本文介绍了一种通过电击诱发心室颤动并采用胸外按压、通气和电除颤进行复苏的大鼠模型,该模型模拟了突发性心脏骤停及常规心肺复苏过程。该模型有助于深入了解心脏骤停的病理生理机制,并可用于探索新的复苏策略。
方法文章
本文介绍了一种通过电击诱发心室颤动并采用胸外按压、通气和电除颤进行复苏的大鼠模型,该模型模拟了突发性心脏骤停及常规心肺复苏过程。该模型有助于深入了解心脏骤停的病理生理机制,并可用于探索新的复苏策略。
本文描述了一种采用闭胸技术进行心肺复苏的电诱导心室颤动大鼠模型,该技术包含了人类心肺复苏的基本要素。该模型于1988年建立,已被用于约70篇同行评审的出版物中,广泛研究了复苏的多个方面,包括其生理学与病理生理学、可复苏性的决定因素、药物干预,甚至细胞治疗的影响。本展示中所涉及的模型包括:(1)血管插管,用于测量主动脉和右心房压力,通过热稀释法测定心输出量,并用于电诱导心室颤动;以及(2)气管插管,用于吸入富氧气体的正压通气,并监测呼气末二氧化碳(CO2)。典型的干预流程包括:(1)电诱导心室颤动,(2)使用机械活塞装置进行胸外按压,同时实施富氧气体的正压通气,(3)电击除颤以终止心室颤动并恢复心脏活动,(4)评估复苏后的血流动力学和代谢功能,以及(5)评估生存情况和器官功能的恢复。该模型可提供大量可靠的测量指标,包括但不限于血流动力学、代谢和组织学参数。该模型在发展新的复苏理念以及在更大、更具临床转化相关性的心脏骤停与复苏动物模型之前评估新型治疗干预措施方面,已被证明极为有效。
每年,美国约有36万人1以及全球更多人数2经历一次突发性心脏骤停。恢复生命的尝试不仅需要重新建立心脏活动,还必须预防、减轻或逆转对重要器官的损伤。目前的心肺复苏技术可实现约30%的初期复苏率;然而,最终存活至出院的患者仅占5%1。复苏后出现的心肌功能障碍、神经功能障碍、全身性炎症、合并症或其组合,是导致大多数患者在初始循环恢复后仍死亡的主要原因。因此,迫切需要更深入地理解其潜在的病理生理机制,并开发新型复苏策略,以提高初期复苏成功率以及后续具有完整器官功能的生存率。
心脏骤停的动物模型在开发新型复苏疗法中发挥着关键作用,通过提供对心脏骤停及复苏病理生理学的深入理解,并为新干预措施的概念构建和初步测试提供切实可行的手段,从而为后续人体试验奠定基础3. 此处描述的闭胸式心肺复苏(CPR)大鼠模型发挥了重要作用。该模型由当时的研究员Irene von Planta及其合作者于1988年建立4 在已故的马克斯·哈里·韦尔医学博士、哲学博士(Max Harry Weil M.D., Ph.D.)位于健康科学大学(2004年更名为罗莎琳德·富兰克林医学与科学大学)的实验室中开发,并主要由韦尔教授的博士后研究员及其培训人员在复苏领域广泛使用。
该模型模拟了采用常规心肺复苏(CPR)技术进行抢救的心脏骤停事件,包括通过向右心室内膜施加电流诱发心室颤动(VF),并使用由气动驱动的活塞装置实施闭胸式心肺复苏,同时给予富氧气体正压通气。心室颤动的终止通过经胸电击除颤实现。该大鼠模型在大型动物(e.g.,猪)和小型动物(e.g.,小鼠)模型之间取得了平衡,可在标准化程度高、可重复且高效的研究体系中探索新的科研构想,并获取丰富相关的测量数据。该模型在研究早期尤为有用,可在开展成本更高但转化价值更大的大型动物模型研究之前,用于探索新概念并评估混杂因素的影响。
通过在 Medline 数据库中检索所有经同行评审且报道了以心室颤动(VF)为心脏骤停机制并采用某种形式的闭胸复苏的类似大鼠模型的文献,共发现自1988年首次发表以来,另有69项原始研究使用了该模型4。这些研究领域包括复苏的病理生理学机制5-17、影响预后的因素18-30、药物干预的作用,如血管加压药物31-43、缓冲剂44、正性肌力药物45、旨在心肌或脑保护的药物46-70,以及间充质干细胞的作用71-73。
本文所述的模型和方案目前正在复苏研究所使用。然而,根据各研究者可利用的条件以及研究目标的不同,该模型存在多种“定制化”的可能性。
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注意:本方案已获罗斯福大学医学院与科学学院机构动物照护与使用委员会批准。所有操作均遵循 实验动物护理和使用的指南 由国家研究委员会出版。
1. 实验设置与麻醉
2. 血管插管
2.1)左侧股动脉用于将T型热电偶导管插入降胸主动脉
2.2)左侧股静脉用于将PE25导管插入右心房
2.3)右侧股动脉用于将PE25导管插入降胸主动脉
2.4)右侧颈外静脉用于将3F聚氨酯小儿静脉导管插入右心房
3. 气管插管
3.1)气管暴露
3.2)气管插管
4. 基线稳定性的确认
5. 实验方案
5.1)心室颤动(VF)的诱导
5.2)胸外按压与正压通气
注意:本出版物中介绍的胸部按压器是一种定制的、由气动驱动并由电子控制的活塞装置。呼吸机为市售设备。
5.3)除颤
5.4)复苏后处理
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本研究中描述的大鼠模型最近被用于比较两种心肌细胞膜钠氢交换体亚型1(NHE-1)抑制剂在胸外按压期间及复苏后对心肌功能和血流动力学功能的影响61。既往已有报道指出,NHE-1抑制剂可通过限制钠离子介导的胞质和线粒体钙超载,减轻心肌再灌注损伤,从而有助于在胸外按压期间维持左心室的可扩张性,并减轻复苏后心肌功能障碍12。在本研究中,既往已被广泛研究的NHE-1抑制剂卡立泊利(cariporide,1 mg/kg)与较新的化合物AVE4454B(1 mg/kg)以及对照溶剂,在三组各10只大鼠中进行了比较,所有大鼠均经历10分钟未处理的室颤,随后进行8分钟胸外按压,再给予电击除颤。在开始胸外按压前,将药物或对照溶剂随机注入右心房,研究者对分组情况设盲。NHE-1抑制剂的作用分别进行单独分析,并合并分析(即,与对照组比较)。如图6所示,NHE-1抑制可使在较浅按压深度下达到预设的主动脉舒张压(介于26 mm Hg至28 mm Hg之间),提示左心室可扩张性得以保留。当以按压深度校正冠状动脉灌注压(CPP/按压深度比值)——作为左心室可扩张性的指标——...
