肺缺血再灌注损伤动物模型的研究进展

【摘要】 缺血再灌注损伤（IRI）是器官移植研究的重点。肺缺血再灌注损伤（LIRI）的发生与白细胞活化分泌促炎因子、活性氧增多、细胞内钙离子浓度升高等有关，因此研究LIRI主要侧重这几个方面。现在各种动物模型（如鼠、兔、犬等）的建立能够很好地模拟这些发生，解决了临床直接研究的难题。文章就这些方面的研究进展作一综述。

【关键词】 肺； 缺血再灌注损伤； 动物； 模型

肺缺血再灌注损伤（LIRI）是指肺移植、体外循环手术、肺缺血再灌注后，肺缺血引起的肺损伤没有减轻，反而加重的病理现象[1]。近年来，肺缺血再灌注损伤已经成为影响早期肺移植后失功的主要原因，是目前研究的重要方向。用动物模型来研究肺缺血再灌注损伤，提供了研究平台，而且可以为临床上肺缺血再灌注损伤的防治提供理论基础。因此，建立其动物模型的作用不言而喻。本文就肺缺血再灌注损伤动物模型的研究进展作一综述。

1 简介

目前研究LIRI的动物模型包括：肺缺血-再灌注损伤模型、肺移植模型、肺动脉栓塞模型等，实施方法：阻断单侧肺门，实验肺无血液循环及气体交换[2-3]；介入堵塞肺动脉产生急、慢性动脉栓塞[4-5]；离体肺通过灌注、保存方法后移植，肺完全缺血而有气体交换[6]。可分别阻断肺动、静脉，阻断单侧肺门血管后恢复双肺通气，用来产生外科手术中阻断肺血管导致LIRI的效果[2]。目前有多种实验动物被选作用来建立肺缺血再灌注模型，如大鼠、犬、兔以及猪等[7]。

2 发生机制

LIRI可导致肺移植后发生原发性移植肺功能障碍，表现为肺动脉压升高、肺出血、肺水肿和急性呼吸功能衰竭，发生机制与活性氧产生增多、细胞内钙超载、中性粒细胞活化和高能磷酸化合物生成障碍等因素有关[8-9]。目前以活性氧产生增多、中性粒细胞活化和钙超载的研究最为多见。

2.1 活性氧增多 肺再灌注后，肺血液循环和气体交换恢复，肺内氧含量增加，氧自由基大量释放损伤肺泡上皮细胞及血管内皮细胞，损害了血管通透性，组织内水分聚积，导致细胞代谢障碍，引起肺的损伤[10]。LIRI时活性氧增加，氧自由基爆发是肺损伤的根本原因[11]。机体清除氧自由基主要靠超氧化物歧化酶，其活性决定清除氧自由基的能力，其能催化超氧自由基歧化为过氧化氢，继而降解为氧气和水[11-12]。氧自由基（OFR）导致肺损伤的原理是：（1）直接损伤DNA；（2）脂质过氧化：导致细胞及细胞器膜损伤；（3）氧化氨基：酶失活及多肽链断裂；（4）影响基因的转录，诱导炎症相关基因的表达，产生多种致炎因子，导致炎细胞的激活[13]。Shimoyama等[14]将离体鼠肺灌洗液中加入抑肽酶，丙二醛减少，氧浓度增加。IRI使丙二醛增多、氧化物歧化酶的活性减小[15]。李颍川等[16]发现再灌注后肺内氧自由基产生增加使超氧化物歧化酶含量明显下降，破坏肺内皮细胞功能和结构，导致肺损伤。丙二醛反映机体内脂质过氧化的程度，可作为再灌注肺损伤间接评估指标[17]。

2.2 中性粒细胞活化 中性粒细胞（PMN）在肺IRI中有重要的作用，由其分泌的促炎因子导致[13]。IRI导致肺损伤时，促炎与抗炎因子的比例失调，炎症因子增加，抗炎因子减少，导致炎症。炎症因子进一步激活多种炎症细胞因子，导致“瀑布样”级联效应，出现肺损伤[13]。促炎因子在PMN内部及其他细胞间进行调节，从而导致炎症反应[18]。

2.3 细胞内钙超载 钙超载导致细胞膜、细胞器功能障碍，细胞膜通透性增加，线粒体功能障碍，产生ATP减少；钙离子依赖性蛋白酶活性增加，生成自由基增多，造成肺损伤[19]。主要原因：缺血后，细胞内钠-钾-ATP酶功能障碍，因此细胞水肿；恢复血供，钠离子被转移到细胞外，引起钙离子被交换入细胞内[19]。钙超载是指：缺血再灌注致细胞内钙离子增加引起细胞的结构和功能损害[20]。

