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小型猪短肠综合征模型

  短肠综合征(short bowel syndrome,SBS)是由各种原因导致的小肠消化吸收面积大量减少而引起的一系列临床症候群。调查显示每10万新生儿中,平均24.5个新生儿会患短肠综合征,如果是在37周前出生的早产儿,患病的可能性将提高100倍。SBS引起的新生儿死亡率,远远高于在重症监护室的其他病患儿,主要是由于肝功能失常和败血症。多数SBS是因为各种腹部疾病,如坏死性结肠炎、中肠扭转、旋转不良、肠系膜梗死、恶性肿瘤、创伤、局部性肠炎与赫希施普龙病等,需要手术切除部分小肠所致,也可由小肠短路手术造成,极少数是由于大段肠管功能丧失引起,但也有研究显示如果回盲瓣被移除,即使小肠切除长度很短,SBS也可能发生。手术切除部分肠管后,由于剩余肠管过短,营养物质吸收消化障碍,可表现为腹泻、脂肪泻、体重下降、生长迟缓、发育不良,严重者甚至会危及生命。同时,部分小肠切除之后机体自身积极调整,肠道发生了许多结构和功能的适应来补偿小肠的缺失,这些适应包括绒毛长度的增长、隐窝深度变化和每单位小肠摄入营养的增加。当肠适应不充足时,前面描述的SBS的临床体征就突显了出来。此类患者多数表现为肠功能障碍不能正常饮食,有些通过积极恰当的肠康复治疗后可恢复经口饮食,但绝大多数都会依赖肠外营养。这种情况下发病率和死亡率增高主要是因为肠外营养的可变性太大。

  新生猪出生时,胃肠道的解剖结构、功能以及营养储备的能力发育都相对较低,所以更像一个人类早产儿,这是一个短肠综合征的高发群体。新生猪和新生儿胃肠道发育时间上存在较大差异,这对研究SBS适应过程有一定影响,在产后两者胃肠道成熟进程存在显著的不同,为了达到猪整体生长和发育的营养需求,新生猪胃肠道生长速度保持在正常生长率的5倍以上。然而正是这一特点,缩短了研究SBS适应过程的时间。尽管目前人和猪的SBS完全适应的时间并不十分清楚,但有研究证实,实行肠切除术的猪(保留回肠)可以在2周内断掉肠外营养,大大短于短肠新生儿需要的时间。胃肠道成熟进程的差异在正常生产的新生儿和新生猪之间更容易观察,正常情况下,两者的小肠长度分别在200~225cm和200~300cm之间,但是新生儿的小肠增长一倍需要2~3年时间,而新生猪最多需要10天,虽然差异显著,但是对于研究却是有利的,以猪为研究模型可以及时地反馈干预对SBS适应和肠道增长的作用效果。

  在建立SBS模型时,根据以往的经验回肠的切除长度需要仔细思量,需要根据实际的研究目的来确定。因为研究显示,回肠是肠切除术后发生适应的一个重要解剖位点,提示一部分回肠的存在对于适应是相当重要的。有研究者在成年猪上实验发现,切除95%的肠留下15cm的回肠,将引起肠延长,未出现膨胀,体重保持不变,而如果仅留下5cm回肠,将出现营养不良,既没有出现肠增长,也没有出现膨胀。

  事实上,正常情况下肠道生长和适应过程的生理基础并不十分清楚,很多时候并不能在模型上观察到切除回肠的适应表现,此时研究者们将目光转向在这个组织中表达的一些蛋白,从分子水平来洞察这个适应过程,这些表达改变的蛋白分子在这个适应过程中也许发挥了重要的作用。胰高血糖素样肽2(GLP2)就是一个典型的分子,它在回肠和结肠中表达,并在肠切除术后表达增加,利用这个模型可以探索GLP2和其他生长因子在整个适应过程中的作用。缺乏回肠的模型将明显限制对肠道生长和适应的观察,但也不是一无是处,这个模型适合用于不同治疗的效果研究,甚至是非常小的治疗。

  1.研究模型实例一:SBS模型的建立

  (1)实验设计:雄性长白猪4头,1~6日龄,体重1.6~2.6kg。4头猪来自同一窝,随机分为3个实验组和1个母乳喂养的对照组。第一组,75%的小肠中部切除术,于空肠回肠处施吻合术;第二组,小肠末端切除75%和回肓瓣远处5cm,于空肠结肠处施吻合术;第三组,假手术对照组,不切除任何部位,仅切断和缝合;第四组,母乳喂养组,作为出生后猪生长和发育的标准对照。

  (2)手术步骤:所有手术组实行全身麻醉,在左侧颈静脉处作一切口,而后在中央静脉插入5-F导管,最终插入右心房,作为给予肠外营养的通路。沿腹中线施腹部切开术,沿着小肠系膜游离的边缘测量小肠的长度,从特赖茨韧带到回盲瓣,动作轻柔,尽可能减小对肠道的刺激。手术切除时,用热透疗法或者别的方法来分离肠系膜血管,最后用4-0可吸收单纤丝线进行肠吻合术,之后,用造瘘术在胃内植入10-F硅胶管,作为胃内营养通路。中央静脉导管和胃导管从皮下穿行,在背部穿出,用3-0不吸收单丝缝线固定。术后,保持环境平均温度25.8℃,12小时交替的光/暗周期,根据经验,在术后3天给予抗生素以预防可能出现的败血症。由于败血症的高发率,除了假手术对照组,每日静脉给予抗生素(庆大霉素和氨苄西林)直到肠外营养终止。每次肠外营养结束后,颈静脉导管用50%的乙醇溶液消毒后封口。在模型制作过程中,消化道出血是引发死亡的一个常见并发症,在肠外营养袋中加入雷尼替丁,连续输注。每天记录仔猪的体重,营养素的摄入量和排出的尿量以计算液体平衡。

