方法文章

猪长期心血管运动测试用导管的手术植入

DOI：

10.3791/53772

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2016年2月9日

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1Experimental Cardiology and Neonatology, Erasmus MC, 2Experimental Cardiology, Erasmus MC, 3Neonatology, Erasmus MC

* These authors contributed equally

本文内容

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本文介绍了一种用于评估清醒状态下猪在静息及分级跑步机运动期间心肺功能的实验方案。通过慢性仪器化处理，可进行重复的血流动力学测量，且不受心肌抑制性麻醉药物的影响。

摘要

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本方案描述了对猪进行慢性置入仪器的外科手术，以及在电机驱动的跑步机上使猪进行运动的步骤。早期心肺功能障碍难以诊断，尤其是在动物模型中，因为心肺功能的测量通常具有侵入性，并需要使用麻醉。由于许多麻醉药物具有心脏抑制作用，心血管功能的细微变化可能被掩盖。相比之下，慢性置入仪器技术可在清醒状态下测量心肺功能，从而在安静休息条件下获取数据，避免麻醉和急性手术创伤的影响。此外，当动物经过适当训练后，还可于分级跑步机运动过程中获取测量结果。

将血流探头放置于主动脉或肺动脉周围，用于测量心输出量；放置于左前降支冠状动脉周围，用于测量冠状动脉血流量。将充满液体的导管植入主动脉、肺动脉、左心房、左心室和右心室，用于压力测量和血液采样。此外，将一根20 G 导管置于前室间静脉内，以实现冠状静脉血液采样。

经过一周的恢复后，将猪置于电机驱动的跑步机上，导管连接至压力和流量计，猪接受五阶段渐进式运动方案，每个阶段持续3分钟。在整个运动过程中连续记录血流动力学信号，并在每个运动阶段的最后30秒采集血样。

研究慢性置入仪器动物的主要优势在于，不仅可以在静息状态下，还可以在运动等生理应激条件下，对心肺功能进行连续评估。此外，可在疾病发展过程和慢性治疗期间重复评估心肺功能，从而提高统计效能，进而减少研究所需的动物数量。

引言

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充足的 cardiopulmonary 功能对于为机体提供氧气和营养物质至关重要，尤其是在运动等代谢需求增加的情况下1运动时的心肺反应表现为心脏功能的多种适应性变化， 即心率、收缩力和每搏输出量增加，以及微血管功能改善， 即， 运动肌肉血供血管床及肺血管系统的血管扩张，以及胃肠道系统和非活动肌肉血供血管床的血管收缩1运动能力下降是心肺功能障碍的早期特征，心肺运动试验被用作一种有效方法，用于区分运动能力受损患者的心脏功能障碍、血管功能障碍和/或肺功能障碍2早期心肺功能障碍难以诊断，尤其是在动物模型中，因为心肺功能的评估通常需要通过侵入性方法进行，且需实施麻醉，而许多麻醉剂具有心脏抑制作用。3.

慢性仪器植入技术可在动物清醒状态下测量心肺功能，当动物完全适应实验室环境后，可在安静休息状态下获取数据，从而避免麻醉和急性手术创伤的影响。此外，经过适当训练的动物还可进行分级跑步机运动时的测量4,5。更具体而言，可评估左心室和右心室功能，并将其与心肌灌注相关联，同时可测定冠状动脉、体循环和肺循环微循环中血管舒缩张力的调节情况。使用充液导管不仅可测量压力，还可采集血样，而不会对动物造成额外应激。研究慢性仪器植入动物的另一优势在于，可重复进行心肺运动测试，使动物自身作为对照，无论是在疾病发展过程中还是在慢性治疗期间，从而提高统计效能，进而减少研究所....

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方案

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涉及动物受试者的操作程序已获得荷兰鹿特丹伊拉斯姆斯医学中心动物护理委员会（NL）的批准。使用本方案已成功对体重在6至80公斤之间的猪进行手术置入仪器。

1. 动物对人类操作的适应

  1. 动物到达设施后，应单独饲养，但允许它们相互接触。
  2. 通过每天至少一次将动物从饲养设施运送至实验实验室并进行人为操作，使其适应人类接触和运输过程，持续一周。
  3. 在手术前至少进行三次电动跑步机上的运动训练，以使动物适应运动实验的要求。
  4. 动物在手术前应禁食过夜 ，以防止恶心、呕吐及可能发生的胃内容物误吸。

