综合性、设计性炎症实验教学改革的构建与思考

姜文霞 赵 燕 杜逸峰

1 上海健康医学院临床医学院，上海市 201318； 2 同济大学医学与生命科学实验教学中心 200092

目前，基于医学形态学实验之炎症实验内容丰富，大多数医学高校和学院使用传统的演示性和验证性实验手段。本实验进行综合性、设计性和探究性实验改革，激发学生兴趣，探索分层次的实验教学举措，嵌入操作性实验技能，结合线上线下的实验教学平台，来促进学生自主性实验、动脑动手，更好地培养学生不仅有效地掌握理论知识，更锻炼实验操作能力。

1 炎症实验教学改革的理念和设计思想

炎症实验项目涉及的理论知识点包括：炎症的基本病变有三种：变质、渗出和增生。变质指炎症局部的组织细胞发生的变性和坏死，有细胞水肿、脂肪变性、细胞凝固性坏死和液化性坏死等细胞变质性改变；还有黏液样变性和纤维素样坏死等间质变质性改变；主要认识炎症的各类细胞，有急性中性粒细胞、慢性淋巴细胞、过敏反应嗜酸性粒细胞等。渗出指血管内的液体成分、蛋白质及各种炎细胞从血管进入组织间、体腔、体表和黏膜表面的过程，渗出是炎症最具特征性的改变，包含：血管口径改变和血流量增加(炎性充血)；血管通透性增高(炎性渗出)；白细胞游出和聚集(炎性浸润)。增生指在致炎因子、组织坏死的崩解产物或某些理化因子的刺激下，炎症局部的巨噬细胞、血管内皮细胞和成纤维细胞等均可增生，属于细胞和间质细胞的增生，具有限制炎症扩散和修复的作用。

炎症局部聚集的白细胞能有效杀伤病原微生物，白细胞的渗出构成炎症防御反应中及其重要的一环。因此，认知各种白细胞/炎症细胞是掌握炎症最重要的特征。

以往验证性实验主要认知炎症基本变化中变质的变性坏死与急性炎症细胞；渗出的各种急性炎症细胞和浆液性纤维素性渗出液；增生性炎症的肉芽肿性病变和慢性炎症细胞等，学生仅停留在验证性认知和观察水平，通过显微镜或电脑图片观察各种细胞形态特征，只能依靠单纯记忆，不能举一反三，容易遗忘。精品实验设计思想从综合性和设计性入手，实验内容从探索数码医学图像分析系统的医学分析模块中的体视学形态定量分析测量炎症区及区别各种炎症细胞；再通过基础科研免疫组化实验，进一步明白炎症相关因子IL-1β和TNF-α的炎症损伤作用[1]。使以往的验证性实验从只停留在动眼的层次上，转向动手、动眼、动脑的设计性和综合性实验，提高实验教学质量。

2 炎症实验教学改革的实施

2.1 实验教学前的预习、引导及准备工作 应用中英文PPT课件，改进炎症的实验大纲、实习指导及实验计划书等作为实验教学前的预习、引导及准备工作；实验班分组轮转炎症实验的三个模块：(1)数字化与实体化的标本与切片形态结构认知；(2)体视学形态定量分析炎症细胞；(3)操作免疫组化实验，检测炎症组织中的炎症细胞因子。同时，注重实验教学过程中氛围的营造[2]，学生积极性的调动，实践能力的锻炼，创新意识的培养，探究性思维的启发。

2.2 数字化与实体化的标本与切片形态结构认知实验 根据理论知识点，基于传统的显微镜下组织切片认知以及大体标本实体认知，从炎症的基本病理变化，到炎症局部的组织细胞发生的变性和坏死。一系列的病变中，主要认识炎症的各类细胞。同时，紧扣大纲知识点，识别炎性渗出的液体成分、蛋白质以及各种炎症细胞从血管进入组织间、体腔、体表和黏膜表面的过程。同时辅以线上“形态学数字化教学平台”中的大体数字标本来拓展学生举一反三的实验教与学体验，包括360°全景影像数据，让数字标本进行旋转、放大，并可以进行测量和标注的病理学数字化大体标本，采用动态预聚焦(DPF)方式扫描，其精度可达0.23μm/pixel(40×)高分辨率模式，学生可随时随地对大体和显微切片任何区域进行观察，在鼠标操纵下选择切片任意位置完成无极变倍连续缩放浏览，并提供切片全景导航，使高倍镜下的图像与低倍镜下的位置形成良好对应，资料传输不受时间和空间的约束。如阑尾炎数字大体标本图所示(图1、2)。

