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模型制备

实验性青光眼模型

2022年04月01日 浏览量: 评论(0) 来源:《眼科实验动物学》 作者:魏世辉、王志军 主编 责任编辑:yjcadmin

青光眼模型中,除亚人灵长类外,大多数的动物房角解剖结构都明显地不同于人眼的房角。虽然许多动物的房角与人的房角有明显的形态学差异,如梳状韧带、狭窄薄弱的睫状肌系统以及巩膜静脉丛(替代人眼的Schlemm管),但它们的房水外流通道却和人眼的一样,都有,连续的内皮细胞内衬。因此,人们还是广泛地认可利用这些低等哺乳动物做青光眼模型,其中最常用的是兔,而鼠由于容易用转基因技术改造和繁殖,经济,而且鼠眼的构造在很多方面和人眼类似,如小梁、Schlemm管、睫状体、视网膜血管等,故近年来青光眼鼠模型应用的报道也越来越多,是值得注意的研究动向。当然理想的青光眼动物实验模型还是猴。以下主要就兔、鼠、猴等各种实验性青光眼模型的实验手段做一介绍。

1.急性高眼压动物模型  急性高眼压动物模型即用人工方法诱导动物眼暂时性出现眼压大幅度升高而获得的动物模型,主要用于观察青光眼的病理改变和降眼压药物的作用机制等方面的研究。报道较多的方法有前房、玻璃体腔灌注,水负荷,静脉注射高渗溶液及其他药物诱导。

(1)前房灌注制模方法。健康家兔经硫喷妥钠麻醉后用针头穿刺进入前房,外接生理盐水后,以血压计加压,可获得眼压在60mmHg以上的高眼压兔眼模型。本法因制作简便,可连接加压装置和压力表,并能获得稳定高幅值的眼压,近年来应用十分广泛。

(2)玻璃体腔灌注制模方法。家兔耳静脉注射20%乌拉坦(5ml/kg)全身麻醉后,在距角膜缘3mm处用PVR刀向玻璃体腔穿刺,固定灌注针头,用玻璃体后部灌注法复制家兔高眼压模型,灌注的平衡盐液通过调节储水器高度可使眼压在65~75mmHg之间持续10h。或向玻璃体穿刺注入消毒空气,使眼压升至40mmHg并维持6h。此法造模原理与前房灌注类似,但玻璃体穿刺对眼球损伤较大,目前少有应用。

(3)水负荷制模方法。水负荷法的原理类似于用于青光眼诊断的饮水试验,可使眼压短暂性地升高。实验采用2~3kg雄性家兔禁食水24h,30%乌拉坦作耳静脉全身麻醉,以60~100ml/kg的37℃蒸馏水灌胃形成高眼压,升压过程约为2h,最高峰出现在30~45min,平均升高约10mmHg,4h后逐渐恢复正常。该造模方法因眼压升高幅值低、维持时间短,已不能满足实验研究的要求。

(4)高渗液制模方法。常用高渗溶液为200g/L的氯化钠和50g/L葡萄糖液。兔制作高眼压模型方法是用200g/L的氯化钠液经家兔耳静脉缓慢注入致高眼压,眼压高峰出现在注射后10~20min内,1h后复原。狗制作高眼压模型方法是将狗空腹整夜后行麻醉,30min后以3ml/kg静脉注射高渗氯化钠液,眼压20min达高峰,随即迅速回落复原。本模型的缺点仍然是眼压升高幅值较低、维持时间短。

(5)药物诱导制模方法。由于氯丙嗪的抗胆碱作用可使眼压升高或使青光眼恶化。所以可以用氯丙嗪17.5ml/kg的剂量行家兔腹腔注射,家兔16h眼压升到最高峰,最高值为25.8mmHg,最低值为13.2mmHg,28h后回降正常。或用氯胺酮以30mg/kg剂量麻醉家兔,通过术前肌内注射地西泮(1mg/kg)和阿托品(0.1mg/kg)与术前不给药进行对照,麻醉30min后术前不给药组眼压会升高。