2. 手术准备

  1. 镇静
    1. 用10 ml 注射器准备镇静药物。预处理药物包括替来他明/唑拉西泮（5 mg/kg）、赛拉嗪（2.25 mg/kg）和阿托品（1 mg）。
    2. 使用19 G 1.5''针头在斜方肌处进行肌肉注射，以对猪进行镇静。
    3. 等待约10分钟，并检查肌肉松弛和意识丧失情况，以确认达到适当且稳定的镇静水平。
    4. 在耳缘静脉放置一个20 G外周安全导管，用于后续麻醉药物和/或液体的静脉给药。
  2. 插管与通气
    1. 将动物仰卧位放置于手术台和/或推车上。
    2. 使用口腔撑开器打开动物的口腔。

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结果

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运动速度达到5 km/hr时，心输出量从4.3 ± 0.3升/分钟增加至8.5 ± 0.7升/分钟，增幅达一倍，这主要通过心率从137 ± 7次/分钟升高至256 ± 8次/分钟，并结合每搏输出量从32 ± 2毫升轻微增加至36 ± 3毫升来实现（图3）。每搏输出量的增加得益于左心室收缩力的增强，表现为左心室压力一阶导数最大值（dP/dtmax）升高，同时左心室舒张速率加快以及左心房压力（即左心室充盈压）上升（图3）。心输出量的增加，结合血红蛋白浓度升高（从8.5 ± 0.4 g/dl增至9.2 ± 0.4 g/dl）以及全身氧摄取率从45 ± 1%上升至71 ± 1%，使得全身耗氧量增至原来的三倍（图3）。体循环出现明显的血管舒张，表现为体循环血管导纳增加和体循环血管阻力降低，几乎完全适应了心输出量的上升，因此平均主动脉压仅轻微升高（图3）。运动还引起肺循环轻度血管舒张，表现为肺血管导纳增加33 ± 8%。然而，心输出量增加101 ± .......

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讨论

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本研究描述了对猪进行慢性仪器植入的手术方法，以及在电动跑步机上让已植入仪器的猪进行运动的同时，监测血流动力学并采集动脉血、混合静脉血和冠状静脉血样本以测定血氧含量的实验方案。

方案中的关键步骤
本方案中存在多个关键步骤，这些步骤从插管操作开始即需注意。硫喷妥钠（2.1.5）具有抑制呼吸的作用，因此在给药后必须迅速完成插管。此外，在操作过程中需密切监测呼吸机参数。当打开胸腔（步骤 3.1.4）时，会导致胸内负压丧失。为补偿这一压力损失并防止肺泡塌陷，通气过程中需使用呼气末正压（PEEP）。同时，应调整呼吸机设置（峰压吸气压），以维持潮气量约为 10 ml/kg。还需注意，当左肺被推开时（3.1.6），由于仅有部分左肺参与通气，潮气量可能下降。呼吸机参数的调整应依据血气分析结果进行。

使用充液导管进行血流动力学测量时，另一个重要注意事项是压力传感器与充液导管插入心血管系统部位之间存在静水压差。在动物手术过程中以及处死时，应估算压力传感器在弹性背心（4.2）上的位置与导管插入点之间的高度差，并通过数据预处理或后处理时的插.......

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披露

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作者无任何利益冲突需要披露。

致谢

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

本研究得到了荷兰心脏基金会资助项目2000T038（授予D.J. Duncker）、资助项目2000T042（授予D. Merkus）、欧盟委员会FP7-Health-2010资助项目MEDIA-261409（授予D.J. Duncker和D. Merkus）、荷兰心血管研究倡议：荷兰心脏基金会、荷兰大学医学中心联合会、荷兰健康研究与发展组织以及荷兰皇家艺术与科学学院 CVON-ARENA CVON 2011-11（授予D.J. Duncker）、CVON-PHAEDRA CVON2012-08（授予D. Merkus） 以及CVON-RECONNECT CVON 2014-11（授予D.J. Duncker和D. Merkus）、索菲亚基金会（授予D. de Wijs-Meijler、D. Merkus和I.K.M. Reiss）的支持。

