李文莉 ，劉燕青 ，蔡金霞 ，陳原森 ，王海旺 ，史 源 ，劉子泉 ，樊毫軍

急性呼吸窘迫綜合征（Acute Respiratory Distress Syndrome，ARDS）于1967年由Ashbaugh首次發(fā)現(xiàn)，是一種獨特的低氧性呼吸衰竭，以急性低氧血癥、肺順應性降低和非心源性肺水腫導致的彌漫性肺泡損傷為特征[1]。如果不及時干預，ARDS將進展為多器官衰竭，進而危及患者的生命。近年來體外膜肺氧合（Extracorporeal Membrane Oxygenation， ECMO）支持手段的應用為ARDS患者治療原發(fā)性疾病爭取了時間，但是也存在出血、溶血、血栓形成、感染、神經(jīng)系統(tǒng)損傷等并發(fā)癥及代謝紊亂等問題，因此，很多研究開始通過動物實驗探索相關的解決方案，不同的動物模型對于研究ECMO支持過程中的并發(fā)癥有著重要的意義。因此，本文主要對目前國內外ECMO支持下的ARDS動物模型研究進展進行綜述。

1 ARDS動物模型研究現(xiàn)狀

動物模型在ARDS疾病研究中發(fā)揮著關鍵作用。近年來，盡管我們對ARDS的病理生理學的研究取得了一定進展，但目前患者的死亡率仍然很高，在過去的十年中只有輕度的降低[2]。研究發(fā)現(xiàn)，一個可能的影響因素是未能將一些臨床發(fā)現(xiàn)轉化為有效的ARDS治療策略[3]。例如，對重度ARDS患者采用ECMO支持可顯著降低患者的死亡率，但同時由于ARDS疾病的復雜性，ECMO支持管理標準不統(tǒng)一等問題，對于患者的治療變得非常困難[4]。因此，我們可以通過動物模型實驗驗證臨床新發(fā)現(xiàn)，從而為指導重度ARDS患者的治療開拓思路。目前，ARDS動物模型研究已相當成熟。常見的造模方法有以下幾種：油酸（Oleic Acid，OA）或脂多糖（Lipopolysaccharide，LPS）靜脈輸注造成膿毒癥誘發(fā)ARDS，LPS氣管滴注造成肺炎誘發(fā)ARDS，另外還有鹽水灌洗、缺氧、胸部挫傷和煙霧吸入等肺損傷誘發(fā)的ARDS[5]。ARDS動物模型研究對象較多，一般是大鼠、小鼠、兔子、羊及豬等，其中大鼠和小鼠比較常用，由于其價格低廉，繁殖周期短，飼養(yǎng)方便及有多種已成熟的基因敲除模型等優(yōu)點，被廣泛應用于ARDS疾病分子生物學機制的研究。

2 ECMO支持在臨床ARDS疾病中的應用現(xiàn)狀

ECMO是一種先進的體外生命支持手段，可以改善患者血液氧合并排出血液中的二氧化碳，同時可通過低潮氣量和低氣道壓力等保護性通氣策略減輕呼吸機對肺的損傷，使發(fā)生病變的肺臟得以休息和修復，為治療原發(fā)性疾病贏得了時間[6]。研究表明，ECMO通常可用于暫時支持常規(guī)治療難以治愈的嚴重ARDS患者[7-8]。近年來，ECMO技術的應用在ARDS患者的臨床治療中有了大幅度的增長[9]，尤其是2019年新冠肺炎席卷全球以來，因新冠肺炎住院的患者中有5～20%發(fā)展為ARDS[10-13]，目前已造成全球四百余萬感染者死于ARDS及其并發(fā)癥，但是目前并無特效藥治療重癥患者。因此，ECMO支持便成為了重癥新冠肺炎患者生存的最后希望，通過其體外生命支持策略為治療原發(fā)性疾病爭取了寶貴的時間。

