刘 琴 陈 芳 朱以良 喻 晶 杨丽君 张 宜

(中部战区总医院医疗保障中心实验动物室,武汉 430070)

热射病(heat stroke, HS)即重症中暑,是由于暴露在高温高湿环境中机体体温调节功能失衡,产热大于散热,导致核心温度(core temperature, Tc)迅速升高,超过40 ℃,伴有皮肤灼热、意识障碍(如谵妄、惊厥、昏迷)及多器官功能障碍的严重急性热致疾病,是中暑最严重的类型[1-3]。HS根据劳力型因素的有无,可分为经典型热射病/居民型热射病(classic heat stroke, CHS)和劳力型热射病(exertional heat stroke, EHS)[3]。随着全球气候变暖,热浪袭击强度和频率的增加,HS的发病率和死亡率呈逐年上升的趋势,已成为深受关注的社会公共卫生应急突发事件之一。目前HS发病机制尚不完全清楚,也无理想的预防与治疗药物,给HS的预防与治疗带来很大的困难。由于伦理学的限制,HS动物模型常用于HS的发病机制研究。本文从实验动物种类与性别的选择、Tc和血压监测、HS成模标准、HS动物模型制作方法等几个方面进行了综述,为相关人员进一步研究HS动物模型提供帮助。

1 实验动物种类与性别的选择

猴子[4]、狒狒[5-6]、猪[7]、犬[8]、羊[9-10]、兔[11]、大鼠[12]、小鼠[13]均被用作HS相关研究的实验动物。考虑到经济性、可靠性和实用性,大小鼠成为制作HS动物模型最常用的实验动物。在性别选择方面,由于雌激素可以通过改善炎性反应和心血管功能障碍来提高动物患HS期间的存活率[14],猪[7]、犬[8]、羊[9-10]、大鼠[12]、小鼠[13]一般选用雄性,猴子[4]、狒狒[5-6]、新西兰兔[11]雌雄均有。

2 Tc和血压监测

造模时,实验动物的Tc多以直肠温度代替,可用生理记录仪监测直肠温度。血压的监测方法主要为无创血压监测和有创血压监测两种方法,两种方法各有优缺点。无创血压监测便于观察实验动物患HS前后的活动状态和认知功能,还能够克服个体差异对热应激反应的不同;缺点是属于间接测血压,准确度欠高。有创血压监测能够较准确地监测实验动物的血压,但是麻醉后无法观察实验动物在患HS前后的活动状态,包括认知功能[15]。且有创血压监测方法需使用的麻醉药可能对实验动物的心肌、胃肠动力等方面有一定的影响,从而干扰HS对实验动物心肌以及胃肠动力影响等方面的研究[16-18]。目前,植入式遥测技术已应用于HS大鼠模型制作过程中大鼠Tc、血压、心率的监测,此法可以完整记录热应激下大鼠Tc、血压、心率等生理参数变化过程,但是手术总体成功率较低,约40%[19]。

3 HS成模标准

参照动物热射病诊断标准,Tc、平均动脉压(mean arterial pressure, MAP)或动脉收缩压(systolic blood pressure, SBP)的动态变化是评价HS动物模型发生、发展以及严重程度的主要指标。从已有研究来看,不同种实验动物HS成模标准存在一些差异,主要表现在对Tc的要求。狒狒经环境热应激后Tc 达42.5℃,标志着中度中暑的发生;Tc 达43℃、SBP降至<90 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa),被认为是HS全身症状的发作[5-6]。实验动物猪符合以下3点即可诊断为HS:①自主行为显著异常,包括站立不稳、行走摇晃、躯体颤动、大汗、口腔分泌物增多等;②Tc>42 ℃;③生理反射的变化,包括角膜反射、提肛反射减弱或消失等[7]。杂种犬经热应激后Tc达43 ℃时标志着HS的发生[8,20]。家兔患HS的体温界限是42.5 ℃,直肠温度43.0 ℃和43.5 ℃可以用作研究HS的兔模型[11,21]。羊[10]、大鼠[12]、小鼠[13,22]经热应激后Tc达42 ℃被认为HS的发生。

4 HS动物模型制作方法

4.1 HS狒狒模型

来自非人类灵长类动物的发现,与小型实验室动物相比,与人类的关系更密切,可能直接适用于人类,因此构成临床实验的基础。HS狒狒模型是一种模拟人类HS的灵长类动物HS模型,关于HS狒狒模型的报道较少,造模时主要采用新生儿培养箱。将麻醉幼狒狒置于44℃ ～47℃ 的预热新生儿培养箱中经受环境热应激,Tc 达43℃、SBP<90 mmHg,被认为是HS的发作,出现体温过高、心动过速和低血压反应,并引起全身炎性反应、凝血和纤维蛋白溶解的激活以及内皮细胞损伤[5-6]。

