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增加肺动脉搏动性血流可改善仔猪低氧性肺动脉高压

DOI:

10.3791/52571

2015年5月11日

本文内容

摘要

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肺动脉高压与肺动脉脉动性、收缩性和弹性的显著降低相关,这会导致肺动脉压力和肺血管阻力升高。本研究利用低氧幼猪模型证明,使用一种新开发的脉动导管改善肺动脉可塑性,可有效改善低氧性肺动脉高压。

摘要

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肺动脉高压(PAH)是一种影响肺小动脉的疾病。这些动脉发生变形,导致右心室衰竭。目前的治疗方法有限。从生理学角度看,脉动性血流对血管系统有害。作为对持续脉动应力的响应,血管会释放一氧化氮(NO),以诱导血管舒张,实现自我保护。基于这一观察,本研究建立了一种实验方案,用于评估人工肺部脉动血流是否能够通过依赖一氧化氮的机制,降低肺动脉压力。一组幼猪暴露于慢性低氧环境持续3周,并与对照组幼猪进行比较。每周对幼猪进行一次超声心动图检查,以评估肺动脉高压的严重程度。在低氧暴露结束后,对幼猪实施使用脉动导管的脉动干预方案。在麻醉并完成手术准备后,在放射透视控制下,分离幼猪的颈静脉,并将导管经右心房、右心室插入肺动脉。在脉动干预前(T0)、干预后即刻(T1)以及干预后30分钟(T2)测量肺动脉压(PAP)。结果表明,该脉动干预方案是一种安全且有效的方法,可通过依赖一氧化氮的机制显著降低平均肺动脉压。这些数据为肺动脉高压的临床管理开辟了新的途径。

引言

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肺动脉高压是一种影响肺血管系统的危及生命的疾病。该领域普遍认为,血管收缩因子(内皮素、5-羟色胺)增加与血管舒张因子(一氧化氮、前列环素)减少之间的失衡,促进了肺动脉高压的发生发展。随着时间推移,这种促收缩表型会演变为复杂的促增殖和抗凋亡表型,从而导致血管病变的形成1

长期暴露于血管收缩剂会导致肺动脉平滑肌细胞内钙离子浓度([Ca2+]i)显著且持续升高,从而激活多种钙调节的转录因子(如NFAT2-4),促进肺动脉平滑肌细胞(PASMC)增殖并抵抗凋亡表型5。该表型可导致肺血管病变,增加肺动脉压力和肺血管阻力,最终引发致命性的右心衰竭6

目前尚无能够逆转肺动脉高压(PAH)的治疗方法,尽管已有多种治疗手段可改善患者的生活质量7。在这些治疗方法中,吸入一氧化氮(NO)治疗的有效性已得到证实,但由于其半衰期较短,临床应用困难。因此,临床上更倾向于使用更稳定、持久的治疗方式,例如前列环素类似物或内皮素受体拮抗剂7。为了开发更有效的治疗方法,深入并拓展对PAH病理生理学的认识至关重要。

脉动性是已知可激活剪切应力诱导血管舒张的刺激因素,能够保护非弹性远端动脉免受高压血流损伤8,9

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方案

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注意:本研究已获得伦理委员会编号 CEEA34.PB.103.12 的批准。

1. 猪仔作为动物模型的应用

  1. 将动物分为两组(每组 n = 6),在性别、年龄(15 ± 3 个月)和体重(30 ± 10 kg)上相匹配(对照组和慢性低氧(CH)组)。将 CH 组置于低气压舱(0.4 atm)中饲养 3 周,对照组置于正常常压(1 atm)条件下饲养。
  2. 使用一个由聚甲基丙烯酸甲酯(Plexiglas)制成的低压舱,其底面积为2平方米,高度为1.6米,如图所示。 图1.
  3. 持续监测并维持温度为 18 °C、压力为 0.4 atm。通过真空泵确保充分通风,使空气更新速率达到 8 m3 每小时
  4. 将两只动物放入相应窝垫的舱室内。每48小时,将舱内压力恢复至常压条件半小时,在此期间于密闭舱室中对两只动物进行清洁,以防止其逃逸。该诱导肺动脉高压的方法已得到广泛验证。 13.
  5. 动物麻醉
    1. 用硫喷妥钠(10 mg/kg)静脉注射诱导仔猪麻醉,并通过持续吸入异氟烷(1.5%~3.5%)维持麻醉状态。向仔猪眼部滴加两滴卡波姆凝胶,以防止角膜干燥。
    2. 将动物置于左侧卧位,前肢屈曲并固定,以暴露胸部。先用肥皂和水清洁皮肤,再使用电动剃须刀剃除可能阻碍超声波穿透胸部的毛发。
    3. ....

