本方案介绍了一种慢性单支血管缺血的大型动物手术模型,该模型可导致区域性功能异常但不形成梗死,即所谓的冬眠心肌。在建立慢性缺血状态后,动物接受非体外循环的左乳内动脉-前降支冠状动脉旁路移植术,以实现缺血组织的血运重建。
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本方案介绍了一种慢性单支血管缺血的大型动物手术模型,该模型可导致区域性功能异常但不形成梗死,即所谓的冬眠心肌。在建立慢性缺血状态后,动物接受非体外循环的左乳内动脉-前降支冠状动脉旁路移植术,以实现缺血组织的血运重建。
慢性心肌缺血会损害心脏功能,但不导致梗死,这种情况被称为冬眠心肌(hibernating myocardium, HM)。冠状动脉疾病(CAD)患者中有相当一部分属于此类冬眠心肌患者,这类患者不仅存在心功能受损,还面临更高的心律失常及未来心脏事件风险。该病症的标准治疗方法是血运重建,但已有研究表明这种疗法并不完善。目前大多数临床前心脏研究集中于心肌梗死型缺血模型,导致慢性缺血这一患者群体在研究中长期被忽视。为弥补这一研究空白,我们建立了一种特征明确且高度可重复的猪冬眠心肌模型,因为猪是人类心脏病理想的转化研究模型。除了构建这一独特的疾病模型外,我们还优化了猪冠状动脉旁路移植术的临床相关治疗模型。这使我们能够准确研究旁路手术对心脏病的影响,并进一步探索其他或替代性疗法。该模型通过在幼猪左前降支(LAD)冠状动脉上植入缩窄环,手术诱导单支血管狭窄。随着猪的生长,缩窄环逐渐造成血管狭窄,从而引起慢性缺血,导致局部心功能受损,但心肌组织活力得以保留。在成功建立冬眠心肌表型后,我们实施非体外循环冠状动脉旁路移植术,对缺血区域进行血运重建,以模拟临床中患者的金标准治疗方案。
冠心病(CHD)影响着美国约1550万人1,是全球主要的死亡原因之一。尽管近年来与CHD相关的死亡率有所下降,但其发病率以及对患者和医疗系统的负担仍然很高1。严重冠状动脉疾病(CAD)的主要治疗方式是血运重建,该方法可提高生存率并减轻心绞痛症状2,3,4。然而,心脏功能通常仍处于抑制状态,尤其是在负荷增加时,可能进展为心力衰竭5,6。针对慢性心肌缺血的冠状动脉旁路移植术(CABG)临床试验表明,手术可改善生存率和症状,但射血分数仅提高8-10%,改善程度有限7,8。我们建立的这一创新且特征明确的猪慢性心肌缺血模型,模拟了临床上具有进行性血管狭窄的CAD。我们已证实,由于血流逐渐减少,心肌收缩功能随之下降9。在这种情况下,心肌不会发生梗死,并可保持存活状态。尽管及时进行血运重建后功能有可能恢复,但预后仍存在个体差异。那些在静息状态下血流和功能降低、但保留收缩储备能力的慢性缺血而仍存活的心肌,被称为冬眠心肌(HM),其治疗需要行CABG。尽管对HM进行血运重建应能恢复其收缩功能,但实验和临床观察均表明,其功能恢复并不完全8,10。
心肌顿抑(HM)的特点是在区域血流减少的情况下,心肌仍然存活但功能失调11。尽管在静息状态下心肌的收缩功能和代谢活性受损,但在正性肌力药物刺激下,HM仍可表现出功能和代谢的储备能力12。大多数冠状动脉疾病(CAD)患者被怀疑存在HM,且该病症涵盖广泛的疾病谱。在本方案中,我们展示了已建立的猪HM模型,该模型通过左乳内动脉(LIMA)至左前降支(LAD)动脉的旁路移植术模拟临床情况。与其他大型动物相比,猪是研究心脏疾病的理想模型,因其不存在心外膜桥接侧支循环。这使得仅对LAD进行狭窄处理即可导致区域性缺血13。
本文介绍了通过在左前降支(LAD)动脉建立单支血管狭窄,从而在猪体内诱导冬眠心肌的手术方法。在慢性缺血模型建立后(LAD缩窄器植入8周),我们进一步描述了在猪模型中模拟冬眠心肌临床治疗方法的手术操作:非体外循环冠状动脉旁路移植术。这些手术方法不仅可用于研究具有临床相关性的慢性心肌缺血模型,还可用于探讨旁路手术对心肌缺血的影响,并测试针对心肌缺血的潜在替代或辅助治疗策略。
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所有动物实验均经明尼阿波利斯退伍军人事务医疗中心和明尼苏达大学的机构动物护理与使用委员会批准。遵循美国国立卫生研究院关于实验动物使用与护理的现行指南。
1. 冬眠手术
2. 血管重建或非体外循环旁路手术
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初次冬眠手术后,应可通过血管造影或心脏磁共振成像(MRI)等临床影像技术观察到超过70%的狭窄(图1A)。在左前降支(LAD)缩窄器手术植入8周后,通过超声心动图(ECHO)或心脏MRI对局部功能进行分析,可发现心肌在负荷增加时功能减退(图2)。可通过多巴酚丁胺(5 mg/kg/min)刺激心脏,并测量周向应变和局部室壁增厚来评估该现象。正电子发射断层扫描(PET)成像显示,与同一心脏内的非LAD区域相比,冬眠区域的血流减少而葡萄糖摄取增加,表明缺血组织仍具有活力。这种相对于血流灌注而言葡萄糖摄取的增强被称为“血流-代谢不匹配”,与慢性心肌冬眠的临床表现相似4。任何影像学检查均未发现梗死证据。若LAD区域出现梗死,则说明缩窄器过紧,导致了血管完全闭塞;若未见局部异常,则表明尚未成功建立心肌冬眠表型。
