慢性血栓栓塞性肺动脉高压及仔猪右心室功能评估

摘要

通过逐步阻塞肺动脉，在仔猪中诱导出慢性血栓栓塞性肺动脉高压（CTEPH）和右心室（RV）功能障碍。其表现与CTEPH患者中观察到的情况极为相似。该动物模型对于开展CTEPH及右心室衰竭的病理生理学和治疗研究将是一个非常有用的工具。

摘要

本文描述了一种与慢性右心室（RV）功能障碍相关的慢性血栓栓塞性肺动脉高压（CTEPH）的原创性仔猪模型。通过逐步阻塞肺血管床，在3周龄的仔猪中诱导肺动脉高压（PH）。首先经小切口开胸术结扎左侧肺动脉（PA）；随后在透视引导下，每周对右肺下叶进行一次n-丁基-2-氰基丙烯酸酯栓塞，持续5周。与假手术动物相比，经右心导管测得的平均肺动脉压（mPAP）、右心房压及肺血管阻力（PVR）在5周后均呈进行性升高。通过经胸超声心动图评估右心室（RV）的结构和功能重塑（包括RV直径、RV壁厚度、RV收缩功能）。采用导纳法进行压力-容积环（PVL）分析，评估右心室弹性（elastance）及右心室-肺动脉耦合功能。同时对肺组织和右心室进行组织学检查。通过重复经皮穿刺心内膜心肌活检，可对右心室新鲜组织进行分子学分析。利用分子分析和病理学方法，从肺活检样本中研究阻塞区与非阻塞区的肺微血管病变。此外，该模型在动物中表现出一系列肺动脉高压严重程度，具有良好的可靠性和可重复性。该模型成功再现了人类CTEPH疾病的多个特征，为深入理解右心室超负荷及肺微血管病变的潜在机制（如线粒体功能障碍、炎症反应）以及探索靶向治疗、细胞治疗和基因治疗等新疗法提供了新的研究前景。

引言

慢性血栓栓塞性肺动脉高压（CTEPH）是肺动脉高压（PH）的一种亚型，由一次或多次急性肺栓塞后持续存在并机化的血栓导致肺血管床慢性阻塞所致^1-3。阻塞性和非阻塞性微血管病变共同作用，进一步增加肺血管阻力⁴。右心室最初通过代偿性肥厚以维持心输出量。若不进行治疗，右心室将逐渐扩张并最终失代偿。在现代医学背景下，尽管已有多种靶向治疗手段，肺动脉高压仍是一种进行性且常导致死亡的疾病⁵。大量研究表明，右心室（RV）对压力负荷的适应能力是决定PH患者生存预后的关键因素。因此，阐明右心室从适应性重构向失代偿性重构转变的机制，是开发新疗法和优化治疗策略的核心。由于肺动脉高压属罕见病，且在这些病情脆弱的患者中几乎无法获取组织样本，因此必须依赖实验研究。此外，在临床前阶段必须明确：一种对肺血管具有益处的药物是否会导致右心室功能受损。

多年来，人们已开发出多种肺动脉高压（PH）和右心室（RV）衰竭的实验模型，这些模型各有优势与局限性^6,7。在药理学小鼠模型（野百合碱、SU5416、低氧）中，PH 和 RV 衰竭继发于严重的炎症、缺血或毒性应激，可能引发多种“副作用”，并对分子通路分析造成偏倚。此外，在小鼠模型中进行右心室心内膜心肌活检极具挑战性，通常需以牺牲动物为代价。较大动物的手术模型生理学特性更接近人体，但部分模型并不影响肺血管系统（如肺动脉束带、体-肺分流）或仅诱发急性 PH 和右心室衰竭（急性肺栓塞）。....

方案

本方案已获得本单位动物实验伦理委员会及机构动物福利委员会批准。所有动物均按照美国国家医学研究协会制定的《实验室动物护理原则》以及国家卫生研究院出版的《实验室动物护理与使用指南》（国家实验室动物资源研究所编制，NIH出版物第86-23号，1996年修订版）的规定，得到人道的照护与管理。

一般注意事项：必须根据“3R原则”（英国国家动物实验替代、优化与减少研究中心）尊重对待所有动物。手术操作必须严格保持无菌，且操作方式应与对人类实施手术相同。所有医疗器械必须处于无菌状态。

1. 麻醉方案

注意：使用体重为 20 kg（3 周龄）的大白猪仔。肺动脉高压逐步诱导建立。第一步通过左侧开胸术结扎左肺动脉（PA）。后续步骤在5周内每周进行一次肺动脉栓塞。所有操作均在全身麻醉下进行。

1. 在操作前 12 小时内不要喂食动物。
2. 对仔猪进行术前给药，于操作前 30 分钟 在颈部肌肉注射盐酸氯胺酮（30 mg/kg）和阿托品（0.05 mg/kg）⁸。
3. 当猪只镇静后，插入耳缘静脉导管。
4. 插管前经静脉推注芬太尼（0.005 mg/kg）和丙泊酚（2 mg/kg）。经耳缘静脉注射顺式阿曲库铵（0.3 mg/kg），随后进行插管（使用 7 法式导管进行非选择性插管）⁹

结果

可行性

本实验室于2009-2010年建立了这种慢性栓塞性肺动脉高压的仔猪模型。自2011年以来，我们共使用了70头仔猪，完成了63个成功模型。根据我们的经验，建立该模型需要一定的学习过程。

在死亡率方面，我们观察到5例非计划性死亡（7.1%），主要发生在经验积累的初期阶段。两个关键步骤分别为肺动脉栓塞和心内膜心肌活检。其中4只仔猪在肺动脉栓塞后因严重的急性右心衰竭死亡，1只仔猪死因不明。在发病率方面，4只仔猪（5.7%）在操作过程中出现了严重并发症。

在进行心内膜心肌活检过程中，两只仔猪因右心室游离壁穿孔需紧急实施心包引流，并紧急行心包缝合术。所有病例术后恢复顺利。自采用超声引导进行心内膜心肌活检以来，未再观察到此类并发症。

另外两只仔猪在肺动脉结扎术后出现了脓胸，术后7天需实施安乐死。

讨论

与人类临床实践一样，所有外科手术过程中都必须遵守无菌操作规程。在O. Mercier描述的原始CTEPH幼猪模型中 等 经胸骨正中切口打开心包后，结扎左侧肺动脉¹⁴由于心包被保持开放状态，右心室与心包之间的相互作用受到损害，从而延缓了右心衰竭的发生。研究表明，当心包处于开放状态时，右心室扩张对心输出量的不利影响显著降低。¹⁵因此，在进行左肺动脉结扎时，似乎最好不打开心包。尽管左外侧开胸术技术上更具挑战性（必须注意保护膈神经和左肺），且存在疼痛控制的问题，但该术式为心包外左肺动脉结扎提供了最佳入路。由于单纯左肺动脉结扎不会导致平均肺动脉压（mPAP）升高，因此需对右下叶肺动脉进行渐进性栓塞。本模型的第二个关键点在于右下叶肺动脉栓塞后发生大块肺栓塞的风险。每次注入2 ml N-丁基-2-氰基丙烯酸酯，分次注射，每次注射之间评估血流动力学耐受性。平均肺动脉压与平均主动脉压（mPAP / mPA）之比不应超过0.5。此外，若血氧饱和度下降，则应停止栓塞操作。 < 90% 和/或平均肺动脉压（mPA）降至 60 mmHg 以下和/或心输出量低于 2 L/min。