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博来霉素致肺间质纤维化模型

【造模机制】博来霉素(bleomycin)是一种多肽类抗肿瘤药物,其导致肺间质纤维化的机制主要是通过活性氧的作用。在博来霉素致肺损伤的早期,即肺泡炎阶段,产生大量氧自由基,对肺造成损伤。

【造模方法】

大鼠:选用体重170~200g的Sprague Dawley大鼠。博来霉素(30mg/支),用0.9%氯化钠稀释成4g/L,气管内滴入博来霉素溶液0.25~0.3ml(5mg/kg),可建立肺间质纤维化模型。以2%戊巴比妥钠(40mg/200g,即0.25ml/只)腹腔麻醉大鼠,约3~5分钟后,大鼠进入麻醉迟缓状态(如麻醉不深,须用乙醚加强)。麻醉后将其仰卧固定于鼠板,将四肢和头部固定,剪去颈毛。用聚维酮碘(碘伏)消毒皮肤,在无菌操作下切开长约1cm的颈中切口,逐层分离暴露气管(若室温低,须用保温措施)。用弯尖眼科钳经气管下方穿过,轻微抬起气管,尽量接过气管分叉处,抬高鼠板头端,使与桌面成30°~35°。选择1个7号的注射用针头,将针头用砂片磨成弧形,使其变得圆钝。在进针前用注射器试通注射针头,避免堵塞。进针时与水平面成150°,在两个环状软骨之间刺入。针孔方向面向术者,有落空感证明已刺进1~1.5cm,约到气管分叉处停止进针后注入博来霉素。注入博来霉素0.2ml(约4mg/kg),再向气管内注入0.2ml的空气2~3次,使药物在肺部分布均匀。以大鼠身体长轴为中心,正反快速旋转鼠板1~2分钟。缝合皮肤,局部聚维酮碘消毒(或用青霉素消毒)防止感染,室温保持在24~25℃,待动物自然清醒后置笼内常规饲养。

小鼠:选用体重18~20g的雄性昆明小鼠。氯胺酮(100mg/2ml)腹腔注射(10mg/100g),将实验动物麻醉后仰卧,纵行切开皮肤,钝性分离暴露气管,用4号针头刺入气管,尽量接近气管分叉处,将0.05ml博来霉素缓慢滴入(博来霉素每支8mg,用前以生理盐水配制成0.2%药液),立即将动物直立旋转,使药液在肺内均匀分布,然后缝合皮肤,局部乙醇消毒防止感染。同样,也可选用雌性BLAB/C鼠,将小鼠腹腔注射水合氯醛麻醉后固定于操作台,以动物喉镜压下小鼠舌根暴露声门,雾化器从声门插入气管并雾化注入博来霉素溶液100μl(5mg/kg)。

山羊:选用12~15kg的山羊,3%戊巴比妥钠麻醉下通过球囊导管选择性地向左肺下叶支气管缓慢滴入博来霉素1.5~3.0U/kg,滴入液体总量按2~3ml/kg给予,滴注完毕后,将山羊左侧卧位30分钟,以利于药物的吸收和均匀分布,复制成肺间质纤维化模型。

【模型特点】大鼠模型病理组织学与病理生理学改变与人类肺间质纤维化相似。其病变早期表现为渗出性肺泡炎,炎症细胞在病变处聚集增多。晚期为肺间质纤维化,间质细胞增生,基质胶原聚集取代正常的肺组织结构。注入博来霉素2周时,可见肺系数(肺重/体重×100%)、羟脯氨酸含量明显升高。显微镜下可见广泛炎症细胞浸润,以淋巴细胞、单核吞噬细胞为主,并有肺泡壁增厚、成纤维细胞增生等Ⅱ级肺泡炎表现。第4周可见肺间质内有大量散在绿染的胶原纤维,肺泡结构破坏,见有许多纤维细胞等Ⅲ级肺间质纤维化病变。

