损伤模拟模型

损伤模拟模型（通用5篇）

损伤模拟模型 篇1

随着交通及工农业的发展, 脊髓损伤 (spinal cord injury, SCI) 的发生率日益增高, 已经成为治疗比较棘手的骨科疾患。世界各地的年发病率在百万分之10~40之间[1], 最常见损伤源于交通事故、坠落伤、暴力损伤、运动损伤[2]。医学发展进步给脊髓损伤的病人带来希望, 生活质量显著提高, 但脊髓损伤后病人功能的恢复仍然是一个重大的挑战[3]。建立标准的动物脊髓损伤模型对研究脊髓损伤生理病变机理及其规律非常重要, 建立脊髓损伤模型应该遵循以下要求[4]: (1) 闭合性损伤; (2) 局部脊髓伤; (3) 可重复性强; (4) 具有形态可比性; (5) 神经病理、功能变化的一致性。人们在Allen脊髓打击模型[5]基础上, 一直不断的改进脊髓损伤模型, 以进一步研究脊髓受损后的病理生化变化和探讨治疗效果。由于研究领域及目的不同, 所设计的脊髓损伤模型各有不同, 主要有脊髓挤压模型[6]、切割模型[7]、撞击模型[8]等。各种模型各有其优缺点, 选择上应综合考虑研究目的、实验操作难度等因素。

1 实验动物的要求

实验动物的选择主要考虑以下因素: (1) SCI的类型与研究的目的; (2) 实验动物的解剖结构尽量与人类相接近; (3) 尽可能选用标准化的实验动物, 以增加可比性; (4) 尽量选用经济易饲养、生命力较顽强的动物。最理想的实验动物是灵长类动物, 其在解剖特点与人类非常相似, 如有人用恒河猴造模的[9,10,11,12], 但因价格昂贵, 来源受到限制, 且涉及到动物伦理问题, 喂养要求较高因而未能被广泛使用。目前国内外SCI实验研究中最常用的动物有大鼠、兔、猫、犬等, 这些动物高级神经系统较发达, 生命力较顽强且价格相对便宜。

2 损伤节段的选择

目前脊髓损伤动物模型能比较准确的达到不完全性损伤、完全性损伤及横断性损伤的要求。确定损伤节段是继动物选定后建立标准损伤模型的重要环节。在制备大鼠脊髓损伤模型中, 国内外学者都比较喜欢选择胸段做为损伤节段, 具体节段选定比较难统一, 大多从T6-T12中选择, 但是选择原则都遵循:一、选择与临床比较符合的损伤节段;二是能够比较方便且能精确的定位, 保证模型损伤效果的统一性;三是避免损伤动物的低级中枢神经, 尽量避免影响动物的排尿、排便功能, 减少动物死亡率。在手术操作上, 注意轻柔剥离, 尽量保护脊髓血运, 保护好脊髓组织的完整性。

3 脊髓急性损伤动物模型的种类及其优缺点

3.1 脊髓撞击损伤动物模型

Allen.s重物降落撞击法是运用物体重力撞击, 造成脊髓局部损伤, 并继发一系列损伤后脊髓水肿缺血的炎性反应。该模型制作上与临床发病比较相似, 弊端是在Allen, s打击法中, 虽然制造了致伤时的初始打击状态但却没考虑到持续性压迫对脊髓的影响, 而实质临床上SCI时往往因椎体骨折移位存在着持续压迫作用。出于对保持脊髓在损伤瞬间位置的考虑, 人们摸索出不同改进方案, 如将动物四肢固定稳定, 定位仪固定好动物头部, 可以减轻因损伤装置系统内在的影响导致的实验差异。Min等[13]用精密打击器制作大鼠脊髓损伤模型, 得出脊髓损伤后星形胶质细胞功能丧失所造成的迟发性神经元死亡比小神经胶质细胞的激活和单核细胞浸润更显著。撞击模型影响因素较多, 比如技术熟练程度、撞击物与脊髓表面相接触部位、面积差异。同时这种模型尚不能充分模拟临床上的脊髓损伤, 这是由于临床上大多数是外伤致脊柱骨折脱位导致的脊髓损伤, 最常累及脊髓前方, 从而损伤脊髓前动脉, 进而导致脊髓缺血引起相应的临床症状。