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结果

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增加肺动脉脉动血流可改善仔猪缺氧性肺动脉高压

在将动物暴露于脉动血流增加之前,采用无创超声检查确认仔猪是否已形成肺动脉高压。如图所示 图2,三周的慢性缺氧在仔猪中诱导了肺动脉高压的发生,表现为肺动脉加速时间显著缩短(多普勒法)以及右心室肥厚增加(M型超声心动图)。在右心导管检查(RHC)过程中,对右心室收缩压(RVSP)和平均肺动脉压的有创测量结果均证实,与对照组仔猪相比,慢性缺氧仔猪存在肺动脉高压(数值为T0时)(图3)。右心室舒张压在对照组为-3 ± 1 mmHg,在肺动脉高压组为-2 ± 1 mmHg;两组的房压均为-4 ± 2 mmHg。体循环压力为106 ± 13 对照组为 95 ± 18 mmHg PAH 组。肺动脉高压还通过组织学切片上血管重塑的定量分析得到证实。为了评估脉动血流对肺动脉高压可能的治疗作用,使用脉动导管产生人工脉动肺血流,持续 10 min。如图所示 图3 10分钟的脉动血流增加导致右心室收缩压(RVSP)和.......

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讨论

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首次发现,肺部脉动血流的变化与慢性缺氧暴露继发的肺动脉高压(PAH)的发生存在因果关系。这种转化医学方法表明,使用专门设计的导管人为增加肺部脉动血流可改善肺动脉高压,其机制可能是通过增加一氧化氮(NO)的生成实现的。

这些发现不仅具有原创性,而且具有重要的治疗意义,表明在肺循环中可以通过机械方式安全地刺激内源性一氧化氮(NO)的产生,同时不影响全身功能。该研究设计符合肺动脉高压领域最新的临床前研究建议,该建议最近提出在将新方法应用于临床之前,应先在大型动物身上进行测试。这些发现的转化潜力非常高。

然而,肺动脉高压(PAH)的病理生理机制并非单一。PAH 的分类将其分为五个不同组别。第三组代表由慢性缺氧引起的中膜肥厚。尽管该模型可归入此组,但并不能完全模拟人类的 PAH。人类由慢性缺氧继发的 PAH 主要与慢性支气管炎相关,其支气管和肺实质的病变可导致外周肺循环至体循环的分流。这些分流通过与该模型不同的机制引起低氧血症。因此,该模型更接近于高海拔生活状态,而非肺部疾病。然而,该模型的心脏血流动力学与人类相近:心率相同、心输出量相.......

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披露

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作者感谢INRA研究所为仔猪提供的饲养场所,以及Cardio Innovating systems提供的资金支持。

致谢

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作者无任何利益冲突需要披露。

....

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
麻醉药物
硫喷妥钠,THIOPENTAL SODIUMAbbott, 法国0000071-73-8粉末
3 place Gustave Eiffe 94518 RUNGIS CEDEX.
 异氟烷,FORANEAbbott, 法国05260-05玻璃瓶装 250 ml
3 place Gustave Eiffe 94518 RUNGIS CEDEX.
咪达唑仑,HypnovelAccord Healthcare Vidal注射用安瓿 1mg/ml
45 Rue du Faubourg de Roubaix 59000 里尔 法国
普莫卡因,TRONOTHANE 1% Laboratoires LISAPHARMVidal局部应用凝胶 T/30g
3, rue Scheffer. 75016 巴黎.
盐酸吗啡 LavoisierCMD Lavoisier Laboratoires CHAIX et DU MARAISVidal注射用安瓿 
7, rue Labie -75017 巴黎 - 法国
丙烯酸酯共聚物-Carbopol® Aqua SF-1 聚合物Lubrizol局部应用凝胶
Elysées La Défense 19 le Parvis 92073 巴黎 la défense
材料 
哈佛呼吸机 683Harvard apparatusHarvard apparatusDRIM 75 rue des Anglais - 78700 Conflans Ste Honorine   
配备 3.5 MHz 探头的 Voluson E8 超声仪通用电气GEHealthcareDRIM 75 rue des Anglais - 78700 Conflans Ste Honorine   
Pulsatil 导管Cardio inovating systemCardio innovative systems, 33 rue Vivienne, 巴黎, 法国 75002
一氧化氮呼吸分析仪RespurRespur26 rue Felix Rouget 95490 Vaureal 法国

参考文献

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  1. Malenfant, S., et al. Signal transduction in the development of pulmonary arterial hypertension. Pulm Circ. 3 (2), 278-293 (2013).
  2. Paulin, R., et al. Signal transducers and activators....

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