孫 河 龐國(guó)龍 尹麗穎
2黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)
青光眼是以眼壓升高為主要體征,伴隨視神經(jīng)損害和視野缺損為主要特征的眼部疾病。其為僅次于白內(nèi)障的全球第二大致盲性眼病〔1-3〕。高眼壓是青光眼的最重要體征,臨床中往往結(jié)合病理性的視神經(jīng)改變和視野缺損方可明確診斷并進(jìn)行治療,但是臨床中患者的眼壓得到控制后,其視神經(jīng)損害和視野缺損仍然處于下行狀態(tài)〔4〕。對(duì)于青光眼復(fù)雜多變的機(jī)制、演變過(guò)程以及有效治療方法等研究需要進(jìn)行大量的動(dòng)物實(shí)驗(yàn),然而實(shí)際中用于青光眼的發(fā)病機(jī)理、手術(shù)治療、視神經(jīng)保護(hù)治療等研究的青光眼模型并不多見?,F(xiàn)在流行的青光眼慢性高眼壓模型大多為鞏膜上靜脈燒灼(或結(jié)扎)、小梁激光光凝或兩者的聯(lián)合,但是兩者在實(shí)際造模過(guò)程中技術(shù)要求相對(duì)較高,成模率較低,且死亡率較高,為了探尋一種操作相對(duì)簡(jiǎn)單,技術(shù)含量要求低,造模成功率高且死亡率低的造模方法,2004年黑龍江中醫(yī)藥大學(xué)附屬第一醫(yī)院眼科課題組應(yīng)用復(fù)方卡波姆溶液制作兔慢性高眼壓模型〔5〕,獲得成功。本次實(shí)驗(yàn)我們選擇SD大鼠作為實(shí)驗(yàn)動(dòng)物,用不同濃度復(fù)方卡波姆溶液制作大鼠慢性高眼壓模型,并與傳統(tǒng)造模方法作對(duì)照,發(fā)現(xiàn)卡波姆造模的效果確切,可操作性強(qiáng),優(yōu)于對(duì)照組。
SD大鼠(購(gòu)自北京維通利華實(shí)驗(yàn)動(dòng)物技術(shù)有限公司,實(shí)驗(yàn)動(dòng)物許可證號(hào):SCXK-(京)2012-0001),卡波姆 940(Carbomer-940,CAS:9007-20-9,購(gòu)自北京國(guó)人逸康科技有限公司),將其配制成含0.3%卡波姆和0.025%地塞米松(鄭州卓峰制藥有限公司,生產(chǎn)批號(hào)12100611)的復(fù)方卡波姆溶液(150 mg卡波姆粉劑放入盛有50 ml蒸餾水的100 ml燒杯中,并放入12.5 mg的地塞米松磷酸鈉注射液,用玻璃棒攪拌卡波姆并放入超聲設(shè)備內(nèi)振蕩至全部溶解即可),pH 值為4。微量進(jìn)樣器(德國(guó) Eppendorf),Tonopen-avia筆式眼壓計(jì)(美國(guó)Mentor公司產(chǎn)品),研究型顯微鏡(OLYMPUS-BX60,日本),眼科手術(shù)顯微鏡(蘇州六六視覺醫(yī)療設(shè)備公司)。
健康SD大鼠29只,雌雄兼用,體重大約在250g左右,隨機(jī)分為5組,A、B、C、D組各6只,雌雄各半,均給予右眼前房不同劑量的復(fù)方卡波姆溶液注射,左眼為自身對(duì)造眼。D組給予右眼鞏膜上靜脈3條燒灼,左眼為自身對(duì)照眼。E組5只,為空白對(duì)照組。造模前測(cè)量所有大鼠眼壓,將眼壓大于21 mmHg或眼壓高于非手術(shù)眼5 mmHg的大鼠剔除,并補(bǔ)充符合條件的大鼠〔6〕。
A組:10%水合氯醛3.5 ml/kg腹腔麻醉,0.5%丁卡因滴眼液滴右眼行表面麻醉,復(fù)方托吡卡胺滴眼液(美多麗)術(shù)眼散瞳,術(shù)眼每眼先用10 ul微量進(jìn)樣器抽取房水5 ul,隨后用10 ul微量進(jìn)樣器注射復(fù)方卡波姆溶液5ul緩慢進(jìn)入前房,伴隨著卡波姆溶液的進(jìn)入,顯微鏡下清晰可見卡波姆遇房水后瞬間變?yōu)榘咨鯛钗?,部分卡波姆留在瞳孔區(qū),形成瞳孔阻滯,部分卡波姆進(jìn)入房角位置,形成房角阻滯(圖1,圖2)。注射完畢后用棉簽輕壓穿刺口,無(wú)房水外漏,棄掉棉簽。
