本文介绍了一种在猪体内建立心动过速诱导型心肌病的实验方案。该模型是研究进行性慢性心力衰竭血流动力学特征以及评估治疗干预效果的有力手段。
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本文介绍了一种在猪体内建立心动过速诱导型心肌病的实验方案。该模型是研究进行性慢性心力衰竭血流动力学特征以及评估治疗干预效果的有力手段。
为了研究血流动力学或测试新治疗方法的效果,许多实验需要一个稳定且可靠的慢性心力衰竭模型。本文介绍了一种通过快速心脏起搏在猪体内诱导产生心动过速性心肌病的方法,可建立此类模型。
将一根起搏电极经静脉植入全身麻醉的健康猪体内,到达右心室心尖部位并固定。电极的另一端经皮下隧道引至背部脊柱旁区域,连接至一个自行改装的心脏起搏器装置,随后将该装置植入皮下囊袋中。
在以每分钟200至240次的频率进行4至8周的快速心室起搏后,体格检查显示出严重心力衰竭的体征——呼吸急促、自发性窦性心动过速以及疲劳。超声心动图和X线检查显示所有心腔扩张、积液以及严重收缩功能障碍。这些发现与失代偿性扩张型心肌病高度吻合,且在停止起搏后仍持续存在。
这种心动过速性心肌病模型可用于研究进行性慢性心力衰竭的病理生理学机制,特别是用于评估新型治疗手段(如机械循环支持)所引起的心血流动力学变化。该方法操作简便,结果可靠且可重复。
心力衰竭(HF)的新型治疗方法种类繁多,尤其是机械循环支持和体外膜肺氧合(ECMO)在全球临床实践中的应用日益广泛,这反映在临床前实验测试中。研究主要集中在所考察治疗方式引起的心血管动力学变化,特别是全身血压1、心肌收缩力、心腔内压力和容积变化以及心脏做功2,3、体循环及外周动脉中的动脉血流,以及代谢代偿4——包括局部组织饱和度、肺灌注和血气分析。其他研究则关注循环支持的长期效应5、伴随发生的炎症反应或溶血现象。所有这些类型的研究都需要一个稳定的充血性心力衰竭生物模型。
大多数关于左心室(LV)功能和机械循环支持血流动力学的已发表实验均在急性心力衰竭的实验模型上进行2,6,7,8,9,10,甚至在完全完整的心脏上进行。另一方面,在临床实践中,机械循环支持通常应用于在既往已存在慢性心脏病基础上发展出的循环失代偿状态。在这种情况下,机体的适应机制已充分建立,可能在观察到的治疗结果不一致中发挥重要作用 "急性或慢性" 潜在心脏疾病11因此,稳定的慢性心力衰竭模型可为病理生理机制和血流动力学提供新的见解。尽管慢性心力衰竭模型的应用较少存在一些原因——制备过程耗时、心律不稳定、伦理问题以及较高的死亡率——但其优势显而易见,因其能够呈现长期的神经体液激活、全身系统性适应、心肌细胞的功能性改变,以及心肌和瓣膜的结构改变12,13.
总体而言,用于血流动力学研究的动物模型种类繁多,可满足多种特定需求。在这些实验中,通常选择猪、犬、羊模型,或在较小规模实验中选用小鼠模型,这些模型能够较好地模拟人体预期的生理反应14。此外,单器官实验形式也日益增多15。为了可靠地模拟心力衰竭(HF)的病理生理过程,需人为诱导循环功能恶化。心脏损伤可通过多种方法实现,通常包括缺血、心律失常、压力超负荷或药物的心脏毒性作用,这些因素均可导致模型出现血流动力学恶化。要建立真正的慢性心力衰竭模型,必须给予足够时间,使整个机体完成长期适应性改变。其中,快速性心律失常诱导的心肌病(TIC)是一种可靠且稳定的模型,可通过在实验动物中实施快速心脏起搏来建立。
研究表明,在易感心脏中,长期持续的快速性心律失常可导致收缩功能障碍和心脏扩张,并伴有心输出量下降。这种被称为心动过速性心肌病(TIC)的疾病最早于1913年被描述16,自1962年以来广泛用于实验研究17,现已成为一种公认的心脏疾病。该病可由多种类型的心律失常引发——无论是室上性还是室性心动过速,均可导致收缩功能进行性恶化、双心室扩张以及心力衰竭的渐进性临床表现,包括腹水、水肿、嗜睡,最终发展为心脏失代偿,导致终末期心力衰竭,若不及时治疗,可致死亡。
在动物模型中,通过引入高速心脏起搏也可观察到类似的循环抑制效应。在猪模型中,心房或心室心率超过200次/分钟,足以在3至5周内(进展期)诱导出具有应激性心肌病(TIC)特征的终末期心力衰竭,尽管个体间存在差异18,19。这些发现与失代偿性心肌病高度一致,并且重要的是,在停止起搏后,心功能损害仍持续存在(慢性期)19,20,21,22,23。
为研究心力衰竭的病理生理学机制14,已多次建立猪、犬或绵羊的TIC模型,因为这些模型的左心室改变可模拟扩张型心肌病的特征24。其血流动力学特征已有充分描述:心室舒张末期压力升高、心输出量降低、全身血管阻力增加,以及双心室扩张。相比之下,心肌壁肥厚并不总是被观察到,一些研究者甚至报道了心肌壁变薄的现象25,26。随着心室容积的进行性扩大,房室瓣反流逐渐出现26。
本文介绍了一种通过长期快速心脏起搏在猪体内建立心动周期(TIC)的实验方案。该生物模型为研究失代偿性扩张型心肌病、进行性慢性心力衰竭伴低心输出量的血流动力学,以及评估治疗干预效果提供了有力手段。
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本实验方案经查理大学第一医学院机构动物专家委员会审查并批准,并在捷克共和国布拉格查理大学第一医学院生理学系大学实验室内进行,符合第246/1992号法案《防止虐待动物法》的规定。所有动物的饲养和处理均遵循国家科学院出版社2011年出版的《实验动物护理与使用指南》(第8版)。所有操作均按照标准兽医规范进行,每项研究结束后,动物被实施安乐死并进行尸体解剖。由于解剖结构适宜,本实验纳入了五头健康的杂交雌性家猪(Sus scrofa domestica),年龄不超过6个月。在数据采集当天,其平均体重为66 ± 20 kg。
1. 全身麻醉
2. 心室导线植入
3. 皮下导线隧道术
4. 起搏器植入术
5. 术后护理
6. 起搏方案
7. 心力衰竭的诱导与监测

