烧伤动物模型建立方法的研究进展

杨 星 张海博 李惠斌

（1. 潍坊医学院临床医学院，山东 潍坊 261053；2. 临沂市人民医院烧伤整形科，山东 临沂 276000；3. 滨州医学院临床医学院，山东 滨州 264003）

烧伤泛指由热力（热液、蒸汽、高温气体、火焰、炽热金属等）、电流、化学物质、放射线等因素导致的皮肤组织损伤。对烧伤病理生理变化及烧伤诊疗新方法的研究，烧伤治疗新药品、新材料、新设备的研发等都离不开烧伤动物模型实验。研究烧伤的理想的模型动物，是在解剖结构和生理功能上与人类接近的动物。目前用于烧伤研究的动物模型多种多样，热烧伤、化学烧伤、电烧伤以及放射性烧伤的动物模型的建立技术已较为成熟。为了得到较为精确的研究数据，了解烧伤动物模型的优点和局限性至关重要。本文对烧伤动物模型建立方法及其特点综述如下。

1 常用于制备烧伤模型的动物及其皮肤组织结构特点

用于制备烧伤模型的动物主要有小鼠、大鼠、豚鼠、兔、犬和猪等哺乳动物，其中小鼠、大鼠、兔最为常用[1]。灵长类动物的皮肤结构、免疫系统与人类高度相似，可用来研究烧伤相关炎性细胞因子以及免疫反应的变化，但因价格昂贵而且受到严格的伦理学制约，用于烧伤动物模型相对较少。

1.1 小鼠 虽然小鼠的皮肤包含了人类皮肤的主要结构层次—表皮和真皮，但这些组织与人类的皮肤有显著的组织学和生理学差异。例如，老鼠的表皮和真皮比人类更薄；人类表皮和真皮交界处呈波浪状，在小鼠则呈扁平状，两层结构相对平行排列；小鼠的皮肤具有特殊的肌纤膜(一种薄薄的骨骼肌层，人类只在颈阔肌中发现类似结构)[2]；小鼠主要通过伤口收缩促进创面愈合，其皮肤毛囊中富含祖细胞，可以促进上皮角质化，有利于创面的快速愈合，一般无瘢痕形成[3]。有研究发现，小鼠皮肤组织受到深度创伤后2 ～3 d，在真皮深层就有新生毛囊出现[4]。因为小鼠皮肤结构的特点，其模型适用于烧伤创面修复、瘢痕发生的机制与预防、治疗方法的研究。

1.2 大鼠 大鼠的许多系统、器官与人类具有相似的生理和病理特征，如大鼠的皮肤同样由表皮和真皮组成。然而，大鼠被归为“皮肤松弛动物”，与人类相比，大鼠的皮肤具有弹性，且对皮下结构没有很强的依附性，使大鼠烧伤模型更适合应用热液/蒸汽致伤而非热金属固体诱导，以免造成烧伤深度的差异；大鼠的创面愈合方式与小鼠一致，具有相似的皮下肌纤膜，通过伤口收缩和胶原形成来促进皮肤愈合[5-6]。Zuo 等[7]研究发现，大鼠背部皮肤缺乏汗腺，但是脂肪穹窿和皮肤圆锥都存在，利用此结构特点可以研究烧伤增生性瘢痕。大鼠对炎症反应比较敏感，因此更多地被用于烧伤吸入性损伤、烧伤休克与烧伤感染的研究，而且大鼠成本较低，所以受到许多研究者的青睐。

1.3 猪 猪皮的解剖和生理结构与人类相似。猪的表皮和真皮很厚，且皮肤更牢固地附着在皮下组织结构上，皮肤组织中没有肌纤膜结构。猪真皮中血管的大小和分布与人皮肤组织中的血管相似，且猪的胃肠结构、营养代谢等与人的差异也不大，可以用来作为研究烧伤应激导致体内循环、消化等功能障碍的动物模型[8]。猪皮中提取的胶原蛋白较少引起人免疫排斥反应。由于猪皮组织诸多生化特性和人类皮肤类似，所以猪皮及其相关产品常被作为异种敷料用于烧伤患者的创面治疗。重要的是，猪和人的皮肤都是通过上皮化来修复创面[3]。这些特性使得猪非常适合用于烧伤动物模型的制作。但是相较于鼠和家兔等动物，猪的成本更高、体型较大、操作更困难，因而多数研究还是选择低成本、易操作的鼠、家兔等动物。