3 ECMO支持下的ARDS動物模型研究現(xiàn)狀

目前ECMO支持下的ARDS動物模型研究較少，且以大動物（如豬）為主。例如，將ECMO支持的ARDS豬模型用于評估鹽水灌洗和表面活性劑替代療法的支氣管鏡干預實驗平臺[14]。此外，臨床上，由于在ECMO運行的過程中，血液與氧合器表面直接接觸，易引發(fā)血小板、凝血因子和白細胞活化，繼而導致機體產(chǎn)生不良反應。有研究通過盲腸結扎和穿刺的方法制作豬的膿毒癥模型，在ECMO支持下觀察豬的血液與氧合器接觸后，是否會形成血凝塊以判斷氧合器的生物相容性[15]。這個模型可用于檢測和探索生物相容性更好的膜式氧合器，為接受ECMO支持的患者預防凝血和血栓等并發(fā)癥開拓新思路。研究發(fā)現(xiàn)，通過鹽水反復支氣管灌洗合并有害通氣誘導的豬ARDS模型，可通過靜脈-靜脈（Veno-Venous，V-V）ECMO成功救治，體外支持時間長達24 h并顯著改善其生存率[16]。雖然這些研究都為臨床難題的解決開拓了思路，但是仍然存在無法大批量復制實驗的問題。因此，開展小動物實驗成為必然的發(fā)展趨勢。然而，在小動物ARDS模型中，結合ECMO支持的研究較少，最近，有研究發(fā)現(xiàn)敲低巨噬細胞YTHDF1基因對ECMO支持下的重癥膿毒癥大鼠的免疫反應和機體有保護作用[17]。也有研究使用3D打印的模擬氧合器建立并評估了新型大鼠ECMO支持模型[18]。此外，大鼠的ECMO支持模型在心臟驟停和缺血再灌注損傷研究中也發(fā)揮著重要的作用[19-20]。但是關于ECMO支持的小動物ARDS模型研究很少，只有早期一項研究表明在LPS誘導的大鼠急性肺損傷早期進行ECMO支持干預，對肺臟有保護作用[21]。

4 ECMO支持下的ARDS動物模型的局限性

4.1 重度ARDS動物模型標準不統(tǒng)一動物模型是推進生物醫(yī)學領域研究的關鍵，通?；谀撤N疾病提出的新假設和干預措施，首先可以利用動物模型進行臨床前實驗，以檢驗是否可以成功應用于臨床。因此，如何建立一種有效的動物模型，更好的反映臨床問題，完成醫(yī)學轉化，將是未來研究的重點。臨床上，根據(jù)柏林定義和診斷策略，ARDS分為輕度、中度和重度三級標準，這個標準可用于判斷ARDS患者的病情嚴重程度，并根據(jù)ARDS分級選擇不同的治療策略：當呼氣末正壓（Positive End-Expiratory Pressure，PEEP）或持續(xù)氣道正壓（Continuous Positive Airway Pressure，CPAP）≥5 cmH2O，氧合指數(shù)PaO2/FiO2<100 mmHg時為重度ARDS，此時需要ECMO支持[22]。在臨床上，這是一個明確的標準，但是在動物模型中，很少有研究根據(jù)上述公式計算的氧合指數(shù)標準來定義重度ARDS動物模型，在過去的研究中，只有少量研究針對氧合指數(shù)小于100 mmHg的肺損傷動物模型[23-26]。目前ARDS模型主要依據(jù)炎癥反應，肺組織病理學改變和毛細血管通透性的變化等指標判斷肺損傷嚴重程度，因此無法模擬臨床情況判斷動物模型是否符合重度ARDS標準，是否需要ECMO支持。因此，未來的模型，特別是那些在ECMO支持下用于評估ARDS疾病干預措施的動物模型，應該以復制有臨床意義的肺損傷指征為目標[27]。