以上所有方法均以提高眼内容含量为基础,造成眼内压力的快速提高。眼内房水流出通道并没有受损,所以在自身的眼压调节过程中,眼压升高时间不会持久,在青光眼的研究中,可以观察到急性青光眼发作后的一系列病理及病理生理指标变化,对于青光眼药物的作用机制研究也有一定的应用。

2.慢性高眼压动物造模的方法有以下几种  虽然高眼压并不是青光眼视神经损害的惟一原因,但高眼压却是青光眼视神经损害发生和发展机制中最危险的因素之一,寻求一种较持久稳定的慢性高眼压青光眼动物模型是研究青光眼发病机制、降眼压治疗和视神经损害的重要基础。目前慢性高眼压模型标准为眼压升高>2.93kPa,并能持续1周以上。主要的制模机制有以下3种。

第一种是从眼球外部阻碍房水引流,如结扎涡静脉或眼球后的血管、圈套式缝合结扎兔眼上巩膜静脉、热烧灼或化学烧灼角膜缘结膜下组织形成瘢痕、硅胶带环扎眼球赤道部等方法。

第二种是阻塞房角流出道引起的房水循环障碍的方法,如前房注入空气、异物、甲基纤维素或透明质酸钠、血细胞,皮质类固醇诱导等。

第三种是破坏前房角小梁结构使房水外流受阻,如前房注入糜蛋白酶;激光破坏小梁网组织等方法。但较理想的还是激光产生的模型。

第一种方法目前仍在使用的有上巩膜静脉压结扎、电凝或水下电凝巩膜表面静脉。其他方法由于对眼球损害较重而较少应用。具体造模方法简述如下。

鼠上巩膜静脉压结扎制模方法:体积分数10%水合氯醛0.3ml腹腔内注射,剪开球结膜,分离筋膜囊,暴露上、下直肌和上斜肌,找到肌肉旁的巩膜上静脉,缝线结扎,完成上述步骤后放置含5-FU(50g/L)棉片2min,100ml生理盐水冲洗,8-0可吸收缝线间断缝合结膜瓣。术毕给予抗生素滴眼液和地塞米松滴眼液3d。手术给药组术后间隔5d,腹腔麻醉后结膜下注射5-FU 0.05ml,共4次。

鼠上巩膜静脉电凝或烧灼法制模方法:3%戊巴比妥钠按30mg/kg行腹腔注射麻醉。待麻醉显效后,将大鼠固定于手术台上。术眼滴0 5%丁卡因眼液,沿角膜缘剪开球结膜2700,分离并暴露巩膜表面静脉,用水下电凝器电凝或巩膜烧灼器处理巩膜表面至少3组静脉以及角膜缘周围血管,直至血管组织发白,复位球结膜。对照组只剪开球结膜,未进行巩膜表面静脉以及角膜缘周围血管电凝。术眼涂红霉素眼膏。

以上方法所有操作均在眼外进行,可以最大限度地减少对眼内组织结构的干扰和破坏,可以有效减少实验中的干扰因素。其效果明确、成本低廉,操作简单。

第二种方法中较为简单和易于实行的如下。

一是大分子物质诱导制模方法:Samis早在20世纪60年代初就报道了用0.5%的甲基纤维素注入兔眼前房后再将其抽出,让剩余的甲基纤维素阻塞房角5min后眼压升高的实验,最高眼压达50mmHg。Benozzi等在手术显微镜下,将1%透明质酸钠25μl注入到全身麻醉的大鼠前房内,对侧眼注入等量的生理盐水作为对照。几乎所有动物在注射后24h之内角膜缘注射点周围都有局部角膜水肿。这些并发症在透明质酸注射眼和对照眼之间并无区别。用TonoPenXL眼压计测量眼压,注射后24h眼压开始升高,持续5d。

