MODS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。

　　1　MODS模型的标准

　　复制MODS模型的目的在于：模拟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，一个符合临床实际的理想的MODS实验模型应具备的标准是：①致伤因素与临床MODS常见诱因基本一致；②发病在致伤24小时以后；③有SIRS的表现；④有2个以上器官或系统的功能障碍；⑤有足够的发病率和死亡率。

　　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SIRS的诊断依据：①直肠温度较正常或伤前升高或降低1℃；②呼吸频率超过对照值2倍或PaCO2较对照值降低25%；③白细胞总数超过对照值的2倍或减少50%；④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： ①以实验室检查为主，以排除主观和治疗因素的影响；②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；③采用功能评分方法，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MODS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〕。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4～5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3～5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(4.0～6.0 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(O55B5，1.0～1.5 μg．kg－1．h－1)以及持续微量输注内毒素(30 ng．min－1．kg－1，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5～10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：①动物对感染因子的作用也表现出类似“全或无”的特点。②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，动物也表现出明显的种属和个体差异。③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。④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0.6μg/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(0.6～40.0 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Fry〔20〕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Steinberg〔22〕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)、巨噬细胞激活剂去甲斑蝥素(1.5 mg/100 g)及细胞因子TNFα(100 μg/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。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1～2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模型的标准有较大差距。因此，一些学者在肠缺血再灌注基础上施加其他因素，提高了模型的成功率。

　　盛志勇等〔6〕报告了饲菌复合肠系膜上动脉部分阻断模型的结果。实验用狗40只，术前12 小时将大肠杆菌O111B41010个/kg一次饲入。用血管夹不全阻断肠系膜上动脉(使门静脉血流量减少50%)，1小时后松夹恢复灌流。阻断后24小时，血和组织脂质过氧化物显著增加；血培养细菌阳性率100%，其中60%为大肠杆菌，同时伴有心、肝、肺和小肠形态与功能的严重损害。此模型适合于创伤后氧自由基损伤及肠源性感染致MO dS的研究。

　　作者从临床实际出发，还设计出了低血容量性休克后肠源性脓毒症模型〔26〕。给实验用家兔术前1小时用胃管饲入大肠杆菌O111B42×1011个/k g后 ，用Wiggers′法造成低血容量性休克(5.3 kPa,维持1小时)。休克末回输失血和1倍失血 量的林格氏液，复苏后观察10日。实验结果显示，实验组80%的动物于休克复苏后1～3日出现肠源性菌血症和内毒素血症，随之表现出全身炎症反应、高血糖和氨基酸代谢障碍，最终发生MODS(61%)和死亡(83%)。本模型突出了低血容量性休克、再灌注损伤、肠源性感染等创伤后MODS的常见诱因，基本模拟出单相速发型MODS的临床特征。

　　2.1.5　复制MODS模型的关键因素：根据上述研究，作者得出以下认识：①MODS是多因素诱发的疾病过程。单一因素致伤如单纯休克、细菌攻击、腹腔炎症或肠缺血等，虽然从某方面模拟了MODS的致病因素和发展过程，但都难以复制出符合临床实际的标准化的MODS动物模型。而复合致伤方式如家兔休克后肠源性感染模型，不仅较全面地模拟了 mODS的临床实际过程，而且能提高模型的成功率。②迄今为止，MODS动物模型与临床MODS的最大区别在于动物遭受致伤因素打击后没有强有力的器官支持措施，因而难以渡过最初的休克或单器官衰竭而早期死亡，使可能发展到MODS的自然过程中断。因此，如何将抗损伤因素引入MODS的模型研究，建立动物的ICU，是提高MODS模型成功率的关键。③在MODS发展过程中，动物的器官衰竭也表现出一定的序贯性，最先衰竭的通常是肺和肠道(屏障功能)，随之出现肾功能衰竭、心力衰竭、肝衰竭及胃肠道出血。这一顺序与临床MODS患者的常见衰竭器官顺序基本相符。 因此，肺和肠道可视为MODS的敏感器官，重点打击敏感器官肺和肠道，有助于MODS发生。如家兔饲入大肠杆菌后再造成低血容量性休克，是为了诱发肠源性感染；而门静脉内毒素血症模型采用山羊，是因为羊在内毒素攻击下极易发生肺功能障碍。