B組:麻醉、散瞳同前,每只術(shù)眼先用10 ul微量進(jìn)樣器抽取房水10 ul,隨后用10 ul微量進(jìn)樣器注射卡波姆溶液10 ul緩慢進(jìn)入前房,卡波姆進(jìn)入前房情況同前。注射完畢后處置同前。
C組:麻醉、散瞳同前,術(shù)眼每眼先用20 ul微量進(jìn)樣器抽取房水15 ul,隨后用20 ul微量進(jìn)樣器注射卡波姆溶液15 ul緩慢進(jìn)入前房,卡波姆進(jìn)入前房情況同前。注射完畢后處置同前。
D組:腹腔注射10%水合氯醛3.5 ml/kg全身麻醉,并給予2%利多卡因結(jié)膜下注射,剪開上方結(jié)膜10點(diǎn)~3點(diǎn)位,輕柔、仔細(xì)分離下方筋膜及肌肉,充分暴露鞏膜上靜脈,可見2根分別位于上直肌旁,2根分別位于下斜肌旁,用加熱的大頭針燒灼靜脈主干,使靜脈封閉。如果燒灼成功,可見到被燒灼靜脈后方成一白線,近角膜緣端靜脈明顯充盈,給予燒灼3條靜脈。
E組:只做術(shù)眼前房穿刺,正常飲食、飲水。
手術(shù)完畢后,術(shù)后 1、3、5、7、14、28 d 給予測(cè)眼壓,每日術(shù)眼點(diǎn)可樂(lè)必妥滴眼液1次,連續(xù)點(diǎn)1周,每日顯微鏡下觀察結(jié)膜、角膜、前房的炎癥情況。
眼壓大于21mmHg或眼壓高于非手術(shù)眼5mmHg,且高眼壓連續(xù)持續(xù)7天以上為造模成功〔6〕。
采用SPSS 18.0(漢化版)軟件進(jìn)行分析。兩組間的比較采用t檢驗(yàn),各項(xiàng)指標(biāo)以±s表示。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
A 組:基線眼壓:右眼(12.34±1.23)mmHg,左眼(13.04±0.43)mmHg。 6只右眼均形成高眼壓,高眼壓持續(xù)時(shí)間為20~30天,高眼壓范圍為(右眼):(25.23±2.31)mmHg,眼壓峰值為 35~40 mmHg,青光眼模型成功率100%。左眼眼壓同術(shù)前。術(shù)后第3天眼壓開始上升,角膜輕度水腫,瞳孔區(qū)可見卡波姆阻滯,部分房角區(qū)可見卡波姆阻滯,前房炎性反應(yīng)較輕,第2周開始出現(xiàn)虹膜新生血管,第3、4周虹膜新生血管明顯增多。
B 組:基線眼壓:右眼(12.14±1.02)mmHg,左眼(12.35±1.67)mmHg。 6 只右眼均形成高眼壓,高眼壓持續(xù)時(shí)間為20~30天,高眼壓范圍為(右眼):(28.23±4.31)mmHg,眼壓峰值為 40~45 mmHg,青光眼模型成功率100%。左眼眼壓同術(shù)前。術(shù)后第1d眼壓即開始升高,角膜輕度水腫,瞳孔區(qū)可見卡波姆阻滯,部分房角區(qū)可見卡波姆阻滯,前房炎性反應(yīng)適中,第2周虹膜新生血管開始出現(xiàn),且新生血管較A組粗大,第3、4周數(shù)量增加。
C 組:基線眼壓:右眼(13.44±2.54)mmHg,左眼(13.35±2.67)mmHg。 6 只右眼均形成高眼壓,高眼壓持續(xù)時(shí)間為10~20天,高眼壓范圍為(右眼):(30.56±3.45)mmHg,眼壓峰值為 45~50 mmHg,青光眼模型成功率100%。左眼眼壓同術(shù)前。術(shù)后第1 d眼壓即開始升高,角膜明顯水腫,瞳孔區(qū)可見卡波姆完全阻滯,部分房角區(qū)可見卡波姆阻滯,前房炎性反應(yīng)明顯,該組在第2周開始有大鼠出現(xiàn)角膜軟化、擴(kuò)張,角膜向前膨出,出現(xiàn)眼壓逐漸下降,大約第3周后期降至正常眼壓范圍,該組大鼠第1周末虹膜出現(xiàn)粗大的新生血管,且量大,在第2、3周時(shí),已經(jīng)布滿整個(gè)虹膜。