3.2 脊髓切割动物模型

该模型制作一般使用刀片横断或半横断脊髓造成脊髓横断性损伤。该方法操作简单, 继发反应轻, 适合用于观察脊髓损伤对神经递质、神经营养因子、神经组织、的的影响及脊髓放置移植物、药物、神经脊髓再生性研究。为了观察到脊髓损后感觉诱发电位与运动诱发电位的波幅值变化, 李景德等[14]用自己设计的特殊眼科维纳斯剪, 剪断脊髓的后3/4部分, 测得脊髓损伤组波幅降低非常明显。孟步亮等[15]对大鼠脊髓T10节段进行全横断, 建模后用BBB评分及SEP与MEP的检测, 结果提示造模成功。因为该模型制作上与临床发病存在差异, 用于临床应用说服力不强, 故此模型多适用于准确判定损伤所涉及的轴突神经类型, 脊髓半横断损伤模型还可与健侧作对比, 可比性说服力强。但是该方法切割时难以控制切割的深浅, 故难以保证模型损伤效果的一致性。

3.3 脊髓缺血损伤动物模型

脊髓长时间缺血缺氧可促发一系列损伤性生化改变, 进而增加氧自由基在神经细胞内的含量, 长时间缺氧可造成不可逆的脊髓功能的丧失。许多学者通过建立缺血损伤模型来探索脊髓缺血损害的机制。目前多采用介入性技术来阻断腹主动脉或选择性阻断脊髓的供血动脉。Awad H等[16]等通过用动脉瘤夹阻断小鼠腹主动脉3-10分钟, 观察血液流变和血气, 得出较好的实验结果。此种方法通过不同时间的缺血再灌注损伤模型来阐明随缺血时间的加长, 再灌注脊髓组织损伤会逐渐加重。有选择性阻断局部血供制作的缺血性模型优点是不影响其他脊髓供应区的血流, 可控制性及可重复性较好, 缺点是制备过程比较复杂。有学者提出[17]脊髓缺血的同时造成阻断平面下肝肾等重要脏器的缺血损伤, 其操作较复杂, 损伤靶向不准确, 动物死亡率较高。因此秦治刚等[18]尝试采用DSA (数字减影血管造影) 引导下栓塞山羊相应节段的脊髓供血动脉建立脊髓缺血损伤模型, 低了实验动物副损伤及死亡率。因很多动物动脉血管与人的相差较大, 以此有对此模型产生质疑, 寻找与人类血管相似的动物成为一个热点问题。

3.4 脊髓挤压损伤模型

Tralov[19]在动物椎管内脊髓腹侧置入连接有导气管的小气囊, 通过使气囊充气膨胀直接压迫脊髓, 制作了最初的脊髓压迫损伤模型。该模型对于研究SCI急性期神经病理生理变化、电刺激和神经保护性干预作用比较有优势。挤压损伤模型方法多种多样, 如Fleming等[20]采用钳夹不同节段脊髓的方式制备动物模型, 研究不同节段SCI导致的肝脏炎症反应, 获得满意的实验效果。Esposito等[21]也报道应用该方法制作小鼠SCI模型。另外脊髓压迫模型造模还包括螺钉植入压迫、肿瘤压迫、有机膨胀材料压迫和诱导异位骨化等方法[22,23,24], 其中植入螺钉需要在多次反复拧螺钉, 反复手术容易造成动物感染及死亡;肿瘤会侵蚀和破坏脊髓组织结构, 再加上肿瘤对全身的影响, 对观察受压脊髓组织的病理形态非常不利;通过骨形态发生蛋白诱导异位骨化压迫脊髓的方式, 影响模型的一致性, 为此王军等[25]在大鼠颈椎椎管内置入水凝胶, 材料形状大小不同, 造成大鼠不同程度的脊髓损伤, 其实验所采用的吸水性压迫材料从物理性质方面分类属于有机膨胀材料压迫模型, 可以用于小动物造模, 操作简便, 植入材料后不需多次重复手术, 造模动物死亡率低等优点。