1.4 兔 兔皮下组织较为疏松，皮肤松弛度较大。兔在能量代谢方面与人类具有一定的相似性，兔在热损伤后会出现静息能量消耗水平升高，这是烧伤患者的一个典型代谢特征。所以在早期兔作为动物模型可用来研究能量代谢及其病理改变[9]。由于兔眼睛接近人眼大小，便于操作、观察，且兔性情温顺，模型成本低，近年来学者多采用兔动物模型研究角膜的化学烧伤[10]。

1.5 犬 犬的皮肤结构与人类有相似之处，局部皮肤血管解剖也与人类相近，容易监测血流动力学变化，犬动物模型适用于研究烧伤后机体内血流动力学的变化[11]；但是犬类皮肤较人类偏薄，且汗腺结构与人类有较大差异，比如犬汗腺不发达，且多分布于爪垫[12]。因为犬类容易驯服，20 世纪末和21 世纪初研究者们常应用犬类（如比格犬）制备烧伤动物模型。近年来因为受伦理学制约，以及犬类成本昂贵，已逐渐摒弃犬类作为烧伤动物模型。

2 烧伤动物模型的制作方法及进展

2.1 麻醉 制备动物模型时一般选择全身麻醉，包括吸入性麻醉和非吸入性麻醉。吸入性麻醉剂常用氟烷/醚类，小型动物多采用面罩吸入麻醉，体型较大的可以进行气管插管吸入麻醉。非吸入性麻醉是用麻醉药物腹腔注射（小型动物）或静脉注射（兔、猪等大中型动物），盐酸氯胺酮、异戊巴比妥钠、丙泊酚等较为常用[13]。

2.2 致伤前准备 动物根据实验需要在制备模型前禁食、禁水。鼠、兔、犬等动物致伤前需要脱毛备皮，方法有化学脱毛和物理备皮。化学脱毛是在剪刀剪去表皮长毛后在致伤区域涂抹硫化物制剂（如硫化钠溶液）进行脱毛。其缺陷，一是由于脱毛剂对皮肤毛囊可能产生影响，所以需在脱毛24 h 观察有无组织损伤，再进行致伤处理；二是含硫化物的脱毛剂多有刺激性气味。采用电动剃毛刀进行物理备皮可避免皮肤损伤[14]。

2.3 致伤

2.3.1 热力烧伤

2.3.1.1 热水烫伤法 热水烫伤法是使动物拟致伤区接触恒温热水，通过控制诱导时间及水温造成不同深度烧伤。Borman 等[15]将纱布浸入100 ℃沸水后贴于大鼠腹部4 s、8 s，可分别造成浅Ⅱ度和深Ⅱ度烧伤创面。由于纱布能随着皮肤的弧度与其紧紧贴合，可使整个创面的烫伤程度相同。此方法操作简便，但是随着热液流淌，烧伤面积易偏大，且热水纱布降温快，致伤温度易偏低，现在使用较少。王年云等[16]研制了可控喷吸水烫伤装置，热水通过不同面积的喷吸水杯口装置不断流经致伤部位并随即被负压吸走，不仅烧伤面积得到控制，还可以反复操作。中华中医药学会于2017 年提出《烧（烫）伤动物模型制备规范（草案）》[1]，指出将固定后的动物拟烫伤区域浸入恒温水浴锅热水中可获得不同烧伤深度动物模型（见表1）。此法水温容易控制、致伤受热均匀、烫伤深度受时间控制、可重复；缺点在于烧伤面积不好控制，麻醉效果要求较高。王曌华等[17]将方法改进，通过有孔木板，将小鼠背部脱毛区浸入100 ℃水浴锅中8 s，致小鼠背部Ⅲ度烧伤，此方法可以通过改变木板洞口大小调整烧伤面积，又可避免致伤区周围皮肤组织受到热蒸汽损伤。

