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肾功能衰竭动物模型

编辑:   上传日期:2017-07-26  阅读次数:

慢性肾功能衰竭(CRF)是指慢性肾脏病引起的肾小球滤过率下降及与此相关的代谢紊乱和临床症状组成的综合征。运用动物模型有助于有效地认识CRF的发生、发展规律和研究防治措施。近年来随着实验研究的深入,CRF实验动物模型的造模方法有了更多的经验和进一步的发展。本文对近年来建立CRF实验动物模型的研究方法做一综述。
肾功能衰竭动物模型

1、物理方法

1.1 肾大部分切除法
肾切除模型历史悠久,早在1952年Platt等利用大鼠行5/6肾切除成功制作了CRF动物模型。我国沙朝晖等报道的大鼠5/6肾切除法采用二期手术:大腿肌内注射麻醉大鼠,选取背左侧切口,暴露左肾,剥离肾包膜,将肾的上下极各1/3切除,明胶海绵压迫切面止血。一期手术后7d,行二期手术,摘除右肾。术后90d稳定于氮质血症期。王瑞强等采用弧型切除2/3肾组织,主要切除皮质部分。1周后切除整个右肾,2次手术共切除肾脏80%左右,8周后造模成功。
5/6肾切除制备CRF模型符合肾小球高灌注、高滤过、高压力致肾衰的学说,本模型以肾小球肥大、硬化为主要特点,表现出与人类肾脏纤维化一致的过程,故模型表现接近临床,研究减轻肾组织灌注、高滤过及抑制系膜细胞增殖的新葡京在线可采用此模型。本模型到实验8周时可出现低钙高磷等一系列肾性骨病改变,提示本模型亦可作为一种肾性骨病的研究模型。但本模型需要做二期手术,手术操作复杂,需掌握切除肾组织技术,不应切到肾盂,以免尿液外漏。且该造模方法易引起出血、感染甚至死亡,模型制备时间长。另外亦有3/4、6/7、7/10等肾切除法,不同模型的生化指标及病理损伤均表现为慢性肾功能衰竭,但模型不如5/6肾切除模型稳定。

1.2 冷冻加切除法
成年健康雄性大鼠,以腹腔注射戊巴比妥钠麻醉,左侧背部切口分离肌层,暴露出左肾,剥离肾筋膜,将已浸入液氮瓶内的冷刀依次对肾脏外侧前、后及上、下极4个部位冷冻,每处冷冻40s,复位肾脏,缝合手术切口,2周后摘除右肾。术后6~12周呈现稳定的CRF模型。王刚等报道了采用大耳白兔,使用上述方法冷冻45s或60s,该方法术后4周即可造模成功。杨鹏等采用改良的左肾上下极结扎加外侧皮质冷冻加右肾切除法,虽然血清肌酐(Scr)水平较高,但8周后动物病死率明显增高。
此模型是针对5/6肾切除模型对切除技术要求高和易出血、易感染的缺点而设计的。本模型可通过控制冷冻时间来制备不同病变程度的CRF,但有研究表明肾冷冻后有自身抗体产生,其引起的自身免疫反应亦会导致肾脏病变。另一方面冷冻时间、冷刀放置位置及接触面积大小均可影响病变,造成差异,需寻求一个统一标准,减少病变差异。

1.3 热透加切除法
1973年Souhami建立了单纯透热法模型,1985年Gibb等在此基础上进行改进,提出透热右肾加左肾切除的方法。我国肖炜等报道运用该方法具体操作过程为腹腔麻醉小鼠,做背右侧切口,暴露右肾被膜后,用电灼烧器简单烧灼肾皮质,然后用丝线结扎,切除上、下极,2周后行左肾全部切除,模型成功约需10周。王耀光进一步改良,从肾的上极开始,点刺烧灼肾的上下极、前后两面除肾蒂以外的所有皮质部分,前后2次烧灼的间距约1 mm,1周后切除右肾。手术10 d后SCr、尿素氮(BUN)均显著升高。
本模型造成大部分肾小球、肾小管组织结构破坏,最终形成肾小球硬化。因其贫血在肾衰后第1周出现,第2周可达最低点,尤其适合CRF贫血的研究。本模型制作方法简单,可重复性好,模型成功率高,一般可达到中重度CRF程度。其不足之处是电凝面积、深度难掌握,若灼刺过深则使组织炭化,BUN波动大,坏死组织存留体内所致的干扰因素不能排除。若透热程度掌握不佳,亦可导致动物死亡。

