这一期我们一起来学习呼吸系统动物模型——支气管哮喘动物模型&慢性支气管炎模型。
呼吸系统主要疾病动物模型分为以下8类：
咳嗽动物模型、支气管哮喘动物模型、慢性支气管炎模型
肺气肿和肺心病动物模型、肺水肿动物模型、肺纤维化动物模型
肺结核病动物模型、肺硅沉着症动物模型
呼吸系统不同疾病模型介绍及应用
呼吸系统不同疾病模型药理药效研究
支气管哮喘动物模型
支气管哮喘(bronchial asthma)简称哮喘，是气道的一种慢性变态反应性炎症性疾病。哮喘是由嗜酸性粒细胞、肥大细胞和T淋巴细胞等多种炎症细胞参与的慢性气道炎症，由此导致患者的气道高反应性（气道对各种刺激因素出现过强或过早的收缩反应），造成气道缩窄，气流受阻。
临床上表现为反复发作性喘息、呼气性呼吸困难和胸闷等症状。哮喘是一种常见疾病，全球约有1亿5千万，我国约有1千5百万哮喘病人，已成为严重威胁人类健康的疾病之一。
哮喘的发病机制尚不完全清楚，有许多因素参与。过去认为哮喘是IgE介导的I型超敏反应性疾病，目前认识到哮喘是以气道高反应性为主要特征的慢性气道炎症性疾病。哮喘发病分为速发相和迟发相两个阶段。
速发相阶段:肥大细胞是主要效应细胞，致敏抗原与肥大细胞表面IgE抗体结合。当相同抗原再次进入机体后，引发肥大细胞脱颗粒，释放组胺、5-羟色胺等炎症介质，导致支气管痉挛、气管粘膜微血管通透性增加、气管粘膜水肿和粘液分泌亢进。
迟发相反应:特征是大量嗜酸性粒细胞局部浸润。
过敏性哮喘模型
过敏性哮喘(allergic asthma)的发病机制涉及引起过敏的抗原。抗原一般具备两种特性：
一是免疫原性，即能刺激机体产生免疫应答，包括特异性抗体和致敏T细胞；
二是抗原性，系指能与抗体或致敏T细胞在体内外发生特异性结合。
过敏性哮喘模型的复制需要致敏和激发两个步骤。动物以卵清蛋白(ovalbumin，卵白蛋白)为致敏的抗原(有时并用免疫佐剂如氢氧化铝、灭活百日咳杆菌菌苗等)，经腹腔或皮下注射，刺激机体产生IgE，并结合在肥大细胞等细胞表面，使机体处于致敏状态。
一定时间后当动物再次接触到相同抗原后，发生I型速发型过敏反应，呼吸道粘膜肥大细胞等合成并释放多种生物活性物质，引起支气管平滑肌收缩、粘液分泌增多、血管通透性增高和炎症细胞浸润等(激发)，导致哮喘发作。
一、腹腔注射致敏剂豚鼠模型
1. 动物、试剂与器材
体重250~300g豚鼠，雌雄不限。10%和0.5%~1%卵清蛋白生理盐水溶液；超声雾化器。
2. 操作方法
① 致敏：腹腔注射10%卵清蛋白生理盐水溶液1.0ml（含卵清蛋白100mg）使豚鼠处于致敏状态。
② 激发：注射卵清蛋白后2周，将豚鼠置于密闭有机玻璃箱内，用0.5%~1%卵清蛋白生理盐水溶液超声雾化吸入30s~2min，诱发豚鼠哮喘发作。
③ 支气管-肺泡灌洗。
3. 结果及模型评价
① 豚鼠可出现气喘表现，咳嗽、烦躁、口唇和四肢紫绀，呼吸费力挣扎，呼吸频率加快和呼吸加深。病理检查可发现肺毛细血管扩张、嗜酸性粒细胞浸润和腺体分泌亢进。
② 豚鼠是能最好显示气道高反应性的动物，其哮喘发作与人类的表现相似。
③ 用于复制过敏性哮喘动物模型的抗原物质主要有卵清蛋白、蛔虫卵、尘螨、豚草花粉、真菌孢子、蟑螂等。卵清蛋白为蛋清提取物，免疫原性强，来源方便，价格低廉，最常用于复制哮喘模型。
④ 卵清蛋白激发豚鼠哮喘发作是目前国内外常用的方法，操作简单，可重复性强。本模型主要用于哮喘发病机制研究和治疗效果观察。动物每日引喘1次，反复10~14d，可成为哮喘慢性发作模型。
⑤ 本模型最大的缺点是豚鼠对卵清蛋白反应的个体差异很大，少数豚鼠可能不出现哮喘反应，而一些动物则可发生急性过敏性休克。
4. 注意事项
① 宜选用等级高、溶解性好的卵清蛋白。
② 超声雾化器应气雾流量较大、雾化颗粒较小。
③ 激发用的抗原量和吸入时间非常重要，雾化吸入的卵清蛋白溶液必须用较低浓度，以减少动物死亡。
