一种无需输血和正性肌力药物的大鼠复苏体外循环模型

摘要

本文介绍一种在大鼠中建立无需输血或使用正性肌力药物的简易复苏体外循环模型的实验方案。该模型可用于研究体外循环后长期的多器官后遗症。

摘要

体外循环（CPB）在心血管外科手术中不可或缺。尽管CPB技术和设备已取得显著改进，但与长时间CPB相关的多器官并发症仍会影响心血管手术的治疗效果，并可能加重术后发病率和死亡率。能够模拟CPB临床应用的动物模型有助于阐明CPB期间发生的病理生理过程，并推动开展临床前研究以开发防治这些并发症的策略。大鼠CPB模型具有成本效益更高、实验操作便捷、可在基因或蛋白水平采用丰富的检测方法以及遗传背景一致等优势。该模型可用于研究免疫系统激活、促炎性细胞因子的合成、补体系统激活以及氧自由基的产生。大鼠模型已不断优化，并逐渐取代了大型动物模型。本文介绍了一种在大鼠中建立的无需输血和（或）血管活性药物支持的简易CPB模型。该复苏模型可用于研究CPB后长期的多器官后遗症。

引言

1953年，小约翰·H·吉本（John H. Gibbon Jr.）博士成功实施了首例使用体外循环（CPB）的心脏手术¹，此后体外循环成为心血管外科中不可或缺的技术。尽管相关技术和设备已得到显著改进，但与体外循环相关的多器官并发症仍会影响心血管手术的治疗效果，并可能导致术后发病率和死亡率升高²。体外循环相关的器官损伤主要由免疫系统激活、促炎性细胞因子合成、补体系统激活以及氧自由基的产生所引起²。然而，其病理生理机制尚未完全阐明。

能够模拟体外循环（CPB）临床应用的动物模型有助于阐明CPB期间及之后的病理生理过程；这将促进开发避免这些并发症策略的临床前研究。自从Popovic et al. 于1967年首次报道大鼠CPB模型以来³，大鼠CPB模型已得到不断优化，并因其更高的成本效益、便捷的实验操作以及在基因和蛋白质水平上丰富的检测方法，逐渐取代了大型动物模型。此外，近交系大鼠在遗传上可以完全一致，从而减少可能存在的生物学偏差。

Fabre et al. 首次建立了一种复苏模型，可用于研究体外循环（CPB）后长期多器官后遗症⁴。这种简单的存活模型具有诸....

方案

实验前，所有大鼠应给予一周时间适应环境。涉及动物的手术操作必须依照《实验动物护理与使用指南》（www.nap.edu/catalog/5140.html）或其他适当的伦理准则进行。实验方案须经相关机构动物福利委员会批准后方可实施。所有后续操作均须在无菌条件下进行。 

1. 准备体外循环回路

注意：穿戴个人防护装备，包括手套、护目镜以及洁净外套或一次性防护服。

1. 体外循环（CPB）管路的建立
   1. 将聚氯乙烯管路与专为体外循环（CPB）设计的静脉储血器及改良的新生儿膜式氧合器连接，如图1所示。确保所有连接处紧密，无漏水现象。
   2. 根据制造商的操作说明，将体外循环（CPB）管路安装至滚压泵装置上。
   3. 将滚压泵置于可调节高度的台面上，并将台面高度调节至低于实验台10 cm处。
2. 体外循环（CPB）管路的预充
   1. 将12 mL羟乙基淀粉溶液与0.1 mL肝素及0.5 mL 7%碳酸氢钠溶液混合，用于体外循环（CPB）管路的预充。
   2. 在滚压泵缓慢转动的同时，用11 mL预充液对管路进行预充。将一根18号排气针插入储血器中以排出空气。
   3. 轻敲膜式氧合器并倾斜其位置，以充分排除其中空气....

结果

图1 显示了完整的体外循环（CPB）管路。该模型中的生理变量如图2所示，包括直肠温度、平均动脉血压和心率。图3展示了体外循环期间的动脉血气分析结果，包括动脉血氧分压、动脉血二氧化碳分压、红细胞压积、碱剩余、血清钾浓度以及氢离子浓度（pH）。在整个过程中，心率和平均动脉压保持稳定。由于预充液体引起的血液稀释，体外循环开始时直肠温度和红细胞压积有所下降。由于膜式氧合的作用，动脉血氧分压在体外循环期间显著升高。图4展示了肺组织的代表性苏木精-伊红染色图像，包括体外循环组（图4B、D）和假手术组（图4A, C）的图像，以及体外循环后与基线相比的PaO_.......

讨论

在该大鼠体外循环（CPB）模型中，血清和肺组织中炎症细胞因子及高迁移率族蛋白B1（HMGB-1）的表达水平显著升高，其中HMGB-1是调控炎症反应的关键转录因子。既往临床研究表明，接受心血管手术的患者血清中HMGB-1的分泌水平升高¹¹，且CPB期间血清HMGB-1水平的峰值与术后更严重的全身性炎症反应综合征及肺氧合功能障碍相关¹²。此外，血清HMGB-1水平是预测重症肺炎和急性呼吸窘迫综合征（ARDS）患者重症监护病房死亡率的独立生物标志物¹³。该大鼠CPB模型成功模拟了与炎症细胞因子及HMGB-1激活相关的严重CPB后ARDS。

由于大鼠模型在研究全身性炎症反应方面具有重要价值，许多关于体外循环（CPB）相关全身炎症的研究均采用大鼠模型，这些反应包括促炎性细胞因子表达¹⁴、核因子κB活化¹⁵、黏附分子介导的中性粒细胞活化

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
啮齿类动物呼吸机 7025	Ugo Basile	7025	呼吸机
OxiQuant B	ENVITEC	46-00-0023	氧气传感器
CMA 450 温度控制器	CMA	8003759	温度控制器
CMA 450 加热垫	CMA	8003763
CMA 450 直肠探头	CMA	8003761
DIN(8) 转一次性血压传感器	ADInstruments	MLAC06
一次性血压传感器	ADInstruments	MLT0670
IX-214 数据记录仪	iWorx Systems	IWX-214	放大器
LabScribe 软件	iWorx Systems		软件
滚压泵	Furue Science	Model RP-VT	泵
Happy Cath	Medikit	EB 19G 4HCLs PP	17 号多孔血管导管
SURFLO ETFE 静脉导管	Terumo	SR-OX2419CA	24 号血管导管
氧合器	Mera	HPO-002
体外循环管路	Mera	custom-made
Hespander 液体溶液	Fresenius Kabi	3319547A4035	羟乙基淀粉