4.2 HS猪模型

与啮齿类实验动物相比,猪在解剖、生理、营养代谢以及伦理方面具有一定的优势,更适合做人类疾病动物模型。巴马小型猪是重要的实验动物品系之一,其温顺性好、可操作性强、易获取、成本相对低,且遗传稳定性较好,与人的体温调节及心血管反应相近,其肌肉、神经系统、血液循环系统以及胸腹腔的脏器特别是消化生理功能与人体有较好的相似性和可比性[23]。将雄性巴马小型猪置于温度44 ℃～47 ℃、湿度65%的恒温恒湿气候舱中4 h,自主行为、生命体征及实验室检查均出现显著异常,达到HS标准,此模型可重复性好,能满足临床HS血液净化等研究需求[7]。

4.3 HS犬模型

HS犬模型的制作主要使用仿真热气候动物舱。将麻醉普通级健康雄性杂种犬置入温度36 ℃、湿度70%的仿真模拟高温气候舱内,Tc>42 ℃、MAP瞬时下降幅度达25 mmHg以上时标志着HS发生,表现出过度换气和呼吸性碱中毒,以及高钠、高氯和高钾血症等症状[8]。

4.4 HS羊模型

HS羊模型的制作主要使用环境训练室。雄性绵羊暴露于温度42 ℃、湿度35%的热应激环境下,并被迫在跑步机上以2.5 km/h的速度跑步,3 h后绵羊出现换气过度、烦躁、气踹、发绀、抽搐等HS症状,血清激素水平也发生相应变化[10]。

4.5 HS兔模型

实验兔被用于HS发病机制的研究也比较少,主要采用加热箱来制作HS兔模型。将麻醉的新西兰家兔(雌雄不限)置入干球温度42 ℃、湿球温度35 ℃、相对湿度57%的加热箱进行热暴露,直肠温度43.0 ℃和43.5 ℃可以用作研究HS的兔模型[11,21]。

4.6 HS大鼠模型

HS大鼠模型是目前HS动物模型研究的主流,其制作方法主要有环境训练实验室法、仿真热气侯动物舱法、温控跑台法、电热毯包裹法等。有研究[24]将清醒大鼠暴露于温度40 ℃、相对湿度70%的环境训练实验室,108 min后大鼠Tc达42.5 ℃,获得CHS大鼠模型。有研究[25]将麻醉大鼠置入温度为40 ℃、湿度60%的仿真热气候动物舱内,MAP从峰值下降到25 mmHg且Tc>42 ℃时CHS大鼠模型建模成功。有研究[26]将大鼠放入温度37 ℃、跑台坡度5°、速度28 m/min的温控跑台,当大鼠一次性高温力竭运动至力竭且肝区表面温度上升至约42 ℃即可制备出EHS大鼠模型。另有研究者将麻醉后的大鼠暴露在43 ℃的折叠加热垫中,热应激70 min后Tc达42℃、MAP为30 mmHg,获得CHS大鼠模型[12]。

4.7 HS小鼠模型

HS小鼠模型的制作方法主要使用高温气候动物培养箱,也有使用电热毯加热。将清醒雄性BALB/c小鼠置于已预热并保持在温度35.5 ℃、相对湿度60%的高温气候动物培养箱中,Tc达42 ℃时,即可成功建立HS小鼠模型[13,22]。或使用电热毯加热麻醉小鼠至Tc达42.4 ℃来获得HS小鼠模型[27]。

5 小结与展望

借助动物模型来研究HS的发病机制具有积极意义。HS动物模型的研究包括实验动物种类与性别的选择、Tc和血压监测、成模标准、模型制作方法等主要部分,这些都关系着HS动物模型的质量。应用于HS模型研究的实验动物种类较多,但根据经济性、可靠性和实用性综合考虑,雄性大鼠是目前最常用的实验动物。血压监测方法各有优缺点,需要根据实际的实验条件和研究目的来选择。建模成功的主要指标是Tc,但各实验动物HS成模时的Tc各有特点。目前,各HS动物模型的制作主要是通过人工模拟高温高湿的环境对实验动物进行热打击来实现的,仿真热气候舱是主流的热打击方法。从以上可以看出,近几年研究者们在HS动物模型的制作上取得了很大的进展,然而,为进一步研究HS的发病机制,建立完善的HS动物成模标准以及构建能更好模拟人类HS的动物模型仍是未来研究的方向。