  (3)术后饲养:术后,按肠外营养配方进行喂养,氨基酸成分是以人奶蛋白为基础的,固体氨基酸溶液中加入葡萄糖和矿物质,包括钠、钾、钙、磷酸盐、锌和锰,用0.22μM的过滤器过滤,并用无菌袋包装,购买无菌的脂质和多种维生素,钴氨素,以及示踪的矿物质和右旋糖酐铁。设计每日应摄入氨基酸16g/kg,能量1.1mJ/kg,脂质10g/kg,液体324ml/kg。术后,肠外营养溶液立刻开始输注,前8小时按照输注量的50%给予,直到次日早晨按输注量75%给予,之后按每小时13.5ml/kg进行输注。术后2天开始胃内营养,用一样的肠外营养液,除此之外,将葡萄糖聚合剂替换成葡萄糖来减少重量摩尔渗透压浓度,胃内营养与基于氨基酸的肠外营养配方是一样的,等能量,等氮含量。在前24小时,按每小时2.5ml/kg输注,或者按全肠外营养输注的20%输注,而肠外输注率相应的降低。如果仔猪没有出现呕吐,并且体重有按最小增长量在成长(第一周50g/d,第二周100g/d,第三周200g,/d,这些数据不同品种的猪是不同的),胃内营养每日递增20%,同时肠外营养应相应降低,促进肠功能的恢复。

  模型制作时,仔猪会伴发很多其他的疾病或出现明显的短肠综合征症状,如腹泻、白血病、呕吐、嗜睡与肠阻塞等,因此,术后要密切观察。

  2.研究模型实例二:SBS改良模型的建立早产是新生儿坏死性结肠炎(NEC)发生的一个主要倾向因素,也是引发新生儿SBS的主要原因。加速术后剩下的肠段的适应过程有助于防止或减轻SBS的后果,所以,找到一个适合新生儿状态的肠适应刺激因素有着非常重要的意义,找到一个可以模拟新生儿SBS的合适动物模型也是迫在眉睫。有研究显示5周龄的猪能耐受一大部分的肠切除,但是用于新生儿肠适应研究年龄有些偏大。需要制作一个真实反映新生儿SBS的模型,可以深入了解短肠适应的机制,探索可直接提高肠适应的干扰方法。

  (1)实验设计:16头7日龄雌性小猪,分为2组,4头切除小段小肠,12头切除75%的小肠。

  (2)手术步骤:给予0.1ml/kg阿扎哌隆、0.1ml/kg咪达唑仑和0.05ml/kg硫酸阿托品作为诱导麻醉,同时给予1%~2%的异氟烷.并与66%N2O和34%O2混合维持麻醉。肌肉注射给予50mg林可霉素和100mg大观霉素。在手术之前,静脉给予200ml林格液。测量6头小猪小肠的长度,在肠系膜的对侧从十二指肠和空肠连接处(十二指肠悬韧带),到回盲瓣,取其平均值。第一组中,在十二指肠悬韧带的远端切除50cm小肠,小肠的一小段大约2cm被切除作为组织样品,另一组,大约75%小畅被切除,原位剩下等长度的50cm空畅和回肠。采用间断可吸收缝合进行端端吻合术。在手术后的24小时内,每间隔6小时用胃管经口给予40ml林格液。术后3天,每天给2次止疼药,10μg/kg盐酸芬太尼。术后28天,实行全身麻醉,测量小肠的长度,取整段小肠,去内容物,称重并取组织标本。

  (3)动物饲养:饲养房间的平均温度应在25℃,两组动物应给予同样热量的食物,白天和晚上均是每隔2小时给予一次,每日称量体重,食物的给予量应根据体重加以调整,整个实验过程均按每天125kcal/kg饲喂。饲喂配方:脂肪17%、碳水化合物37%、蛋白质40%,Na、K、Cl每日分别给予269mg/kg、364mg/kg、520mg/kg。

  (4)组织样品处理:实验最初和最后所取得小肠组织样品均放入10%福尔马林溶液,按病理制片程序制备组织切片,进行苏木素-伊红染色。取10cm的近端空肠或远端回肠,刮取黏膜组织,具体操作为取一段重量为20g的空肠或回肠,纵向切开,刮取黏膜,称重,冻存于液氮。记录下所有的重量,以备后面测量DNA、RNA和总蛋白质。取出小部分黏膜冻干,分别称量湿重和干重,计算干湿比例。

  (5)样品分析:病理制片后,光学显微镜观察绒毛长度和隐窝深度,每个样品取3个部位,至少记录15个数值,求平均数。免疫荧光染色法测量隐窝细胞的有丝分裂指数,选择隐窝细胞的特异性抗体,计数不同部位的15处隐窝细胞,有丝分裂指数=标记细胞/未标记细胞。

  在这个模型中,有研究者认为7日龄的猪年龄可能偏大,不能很好地模拟人新生儿的SBS,然而事实证明,各项检测指标都符合SBS的特征,而且之前的研究用过3日龄的猪作为模型,与7日龄模型8%的死亡率相比,其死亡率高达50%,不利于后续研究的开展,而且在这个模型中不需要生命维持设备,如新生儿保育器,所以应用范围更广。

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