達3% ～5%，每天7 h，共35 d，結果顯示間歇低氧大鼠血壓明顯升高。國內王璋等〔8〕對上述方法加以改進制作了常壓低氧動物艙，一般的做法是將4～6只動物放入一有機玻璃艙，然后用壓縮空氣與混合氣體在電磁閥控制下分別以2 L/min的流速輸入低氧艙，間隔30 s，1 min一個循環，每天8 h累計缺氧時間12 w。艙內氧濃度由測氧儀檢測，根據測氧儀檢測結果提示：艙內氣體氧濃度(FiO2)在低氧氣體輸入后逐漸減低至7.4%～7.8%，在此水平持續5～7 s，然后隨著空氣的輸入FiO2逐漸升至20%～21%。結果證實，所改進的間歇性缺氧模型是較理想的SAHS動物模型，該模型穩定、穩定性好、設備相對簡單，便于長期研究;并且可以通過調節氧濃度、缺氧-復氧循環間隔以及每日間隔缺氧總時間等參數方便控制缺氧程度。目前國內外學者大多模擬該方法制作大鼠、小鼠SAHS動物模型用于該疾病的研究〔2，3〕。對于缺氧-復氧循環時間的安排，根據研究目的的不同，多數循環設計為每隔30～90 s缺氧-復氧過程交替一次，每個實驗日間歇缺氧1～8 h，缺氧累計時間1～8 w不等，實驗過程中動物吸入氣的氧濃度，多在5%～10%范圍內。不足之處在于此種模型并不存在真正的上氣道阻塞，自然也就無法模擬阻塞時胸內壓力降低這種變化，而且實驗中低氧的時間段與動物的睡眠時間往往并不完全一致。因此，這種動物模型只是比較適合于研究間歇低氧引起的病理生理改變，而不能完全模擬SAHS病理生理狀態。

2.1.2 常壓“大間歇”低氧造模 前幾年這種辦法國內外用的比較多〔9，10〕。一般是將動物放入氧艙后通入氮氣，使艙內氧濃度在數十秒內從正常降至10%左右，連續低氧4～8 h后出艙恢復正常氧供，至第二天再次低氧為一次低氧-復氧循環，連續數周。其他實驗條件類似于“小間歇”低氧條件。此種造模方法一次循環連續低氧的時間長達數小時，故將其稱為“大間歇”低氧。實驗中均證實模型動物內皮功能發生改變，能夠部分模擬SAHS，但是由于其每次低氧時間比較長，造成的損害也比較大，和SAHS患者的間歇低氧特點并不相同，這實際上是一種慢性低氧肺動脈高壓模型，更多地應用于COPD、肺心病的研究，故近幾年在SAHS方面的研究已很少應用。

2.1.3 常壓持續低氧造模 劉永義等〔11〕選用鼠齡6個月的成年雄性SD大鼠置于常壓低氧密封艙內飼養，保持艙內平均氧濃度為13.4%，持續飼養30 d。觀察到SD鼠在密封艙低氧環境中表現為呼吸頻率加快，呼吸幅度變大，具有咽腔呼吸壓力波動增強、吸氣壓力降低等類似SAHS臨床表現，并證實在此咽腔呼吸壓力作用下，SD鼠軟腭的力學特征發生了明顯變化，軟腭組織發生了易于SAHS形成和發展的重建。

2.1.4 低壓低氧造模 上述三種造模方法都是在常壓下進行的，也有研究者模擬高原低壓低氧環境造?！?2〕。將動物放入氧艙后以一定的速率模擬上升至數千米高度，造成低壓低氧，持續數小時后降至海平面高度的壓力，連續數周。這種造模方法的優點是其艙內氣體組成與空氣無差別，消除了氣體組分改變可能造成的影響，而且其缺氧程度可以精確控制，但其多用于高原缺氧的研究。缺點也較明顯，設備要求較高，不能準確反映常壓下缺氧的情況，并且一次循環低氧的時間太長，不能滿足SAHS反復短暫缺氧-復氧循環的要求。

2.2 手術造模 根據發病機制不同，SAHS可分為阻塞型、中樞型及混合型，其中阻塞型占成人發病率的90%以上，而阻塞型SAHS的病理生理學特征為睡眠高阻力性呼吸，導致呼吸暫停及呼吸不足，高阻力的形成歸結為上氣道解剖學狹窄和咽部肌肉功能異常。低氧模型繞過了造成人類阻塞性SAHS最重要的部位，即上氣道，因此不能完全符合SAHS的自然病理狀態?；谝陨显?，一些學者嘗試用手術或局部注射等方法，造成上氣道阻塞，模擬人形成呼吸暫停、呼吸不足及吸氣受限。由于操作的需要，在手術造模過程中所選用的動物體積一般較大，如小型豬、狗、猴等。根據干預部位的不同造模方法主要有兩種：咽鄂部注射凝膠法和氣管部位干預法。

2.2.1 咽鄂部注射凝膠法 國內采用的是20 kg左右的中國小型豬，用15號針頭在豬下頜骨最高點內側1 cm處進針，深度約3 cm，緩慢推進，共注射10 ml醫用聚丙烯酰胺水凝膠+2 ml 0.9%生理鹽水青霉素液(內含青霉素8×106U)，這是外部注射法;也可采用內部注射法：5 ml水凝膠同樣稀釋后用13號針頭在豬咽腭弓及舌根部多點進針注射〔13〕。靈長類的氣道解剖結構與人類比較類似，國外有學者在猴子舌根、懸雍垂、咽側壁注射液態膠造?！?4〕。國內柳忠祿等〔15〕在小型動物Wistar大鼠的雙側舌鄂弓、咽腭弓及舌根部注射透明質酸鈉凝膠成功建立阻塞型SAHS模型，且該模型穩定、可靠。由于阻塞型SAHS患者的發病機制與睡眠時上氣道塌陷、狹窄有關，因此利用安全有效的組織充填物造成動物上氣道的狹窄、阻塞所建立的動物模型與阻塞型SAHS的自然病理狀態比較相符，具有穩定、可靠、重復性好的特點。缺陷是目前還沒有報道該模型的呼吸暫停主要發生在睡眠的哪一期。