在实验教学过程中构建形成性评价与反馈体系，使用“形态学实验操作评价互动系统”，使老师动态检测实验教与学效果，学生随时随地了解自身的实验学习效果，给予实验教学过程的形成性和即时性评价。

图1 阑尾炎大体数字标本放大

图2 阑尾炎大体数字标本进行旋转

同时，建立炎症相关的数字化考试切片数据库[3]。实验考试时，随机抽取数码切片，学生写出组织切片诊断内容，例如阑尾炎[4]数码切片从低倍全景到高倍细节(图3、4)。

图3 数码切片—阑尾炎低倍

2.3 应用Motic Med 6.0数码医学图像分析系统的医学分析模块——体视学形态定量分析测量炎症区 选择阑尾炎肌层的中性粒细胞分布区作为观察检测视场，随机选择组织切片中的10个高倍镜视野(200×)来进行分析测量。根据目标总个数、目标总面积、统计场面积、面密度、数密度、周密度等指标，可对多幅图像的分析结果自动合并统计二维和三维体视学多项结构参数和光密度参数测量炎症区。学生从以上分析测量中，不仅从数码切片细胞形态上认知和识别炎症细胞，还可通过体视学形态定量分析提供测量和统计出的一系列参数，来甄别中性粒细胞的真伪，只有选中的细胞才能计算各种数值，从数值的比较上来即时性确定不典型炎症细胞，加强学生掌握炎症细胞的形态学结构与特征，使学生在二年级开始接触初级科学研究方法的医学图像测量分析方法，开启数据研究思维，通过镜下选定目标炎症区，根据步骤，完成分析报告并打印。

2.4 免疫组化检测炎症因子实验 炎症最明显的一个主要症状是发热，发热是外源性和内源性致热原共同作用的结果。细菌产物等外源性致热原，可以刺激白细胞释放内源性致热原，例如白细胞介素1(IL-1)和肿瘤坏死因子(TNF)。IL-1主要由炎症的中性粒细胞和巨噬细胞产生，是一种调节自然免疫的细胞因子，可通过活化其他炎症介质，如前列腺素、白三烯和血小板活化因子等损伤组织。

TNF-α是炎症时最早升高的细胞因子，并起到了核心作用，其主要由单核细胞产生，是重要的炎症介质。TNF-α不但激活自身，还能促进其他因子(如血小板活化因子、一氧化氮、氧自由基等)的产生，引起白细胞活化和细胞黏附分子上调以及大量其他递质爆发等一系列连锁反应和放大反应，造成这种不可逆的促炎症递质刺激物大量释放以及效应细胞的活化，即“瀑布样效应”，最终导致重症患者发生全身炎症反应综合征(SIRS)和多器官功能障碍综合征(MODS)。

炎症实验教学不仅要从炎症细胞的形态上认识，更要从本质上、分子蛋白水平更深刻地认识。加入基础形态学免疫组化实验，开创学生动手实验操作技能，更早地接触基础科研抗原抗体免疫复合物检测基因蛋白的免疫组化实验，完成实验报告，有助于学生创新意识的培养和探究性思维的启发。

分别使用Affinity公司对人、小鼠、大鼠反应的多克隆兔抗体IL-1β和TNF-α，对阑尾炎肌层内的急性炎症细胞做定性实验。实验步骤从脱蜡及水化→震荡清洗→阻断酶活性→抗原热修复→滴加封闭液→滴加抗体→滴加辣根酶标记链霉卵白素→DAB溶液显色→苏木素—伊红复染→分化→脱水→透明→中性树胶封片→镜下观察。其中，“震荡清洗”需要用0.1MPBS缓冲液连续震荡清洗3次，且在“阻断酶活性”后、“抗原热修复”后、“滴加抗体”后、“滴加辣根酶标记链霉卵白素”后、“DAB溶液显色”后都必须进行“震荡清洗”。另外，需要注意的是，苏木素—伊红复染浸泡的时间根据染色的结果进行调整，切片分化需在镜下观察，若分化过度，应水洗后重新染色，若分化不足，应依具体情况延长分化时间。实验中的操作细节也提高了学生基础科研实验的操作技能基础。