　　综上所述，复制MODS模型的3个关键因素是复合因素致伤、器官功能支持和打击敏感器官。

　　2.2　两次打击模型(two hit model)：建立标准化和符合临床实际的双 相迟发MODS大动物模型一直是整个MODS研究中的难题。目前现有的MODS模型，由于存在着致伤因素单一、动物存活时间短、诊断标准不合理以及缺乏器官支持过程而难以被临床工作者接受。为此，作者在以往研究工作的基础上，引入器官支持因素，建立动物的ICU，复制成功一个符合MODS发病因素、病理过程和临床特征的标准化的双相迟发大动物模型〔7，27〕。

　　首先，建立动物的ICU，基本设备包括心功能监护仪、多功能呼吸机、输液泵、代谢笼以及空调、净化和通风装置，能进行循环、呼吸及代谢监测与支持。

　　动物模型制作分为首次打击(手术创伤+低血容量性休克+复苏再灌注)、二次打击(门静脉内毒素血症)和器官支持3个阶段。手术创伤后采用Wiggers′法造成低血容量性休克，维持动脉 压6.0～7.3 kPa之间1小时。休克终点经颈静脉和门静脉快速回输失血和2倍失血量的林格氏液。复苏24小时后，再经门静脉持续输入大肠杆菌O26B6内毒素(30 n g．kg－1．min－1)，持续5日，并进行持续呼吸和循环监护及标准代谢支持。当出现心血管或(和)呼吸功能不全时，使用呼吸机和血管活性药物进行持续呼吸和循环支持。

　　动物的发病过程及检测指标呈双相变化。创伤休克期表现为低排高阻、轻度炎症和代谢反应，TNF、IL6和IL8等细胞因子水平升高。输入内毒素后，上述细胞因子升高幅度更为显著，动物出现高动力循环、持续高代谢和脓毒性休克的症状，血和脏器细菌培养阳性率分别为100%和64%，表明在第1次打击预激的基础上再次打击，能使全身炎症反应放大和加重。临终前表现为失代偿性低排低阻和代谢衰竭，伤后10日MODS发生率60%，死亡率90%。

　　此模型具有如下特点：①多因素复合致伤，突出了创伤、低血容量性休克、再灌注损伤、肠源性脓毒症等MODS的发病因素；②采用创伤和感染双相打击，模拟出典型的双相迟发MODS的发病过程；③建立了动物ICU，对动物进行循环、呼吸及代谢监测与支持；④动物的炎性介质、血流动力学、物质代谢以及脏器功能的各项指标的变化充分反映了MODS的临床特征。因此，此模型是成功的和符合实际的MODS模型，这一模型的建立为研究MODS的发病机制、早期诊断及临床防治提供了有力的工具。

　　基金项目：全军“九五”医学科研规划指令性课题(96L053)

　　获奖项目：1996年解放军总后勤部科技进步一等奖(961102)

　　作者简介：胡　森(1959)，男(汉族)，山东临沂人，博士，副研究员，全军“九五”指令性课题负责人之一。主要研究严重创伤后全身炎症反应及多器官功能障碍综合征，已获国家科技进步三等奖1项，军队科技进步一等奖1项，二等奖2项，主编专著1部，发表学术论文50余篇。

　　作者单位：解放军第三○四医院烧伤研究所，北京　100037

　　参考文献：

　　〔1〕胡森，盛志勇，薛丽波，等．多器官功能障碍综合征动物模型的系列研究．解放军医学杂志，1996，21：59.

　　〔2〕潘世成，罗正曜主编．休克．第1版．北京：人民卫生出版社，1982．502.

　　〔3〕朱愉，多秀瀛主编．实验动物的疾病模型．第1版．天津：天津科技翻译出版公司，1997．368.

　　〔4〕胡森，盛志勇，林洪远，等．多器官功能障碍综合征早期诊断依据和实验预警指标的探讨．解放军医学杂志，1996，21：1316.

　　〔5〕胡森，盛志勇，薛丽波，等．创伤后多系统器官衰竭(MODS)动物模型的实验研究．中华整形外科杂志，1992，8：26.