D 組:基線眼壓:右眼(13.32±2.13)mmHg,左眼(13.37±2.09)mmHg。術(shù)后第 2d 死亡大鼠 2 只。其中1只大鼠眼壓升高不明顯,其余3只眼壓升高,眼壓范圍為(25.54±2.45)mmHg,眼壓峰值為 25~30mmHg,高眼壓持續(xù)時(shí)間7~10天,造模成功率50%。左眼眼壓同術(shù)前。角膜輕度水腫,輕度前房炎癥反應(yīng)。
E 組:眼壓:右眼(12.34±3.13)mmHg,左眼(12.54±3.21)mmHg。
表1 4組大鼠慢性高眼壓的比較(±s,mmHg)
表1 4組大鼠慢性高眼壓的比較(±s,mmHg)
注:“-”表示實(shí)驗(yàn)結(jié)束
持續(xù)時(shí)間d 28 d 35 d.31 25.22±3.11 20.21±1.02 20~30.31 25.11±3.32 19.23±1.01 20~30 C 6 15 ul 25.1±2.22 26.32±2.11 27.23±2.33 28.87±5.21 24.11±2.67 24.11±2.67 - 10~20 D 6 燒灼 20.34±1.98 23.98±1.87 24.76±2.01 23.98±0.17 12.34±1.28 - - 7~10 E 5 穿刺 12.23±3.45 12.23±3.45 14.12±2.33 13.55±2.21 14.55±3.46 14.21±3.12 13.25±2.46
對(duì)于兩組間的比較我們采用t檢驗(yàn),A、B、C、D組眼壓升高后同E組空白組眼壓比較,均P<0.05,差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。說(shuō)明慢性高眼壓的大鼠模型構(gòu)建成功,但是各組的眼壓及大鼠的一般狀況有所不同,A、B組眼壓相對(duì)于C、D組眼壓升高平穩(wěn),持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng),前房、角膜反應(yīng)相對(duì)較輕,特別是B組的眼壓升高快、平穩(wěn),是較為理想的造模劑量。
36 d后(實(shí)驗(yàn)觀察完畢),每組選擇5只大鼠右眼做視網(wǎng)膜的組織切片觀察。
2.2.1 大鼠的正常視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu):大鼠的正常視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)光鏡下所見與人相似,呈明顯的結(jié)構(gòu)分層。外核層細(xì)胞數(shù)最多,有3~5層;內(nèi)核層細(xì)胞數(shù)較少,有2~4層;節(jié)細(xì)胞為單層,形態(tài)呈圓形或橢圓形,細(xì)胞核多偏于外側(cè),細(xì)胞分布均勻、緊密,形態(tài)、大小相似??梢郧宄乜吹絻?nèi)界膜、神經(jīng)纖維層、神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層、內(nèi)叢狀層和內(nèi)核層、外叢狀層、外核層等各層次(圖 3)。