4.2 實驗研究對象單一且造價昂貴目前已經(jīng)有學者在ARDS動物模型中開展ECMO支持研究，油酸輸注和脂多糖輸注是誘導ARDS的最常見手段，進行ECMO支持的ARDS動物模型實驗中，豬是主要的研究對象，大動物模型如豬因其體積大，循環(huán)血量多，心血管系統(tǒng)及皮膚與人類接近等原因，更適合ECMO支持的人類疾病和臨床前轉化研究，但存在造價昂貴，手術復雜，耗時長等缺點，不利于進行大批量成規(guī)模的研究和致傷機制的探索。因此，在ARDS動物模型中開展ECMO支持研究所用動物可以更多地采用小動物，不應該只有單一的大動物。因為小動物與大型動物相比更具有優(yōu)勢：如小動物比較廉價易得，操作簡單方便，可以更快地進行批量實驗，還可利用基因敲除技術開展相關信號通路以及作用機制的研究，使用大型動物無法使用的多種分析和成像技術等，但目前ECMO支持下的ARDS小動物模型鮮有研究報道[28]。這提示我們要更多地利用如大鼠等的小動物，即探索和建立ECMO支持下的ARDS小動物模型，才能更快地找出ARDS疾病中ECMO支持下并發(fā)癥的解決辦法。

4.3 ECMO運行時間短在ECMO支持的ARDS模型中，延長ECMO運行時間將有助于觀察受損肺組織的修復規(guī)律，并從體外支持中探索更好的撤機方法，提高ARDS患者體外支持后的成功率和生活質量。但現(xiàn)有的研究，用于ECMO支持的ARDS模型持續(xù)時間相對較短，一般都在24 h內，只有少數(shù)動物模型運行至24 h[16,29-30]，一方面是因為血液與管路長時間接觸會導致血栓和炎癥反應，將導致管路活動、靜脈堵塞，繼而加重肺損傷；另一方面，可能由于大型動物實驗研究的工作強度和成本較高，難以長時間維持ECMO運行。若未來能解決小動物循環(huán)血量少而難支持較長時間的問題，采用ARDS小動物模型（如大鼠）建立ECMO支持研究，能很大程度上節(jié)約經(jīng)濟成本，可進行批量實驗，也降低了工作強度，將可延長ECMO運行時間。

4.4 未進行保護性肺通氣在ARDS疾病模型中，ECMO支持前仍需要進行保護性肺通氣，這將對后期肺組織修復產(chǎn)生重要的作用。已有研究證實ARDS患者需要進行低潮氣量的肺保護性通氣[31]，但在基礎研究中，很少有動物模型在ECMO運行之前實施肺保護性通氣策略，僅有個別研究實施保護性通氣策略[32]。許多研究設定潮氣量超過8 ml/kg，這將會影響ECMO的救治效果[28]。研究表明，機械通氣在ARDS患者救治中非常重要，但同時也可加重肺損傷。因此，ECMO支持下的ARDS動物模型應采用保護性肺通氣策略，根據(jù)動物類型設置潮氣量，減少機械通氣對肺的損傷，從而更好地探索ARDS疾病中肺修復規(guī)律和治療策略。

5 總結與展望

ARDS作為常見的臨床危重癥，尋找有效的治療方法和改善患者預后一直是臨床研究的目標。目前，ECMO療法已經(jīng)取得了一定的效果，但仍存在大量的術后并發(fā)癥，需進一步完善相關研究。ECMO支持下的ARDS動物模型為該課題研究開辟新道路，但是該模型研究并不多，其可能的原因是： ECMO相關體外循環(huán)技術并不成熟，只有少量大動物模型可進行體外循環(huán)研究，無法大批量復制實驗；目前建立的重度ARDS疾病動物模型尚不完善。

因此，我們應該進一步探索、建立ECMO支持下的ARDS小動物模型進行相關的研究，統(tǒng)一重度ARDS動物模型的標準，延長ECMO運行時間，同時注意肺保護性通氣策略，從而為ARDS疾病研究提供更適合大批量開展實驗且符合臨床需求的動物模型。隨著ECMO相關科學研究的深入和技術的創(chuàng)新，期待未來能通過大量的動物實驗研究探索新的有前瞻性的治療方向，為ARDS患者的臨床治療提供更好的方案。