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实验方案中的关键步骤
该方案中存在若干关键步骤。掌握这些步骤后,制备过程及操作流程可按以下简要描述顺利进行:手术准备应迅速完成,通过小切口快速插入导管,尽量减少或避免血管痉挛,并将导管尖端准确置入预定位置;随后经一次或少数几次尝试即成功实施气管插管,从而完成制备过程 ≈ 从首次注射戊巴比妥钠至诱发心室颤动历时90分钟,期间基线测量值均在参考范围内表1)。在每次实验中,通过3分钟不间断的电刺激诱发心室颤动(VF),之后VF可自发持续。 >95% 的情况下。在胸外按压期间,主动脉舒张压应 ≥24 mm Hg,且呼气末二氧化碳分压2 ≥10 mm Hg 的压力可在不超出17 mm 压缩深度且不损伤胸腔内器官的情况下产生。实施除颤方案(例如,如图所示 图3) 容易发生且具有 <胸外按压中断5秒。最终,自主循环恢复发生 >采用本方案或类似方案进行的实验中,有60%会导致复苏后心肌功能障碍,并维持240分钟存活期 >40% 以...
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作者无任何利益冲突需要披露。
作者谨此感谢加利福尼亚州兰乔米拉奇韦尔危重症医学研究所的唐万春医学博士(MD)、美国重症医学学院院士(MCCM)、美国胸科医师学会院士(FCCP)、美国心脏协会院士(FAHA)以及杰娜·卡洪(Jena Cahoon),感谢他们为复苏方案提纲所做的贡献,并协助培训了实验大鼠外科手术人员(LL)。本文的撰写部分得到了莫妮卡·普利女士为纪念美国海军退役士官罗伯特·W·普利(SKC)而捐赠的资金支持,该捐赠用于心脏病与帕金森病的研究,同时也得到了罗斯福大学医学与科学医学院内科系自主基金的资助。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 戊巴比妥钠 | Sigma Aldrich | P3761 | http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sigma/p3761?lang=en®ion=US |
| 直肠热敏电阻 | BIOPAC Systems, INC | TSD202A | http://www.biopac.com/fast-response-thermistor |
| 同心双极针电极 25 mm TP | BIOPAC Systems, INC | EL451 | http://www.biopac.com/needle-electrode-concentric-25mm |
| PE25 聚乙烯导管 | Solomon Scientific | BPE-T25 | http://www.solsci.com/products/polyethylene-pe-tubing |
| 26G 女性鲁尔接头短管适配器 | Access Technologies | LSA-26 | http://www.norfolkaccess.com/needles.html |
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| TruWave 一次性压力传感器 | Edwards Lifesciences | PX600I | http://www.edwards.com/products/pressuremonitoring/Pages/truwavemodels.aspx?truwave=1 |
| T型热电偶 | Physitemp Instruments | IT-18 | http://www.physitemp.com/products/probesandwire/flexprobes.html |
| 中心静脉儿科导管 | Cook Medical | C-PUM-301J | https://www.cookmedical.com/product/-/catalog/display?ds=cc_pum1lp_webds |
| Abbocath-T 锁骨下静脉导管(14G × 5.5 英寸) | Hospira | 453527 | http://www.hospira.com/products_and_services/iv_sets/045350427 |
| Novametrix 医疗系统红外 CO₂ 监测仪 | Soma Technology, Inc. | 7100 CO2SMO | http://www.somatechnology.com/MedicalProducts/novametrix_respironics_co2smo_ 7100.asp |
| Harvard Model 683 小动物呼吸机 | Harvard Apparatus | 555282 | http://www.harvardapparatus.com/webapp/wcs/stores/servlet/haisku2_10001_11051_44453_-1_ HAI_ProductDetail_N_37322_37323 |
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