表1 热水烫伤法致伤各种动物模型比较

用热水烫伤法制作不同深度烧伤模型的方法是通过控制液体温度和作用时间实现的，因烧伤部位无焦痂形成，更方便观察；但是热液对致伤区无压力作用，且液体诱导温度多低于100 ℃，如需制作更高温度的烧伤模型就需要采用蒸汽或固体诱导，影响因素除时间及温度外还有压力。

2.3.1.2 蒸汽烫伤法 王年云等[18]研制控温控压蒸汽烫伤仪，蒸汽压力0.03 MPa，蒸汽温度分别为106 ℃、107 ℃，致伤SD 大鼠5 s、8 s，造成大鼠背部深Ⅱ、Ⅲ度烫伤；致伤健康杂种犬3、6、10 s，可分别造成腹部浅Ⅱ、深Ⅱ、Ⅲ度烫伤。冯小艳等[19]将美容喷雾机改装成蒸汽烫伤装置，用90 ℃恒温蒸汽分别诱导2、3、4、5 s，可以分别造成新西兰白兔耳背浅Ⅱ度、深Ⅱ度、Ⅲ度、Ⅳ度烧伤。童亚林等[20-21]又将烫伤仪改进，研制出调压调温自动气烫仪，设定不同压力、温度可造成不同烧伤深度创面，应用较广泛。杨子微等[22]将小鼠备皮区置于95 ℃恒温水浴箱蒸汽口上端10 cm 处10 s 获得深Ⅱ度烧伤模型。

蒸汽烫伤法一般装置容易自制，简单易操作，增大蒸汽压力可以提高致伤温度，制作深度创面更加快捷，但是致伤面积随蒸汽漫延难以控制，一般偏大。此法多适用于高温高压蒸汽烧伤模型的建立。

2.3.1.3 热金属烫伤法 热金属烫伤法是使用热金属接触致伤部位，通过控制金属体温度、金属与皮肤接触时间和压力，造成不同深度的皮肤损伤。Sevitt[23]利用中空铜柱连接恒温水浴锅进行加热，将热铜柱贴于动物背部固定进行致伤。刘毅等[24]研制的恒温恒压电烫仪采用不同规格的黄铜作为烫头，温度80 ℃、以烫头自身重量(0.5 kg)作为致伤压力作用于小鼠致伤区5 s、8 s、12 s，可获得不同面积的浅Ⅱ度、深Ⅱ度和Ⅲ度烧伤创面。许若山等[25]利用100 ℃铜锭垂直作用于小香猪背部60 s 导致Ⅲ度烧伤。应用恒温恒压电烫仪以不同致热温度致伤各种动物模型10 s 可造成各种深度烧伤创面（见表2）[1]。Shukla 等[26]自制的可快速建立烧伤动物模型装置，由不同表面积的可控温金属探针和温度传感器构成，可以制作小鼠烧伤动物模型。

表2 恒温恒压电烫仪致伤各种动物模型10 s 时温度与烧伤深度的关系(℃)

恒温恒压烫伤仪致伤温度、烫头压力以及时间可控，不同大小烫头造成不同烧伤面积，便于操作。缺点是小鼠体积较小，背部不平坦，金属烫头致伤容易导致局部压力不均。兔类皮下组织较疏松、皮肤较松弛，使用此方法致伤兔时皮肤与皮下组织易产生滑动，容易出现受热不均、烧伤面积及深度差异。此法适用于高温烧伤、热压伤等研究的模型制作。