④ 动物一旦出现腹肌明显收缩，应立即将其移出有机玻璃箱，以免因窒息而死亡。
哮喘离体实验方法
一、豚鼠气管片法
1. 基本原理
将制备的气管片置于盛有营养液的恒温浴槽内,加一定负荷,通过拉力换能器,将致痉剂或受试药对气管作用所产生的张力转换为电信号,放大后由记录仪描记出标本的舒缩曲线,可反映大气道的舒缩变化。
2. 取出气管, 制备气管片
3. 制备气管螺旋条
4. 连接到描记装置
供氧的离体器官浴槽内
5. 观察药物作用
加组胺或乙酰胆碱——气管条张力达到最高点时,分别加入不同剂量受试药,记录气管条张力变化.求受试药的解痉百分率：
慢性支气管炎动物模型
慢性支气管炎(chronic bronchitis,简称慢支)是指气管、支气管粘膜及其周围组织的慢性非特异性炎症。临床上以反复发作咳嗽、咳痰或伴有喘息症状为特征,且症状每年至少持续3个月,连续两年以上。病情持续多年者常并发肺气肿和慢性肺心病。
慢支的病因和发病机制较复杂，是由多种因素长期综合作用所致。已确定的致病因素包括细菌和病毒感染、吸烟、空气污染、过敏和机体内在因素等。
大鼠烟熏模型
1. 造模原理
烟雾中含有许多有害物质,如焦油、CO、尼古丁及氧化物等,它们随烟雾被吸入支气管,抑制粘膜上皮细胞的纤毛运动,刺激分泌增加,降低巨噬细胞的吞噬功能而有利于感染。随着烟雾刺激时间的延长,气管炎症逐渐加重,一般在21d后开始出现呼吸道慢性炎症,约至第7周可形成慢性支气管炎的典型病理变化。
2. 操作方法
成年雄性大鼠。将大鼠置于27m3烟室内,吸入混合烟150~200mg/m3(200g锯末,15~20g烟叶,6~7g干辣椒及1g硫磺混合,20~30 min内烧化,颗粒在0.5~1μm以上)，每周吸入6次,44d后即可形成慢性支气管炎病变。
3.结果及评价
① 气道炎症和损伤：通过观察大鼠呼吸道组织切片，可以发现烟熏模型引起气道炎症反应，如上皮细胞增生、黏液过度分泌、炎症细胞浸润等。这些变化与慢性支气管炎的特征相似。
② 呼吸功能变化：利用肺功能测定仪等工具，可以评估大鼠的呼吸功能。慢性支气管炎模型可能导致肺功能下降，包括减少肺活量、降低气流速度、增加呼吸阻力等。
③ 黏液清除能力：慢性支气管炎患者常常出现黏液清除障碍。通过对大鼠气道内注入黏液标记物，如纳米粒子，然后观察其清除速度和效率，可以评估大鼠模型中黏液清除能力的变化。
④ 炎症介质和氧化应激：吸烟引起的氧化应激和炎症反应是慢性支气管炎的重要机制之一。通过测量炎症介质（如白细胞介素-6、肿瘤坏死因子-α等）和氧化应激标志物（如丙二醛、超氧化物歧化酶等），可以评估大鼠烟熏模型中的炎症和氧化应激程度。
⑤ 纤维化程度：长期吸烟可能导致肺部纤维化进展。通过测量胶原沉积、基质金属蛋白酶活性等指标，可以评估大鼠烟熏模型中肺部纤维化的情况。
4. 注意事项
① 烟草烟雾生成装置：选择合适的烟草烟雾生成装置，以模拟人类吸烟条件。确保该设备能够产生一致的烟雾成分和剂量，并监测烟雾中的关键成分，如气味、焦油、一氧化碳等。
② 烟曝露剂量和时间：确定适当的烟曝露剂量和时间，以模拟慢性支气管炎发展过程。这可能需要根据研究目的和诱导慢性支气管炎的特定协议来确定。
③ 严格控制环境条件：确保实验室环境的一致性，包括温度、湿度、通风等。这对于减少实验误差以及结果的可靠性和可重复性至关重要。
④ 综合多个研究方法：单一模型可能无法完全模拟慢性支气管炎的所有特征，因此可以将大鼠烟熏模型与其他模型（如细胞培养、组织切片、分子生物学技术等）相结合，以得到更全面的信息。
下期我们将全面的讲解呼吸系统疾病模型——肺气肿和肺心病动物模型&肺水肿动物模型的模型造模方法、原理、操作过程及注意事项。
转自：“晶莱生物”微信公众号
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