2.2.2 各組高眼壓模型大鼠的視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu):D組大鼠模型(高眼壓持續(xù)7~10 d):神經(jīng)節(jié)細(xì)胞排列稀疏,數(shù)目較空白組減少10.41%,但仍可見較多正常的神經(jīng)節(jié)細(xì)胞,D組與空白組間節(jié)細(xì)胞數(shù)目比較,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。視神經(jīng)纖維層輕度變薄,偶見淋巴細(xì)胞浸潤(rùn),內(nèi)叢狀層水腫明顯,內(nèi)核層細(xì)胞減少,外叢狀層加厚,外核層細(xì)胞層數(shù)減少(圖4)。C組大鼠模型(高眼壓持續(xù)10~20 d):神經(jīng)纖維層、視神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層及內(nèi)叢狀層高度水腫增厚,層次欠清晰,其神經(jīng)節(jié)細(xì)胞表現(xiàn)為部分細(xì)胞泡狀死亡,可見凋亡細(xì)胞,剩余神經(jīng)節(jié)細(xì)胞形態(tài)出現(xiàn)輕度異常,主要為胞質(zhì)減少,細(xì)胞形態(tài)紊亂,神經(jīng)節(jié)細(xì)胞計(jì)數(shù)較空白組下降 29.59%(圖5),兩者之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。內(nèi)核層細(xì)胞層幾乎為單層,外叢狀層水腫明顯增厚,空泡增多;內(nèi)叢狀層及外核層細(xì)胞數(shù)減少。A、B組高眼壓模型(高眼壓持續(xù)28d左右):RGCs數(shù)目下降38.19%,且與空白組之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。神經(jīng)纖維層、視神經(jīng)節(jié)細(xì)胞層及內(nèi)叢狀層萎縮,變薄,層次較為清晰,可見較多淋巴細(xì)胞浸潤(rùn),外核層細(xì)胞排列稀疏(圖6)。
科學(xué)有效的構(gòu)建動(dòng)物模型是進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究首要的必需條件,目前我國(guó)常見的用于制作疾病模型的動(dòng)物為大鼠、兔和猴,猴由于價(jià)格昂貴且為國(guó)家特殊保護(hù)動(dòng)物等因素限制了其廣泛應(yīng)用于動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究。國(guó)內(nèi)有研究使用兔制作動(dòng)物模型,但是兔的房角結(jié)構(gòu)與人眼差別較大,因此其實(shí)驗(yàn)結(jié)果用于臨床還有一定的距離〔5-9〕。當(dāng)前大鼠為眼科最常用的青光眼實(shí)驗(yàn)動(dòng)物,是因?yàn)槭笱鄣慕馄式Y(jié)構(gòu)和生理特點(diǎn)同人類的眼球有眾多的相似點(diǎn),例如小梁、schlemm管、睫狀體、視網(wǎng)膜血管、鞏膜上靜脈等,房水引流途徑也同人類相似〔10,11〕。 還有大鼠的眼壓呈周期性節(jié)律〔12,13〕,神經(jīng)特異性烯醇化酶在發(fā)育成眼前節(jié)組織的神經(jīng)嵴細(xì)胞中的分布、濾過(guò)結(jié)構(gòu)、篩板的蛋白等〔14,15〕。 大鼠高眼壓模型與人類的青光眼病理變化相似,像視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞的凋亡,篩板結(jié)構(gòu)的破壞與再建,視神經(jīng)軸突的損傷等〔15〕。大鼠種族穩(wěn)定,容易排除干擾因素,使得結(jié)果更加科學(xué)、可信。大鼠價(jià)格低廉,較易獲得,便于飼養(yǎng),可進(jìn)行大規(guī)模的實(shí)驗(yàn)。