3.5 其他类型

牵张性脊髓损伤动物模型是通过手术切除两侧椎板并充分暴露脊髓, 用特制牵拉系统装置以不同的速度牵拉脊柱, 造成脊髓不同损伤程度的损伤, 该方法最早见于Dolan等[26]的报道。此模型可以较好的阐明脊髓牵拉损伤的机理, 不足之处在于动物的个体耐受性不同, 导致牵拉程度难以统一, 效果难以达到统一性。有人使用化学诱导方法制作型SCI模型, 这一方法能保持硬脊膜完整性, 通过激光穿透脊背表面, 不必切开皮肤及皮下组织, 但光热灼伤可控性差。近年来还有有应用射频法, 选择损伤特定传导束, 具有损伤范围局限、重复性强、损伤程度一致性好等优势, 对神经元再生及运动功能恢复的研究比较适合。

4 展望

目前SCI模型不断改进, 一方面向微观化方向发展, 已经从单纯观察生理变化到联合应用生化、分子水平甚至基因水平观察脊髓的变化规律;另一方面向临床实际化靠近。随着神经内科学、免疫学技术、分子生物学、基因工程学、干细胞移植技术的成熟、计算机技术及信息科学的发展, SCI动物模型向着操作简便、可控制方向发展, 分子生物技术、基因重组技术和神经干细胞移植是当前研究的热点。如今干细胞移植已经不只是局限于动物研究, 在临床上已经广泛应用, 特别是在血液疾病方面已经相当成熟, 相信不久将来脊髓不能再生的观点将会被推翻。

摘要：目的:研究近十年文献, 探讨脊髓损伤动物模型的应用情况。方法:以“动物模型”、“脊髓损伤”为关键词在中国知网数据库、万方数据库上搜索近10年文献, 概括总结脊髓损伤动物模型的研究现状。结论:SCI模型不断改进, 向微观化、接近临床方向发展, 模型多种多样, 要根据自己研究方向有目的的选择合适的模型。

关键词：脊髓损伤,动物模型,综述

损伤模拟模型 篇2

模拟混凝土路面板脱空的损伤力学

基于弹性损伤理论,并与有限元法相结合,形成损伤力学一有限元法,并自编了相应的计算程序,对沥青混凝土梁试件疲劳全过程进行了数值模拟计算与分析,理论计算结果与实际应用规律可以较好地吻合,说明本文提出的`方法可用于描述水泥混凝土材料的疲劳特性.

作 者：谢皓 唐雪松 XIE Hao TANG Xue-song 作者单位：长沙理工大学土木与建筑学院,湖南长沙,410004刊 名：山西建筑英文刊名：SHANXI ARCHITECTURE年，卷(期)：200935(25)分类号：U416.2关键词：水泥路面 损伤力学 有限元 疲劳寿命 疲劳裂纹

双参数地震损伤模型综述 篇3

建筑结构在使用过程中, 会受到各种因素的作用。这些因素的作用, 使结构内部产生各种损伤, 使结构的物理力学性能发生退化, 最终导致结构的破坏。建立合适的损伤累积模型, 可以估计结构的使用寿命, 进而对建筑的修复或重建提供科学的决策依据。

1 损伤变量

损伤变量是描述结构或构件受损程度的变量。一般定义为结构或构件反应历程中某一累积量与相应的指标极限允许量之比。对不同材料或不同破坏特性的结构, 其损伤累积模型亦不同。损伤变量具有如下性质:

1) 损伤变量D的范围应为[0, 1], 当D=0时, 对应无损伤状态;当D=1时, 意味着结构或构件完全破坏。

2) 损伤变量D应为单调递增的函数, 即结构损伤向着增大的方向发展, 且损伤不可逆。

2 单参数及双参数损伤模型

用于描述结构构件损伤的反应量 (破坏参数) 可归结为三大类:变形、退化和能量。而基于结构在地震作用下的两种破坏形式即首次超越破坏和累积损伤破坏, 同时考虑地震动三要素 (振幅、频谱、持时) 对结构的影响, 国内外许多研究者提出的各种破坏准则最终可归结为两类:单参数破坏准则和双参数破坏准则。单参数破坏准则是选取三类破坏参数中的一类来度量结构或构件的损伤程度;双参数破坏准则是选取不同破坏参数间的组合形式来度量损伤程度。