　　〔6〕盛志勇，董元林，王晓红，等．缺血后肠源性感染与多器官功能衰竭．中华创伤杂志，1991，7：6568.

　　〔7〕Hu Sen,SHENG Zhiyong,ZHOU Baotong,et a l.Study on delay two phase multiple organ dysfunction syndrome.Chin Med J,1998,111:101-108.

　　〔8〕Moore F A,Moore E E.Evolving concept in the pathogenesis of post injury multiple organ failure.Surg Clin North Am,1995,75:257-264.

　　〔9〕王平，孟宪均，黄志强，等．一种实验性多器官衰竭动物模型的研究．中华实验外科杂志，1987，4：7072.

　　〔10〕Chaudry I H.Rat and mouse models of hypovolemictra umatic shoc k.In:Schlag G,Redl H (ed):Pathophysiology of shock,sepsis and organ failure.Germ any:SpringerVerlag Berlin Heidelberg,1993.371.

　　〔11〕Schlag G.Hypovolemictraumatic shock in baboons.In: Schlag G,Re dl h(de).Pathophysiology of shock,sepsis and organ failure.Germany:SpringerVerlag berlin Heidelber,1993.384.

　　〔12〕付小兵，田惠民，姚咏明，等．犬高速投射物伤复合休克复苏再灌流对多脏器功能的影响．中华外科杂志，1992，30：563-567.

　　〔13〕Fink M P,Facs Heard S O.Laboratory models of sepsis and septic shock.J surg Res,1990,49:186-191.

　　〔14〕Fink M P,Fiallo V,Stein K L,et al.Systemic and regional he modynamic changes after intraperitoneal endotoxin in rabbit:development of a new model of the clinical syndrome of hyperdynamic sepsis.Circ Shock,1987,22:7381.

　　〔15〕全竹富，黎介寿．腹腔感染致多器官衰竭的动物模型．中华实验外科杂志，1991，8：9193.

　　〔16〕Lindsey D C,Emerson T E.Characterization of an e ndotoxemic baboon model of metabolic and organ dysfunction.Circ Shock,1991,34:29 4298.

　　〔17〕Pittet J F,Morel D R.Imbalance between plasma levels of throm boxand B2 and 6ketoprostaglandin F1α during s ubacute endotoxinindu ced by hyperdynamic sepsis or multiple organ failure syndrome in sheep.Circ Shoc k,1991,35:6577.

　　〔18〕Tighe D,Moss R,Haywood G,et al.Dopexamine hydrochloride ma intains portal blood flow and attenuates hepatic ultrastructural changes in a po rcine peritonitis model of multiple system organ failure.Circ Shock,1993,39:199-206.

　　〔19〕Yoshikawa T,Takano H,Takahashi S,et al.Change in tissue an tioxidant enzyme activities and lipid peroxides in endotoxininduced multiple organ failure.Circ Shock,1994,42:5358.

　　〔20〕Carrier B,Meakins J L,Marshal J C.Multiple organ failure syndr ome,Arch surg,1986,21:191-206.

　　〔21〕Goris R J.Multiple organ failure and sepsis without bacteria.A rch surg,1986,121:897-903.

　　〔22〕Steinberg S,Flyun W,Kelley K,et al.Development of a bacter iaindependent model of the multiple organ failure syndrome.Arch Surg ,1989,124:1390-1394.

　　〔23〕陆江阳，梁延杰，胡森，等．一种改进的酵母多糖素所致大鼠多器官衰竭的实验模型．解放军医学杂志，1991，16：451-453.

　　〔24〕胡森，盛志勇，薛立波，等．去甲斑蝥素致大鼠腹腔炎症与多器官功能失常．中国危重病急救医学，1998，10(10)：603-606.

　　〔25〕盛志勇，徐世豪，施志国，等．肿瘤坏死因子致伤无菌大鼠多器官功能损害的初步研究．解放军医学杂志，1992，17：168-171〔26〕胡森，盛志勇，梁延杰，等．饲菌复合低血容量性休克诱发兔肠源性脓毒症和MODS的实验研究．中国危重病急救医学，1998，10(10)：587-591.

　　〔27〕胡森，盛志勇，周宝桐，等．双相迟发多器官功能不全综合征(MODS)动物模型的研究．中华创伤杂志，1996，12：102-106.