文獻(xiàn)提供的青光眼高眼壓模型為激光光凝小梁網(wǎng)法〔16〕、鞏膜上靜脈封閉誘導(dǎo)法兩種〔17,18〕,其中激光光凝小梁法通過(guò)光凝小梁網(wǎng)影響房水的回流引起眼壓升高,該辦法需要特制的激光治療儀,技術(shù)要求比較高,并且需要多次重復(fù)打激光以維持高眼壓狀態(tài),因此并不是理想的造模方式。鞏膜上靜脈封閉也是流行的造模方法之一,或進(jìn)行縫線結(jié)扎,或進(jìn)行燒灼靜脈,或用激光進(jìn)行光凝靜脈,其原理為封閉鞏膜上靜脈阻止房水外流以達(dá)到眼壓升高的目的。我們此次實(shí)驗(yàn)D組選擇了燒灼靜脈法,效果并不是很理想,眼壓未有明顯提高,即使個(gè)別大鼠眼壓升高,但在4~5天后眼壓又會(huì)下降到正常范圍,且死亡率較高,還有的模型眼眼壓升高不明顯,升高后維持時(shí)間短等情況。因此用該造模方法升高眼壓與維持高眼壓狀態(tài)的時(shí)間有待商榷。
我們采用了前房注射不同劑量的復(fù)方卡波姆溶液進(jìn)行觀察,并采用了現(xiàn)在比較流行的燒灼鞏膜上靜脈法作為比較組進(jìn)行眼壓升高的參照,在實(shí)驗(yàn)中我們發(fā)現(xiàn)A組模型(低劑量卡波姆)眼壓升高相對(duì)較慢,升高眼壓較為平穩(wěn),眼壓升高時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng),前房反應(yīng)相對(duì)較輕,無(wú)明顯角膜軟化、凸出情況等。B組模型(中劑量卡波姆)眼壓升高較快,術(shù)后第1日即升高,且眼壓較為平穩(wěn),眼壓升高時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng),基本同A組,前房反應(yīng)也較輕,無(wú)明顯的角膜軟化、凸出情況等。C組模型(高劑量卡波姆)眼壓升高同樣較快,術(shù)后第二日即升高,但是部分大鼠的角膜在第二周開始出現(xiàn)軟化、凸出,眼壓開始緩慢下降,大約在第三周降至正常范圍內(nèi)。D組大鼠模型為燒灼鞏膜上靜脈造模的模型,造模后第2日即有2只大鼠死亡,且眼壓升高緩慢,持續(xù)時(shí)間相對(duì)較短,有1只大鼠眼壓升高不明顯,該組大鼠前房反應(yīng)較輕,角膜狀況好,但是造模成功率低,同其他文獻(xiàn)報(bào)道的較高的造模成功率有差距〔19〕。我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論,B組模型10 ul劑量組為理想的卡波姆造模劑量,該組大鼠模型升高眼壓快,眼壓升高穩(wěn)定,維持高眼壓約為28天左右,是較為理想的高眼壓時(shí)間窗,并且并發(fā)癥少。下一步的實(shí)驗(yàn)我們將采取10 ul劑量作為造模劑量,進(jìn)行后續(xù)的一系列實(shí)驗(yàn)。為進(jìn)一步驗(yàn)證高眼壓造成的視網(wǎng)膜損傷,我們觀察了高眼壓持續(xù)7~10天、10~20天、28天左右的高眼壓大鼠視網(wǎng)膜改變,通過(guò)光鏡觀察發(fā)現(xiàn)視網(wǎng)膜厚度逐漸變厚,最后逐漸變薄,考慮為早期和中期高眼壓造成了視網(wǎng)膜漸進(jìn)性水腫,后期由于長(zhǎng)時(shí)間缺血、缺氧造成了視網(wǎng)膜逐漸萎縮變薄。視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞數(shù)量隨著高眼壓時(shí)間的延長(zhǎng)而逐漸下降,說(shuō)明了高眼壓對(duì)視網(wǎng)膜形成了損害,造成了視網(wǎng)膜的厚度、顯微結(jié)構(gòu)、神經(jīng)節(jié)細(xì)胞數(shù)量的變化,同時(shí)也進(jìn)一步驗(yàn)證了慢性高眼壓模型的構(gòu)建成功。