3 模型建立

3.1 小鼠肺缺血再灌注损伤模型 准备：禁食12 h，禁水4 h。

阿托品0.01 mg/kg肌注，2%戊巴比妥钠注射液60 mg/kg腹腔麻醉，必要时6 mg/kg追加麻药[21]。取仰卧位，固定于显微手术台上，颈胸部手术区备皮。采用20 G静脉留置针作气管插管。连接呼吸机，见到胸廓起伏，则插管成功，固定。呼吸机频设率为130～150次/min，潮气量150～200 mL/min，吸呼比1：1.5。实验组：（IR组）：腹腔注射肝素500 U/kg。10 min后，备皮区常规消毒，显微镜下取横切口约8 mm，钝性分离胸大小肌，从第3肋间进胸，暴露肺门，微血管夹断左侧肺门，左肺无通气。阻断60 min后恢复左肺通气及循环，逐层关胸。术后置于32 ℃温箱中，待小鼠清醒后，拔气管插管。对照组（sham组）：仅暴露左肺门，观察60 min后关胸，其余操作同IR组。

3.2 大鼠肺缺血再灌注损伤模型 鼠禁食12 h，禁水4 h，3%戊巴比妥钠（30 mg/kg）腹腔注射，气管切开，插管，机械通气，呼吸频率70次/min，吸呼比1：1.5，取左侧胸部第5肋间前外侧切口，解剖肺门，静脉注射肝素钠（100 U/kg）[10]。阻断肺门30 min，再灌注120 min[22]。阻断后肺萎缩，变为暗紫色，开放后肺迅速膨胀，颜色恢复淡红色[23]。

3.3 兔肺缺血再灌注损伤模型 肌注阿托品0.5 mg，静脉2%戊巴比妥钠30 mg/kg麻醉，麻醉维持：2%戊巴比妥钠，每次5 mg/kg，维持麻醉深度[24]。气管插管接呼吸机。呼吸机参数设定：频率30次/min，吸呼比1∶1，氧浓度100%，潮气量10 mL/kg，游离左肺门。游离右侧股动脉，置入生理仪监测导管，检测动脉压（MAP）、心率（HR）。取右侧卧位，取左侧3、4肋间切口，进胸，解剖左肺门。分别游离左侧肺动脉、左肺上、下静脉，静脉注入肝素（1.0 mg/kg）

10 min后，可分别阻断肺动脉及上、下肺静脉1 h后再顺序开放肺上、下静脉和肺动脉或单纯阻断肺动脉1 h，手术中左肺持续通气[25]。

3.4 犬肺原位常温缺血再灌注动物模型 禁食水12 h，肌注阿托品，眠乃宁0.05 mL/kg诱导麻醉，用力蒙欣维持麻醉，气管插管，机械通气：潮气量15～20 mL/kg，频率20次/min，氧浓度60%，持续心电监测。左侧股动脉穿刺监测血压，游离穿刺右侧颈外静脉，监测中心静脉压（CVP），监测血氧饱和度。取双侧第4或第5肋间横切口，切开心包并悬吊，解剖肺动脉主干及左右各支、左右肺静脉上中下各支。主肺动脉近端置入测压管，左肺动脉远端置入灌注管。肝素化（1 mg/kg），阻断左肺动脉、阻断左主支气管、阻断左肺静脉各支，左肺动脉灌注常温LPD液，左肺常温阻断120 min，开放左肺循环及支气管。再灌注120 min后，留取病理标本，再灌注240 min后，留取病理标本。

4 结语

自从McCord[26]提出了缺血再灌注损伤（ischemia-reperfusion-injury，IRI）的概念以来，至今对各器官组织的缺血再灌注损伤的研究一直成为医学领域的重点和难点。对于肺缺血再灌注而言，因为肺保护技术的发展，近二十年间肺IRI的发生明显减轻，但缺血再灌注导致的肺损伤仍是致患者早期死亡及发生晚期并发症的主要原因，且严重的肺IRI还与移植后发生免疫排斥反应、阻塞性细支气管炎等有关[27-29]。因此，肺缺血再灌注损伤动物模型的建立对于肺移植理论及实践研究意义非凡，为临床上肺缺血再灌注损伤提供新的治疗思路[30]。

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（收稿日期：2013-10-14） （本文编辑：欧丽）