宫内生长受限兔模型中的胎儿超声心动图与脉冲波多普勒超声检查

摘要

我们采用VisualSonics VEVO 2100微型超声系统，在兔子宫内胎儿生长受限的手术诱导模型中，应用现代功能性胎儿超声心动图及胎儿-胎盘多普勒超声技术对胎儿心脏功能进行评估。

摘要

胎儿宫内生长受限（IUGR）可导致心脏功能异常，随着胎儿胎盘多普勒超声和胎儿超声心动图技术的进步，这种异常在产前即可被发现。目前，这些影像学方法在临床上正日益被用于评估心脏功能及胎儿整体健康状况。 在子宫内，从而为分娩时机的决策提供指导。在此，我们采用一种宫内生长受限（IUGR）的兔模型，以临床相关的方式分析心脏功能。通过异氟烷诱导麻醉，在妊娠第25天进行手术诱导IUGR：行剖腹术暴露双角子宫，随后结扎单侧子宫角中供应每个妊娠囊的40–50%的子宫胎盘血管。兔的另一侧子宫角则作为内部对照，保留正常血供。在术后恢复至妊娠第30天（足月）时，同一只母兔接受胎儿心脏功能检查。麻醉通过肌内注射氯胺酮和赛拉嗪诱导，并通过持续静脉输注氯胺酮和赛拉嗪维持，以尽量减少对胎儿心脏功能的医源性影响。再次行剖腹术暴露各个妊娠囊，随后使用微超声系统（VisualSonics VEVO 2100）进行胎儿心脏功能检查。胎盘功能不全的表现包括脐动脉多普勒波形中搏动指数升高，或舒张末期血流缺失或反向。随后检查静脉导管和大脑中动脉的多普勒血流。通过侧位和心尖位视图记录B模式、M模式及血流速度波形，进行胎儿超声心动图检查。离线分析计算标准M模式心脏参数、三尖瓣和二尖瓣环平面收缩位移、斑点追踪与应变分析、改良心肌做功指数以及目标血管的血流速度波形。因此，这一IUGR的小动物模型为研究 在子宫内 与当前临床实践一致的心脏功能评估方法，因此在转化研究环境中具有实用价值。

引言

胎儿宫内生长受限（IUGR）所致的心血管疾病负担不容忽视，其在先天性异常之后是导致死产的首要原因。¹ 宫内生长受限（IUGR）是指胎儿未能达到其生长潜能，通常由胎盘功能不全引起。² 在幸存者中，心血管健康问题贯穿整个生命周期，心肌功能障碍在婴儿期和儿童期即已显现^3,4 以及继发性高血压⁵糖尿病⁶以及成年后出现的肥胖——这些均是从出生开始累积的心脏病风险因素，最终可能导致缺血性心脏病的过早死亡。⁷

要更好地理解与宫内生长受限（IUGR）相关的心脏功能障碍的病理生理机制，并开发改善胎儿及出生后健康的心脏保护策略，建立动物模型以阐明母胎之间建立IUGR的通讯机制以及胎儿对底物供应减少的后续反应是十分必要的。在这方面，已有多种不同物种的模型被报道⁸。IUGR通常通过以下方式在动物中诱导：在啮齿类动物中采用低蛋白饮食造成母体营养不足⁹，在啮齿类动物和豚鼠中进行子宫血流的手术切除或结扎¹⁰，或在绵羊中阻断脐动脉血流¹¹。然而，显然目前尚无一种模型能够完全模拟人类IUGR的全部特征¹²。