卡波姆為丙烯酸鍵合烯丙基蔗糖或季戊四醇烯丙醚的高分子聚合物,是一類重要的流變調(diào)節(jié)劑,中和后的卡波姆是優(yōu)秀的凝膠基質(zhì),廣泛應(yīng)用于乳液、膏霜、凝膠中,是優(yōu)良的藥劑新輔料。其最大特點(diǎn):(1)當(dāng)pH值低時(shí)呈溶液狀,隨著pH值的升高,溶液的黏稠度逐漸增加而變成凝膠狀,當(dāng)且僅當(dāng)pH值在6~12時(shí)最為黏稠;(2)具備較好的乳化性、增稠性、助懸性以及成膜性。這些特性使得卡波姆在制藥中得到了廣泛的應(yīng)用〔20,21〕。根據(jù)卡波姆隨著 pH 值發(fā)生變化的特點(diǎn),分析注入前房的卡波姆溶液在房水作用下,隨著pH值的升高,變?yōu)槟z狀阻滯瞳孔和房角造成房水排出受阻,從而形成高眼壓,基于此種設(shè)想,我們進(jìn)行了大鼠前房注射卡波姆溶液形成高眼壓的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)。根據(jù)大鼠前房狹小的情況,我們分成3個(gè)不同的劑量進(jìn)行觀察,觀察哪個(gè)劑量的模型眼壓升壓快、穩(wěn)定、并發(fā)癥少而輕、安全性好、可用性強(qiáng),找出模型的最佳劑量。對(duì)于成功的高眼壓模型,我們觀察其造模后的眼壓升高情況,并于眼壓觀察完畢后,于實(shí)驗(yàn)的第36d從各組選出5只大鼠進(jìn)行光鏡下觀察視網(wǎng)膜顯微結(jié)構(gòu)變化,以及視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞數(shù)量變化。
復(fù)方卡波姆誘發(fā)大鼠青光眼模型的優(yōu)點(diǎn):(1)眼壓升高較穩(wěn)定,可使眼壓保持足夠長(zhǎng)的時(shí)間,因此我們可使用大鼠高眼壓模型研究青光眼視乳頭形態(tài)學(xué)改變,視網(wǎng)膜神經(jīng)節(jié)細(xì)胞及軸索損害等病理生理過(guò)程,以及藥物干預(yù)對(duì)其的保護(hù)作用等。(2)該模型眼壓平穩(wěn)上升的原因,我們分析為隨著房水的不斷分泌,前房的pH值也處于不斷升高狀態(tài),導(dǎo)致前房?jī)?nèi)卡波姆凝膠的黏稠度不斷增加,加大了房水流出易度。(3)使用卡波姆溶液誘導(dǎo)大鼠青光眼,方法簡(jiǎn)單,成本低廉,易于操作和控制,對(duì)操作人員的操作技能要求低,適合大范圍推廣。(4)眼壓升高持續(xù)時(shí)間近1個(gè)月,按人與大鼠壽命折算,相當(dāng)于人高眼壓一年半,完全可用于進(jìn)行各種抗青光眼藥物降眼壓作用和視神經(jīng)、視網(wǎng)膜保護(hù)作用的藥物研究。
復(fù)方卡波姆溶液誘導(dǎo)大鼠青光眼模型的缺點(diǎn):引起部分眼球結(jié)膜充血、角膜水腫、輕度前房滲出、對(duì)光反應(yīng)減弱等一系列并發(fā)癥,分析原因可能為卡波姆引起眼壓增高的繼發(fā)性反應(yīng)。前房的炎性反應(yīng),可能與注入前房的卡波姆pH值較低或是卡波姆作為異物的刺激有關(guān)。我們運(yùn)用地塞米松注射液的目的:(1)增加眼壓升高的幅度及延長(zhǎng)眼壓升高的時(shí)間;(2)減輕前房的炎癥反應(yīng)。
總之,本模型具有可使大鼠眼壓緩慢穩(wěn)定升高,高眼壓持續(xù)時(shí)間長(zhǎng),對(duì)角膜影響小,炎癥反應(yīng)輕,方法簡(jiǎn)單,易于操作和控制等優(yōu)點(diǎn)。是一種很好的慢性高眼壓模型。
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