2.3.1.4 电光源烧伤法 利用溴钨灯、电炉等电光源照射可致烧伤。利用电影回光灯具配合卤钨灯泡或利用2 kW 溴钨灯照射大鼠或犬背部不同时间，可致不同程度烧伤[27-28]。电光源烧伤法操作简便，经济卫生，可重复，可利用屏蔽挡板控制致伤面积，缺点是烧伤深度不易把握，电压波动、致伤区平坦与否等因素都会影响创面深浅，所以逐渐被放弃。

2.3.1.5 火焰烧伤法 火焰烧伤法是将凝固汽油、磷粉、闪光粉等可燃物质涂抹在动物拟致伤区皮肤上直接燃烧来制备烧伤创面。利用闪光粉（硝酸钾20.25 g、硝酸钼60.75 g、镁粉28.5 g、铝粉40.5 g 混合制成）诱导致伤健康成年犬，100、150、300、400 g 闪光粉可分别导致犬15%总体表面积（total body surface area，TBSA）浅Ⅱ度烧伤、20%TBSA 深Ⅱ烧伤、25% TBSA Ⅲ度烧伤、30% TBSA Ⅲ度烧伤[1]。唐颜苹等[29]用3%凝固汽油涂抹在小型猪背部点燃，燃烧15 ～20 s 就可以造成浅Ⅱ度～ 深Ⅱ烧伤，燃烧大于25 s 造成深Ⅱ～Ⅲ度烧伤。张文华等[30]将凝固汽油涂抹在比格犬背部备皮区，燃烧30 s 可导致犬全层皮肤烧伤。火焰烧伤法的烧伤程度常由燃烧时间控制，一般燃烧10 s 引起浅Ⅱ度烧伤、15 s 导致深Ⅱ度烧伤、30 ～40 s 造成Ⅲ度烧伤。此方法具有易操作、烧伤深度与燃烧时间成正比的优点；缺点与电光源烧伤法类似，致伤过程中需要防火材料覆盖保护其他部位，以此控制烧伤面积，而且燃烧温度和均匀程度不好控制，存在安全隐患[3]，另外，燃料会污染烧伤创面。此法现在多适用于猪、犬等大型动物模型研究火焰烧伤导致的创面及脏器功能病理生理改变。

2.3.2 电烧伤 谭红等[31]自制电烧伤装置，以500 V、50 Hz 交流电对大鼠小腿皮肤电击1 s，造成Ⅲ～Ⅳ度烧伤创面。蒋南红等[32]将两电极分别置于大鼠踝部、臀肌处，以1 000 V 电压电击0.2 s，造成电极板连接处皮肤Ⅲ～Ⅳ度电烧伤创面。将家兔一侧小腿和臀部剃毛后各放置一块1.5 cm×3.0 cm 铅电板，将2 个电极用导线连接于2 A 熔丝及双联闸刀开关，接220 V 电源，通过控制合闸时间长短可造成下肢和臀部不同程度电烧伤[1]。张庆富等[33]在研究电烧伤后大鼠微循环及炎症反应变化时，采用2 kV 高压电诱导大鼠3 s 制备电烧伤动物模型。

因为机体各组织电阻不同（骨、肌腱电阻较高，神经、血管电阻较低），电烧伤后组织损伤程度和损伤平面存在较大差异，呈现“外浅、内深”的特点，所以其严重程度的评价除了依据皮肤、肌肉及其他软组织的损伤外，还需要其他辅助检查措施如彩超、血管造影等对血管损伤进行评价[31]。

2.3.3 放射性烧伤 曹卫红等[34]采用60Coγ 射线照射Wistar 大鼠皮肤50 Gy 来制备放射性烧伤动物模型。冉新泽等[35]利用60Coγ 射线对Wistar 大鼠照射12 Gy 后用5 kW 溴钨灯在距离鼠背70 cm 处辐射大鼠25 s，获得30%TBSA Ⅲ度放射烧伤复合创面。在放射、烧（烫）伤复合实验研究中常选大鼠、犬而不选小鼠、家兔制作动物模型，因为小鼠、家兔在射线照射后常引起休克、多器官功能衰竭而死亡[1]。李晓明等[36]用X 线直线加速器产生的X射线对小香猪背部照射不同剂量，发现20 Gy 射线制备的皮肤全层损伤更能真实模拟放射性损伤创面。目前放射性损伤动物模型多采用60Coγ 射线致伤，但因γ 射线强大的穿透力会诱导小鼠多器官衰竭而死亡，因此小鼠放射性损伤模型照射剂量要少。王慕等[37]用60Coγ 射线6 Gy 小剂量全身辐射建立了小鼠放射性损伤动物模型。此法动物无需接触致伤源，在麻醉或清醒状态下均可操作。不足之处是难以保持动物拟烧伤区的平坦，而且需要严格的安全防护。