在早期的结构破坏研究当中, 所提的破坏准则主要是单参数破坏准则。随着地震反应分析方法的日臻完善, 人们开始认识到靠单一的首超破坏量或累积损伤量来描述损伤效果不是很理想。因此, 双参数损伤模型的研究逐渐成为主流。

3 现有的双参数地震损伤模型

Banon和Hwang分别于1981年和1982年首次提出用最大变形和累积耗能组合的破坏模型, 即首次建立变形—能量组合的双参数准则。

Banon.H和Veneziano.D于1982年又提出以弯曲破坏比和标准累积耗能两参数组合建立了一种双参数破坏模型, 并考虑其概率分布特性。但当时缺乏这方面的试验及震害观测资料对该模型的验证, 故没有引起足够重视。

Park, Ang和Wen[1,2]于1985年根据大量梁柱破坏试验资料, 提出最大变形—累积耗能的线性组合的地震破坏模型:

$D=\frac{\delta {}_m}{\delta {}_u}+\beta \frac{{\displaystyle \int \text{d}}E}{Q{}_y\delta {}_u}$ (1)

其中, δm为地震作用下结构或构件经历的最大变形;δu为结构或构件的极限变形;Qy为结构或构件的屈服强度;dE为滞回耗能的增量;β为循环荷载影响系数, 其表达式为:

β= (-0.357+0.73λ+0.24n0+0.31ρt) ×0.7ρw (2)

其中, λ为剪跨比, λ≤1.7时取1.7;n0为轴压比, n0≤0.2时取0.2;ρt为配筋率, ρt≤0.75%时取0.75%;ρw为配箍率, ρw≥2%时取2%。

系数β是有明确物理意义的, 它反映了强度的退化现象:

$\beta =\left(\frac{\text{d}\delta {}_m}{\delta {}_u}\right)/\left(\frac{\text{d}E}{\delta {}_{u}Q{}_y}\right)=Q{}_y\frac{\text{d}\delta {}_m}{\text{d}E}$ (3)

也即:

$\text{d}\delta {}_m=\beta \frac{\text{d}E}{Q{}_y}$ (4)

该表达式形象地说明了相同抗力水平下, 最大变形增量仅与滞回耗能的增量有关, 而与位移幅值无关。

Park损伤模型由于在很大程度上反映了地震动三要素对结构破坏的影响, 反映了破坏是由大的位移幅值和重复的循环加载效应联合作用所引起的这一受到普遍认同的观点, 所以在国内外地震工程界被普遍支持。

江近仁, 孙景江[3]通过对砖墙破坏试验结果的分析, 提出了砖结构双参数破坏准则, 表达式为:

$D=\left[\left(\frac{\delta {}_m}{\delta {}_k}\right){}^2+3.67\left(\frac{E}{Q{}_u\delta {}_k}\right){}^{1.12}\right]{}^{1/2}$ (5)

其中, Qu为极限强度;E为累积滞回耗能;δk为与极限强度Qu和初刚度K的交点相应的位移。

欧进萍, 牛荻涛[4]同样采用最大变形与累积耗能的组合, 提出了钢结构双参数破坏准则, 表达式为:

$D=\left(\frac{\delta {}_m}{\delta {}_u}\right){}^{\beta }+\left(\frac{E}{E{}_u}\right){}^{\beta }$ (6)

其中, Eu为极限累积滞回耗能。

陈永祁, 龚思礼[5]根据Park模型的思路, 引入塑性耗能参数η和延性系数μ, 通过对比实际遭受唐山地震的结构破坏状况, 得出一个图解的双控破坏准则, 用于描述结构层发生严重破坏时的损伤程度。

王东升, 冯启民, 王新国[6]结合国内外发表的试验结果, 认为构件极限滞回耗能与位移延性系数的关系近似为指数衰减关系。通过引入与加载路径有关的能量项加权因子, 提出了双参数损伤模型的改进形式:

$D=(1-\beta )\frac{\delta {}_m-\delta {}_y}{\delta {}_u-\delta {}_y}+\beta \frac{{\displaystyle \sum \beta }{}_{i}E{}_i}{Q{}_y(\delta {}_u-\delta {}_y)}$ (7)