实验结果免疫组织炎症细胞因子阳性表达判定：光学显微镜视野下，IL-1的阳性表达结果为细胞浆以及炎症基质中出现棕黄色异染性颗粒，TNF-α的阳性表达结果为细胞浆中出现棕黄色异染性颗粒(图5、6)。

图5 IL-1阳性表达细胞浆(400×，1∶100)

实验结束后，学生完成实验报告，包括实验原理、实验现象、实验步骤、结果与分析、实验总结以及提出实验问题。

2.5 构建炎症“小微课群” 梳理炎症纵向知识结构从病因学、发病机制、病理改变与临床联系。从临床疾病学有急性炎症、慢性炎症等；从知识点有变质性炎、浆液性炎、纤维素性炎、化脓性炎、出血性炎、一般慢性炎、各种特异性肉芽肿性炎等；从机制有炎症介质、趋化作用、补体系统等，纵横交错，结合炎症细胞的特征，以“小微课群”串联知识点嵌入实验教学中。

3 炎症实验教学改革的效果与评价

炎症实验的设计以综合性和操作性为特色[5]，优于以往单纯的演示性和验证性实验手段，将学生仅依靠单纯记忆、容易遗忘的靠眼看的实验，转变为分析性、探索性、操作性实验，同时结合线上线下的数码切片的形态学综合实验。首先，学生在巩固炎症理论知识点的基础上，对炎症的基本病理变化，在实验观察中有了感性认识：急性炎症以中性粒细胞为主；慢性炎症以淋巴细胞、浆细胞为主；过敏性反应以嗜酸性粒细胞为主；慢性肉芽肿性炎症以巨噬细胞、上皮样细胞及慢性炎症细胞为主等。通过数码医学图像分析系统的体视学形态定量分析测量炎症区的不同细胞，更加直观认识各种炎症细胞。第二，通过动手操作免疫组化实验，对炎症的机制、炎症介质的作用等，不仅从基因蛋白水平认知炎症的本质，从理论上扎实了基础知识，更能通过实验原理、实验过程、实验步骤、实验结果分析、实验报告撰写等一系列的实验过程，锻炼了低年级医学生的实验操作和科研能力，实验中遇到的问题也激发了学生查文献、提高解决问题的动脑动手能力。第三，通过构建单个知识点的“小微课群”，学生随时随地应用移动端自由学习，结合线下实体炎症不同病变的大体疾病标本和显微镜下组织切片的实验，辅以“形态学数字化教学平台”的数字大体标本全景影像数据，进行旋转、放大观察，同时，在鼠标操纵下选择切片任意位置完成无极变倍连续缩放浏览，提高了学习自主性，达到了高效、主动、积极的学习效果。第四，不断积累改进中英文课件，改进炎症的实验大纲、实习指导及实验计划书，建立炎症相关的数字化考试切片数据库。实验考试时，随机抽取数码切片，让学生写出组织切片诊断内容，杜绝了实验考试交头接耳的弊端，提高实验教学质量。同时，运用“形态学实验操作评价互动系统”反馈学生在实验中的问题，批改学生实验作业，使老师动态检测实验教与学的效果，使学生随时随地了解自身的实验学习效果，给予实验教学过程的形成性和即时性评价。实验考试成绩由形成性评价的实验过程占70%(体视学形态定量分析报告占30%，免疫组化实验报告占40%)，终结性评价的切片考试成绩占30%。在充分调动学习积极性的同时，也让学生达到大纲要求的知识点掌握程度。相比以往同类实验中仅单纯的大体标本和切片观察，学生反映设计性、综合性实验的手段丰富、有趣味性，运用“小微课群”的方式更加灵活，节约了实验中讲授的时间，同时，实验的考核注重实验思维和能力，对所需要掌握的实验要点更能达成目标。

4 结语

通过炎症实验教学改革推陈出新，医学生在初期不仅熟知相关理论知识点和显微镜下变质、渗出、增生的炎症基本病理变化以及各种炎症细胞的识别，更是探索与掌握这些炎症细胞对损伤组织的意义和机制，夯实了这部分知识点的掌握，同时培养了动手能力，在实验过程中，锻炼了实验技巧和过程设计以及实验报告的撰写能力。切实有效的提高实验教学质量和医学生的理论结合实践的能力，为培养复合型、高水平的未来卓越医师打下坚实的基础。