2.3.4 化学烧伤 化学烧伤的致伤机制比较特殊，临床上常用的烧伤深度判断标准并不适用。将浸入过6 mol/L 盐酸溶液的纱布贴敷于动物脱毛区40 s 可造成深Ⅱ度酸烧伤创面；同样将纱布浸润于2.5 mol/L 氢氧化钠溶液后致伤60 s 可致皮肤深Ⅱ度碱烧伤[38]。此方法优劣类似火焰燃烧法。动物角膜化学烧伤模型的制备多采用滤纸片浸润酸性/碱性溶液后放于动物角膜处致伤。白军强等[39]分别用1 mol/L 硫酸和0.15 mol/L 氢氧化钠滤纸贴附于小鼠中央角膜来制备急性角膜酸、碱烧伤动物模型。王健等[40]将浸润有1.0 mol/L 氢氧化钠溶液的滤纸覆于兔角膜处1 min致伤制备兔角膜碱烧伤动物模型。

2.3.5 吸入性损伤 吸入性损伤模型通常是利用发烟材料燃烧产生烟雾，由实验动物经口鼻吸入致伤。国外多采用呼吸机辅助将烟雾灌入兔肺内制作兔烟雾吸入性损伤模型，动物吸入烟雾的成分及剂量精确易控制，对肺的损害评估较为合理。但是致伤时如果烟雾的量过大或经过呼吸机进烟过快会诱发动物呼吸道难以耐受而死亡，而且动物需要麻醉、气管插管或切开。马彦波等[41]自制烟雾吸入性损伤装置，以橡塑材料为发烟物质制作了新西兰大白兔吸入性损伤动物模型。崔正军等[42]自制发烟室与致伤室一体的简易致伤设备，适用于中、小规模的实验。李佳等[43]利用发烟罐和自制烟雾致伤实验设备成功制备了大鼠吸入致肺损伤的动物模型，用于观察大鼠吸入性损伤后肺功能和肺组织病理改变。刘欣健等[44]利用松木屑发烟，以55 ～70 ℃温度烟雾持续致伤大鼠7 min 成功制备吸入性损伤动物模型。这些制备方法均不需要麻醉、气管切开等伤前处置，省力省时、简便实用。

2.4 烧伤休克、感染/脓毒症动物模型 烧伤休克、脓毒症乃至多器官功能衰竭多见于重度烧伤。对于此类动物模型，小鼠因体型太小、死亡率偏高较为少用，多选用大鼠、兔、犬、猪等体型较大动物。一般采用上述致伤方法造成动物30%～40% TBSA Ⅲ烧伤，伤后延迟补液制备烧伤休克动物模型[45-46]。烧伤感染脓毒症动物模型目前多采用动物烧伤创面涂抹或腹膜内注射铜绿假单胞菌、盲肠结扎穿孔诱导方式建立[47-48]。

总之，选择合适的烧伤动物模型主要取决于实验目的、实验条件和实验成本等实际问题。模型建立没有统一标准，动物体型差异容易导致致伤面积不够精确，烧伤深度也根据动物品种差异无法达成一致，需要“个体化致伤”，结合创面情况、病理检查等明确烧伤深度。现有的制备烧伤脓毒症动物模型方法较少，模型难以符合人体烧伤脓毒症病因及机体炎症反应表现，需要进一步研究探索。