其中, Ei为第i个滞回圈所包围的面积 (即滞回耗能) ;βi为能量项加权因子, 与加载路径有关。

牛荻涛, 任利杰[7]通过实际震害结构计算分析得出变形与耗能的如下非线性组合形式:

$D=\frac{\delta {}_m}{\delta {}_u}+0.1387\left(\frac{E}{E{}_u}\right){}^{0.0814}$ (8)

李军旗、赵世春[8]改进了经典的Park模型表达式的形式, 认为大变形幅值下的累积耗能对循环损伤的影响应作折减:

$D=\frac{\delta {}_m}{\delta {}_u}+m\eta {}_p\left(1-\frac{\delta {}_m}{\delta {}_u}\right)\frac{{\displaystyle \sum E}{}_i}{V{}_y\delta {}_y}$ (9)

其中, m为组合系数;ηp为强度折减系数;Vy为屈服剪力。

王光远等[9]提出了一种变形与耗能线性组合的表达式, 表达形式直观, 但该模型的组合方式在物理意义上不明确, 没有考虑到构件损伤随变位水平的变化。

$D=(1-\beta )\frac{\delta {}_m-\delta {}_y}{\delta {}_u-\delta {}_y}+\beta \frac{E{}_h}{F{}_y(\delta {}_u-\delta {}_y)}$ (10)

在以上所有双参数破坏准则中, 绝大多数模型都是由Park的最大变形—累积耗能模型演化而来, 只是在组合形式上各不相同。为充分考虑结构由大的非弹性变形引起的破坏D1和低周累积损伤引起的破坏D2对构件整体破坏程度的作用, 杜修力, 欧进萍[10]提出了一种新的组合方式:

D=D1+D2-D1D2=D1+D2 (1-D1) =D1+f (D1) D2 (11)

其中, 通过f (D1) 来调整首超破坏和累积破坏的影响:D1较小时, 破坏主要由累积损伤控制;D1较大时, 破坏主要由最大变形控制, 充分考虑了滞回累积幅值对累积损伤的影响。

4 结论及建议

一种合理的破坏评估模型, 应能同时反映大的非弹性变形引起的破坏和大量的非线性循环引起的累积破坏这两种不同的破坏形式, 以适应人们对地震破坏机理的认识, 也即破坏模型中应包括来自每一类型的一个参数。而参数的选择, 则取决于哪一个参数给出的信息更多, 也取决于按分析类型算得的破坏参数的精度。因此, 现有的损伤模型研究还需要进一步的深入细化, 更加有针对性。

摘要：对建筑结构抗震性能设计中的损伤变量作了论述, 通过单参数及双参数损伤模型的对比分析, 重点对现有的双参数地震损伤模型进行了探讨, 旨在通过建立合适的损伤累积模型, 从而估计结构的使用寿命。

关键词：结构,损伤变量,损伤模型,地震破坏,累积损伤破坏

参考文献

[1]Young-Ji Park, Alfredo H.-S.Ang.Mechanistic seismic damagemodel for reinforced concrete[J].Journal of Structural Engi-neering, ASCE, 1985, 111 (4) :722-739.

[2]Young-Ji Park, Alfredo H.-S.Ang, Yi Kwen Wen.Seismicdamage analysis of reinforced concrete buildings[J].Journal ofStructural Engineering, ASCE, 1985, 111 (4) :740-757.

[3]江近仁, 孙景江.砖结构的地震破坏模型[J].地震工程与工程振动, 1987, 7 (1) :20-26.

[4]欧进萍, 牛荻涛, 王光远.多层非线性抗震钢结构的模糊动力可靠性分析与设计[J].地震工程与工程震动, 1990, 10 (4) :27-37.

[5]陈永祁, 龚思礼.结构在地震动时延性和累积塑性耗能的双重破坏准则[J].建筑结构学报, 1986, 7 (1) :35-48.

[6]王东升, 冯启民, 王新国.考虑低周疲劳寿命的改进Park-Ang地震损伤模型[J].土木工程学报, 2004, 11 (37) :41-49.

[7]牛荻涛, 任利杰.改进的钢筋混凝土结构双参数地震破坏模型[J].地震工程与工程震动, 1996, 12 (4) :44-54.