兔前房注射用药的模型制作方法:兔耳缘静脉注射速眠新0.1ml/kg麻醉,0.5%丁卡因表面麻醉,模型眼角膜缘用1ml注射器穿刺,形成针孔,对侧角膜缘穿刺抽出房水0.2ml换针管注入约0.2ml的3%~5%大分子物质,如甲基纤维素、透明质酸钠、卡波姆-940等。

大分子物质前房注射可获得长期中等高度的高眼压模型,是目前制作慢性高眼压动物模型的可靠方法。甲基纤维素有多个品种,其中1%~2%的4000cps的甲基纤维素因黏滞度高而成为有效的材料,而透明质酸钠应用浓度可提高至1%。

二是皮质类固醇诱导制模方法:皮质类固醇诱导高眼压的机制被认为是皮质类固醇诱导了酸性黏多糖在房角组织内的异常积聚及葡糖胺聚糖在眼前段组织内的分布出现改变,造成房水流出受阻而致眼压升高。临床上应用表面点皮质类固醇眼液作为诊断青光眼的激发试验。因此,人们试图用皮质类固醇来诱导产生高眼压模型。Knepper等用0.1%地塞米松滴眼液对8周龄幼兔和36周龄成年兔进行为期4周的研究,结果幼兔眼压升高理想,因此认为此法诱导的持续性高眼压模型有年龄依赖性。由于兔眼表面滴皮质类固醇获得的模型不够稳定,且成年兔不易产生高眼压效应,Zhan等用2~4岁的成年猫作为实验动物,以1%、0.5%的地塞米松和1%泼尼松滴眼,在用药期间获得稳定的眼压,因此认为猫更适合本类模型。

皮质类固醇诱导模型制作方法:用0.1%地塞米松给8周龄的新西兰白兔滴眼,用后药的19~24d内眼压开始上升,升值多在28~35mmHg,大多数保持7~12d后眼压降到正常。

三是血细胞诱导的青光眼制模方法:此方法源于临床上对一种继发性青光眼的病理机制的探讨。Fenton等(1963)报道1例61岁女性白种人因玻璃体出血1个月后出现急性高眼压失明,行眼球摘除。病理检查发现是由红细胞碎片和含色素的巨噬细胞阻塞了房角,房水外流障碍所致的急性继发性开角型青光眼,命名为“溶血性青光眼”。Camp-bell等对这种通常称为“溶血性青光眼”病例进行总结研究,认为阻塞房角的不是巨噬细胞,而是一种变性的红细胞,血液科医生称之为血影细胞。这种细胞失去了原来红细胞的形态、色泽和流变学特性,成为圆球形、土黄色和柔变顺应性差的影子样细胞,不能像正常红细胞那样容易通过房水流出通道,阻塞在小梁网中,引起眼压升高,这就是后来称之为的血影细胞性青光眼。

血细胞诱导青光眼模型制作方法:从兔心脏和猴颈静脉穿刺取血离心后纯化红细胞,用5%戊二醛固定,制成固定的红细胞液,将纯化红细胞加入10倍的蒸馏水溶出血红蛋白后提纯,再同样固定制成血影细胞液。兔眼内分别注入0.1ml、0.2m1和0.3ml的固定红细胞液或血影细胞液,猴眼注入0.15ml的同样细胞液。兔眼眼压升高可持续7~36d,眼压峰值32~63mmHg;猴眼眼压升高可持续4~14d,眼压峰值32~63mmHg。