2.2.2 氣管部位干預法 包括利用可充氣裝置放置在動物頜下和利用氣管插管周期性閉合誘導阻塞型SAHS模型。Farre等〔16〕設計了一種適用于鼠的頸圈通過氣管切開置于上氣道，計算機調控頸圈壓力造成上氣道阻塞。Kimoff等〔17〕用2只健康成年犬進行氣管造口術，在口內置一乳膠短管，在管末端置一活瓣，并同時在犬體內置人腦電圖及肌電圖記錄電極，計算機不間斷接收犬腦電圖及肌電圖信號，當睡眠開始時，計算機自動啟動活瓣開關，造成氣道阻塞。氣管阻塞在整個睡眠期間持續存在，以此模擬人SAHS期間發作的呼吸暫停和間歇低氧。氣管插管法是將動物麻醉后行氣管切開、插管，再用面罩將其口鼻密封，實驗時通過插管施以負壓致氣道塌陷，呼吸暫停，然后正壓通氣，暫停中止，整個過程由計算機程序控制〔18〕。雖然這種造模方法也達到了模型動物氣道間歇阻塞的效果，但這種方法繞過了人類阻塞型SAHS最重要的部位——上氣道，而且操作復雜，容易影響實驗結果，目前較少有人采用。

2.3 自發性SAHS動物模型 Hendricks等〔19〕觀察到英格蘭牛頭犬由于上氣道解剖結構異?！涬穹蚀?、咽腔狹窄，可自行發生睡眠呼吸暫停。國內有報道部分極度肥胖的陸川豬同樣存在因上氣道解剖異常而自行發生睡眠呼吸暫停的情況〔20〕。王菁等〔21〕報道SD大鼠睡眠中會自發出現呼吸暫停，這種呼吸暫停主要是中樞性的，可以作為研究睡眠呼吸暫停中樞發病機制的天然動物模型。Yamauchi等〔22〕報道C57BL/6 J(B6)小鼠睡眠中會自發出現呼吸暫停，類似人的缺氧-復氧循環，并認為SAHS發病與遺傳相關。這些自發性的SAHS動物模型避免了人為干預的因素，在這一點上是比較理想的，但是此類模型呼吸暫停主要發生在快速動眼睡眠期，而人類睡眠呼吸暫停則主要發生在非快速動眼睡眠期，因此有一定差異。

3 SAHS動物模型評價指標

人類疾病的動物模型必須具有人類疾病模擬性表現，但目前沒有明確的標準判斷以上模型動物是否已經達到診斷標準。從文獻結果分析，SAHS動物模型制作后是否符合人類疾病模擬性表現，主要有以下幾個觀察指標：

3.1 以是否出現SAHS類似癥狀為標準 包括模型動物的睡眠時是否有打鼾或鼾聲增加、憋醒、體位改變、胸廓和腹部的反常運動，白天嗜睡等表現。

3.2 模型動物的低氧指標 SAHS一個重要的特點是間歇性低氧，為了判斷模型動物在實驗過程中是否發生了間歇低氧以及低氧的程度，就需要監測動物動脈血氧飽和度的動態變化，一般是根據多次血氣分析結果來判斷。如果受實驗條件限制，無法得到該類數據，則動物所處氧艙內氧濃度的動態變化結果也可以間接反映間歇低氧情況。

3.3 多導睡眠儀監測指標 通過多導睡眠監測觀察動物腦電圖、肌電圖、眼動圖、心電圖、呼吸變化，測定鼻和口腔氣流、阻抗，測定動脈氧分壓及動物動脈血氧飽和度，計算呼吸暫停低通氣指數(AHI)值。多導睡眠監測結果無疑具有重要的參考價值，然而目前尚無公認的各種動物多導睡眠圖判讀標準，其結果受人為因素干擾過大，故可靠性欠佳。

3.4 模型動物的上氣道改變指標 阻塞性SAHS最重要的阻塞部位是上氣道，患者該部位往往有解剖結構的變化，因此檢測該部位的變化對于評價該模型的可靠性也十分重要。目前可以利用影像學檢查來測量上氣道橫截面面積、上氣道左右徑和前后徑大小，也可以用電生理方法測量支持咽腔開放的肌肉收縮性能的變化，還可以憑肉眼、光鏡、電鏡觀察該部位組織、細胞結構的改變。

4 展望

綜上所述，目前SAHS動物模型的研究取得了可喜的進展，這些模型雖然還不能完全復制出人類SAHS的發病過程、全部病理生理變化和生物學特性，但已為闡明該病的發病機制、探索治療方法作出了重要貢獻。今后研究的重點應放在提高模型的穩定性、可靠性、重復性、同人類相符性、易操作性且符合倫理學觀念的SAHS動物模型上;此外由于SAHS患者存在明顯的家族聚集性，其發病很可能有多基因參與〔22〕，故對模型的遺傳性研究也是將來的一個重要研究方向。

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