[8]李军旗, 赵世春.钢筋混凝土构件损伤模型[J].兰州铁道学院学报, 2000, 7 (1) :25-27.

[9]吕大刚, 王光远.基于损伤性能的抗震结构最优设防水准的决策方法[J].土木工程学报, 2001, 7 (1) :44-49.

水泥加固土的弹塑性损伤模型 篇4

水泥加固土作为一种弹塑性介质,但很难用通常的弹塑性模型来描述.本文通过对水泥加固土的.损伤试验得到的一系列损伤关系曲线的分析,分别推导建立了水泥加固土的弹性与损伤、塑性与损伤本构关系并首次建立了水泥加固土的弹塑性损伤模型.通过与损伤试验结果的对比,证明了本文所建立的水泥加固土的弹塑性损伤模型是合理的.

作 者：童小东 龚晓南 蒋永生 作者单位：童小东,蒋永生(东南大学土木工程学院,南京,210096)

龚晓南(浙江大学土木工程学系,杭州,310027)

肝损伤动物模型研究进展 篇5

1 化学性肝损伤动物模型

1.1 四氯化碳 (CCl4) 性肝损伤动物模型

研究认为自由基的形成及引发的链式过氧化反应是肝毒作用的主要机制。现已证实, CCl4在体内可经肝微粒体细胞色素P450代谢激活, 生成两个活性自由基及一系列氧活性物, 可与肝细胞质膜或亚细胞结构的膜脂质发生过氧化反应, 膜磷脂大量降解, 从而破坏细胞膜结构完整性, 引起膜通透性增加, 最终导致肝细胞死亡。另外, CCl4的代谢产物能迅速与细胞内的多种大分子成分 (如胞内脂质、蛋白、核脂质、核蛋白和DNA等) 发生不可逆的共价结合而导致细胞死亡。特别是当自由基作用于DNA时, 损伤核糖和碱基, 引起DNA链的断裂或DNA链与蛋白间交联, 影响其转录和复制特性以及遗传信息的传递。在CCl4代谢产物引起的脂质过氧化物和共价结合的双重作用下, 导致膜脂质流动性降低、钙泵抑制、谷胱甘肽活性抑制、肝微粒体和线粒体功能丧失、肝细胞内钙稳态失调及代谢紊乱, 引起肝细胞损伤加剧。实验采用CCl42 m L/kg剂量一次性注射, 诱发大鼠急性肝损伤, 肝小叶中心出现明显脂肪变性, 可见肝细胞核凝聚。CCl4慢性肝损伤动物模型可采用0.4 m L/kg剂量连续注射, 3 d/wk, 持续12wk可导致伴有肝细胞坏死和明显炎症的肝硬化。

1.2 D-氨基半乳糖

(D-Gal N) 性肝损伤动物模型D-Gal N性肝损伤模型是目前公认的比较好的研究病毒性肝炎的发病机制及有效治疗药物的实验动物模型。D-Gal N与肝细胞内UDP结合而形成复合物, 使UTP耗竭, 尿苷类化合物环化不能进行, 致使RNA和蛋白质合成受阻, 质膜结构蛋白质合成减少, 使UDPG-焦磷酸转移酶活性和数量下降, 引起糖和磷脂代谢障碍, 膜损伤加重, Ca2+内流增加, 最后细胞中毒死亡。可以将D-Gal N用生理盐水配制成100 g/L, 并用1 mol/L Na OH调节其p H值至7.0。大鼠或小鼠1次性腹腔注射600~900 mg/kg, 也有人连续两次间隔24 h, 造成急性肝损伤模型, 染毒24~48 h后处死动物, 检查肝功能、病理及脂质过氧化等有关指标。