图1:心脏起搏装置示意图。 双腔起搏器(1),通过一个“Y”形接头适配器(2)将起搏器的两个输出端汇聚至单根起搏电极导线(3)。导线顶端固定于右心室(RV)腔的心尖部位(4)。该设置可提供较宽范围的高起搏频率。 请点击此处查看该图的放大版本。

图2:心脏起搏装置。 双腔起搏器(1)、Y形适配器(2)和心室起搏电极(3)的X光片(A)和实物照片(B)。请点击此处查看该图的放大版本。
| 目标心率 | 设定起搏器频率 | 起搏间期 |
| beats/min | beats/min | ms |
| 200 | 100 | 300 |
| 220 | 110 | 270 |
| 240 | 120 | 250 |
| 250 | 125 | 240 |
表1:起搏器参数。 为实现植入式自制改良双腔起搏器的高频率心脏起搏,下表列出了目标起搏心率(HR)及对应的起搏间期值。起搏器须设置为 D00 工作模式,起搏频率设为目标 HR 的一半,并将房室延迟(AV delay)设置为对应毫秒数的起搏间期。

图3:起搏方案。 在3天的静息期后,开始TIC诱导的渐进阶段。随后,将起搏器设置为D00模式,起搏频率设为预期起搏频率的50%,并根据相应的起搏-起搏间期设置AV间期(见表1)。通过“Y”型适配器,起搏器的两个输出端被连接至单一起搏导线。bpm = 次/分钟。 请点击此处查看该图的放大版本。
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模型验证:当失代偿性慢性心力衰竭的体征变得明显后,再次按照上述原则实施麻醉和人工通气,但由于心输出量较低,需调整药物剂量27。由于麻醉剂可能具有心肌抑制作用,必须对生命体征进行严密的监护。
将动物以仰卧位固定,并开始所有侵入性操作。穿刺股静脉、股动脉和颈静脉,并通过标准经皮腔内导管鞘建立血管通路。外科暴露右侧颈总动脉和锁骨下动脉,根据血管尺寸选择合适的超声血流探头并环绕安置,以实现连续血流的测量28。
采用标准的侵入性方法,通过颈静脉连接充满液体的压力换能器测量中心静脉压(CVP);而体循环动脉压的测量则使用配备高灵敏度压力传感器的导管置于胸主动脉内进行。区域组织氧合通过近红外光谱法监测,传感器分别置于头...
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慢性心力衰竭是一种主要的健康问题,对发病率和死亡率有重大影响。人类心力衰竭的发病机制和进展过程复杂,因此合适的动物模型对于研究其潜在机制以及测试旨在干预严重疾病进展的新型治疗方法至关重要。为了研究其发病机制,目前正采用大型动物模型进行实验性测试。
总体而言,慢性心力衰竭的手术模型能较好地模拟该疾病。与急性心力衰竭模型相比,慢性心力衰竭模型能更深入地揭示其病理生理机制,但代价是实验准备耗时较长或死亡率较高。在已知的多种慢性心力衰竭模型中,我们提及一种合适且易于操作的模型,即由快速起搏诱导的失代偿性慢性心力衰竭。
由心动过速诱发的心肌病是一种扩张型心肌病,可通过快速心脏起搏诱导产生。起搏电极可置于心室或心房19,24。我们未采用心房上性起搏位点,以避免在高频率起搏期间可能引起房室传导阻滞的问题。与心房位置相比,将电极置于心室位置可提高固定于心尖部起搏导线的稳定性,并减少导线移位的发生。本研究所述方法专门设计为操作简...
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作者无任何利益冲突需要披露。
本工作得到了查理大学研究基金 GA UK 编号 538216 和 GA UK 编号 1114213 的资助。
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