2、化学方法

2.1 腺嘌呤模型
高浓度腺嘌呤在体内通过酶促反应形成2,8-二羟基腺嘌呤,沉积在肾小管,影响氮质化合物的排泄,导致氮质血症,最终引起CRF。该造模方法由Yokozawa于1986年首先报道,目前应用广泛。耿静按腺嘌呤300mg/(kg·d)对Wistar雄性大鼠灌胃21d,结果发现SCr、BUN及24h尿蛋白定量均显著升高,肾小管上皮细胞肿胀、坏死、脱落,间质纤维化,炎症细胞浸润,少数小球废弃,符合人类肾衰竭疾病模型。李根林等[11]认为2.5%腺嘌呤混悬液按250mg/(kg·d)连续灌胃14d后,再改为隔日给药14d,Wistar雄性大鼠模型可出现肾功能中重度损伤,酸中毒,符合慢性肾功能不全尿毒症期表现。刘洪彦等报道雄性Wistar大鼠腺嘌呤150mg/(kg·d)灌胃12周可成功构建具备贫血、高血压、脂代谢及钙磷代谢紊乱多种常见并发症的CRF大鼠模型,并发现肾功能为不可逆转的慢性进展;而以腺嘌呤300mg/(kg·d)灌胃的大鼠则出现急性肾损害的特点,未出现CRF常见并发症。 不同的腺嘌呤给药剂量及疗程会导致不同程度的肾功能减退,出现不同的并发症,如临床研究CRF钙磷代谢紊乱、高血压等慢性并发症,最好腺嘌呤150 mg/(kg·d)灌胃,而且疗程应较长;还应注意大鼠品系对实验结果的影响,不同品系的大鼠可能对腺嘌呤反应不同。此外,该模型以肾小管破坏为主要病变特征,可运用于对一些恢复肾小管功能的新药的研究。但本模型因剂量加大可造成其他脏器的损害而受到限制,造模有时需加肾部分切除。

2.2 阿霉素模型
阿霉素可使肾脏近曲小管上皮细胞受损,基质和膜性细胞器变性,溶酶体功能超负荷,细胞核崩解。脱落的小管上皮细胞与管腔内的蛋白质构成管型,堵塞管腔,引起肾小管内压增高,最终形成CRF。目前采用的多是改良阿霉素肾病大鼠模型,杨维娜等在实验开始第4、18天时分别于SD大鼠尾静脉注射阿霉素4mg/kg,12周末可见部分肾小球硬化,肾间质纤维化,SCr、BUN明显升高,出现肾功能衰竭。刘韵璐等比较了二次尾静脉注射阿霉素及单侧肾摘除加术后重复尾静脉注射阿霉素所致大鼠肾病模型,认为后者临床表现更典型,稳定性及重复性更好。
本模型病理改变为进展性肾小球肾病,此模型用于新葡京在线的开发及药效学研究,研究降低肾小管压力,改善蛋白尿、低蛋白血症以及减轻肾小管上皮细胞损伤等机制。同时有报道该模型根据阿霉素注射次数及剂量可造成不同程度的肾脏改变,临床工编辑可根据自身要求合理选择。考虑到阿霉素较强的毒副作用不推荐单次大剂量注射阿霉素造模,二次尾静脉注射法动物死亡率低,简便,能够动态观察从微小病变肾病到局性节段性肾小球硬化的进展过程;单侧肾摘除加术后重复尾静脉注射法可以进一步减少阿霉素的毒副作用,但可能会因手术意外增加病死率。

2.3 柔红霉素模型
阿霉素为柔红霉素的衍生物,故该模型制备原理与阿霉素相似。传统方法采用柔红霉素12mg/(kg·d)给大鼠做尾静脉注射,4~6周成模。林娜等在此基础上进行改进,左侧肾脏切除术后第7、14天分别由尾静脉注射12mg/kg柔红霉素,后按每天1次灌胃给药,6周后造模完成。该模型可以出现肾病综合征表现,后期可见氮质血症。肾脏病理示肾小球硬化,肾小管透明变性、萎缩甚至坏死。本模型制作周期较短,稳定性较好,也可以观察到自早期的微小病变到后期的局灶阶段性肾小球硬化和慢性肾功能不全。