1.3 异烟肼性肝损伤动物模型

异烟肼是一种治疗结核病的药物, 具有肝毒性, 其进入肝细胞后, 首先经过乙酰化代谢成乙酰化异烟肼, 并迅速被水解为具有肝毒性的联胺, 但联胺在细胞色素P450代谢酶的作用下被氧化为无毒且具有活性的代谢产物乙酰化异烟肼, 有活性的乙酰化异烟肼可与肝蛋白通过共价键结合而导致肝脏损伤, 另一方面经过乙酰化形成二乙酰异烟肼经尿液形式排出。在酰氨酶作用下, 乙酰化异烟肼可被代谢成有毒的联胺, 导致肝脏损害, 引起血清中转氨酶和精氨酸琥珀酸裂解酶明显升高。由于家兔对异烟肼敏感, 多选用家兔动物模型。实验采用0.35 mmol/kg剂量的异烟肼皮下注射后, 每隔4 h再皮下注射0.28 mmol/kg剂量, 共2 d可制成该模型。异烟肼性肝损伤动物模型多用于对药物性肝炎的研究。

1.4 扑热息痛 (PAPA) 性肝损伤动物模型

扑热息痛 (PAPA) 又名醋氨酚、对乙酰氨基酚。经体内P450代谢可生成活性中间代谢物N-乙酰对苯醌亚胺 (NAPQI) , NAPQI具有强大的氧化作用, 当其过多或者GSH下降时, 可以使生物膜系统发生脂质过氧化, 干扰细胞内的能量代谢, 导致肝细胞变性坏死, 常用于制作急性肝衰竭 (ALF) 模型。PAPA引起肝障碍, 还与肝脏内谷胱甘肽含量减少有关。PAPA诱导肝细胞损伤程度与IL-10的表达水平呈负相关, 与巨噬细胞移动限制因子呈正相关, 提示肝损伤涉及炎症因子与抗炎因子失衡。一般用PAPA加热后溶于生理盐水, 给小鼠300~500mg/kg一次性腹腔注射, 也可配成质量浓度为2.5%的混悬液经口灌胃, 制成急性肝损伤模型, 染毒24 h后处死动物, 摘眼球取血, 检查肝功、病理及脂质过氧化等有关指标。

1.5 硫代乙酰胺 (TAA) 性肝损伤动物模型

TAA通过代谢生成亲电子活性基团产物干扰细胞核内RNA转移, 影响蛋白质合成和酶活力, 增加肝细胞核内DNA合成及有丝分裂促进肝硬化发展。TAA小剂量诱发肝细胞凋亡, 大剂量导致脂质氧化和小叶中央坏死, 损伤程度与TNF-γ和内毒素水平正相关, 可被羟自由基清除剂缓解。TAA常用于制作肝纤维化和急性肝衰竭 (ALF) 模型。一次性腹腔注射TAA可导致急性肝炎, 反复腹腔注射可导致肝细胞坏死、再生结节形成、毛细胆管增生、门静脉高压而导致肝硬化。有学者采用4%的TAA溶液以0.2 g/kg·d剂量腹腔注射, 3次/d, 持续10 wk制作成大鼠肝硬化模型, 肝组织中羟脯氨酸含量显著升高, 胶原和转化生长因子-β1信使核糖核酸 (TGF-β1m RNA) 表达明显升高。

2 免疫性肝损伤动物模型

2.1 刀豆球蛋白A (Con A) 肝损伤动物模型

Con A可活化T淋巴细胞使之能够杀伤与免疫不相关的靶细胞, 当给动物静脉注射Con A后, Con A与循环中的常驻巨噬细胞成分组合, 然后活化肝细胞中的T细胞, 通过一系列的免疫反应对肝细胞造成损伤, 因此Con A对肝脏有器官特异性和数量特异性。在Con A诱导的肝损伤模型中, 淋巴细胞或者单核细胞以及肝脏中的kuppfercells通过炎症反应参与了损伤过程, 它们进一步激活肿瘤坏死因子TNF-α (既是细胞凋亡的正性触发因子, 又直接损伤血管内皮细胞) , 继而通过凋亡机制毁损实质细胞。常用Balb/c小鼠直接一次性尾静脉注射用生理盐水或PBS稀释的Con A 20 mg/kg, 制成急性免疫性肝损伤模型, 2~8 h后取样测定肝功、病理、脂质过氧化及TNF-α等有关指标。