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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
三通旋塞阀B. Braun16496
输注管路 PVC（无DEHP）150 cm/2.6 ml B. Braun8722960用于充液导管
“python “ 硅胶管Rubber BV1757 内径 1 mm，外径 2 mm用于充液导管
氯化钠 0.9%BaxterTKF7124
葡萄糖 10%BaxterWE0163
吸引装置
双按钮细线电外科笔ERBE ELEKTROMEDIZIN GMBH20190-066
呼吸机 SV900C Siemens-Elema AB 
喉镜Vererinary Technics Int.11.02.47
无菌外科手套
系带式外科口罩3M1818FS
外科帽Klinidrape621301
手术包Molnlycke Health Care97027809手术单、纱布垫、注射器、烧杯等
滴眼液Alcon288-28282-01
洗必泰擦洗液 75 mg/ml 聚维酮碘Meda Pharma BVRVG08939
洗必泰溶液 100 mg/ml 聚维酮碘Meda Pharma BVRVG01331
带气囊气管插管Emdamed尺寸根据动物体型而定
呼吸过滤器 Hyrdo therm 3HMEIntersurgical1560000
喉镜手柄 + Miller 4号刀片Kawe Germany
手动复苏器 - CombibagWeinmann6515-12-313-5596
血管周围血流探头 3PSTransonic用于冠状动脉；尺寸 2.5 - 4 mm，根据动物体型而定
Confidence 血流探头Transonic用于主动脉/肺动脉，16 - 20 mm；尺寸根据动物体型而定
Venflon-Venisystem 20 G x 32 mmBD393224用于冠状静脉导管
钝针 18 G用于冠状静脉导管
Tygon 管Rubber BV2802 内径 0.8 mm (1/32’’)，外径 2.4 mm (3/32’’)用于冠状静脉导管
吸引手柄 17 cm 6 6/8 " Coupland 18/8 马丁尼带管接头KLS Martin Group18-575-24
手术刀片 
手术刀柄 13.5 cm 5 3/8 " 不锈钢实心KLS Martin Group10-100-04
血管钳 20.2 cm 8 " De Bakey 不锈钢KLS Martin Group24-388-20± 14 cm
敷料钳 17 cm 6 6/8 " Cushing 不锈钢KLS Martin Group12-189-17± 18 cm
Halsted-蚊式直钳 12.5 cm - 5"Rudolf MedicalRU-3100-13± 12 cm
Halsted-蚊式弯钳 12.5 cm - 5"Rudolf MedicalRU-3101-12± 12 cm
解剖与结扎钳 13 cm 5 1/8 " Gemini 不锈钢KLS Martin Group13-451-13± 12 cm
解剖与结扎钳 18.5 cm 7 2/8 " Schnidt 不锈钢KLS Martin Group13-363-18
肋骨牵开器 Finochietto，婴儿型铝制 -KLS Martin Group24-162-01
持针钳 Mayo-Hegar 3 mm 18 cm - 7"Rudolf MedicalRU-6050-18
Metchenbaum 钝头弯钳 14.5 cm - 5(3/4)"Rudolf MedicalRU-1311-14M
Farabeuf 牵开器 12 cm - 4 (3/4)"Rudolf MedicalRU-4497-12
巾钳 Schrädel 弯型 9cm - 3.5"Rudolf MedicalRU-3550-09
钝头手术剪 13 cm - 5"Rudolf MedicalRU-1001-13
纱布 Cutisoft 10 x 10 cm 四层BSN Medical45846-00
纱布 Cutisoft 5 x 5 cm 四层BSN Medical45844-00
流量计 -CM2 / SF2 - 双气体（O₂ 和空气）UNO BV180000008
Tec 7 麻醉蒸发器Datex-Ohmeda
Acederm 伤口喷雾Ecuphar NV
白凡士林Bufa165313
silkam 3-0 天然丝线，不可吸收B. BraunF 1134043用于导管固定缝合
silkam 2-0 天然丝线，不可吸收B. BraunF 1134051用于肌肉层缝合
dagrofil 3-0 聚酯线，不可吸收B. BraunC 0842478用于导管皮下隧道化后的缝合
Vicryl rapide 3-0, 1 x 45 cm FS2, V2930GDaxtrio medische producten15560用于电极导管皮下隧道化后的缝合
Vitafil 6 USPSMI6080结扎线
注射器10 ml 和 2.5 ml
肝素 LEO（肝素钠） LEO Pharma A/S
ZoletilVirbac替来他明 / 唑拉西泮
SedazineAST farma108855赛拉嗪
TemgesicRB Pharmaceuticals5429丁丙诺啡
TensogripBSN Medical71522-00弹性背心

参考文献

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Laughlin, M. H., et al. Peripheral circulation. Compr Physiol. 2, 321-447 (2012).
  2. Datta, D., Normandin, E., ZuWallack, R. Cardiopulmonary exercise testing in the assessment of exertional dyspnea. Ann Thorac Med. 10, 77-86 (2015).
  3. Vatner, S. F., Braunwald, E.

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