2.4 氯化镉模型
镉主要经肾脏排泄,慢性镉中毒时,镉滞留于肾脏,损伤肾小管及肾小球,而成CRF。袁立焕等用含氯化镉1g/kg的混合饲料喂养小鼠,结果小鼠肾功能和肾组织损害明显,并呈进行性加重,成功制作了CRF模型。用药15d后,模型动物SCr、BUN上升,肾脏病理可见近曲小管上皮细胞变性,肾间质可见炎症细胞浸润,肾小球有核细胞数目增多。用药125d后可见部分肾小球纤维化。

2.5 消痔灵模型
章如虹等报道该模型的具体造模方法:腹腔麻醉大鼠,分别用消痔灵稀释液注入双侧肾脏,需一次注射完成。从肾脏下极进针至中极偏上极处,尽量朝向肾皮质,针尖斜面朝向皮质,注射速度要缓慢(每次至少注射1min),拔针后碘酒棉球压迫针孔3min以上。术后10周后造模成功,SCr及BUN进行性升高。16周时病理检查可见普遍的肾小球纤维化、间质纤维化,残存肾小球相互靠拢。消痔灵注射模型简便易行,无感染,造模创伤小,成功率高,并可通过控制注射剂量来制作轻、中、重不同程度的CRF模型,其病理改变符合人类CRF固缩肾的特点,但该方法所需的注射技木给造模造成难度,且仍不能避免坏死组织存留体内所产生的干扰因素。

3、生物学方法

本模型在1982年由Border等成功建立,因该模型形成原位免疫复合物型肾小球肾炎,故早期主要运用于肾炎的实验研究。我国由何立群等首次运用于CRF的研究,采用新西兰兔耳缘静脉注射C-BSA及大肠杆菌内毒素做预免疫,1周后注射C-BSA 25 mg/d,持续5周,然后隔日注射C-BSA 25 mg,再持续5周造模成功。周宝宽等在此基础上进行改进,由耳静脉注射C-BSA 25 mg/d,第4周起注射剂量增至50 mg/d,共6周后造模成功。薛继平等报道,将C-BSA 25 mg溶于2 mL磷酸盐缓冲液中,经耳缘静脉每日注射1次,持续8周模型建成。
此种方法与物理方法相比,它能模拟人类疾病的自然发病和病程及转归,是研究疾病自然发展转归及检测新葡京在线疗效的良好实验对象。本实验中,随着注射时间的延长和C-BSA在体内的蓄积量逐渐增加,家兔日渐消瘦、蜷缩弓背、精神萎靡、体毛脱落。肾脏的形态学结果显示,肾脏体积变化经历了一个先增大后缩小的过程。该模型的制备过程中C-BSA的制备工艺相当重要,周宝宽等优化了传统的C-BSA制备工艺,加入硫酸铵增强阳离子化的稳定性,提高了C-BSA的纯度。

4、讨论

近年来CRF的动物模型无论从物理、化学、生物学方法,还是三者互相结合共同制备,造模技术均在不断完善。但实际上,在每一种动物模型的制作过程中,动物的种系、模型制作技术、饲料、饲养方法都会对造模的结果产生影响。①种系方面:制作模型时应考虑不用种系的敏感性问题,动物不同,病理变化也不同。3个月的Wistar大白鼠与PVG/C大白鼠单肾切除后,肾小球硬化有种系间的差异。②模型制作技术方面:物理方法造模时,操作要熟练,最好由一人操作,减少误差;手术时注意防止损伤肾上腺;切除肾脏最好在腹膜外进行,减少感染概率。化学方法造模时,新葡京在线对机体其他脏器产生的影响亦不容忽视。生物方法造模时需注意保护动物耳缘静脉,因长时间注射C-BSA会造成静脉损伤甚至硬化。③饲料方面:CRF与食物有不可分割的关系,高蛋白饮食引起的动物模型蛋白尿明显高于正常饮食组,肾小球的硬化亦较正常饮食组严重。④饲养方法:在造模的过程中应关注动物房的温度湿度、食物的新鲜度、进食次数等。综观CRF动物模型的多种造模方法,虽造模技术在不断完善,但对动物模型的客观评价仍不足。以人类慢性肾衰的分期来界定CRF动物模型有一定局限性,模型评价指标不统一,模型出现肾损害程度常常轻重不等,模型动物缺乏对肾衰的良好耐受性,通常实验研究过程中可出现动物死亡。因此,进一步探索更加符合人类CRF病理变化特点,规范动物模型的诊断与疗效标准,寻求统一、稳定、简便的动物模型仍将是CRF实验研究中需要解决的重要问题,而这一问题的进展将推动整个CRF实验研究。

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