2.2 卡介苗 (BCG) 加脂多糖 (LPS) 诱导动物模型

BCG首先激活致敏T淋巴细胞, 尤其是致敏肝内kuppfercells和巨噬细胞, 并大量聚集于肝脏, 当注射LPS后, 进一步激活处于致敏状态的巨噬细胞, 使其释放大量细胞毒性因子, 如一氧化氮 (NO) 、肿瘤坏死因子 (TNF-α) 、白细胞介素、自由基、白三烯等, 造成肝细胞损伤, 最终造成组织的严重过氧化损伤。病理切片提示, BCG和LPS肝损伤模型可见不同程度的炎性细胞浸润, 存在大量的点状坏死、小灶性坏死及轻度的脂肪变性, 同时可见细胞凋亡小体。实验时给小鼠尾静脉注射BCG浆液0.2 m L/只 (含5×106个菌以上) , 致敏后10 d, 再尾静脉注射LPS 7.5 m L/只, 16 h后测定肝功能、病理、脂质过氧化指标。

2.3 丙酸杆菌 (CP) 或痤疮丙酸杆菌 (PA) 加脂多糖 (LPS) 诱导动物模型

CP或PA的几个基因能够制造一些分解皮肤组织的酶和免疫原性的蛋白质, 导致肝组织的分解和免疫活性减弱。给小鼠尾静脉注射或腹腔注射CP或PA 0.2~0.5 mg/只 (含5×108个菌以上) , 致敏后7~10 d, 再尾静脉注射或腹腔注射LPS0.5 mg/kg, 2~3 h后眼眶取血, 测定肝功、病理、脂质过氧化及TNF-α等有关指标。

3 酒精性肝损伤动物模型

3.1 慢性酒精肝损伤动物模型

关于慢性酒精肝损伤动物模型国外文献报道的基本都是通过喂饲液体饲料加乙醇的方法建立 (如Lieber-Decarli液体食料) , 且乙醇浓度较低 (20%~41%) 。而周淑琴等根据本国实际情况利用高度白酒加喂营养不良饲料也成功造成了大鼠慢性酒精性肝损伤模型1181。慢性酒精性肝损伤是以肝脏组织结构病变为主要特征, 如肝细胞脂肪变性、空泡变性、凋亡和坏死等, 并可出现特征性的“酒精小体”以及微循环障碍和间质纤维增生。而酒精小体还具有抗原性, 通过体液免疫与细胞免疫, 可能引起肝细胞损伤加剧, 促进肝细胞崩解。目前认为乙醇进入机体后, 在乙醇脱氢酶催化下, 可被脱氢氧化为乙醛和乙酸盐, 使三羧酸循环障碍和脂肪酸氧化减弱而影响脂肪代谢。乙醛的产生以及乙醇刺激肾上腺素的释放, 引起肝脏血管收缩, 肝窦内压升高或肝组织缺氧, 导致肝细胞空泡变性。大白鼠以50~60度白酒或50%~60%的乙醇经口灌胃2.4~5.0 g/kg, 1次/d, 连续两个月, 每天同时饲喂造模饲料即营养不良饲料 (面粉、次粉、草粉、豆粉按2∶1∶1∶1比例配方, 另加少量豆油及食盐) 。正常对照组饲喂常规饲料。最后在染毒24 h后取样测定, 查肝功能、病理、脂质过氧化指标。

3.2 急性酒精性肝损伤动物模型

有关急性酒精性肝损伤动物模型的建立方法国内外基本一致, 以肝及血中的某些化学指标改变为其主要特征, 如肝组织MDA显著升高, GSH明显降低, 组织化学染色显示脂滴显著增加, 血清甘油三脂 (TG) 明显升高等, 而血清转氨酶和肝组织结构改变却不明显。小鼠或大鼠以50~60度白酒或50%~60%乙醇一次性经口灌胃4.0~6.0 g/kg, 可导致急性酒精性肝损伤, 4~24 h内处死动物, 检查肝功、病理及脂质过氧化等有关指标。

综上所述, 肝损伤的造模方法很多, 国内外在这方面的研究都取得了显著进展。

摘要：肝脏易受多种病原体、毒物及免疫病理累及。已知多种因素可导致肝损伤, 如病毒、酒精和药物等。建立实验性肝损伤动物模型, 可以为探知肝脏疾病的病因、病理生理以及疗效判断提供有用的工具。现将近几年来国内外对实验性肝损伤动物模型的研究情况作一综述。