小鼠使用博来霉素后15天,病变弥漫,但以肺泡间隔、血管和小气管周围显著。病变处肺泡壁增厚,毛细血管扩张,肺泡腔变小,其中充满大量的中性粒细胞、单核细胞、淋巴细胞等炎症细胞。在气管、血管周围及近胸膜处出现以中性粒细胞、单核细胞为主的炎症细胞浸润,呈3级肺泡炎性改变。30天后病变弥漫,病变处肺泡壁增厚,肺泡间隔增宽。在气管和血管周围及近胸膜处肺组织可见以单核细胞和淋巴细胞为主的炎症细胞浸润,胸膜增厚,并可见较明显的成纤维细胞和胶原纤维的增生和集聚。主要呈1级纤维化改变。

经典的复制肺纤维化小鼠模型方法是气管内滴入博来霉素溶液。气管内滴入或雾化博来霉素均能引起明显的肺组织损伤与肺纤维化改变。单次气管内滴入博来霉素即可引起明显的肺纤维化,但病灶分布欠均匀,不能准确地模拟人类原发性肺纤维化病变的弥漫性分布。气管内雾化给药方式能使博来霉素更均匀地分布于肺内,纤维化改变更弥散,更接近人类肺纤维化改变。气管内雾化博来霉素溶液不需穿刺气管,减少了动物的损伤与痛苦,可作为复制肺纤维化小鼠模型的优选方案。

山羊使用博来霉素第3~4天,在中央小叶出现斑片影和粗线条。在第1周末,上述区域变大、融合,到达胸膜下区域。肺泡和间质内可见到渗出物。第2~3周,主要表现为毛玻璃样病灶和微细的放射性线条,位于中央小叶和气管血管束周围,没有小叶间隔增厚的征象。第4周,显示了肺间质的异常。肺标本的大体观察显示呈灰色,组织学检查了CT显示的异常区域,结果显示主要病变在气管周围,肺段以下肺小叶周围病变分散。1周内主要是肺细胞化生,伴有肺泡壁破坏、炎症细胞浸润,第2周以后,主要是间质内成纤维细胞聚集,伴有胶原纤维增加。第3周后,肺泡间隔增厚。

【模型评估和应用】  目前用于该模型制作的诱导剂很多,如其中以博来霉素最为常用。博来霉素气管内一次性注入可复制出与人类肺间质纤维化病理过程相似的动物模型,可全身给药,也可局部给药,可一次性给药或分多次给药,也可采用微型药物泵持续给药。具体方法如下:①气管内给药:是目前较为常用的给药途径,是一种局部给药方法,将诱导剂直接注入动物气管,造成肺部的病变,可以是一次性的,也可以是重复多次的。对于博来霉素的水溶液,多采取的是经气管滴注法。该法虽操作简单、成本低,但病变范围较局限,与人类病变的弥漫性分布有差异,因此采用雾化吸入给药,克服了前者的弊端,使病灶分布均匀弥散。②腹腔内给药:是一种全身给药的方法,将诱导剂(如博来霉素)注入动物的腹腔内,进而发挥致纤维化作用。一般是多次给药,有每日连续给药的,也有间隔几日给药的。当药物在体内累积达到一定量时,即可建立动物模型。但与气管内给药相比,所致病变部位胸膜、支气管周围均比较重,而后者所致病变以支气管周围明显,胸膜不明显,这与人类的肺间质纤维化的病变(病变先由胸膜开始)不太相符,故认为该法优于后者。但与后者相比,因所需药物量过多,其费用也高,使其在国内的应用受到了一定的限制。

本模型为研究肺间质纤维化的病因、发病机制及防治提供了一种新的实验研究手段,可以在严格控制各种条件下观察肺间质纤维化的发生、发展和疾病转归以及这些不同改变在病理形态学、分子生物学以及影像学上的表现等规律,提高对肺间质性疾病的认识水平。

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