在本项方法学研究中，我们采用了一种经过充分验证的兔子宫胎盘血管选择性阻断方法^13-16

方案

以下实验方案已获比利时鲁汶天主教大学鲁汶动物伦理委员会批准。我们采用先前描述的手术方法¹³，并进行了一些方法学上的改进，特别是在麻醉程序方面。

1. 诱导宫内生长受限（IUGR）

1. 经时间配准的妊娠兔（Dendermonde 与新西兰白兔杂交种）单只饲养于独立笼具中，采用 12/12 小时光照周期，自由饮水并饲喂标准兔粮 随意摄取 从妊娠18天开始。在妊娠25天时（足月约为31天），将家兔转移至手术室以进行宫内生长受限（IUGR）模型的手术建立。术前，使用随机化软件（GraphPad Software, USA）对双角子宫的家兔随机分配“实验”（IUGR）和“对照”子宫角。¹⁹样本量应由研究人员根据其具体研究问题，通过功效计算来确定。
2. 麻醉操作程序。
   诱导麻醉通过在后肢肌肉注射氯胺酮 35 mg/kg（Ceva Sante Animale，比利时布鲁塞尔）和赛拉嗪 5 mg/kg（Ceva Sante Animale，比利时布鲁塞尔）实现。随后通过吸入1-4%异氟烷（Isoba Vet；Abbott Laboratories Ltd.，英国肯特郡奎因伯勒）与氧气的混合气体维持麻醉。₂ 以 2 L/min 的流速给氧。将脉搏血氧仪（Nellcor N-20，Covidien，爱尔兰）置于产妇第二和第三足趾，持续监测心率和动....

结果

在图1F中，将通过子宫胎盘血管结扎术获得的非对称性生长受限胎儿及其胎盘与正常对照组胎儿和胎盘进行比较。非对称性生长通过新生儿出生体重降低以及头围与腹围比值升高得以证实。胎儿胎盘多普勒研究的代表性结果如图2所示。图中显示对照组胎儿具有正常的低阻力血流模式，表现为舒张末期正向血流。随着胎儿宫内生长受限（IUGR）中胎盘阻力进行性升高，舒张末期血流逐渐消失，继而出现反向血流。图3展示了健康胎儿大脑中动脉正常的高阻力多普勒波形，以及同一胎儿静脉导管中正向的a波。在IUGR胎儿中，可见静脉导管搏动指数升高，且a波发生反向。¹⁴ 随后在图4中展示了M型胎儿超声心动图的代表性结果。该侧位观可用于计算心室内径和容积，而心尖观则可用于计算三尖瓣环平面收缩偏移（TAPSE）和二尖瓣环平面收缩偏移（MAPSE）。图5展示了速度向量的斑点追踪技术及其生成的局部应变曲线，用于计算应变、应变率、位移和速度。

讨论

我们采用了一种先前已验证的方法，通过手术减少兔的子宫胎盘血流量以产生宫内生长受限（IUGR）^13-16，随后检测胎儿心脏功能¹⁴，以介绍VisualSonics VEVO 2100系统上可用的微超声技术及心脏功能分析方法。在小型动物模型中重现人类IUGR胎儿的胎儿胎盘多普勒血流变化，并结合近期描述的超声心动图技术对心脏功能进行检测，有望以具有临床相关性的方式推动胎儿心脏研究的发展。

小型动物模型通常依赖母体热量限制或低蛋白摄入⁹，但这些方法受限于无法模拟发达国家宫内生长受限（IUGR）的主要机制——胎盘血流减少。²⁷ 此外，大鼠双侧子宫动脉结扎手术虽有广泛报道，却难以稳定地诱导出胎儿生长受限。²⁸ 在本研究的兔胎儿模型中，我们通过脐动脉多普勒血流显示舒张末期血流缺失或反向（UA AREDF），证实了胎盘功能不全的存在，这与人类IUGR的超声影像表现一致。已有实验证据表明，该多普勒信号阻力升高反映了胎盘血管床下游血流阻力增加，是胎盘功能不全的典型特征。²⁹

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
氯胺酮	Ceva Sante Animale		http://www.ceva.com/en
赛拉嗪	Ceva Sante Animale		http://www.ceva.com/en
醋酸甲羟孕酮注射液	Pharmacia Upjohn
青霉素 G	Kela Pharma		http://www.kela.be
利多卡因	B Braun Medical		http://www.bbraun.com/
丁丙诺啡	Schering-Plough		http://www.merck-animal-health-usa.com/
异氟烷	Isoba Vet; Abbott Laboratories Ltd		http://www.abbottanimalhealth.com/index.html
爱惜康缝线	强生公司		http://www.ethiconproducts.co.uk/products/sutures
爱惜康缝线	强生公司		http://www.ethiconproducts.co.uk/products/sutures
爱惜康缝线	强生公司		http://www.ethiconproducts.co.uk/products/sutures
VEVO 2100 小动物超声成像系统	VisualSonics	SN100-0032	http://www.visualsonics.com/
超声耦合凝胶	Parker Laboratories	01 02	http://www.parkerlabs.com/ultrasound_products.html
Nellcor N-20PA 脉搏血氧仪	Covidien		http://www.nellcor.com/prod/PRODUCT.ASPX?S1=POX&S2=MON&id=282&V