第三种制作慢性青光眼模型的方法如下。

一是α-糜蛋白酶诱导制模方法:Anderson对α-糜蛋白酶引起猴眼压升高的病理机制进行了研究,经电镜观察证实,眼压升高系被溶解的悬韧带碎片阻塞小梁网所致。Kalvin进行了猴眼的模型研究,抽出0.2ml房水,再将0.2ml不同浓度的α-糜蛋白酶溶液分别注入前房、后房、前玻璃体和后玻璃体,后房注入者100%眼压升高,且眼压升高发生快、持续久、程度高。Sears等用150U/0.5ml的α-糜蛋白酶作兔眼的后房注入,也获得眼压为28~45mmHg、并持续6个月以上的模型,同时其还认为眼压升高与α-糜蛋白酶引起血一房水屏破坏从而造成小梁网组织内的炎症反应有关。国内李兴英等也报道了用1:1 000的α-糜蛋白酶0.5ml行后房注射,30min后获得高于50mmHg兔眼高眼压模型。但是此法易造成诸多并发症,如晶状体混浊、脱位,前房闪辉和渗出,角膜水肿,甚至穿孔,睫状体萎缩,视网膜出血等,这些并发症对于造模后相关结构及实验药物疗效的观察等都大大地限制了它作为理想的高眼压模型。

二是激光诱发的青光眼模型:Gasterland等(1974)报道了用氩激光在5只恒河猴成功地制成高眼压模型,用改良的房角镜,将激光瞄准小梁网中间,每眼光凝约200个点,光斑直径为50μm,时间为0.2~0.5s,功率为0.4~0.8W,经二次光凝,结果眼压升高范围为24~50mmHg,C值由正常的0.33~0.75降为0.02~0.11,组织病理学显示小梁网出现瘢痕伴有Schlemm管消失。故认为该模型具有非侵入性、炎症反应轻、持续时间短(小于2周),原发改变房水流出通道等特点。Quigley等用不同参数的激光光凝猴眼,结果发现单次用0.5~1.0s和总能量至少50J的光凝可获得满意的持续高眼压。最近,国内李扬等报道对恒河猴的小梁网行氩激光、二极管倍频激光覆盖照射全部3600,1周内全部眼压升高。

三是激光诱导青光眼的造模方法:半导体(二极管)激光进行小梁网光凝,半导体激光参数设定为75μm,1.1~1.2W,0.5s,3600房角光凝50~120个点。激光光凝小梁网可获得类似人眼原发性开角型青光眼的慢性高眼压模型,是当前最理想的制造模型方法。但要维持升高的眼压,需反复多次进行光凝,一般2~3次,间隔至少2周。

上述各种方法诱导产生的青光眼高眼压模型和动物原发性青光眼模型种类较多,临床上各种类型的青光眼发病机制也各有不同,因此青光眼动物模型的实验应用研究也各有侧重。就高眼压性青光眼动物模型来看主要用于青光眼发病机制、降眼压治疗和视神经损害这3大方面的研究。青光眼发病机制的研究,主要研究房角小梁房水引流系统的结构、功能以及在不同的疾病情况下的病理改变。原发性青光眼房角发育分化异常被认为是了解和处理人眼先天性青光眼的实验模型;狗的原发性青光眼在病程早期和中期可作为研究原发性开角型青光眼的实验模型,晚期因房角关闭(晶体脱位)可作为研究继发性闭角型青光眼的实验模型。人工诱导的青光眼模型中,α-糜蛋白酶、甲基纤维素诱导的高眼压模型,可用于研究手术后引起的继发性青光眼发病机制的研究;血细胞诱导的高眼压模型可用于人眼眼内出血后引起的血影细胞性青光眼、晶体溶解性青光眼等继发性青光眼的发病机制、小梁网解剖生理、小梁内皮细胞吞噬功能等的研究;皮质类固醇诱导的高眼压模型对了解人眼皮质类固醇性青光眼、原发性开角型青光眼的发病机制实验有应用价值。

在评价青光眼药物的药动学以及不良反应时,则要求建立的高眼压动物模型在除眼压以外尽可能减少炎症性因素的影响,像皮质类固醇、血细胞、激光等诱导的兔、猫、猴等高眼压性青光眼模型,较为理想。近来,建立长期慢性高眼压的动物模型,对该病理状态下的视盘形态学改变、病理生理过程、缺血机制、创伤修复以及药物保护治疗等方面的研究应用也越来越多。

因此选择类似人眼青光眼的发病过程,易于制作和控制并能获得稳定、可持续长时间的高眼压模型,才是高眼压性青光眼动物模型的理想造模方法。


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