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在此,我们证明我们的猪单支血管病变伴左心室功能保留的缺血性心肌病(HM)模型能够准确模拟临床患者的实际情况。在血运重建之前,单支血管病变的HM动物模型通过射血分数评估显示整体心功能仅有轻微受损,但区域心肌增厚程度显著降低。血运重建后,恢复1个月或3个月时的心脏磁共振(CMR)成像显示心肌存活性和血管移植物通畅性得以保留,但区域功能障碍持续存在,低剂量多巴酚丁胺应激试验对收缩储备的评估结果也证实了这一点。
初始冬眠操作中有几个关键步骤。在第三肋间进入胸腔可最方便地接近前降支近端。使用湿润纱布牵拉左心耳有助于 在不诱发心律失常的情况下实现血管的可视化。辅助暴露左前降支(LAD)可最大限度减少出血并确保结扎可靠。关胸时采用瓦尔萨尔瓦动作(Valsalva maneuver)排出空气,以预防气胸。
成功的再血管化手术有几个关键步骤。适当的麻醉深度并使用麻痹剂可确保在吻合过程中动物无任何移动。使用利多卡因和每公斤体重200单位肝素可消除心律失常和血栓事件。采用股动脉导管进行持续血压监测,对维持动物的血流动力学稳定至关重要。使用...
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作者无任何利益冲突需要披露。
本研究工作由美国退伍军人事务部生物医学实验室研究与开发局(BLR&D)的VA Merit Review项目#I01 BX000760(RFK)资助。本研究内容不代表美国退伍军人事务部或美国政府的观点。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| Bair Hugger | 3M | Model 505 | 患者保温系统 |
| SR 布托啡诺 10 mg/mL | Abbott Labs | NADA 141-434 | 术后镇痛药 |
| 外科弹簧夹 | Applied Medical | A1801 | 游离左乳内动脉后夹闭其末端 |
| 动脉导管套件 | Arrow | ASK-04510-HF | 用于血压监测的股动脉导管 |
| 1000mL 0.9% 氯化钠 | Baxter | 2B1324X | 静脉补液 |
| 250 mL 0.9% 生理盐水 | Baxter | UE1322D | 静脉补液 |
| 500mL 0.9% 氯化钠 | Baxter | 2B1323Q | 药物输送,为吹雾器提供雾化液 |
| Flo-thru 1.0 | Baxter | FT-12100 | 用于将左乳内动脉与左冠状动脉吻合 |
| Flo-thru 1.25 | Baxter | FT-12125 | |
| Flo-thru 1.5 | Baxter | FT-12150 | |
| Flo-thru 2.0 | Baxter | FT-12200 | |
| 氯己定涂剂(Cloroprep) | Becton Dickenson | 260815 | 外科皮肤准备 |
| 美洛昔康 | Boehringer Ingelheim Vetmedica, Inc. | 0010-6013-01 | 用于镇痛的非甾体抗炎药 |
| Hypafix | BSN Medical | 4210 | 固定伤口敷料和静脉导管 |
| 吹雾器用静脉输液管 | Carefusion | 42493E | 连接静脉输液以适配吹雾器/雾化器 |
| Bovie 电凝手柄 | Covidien | E2516 | 止血 |
| 胸腔引流管 | Covidien | 8888561043 | 排出胸腔内的空气 |
| 单极电凝 | Covidien | Valleylab FT10 | 止血 |
| Telpha 敷料 | Covidien | 2132 | 无菌伤口敷料 |
| 4-0 Tevdek II 缝线 | Deknatel | 7-922 | 用于将缩窄环固定在前降支周围 |
| 丙泊酚 | Diprivan | 269-29 | 诱导麻醉剂 |
| 喉镜长刀片 | DRE | 12521 | 便于可视化气管以便插管 |
| 心电图电极片 | DRE | 1496 | 监测心律 |
| 喉镜 | DRE | 12515 | |
| 麻醉机 + 呼吸机 | DRE Drager- Fabius Tiro | DRE0603FT | 向患者输送氧气和吸入麻醉药 |
| 5号 Ethibond 缝线 | Ethicon | MG46G | 缝线 |
| 0号 Vicryl 缝线 | Ethicon | J208H | 缝线 |
| 2-0 Vicryl 缝线 | Ethicon | J317H | 缝线 |
| 3-0 Vicryl 缝线 | Ethicon | VCP824G | 缝线 |
| 7-0 Prolene 缝线 | Ethicon | M8702 | 缝线 |
| Dermabond | Ethicon | DNX12 | 皮肤粘合剂 |
| Ligaclips | Ethicon | MSC20 | 用于左乳内动脉游离的外科缝合钉 |
| 无菌生理盐水 20 mL | Fisher Scientific | 20T700220 | 用于冲洗静脉导管 |
| Telazol 100 mg/mL | Fort Dodge | 01L60030 | 术前镇静剂 |
| 三重抗生素软膏 | Johnson & Johnson | 23734 | 伤口表面外用 |
| 内径 6.0 mm 气管插管 | Mallinckrodt | 86049 | 为再血管化、MRI 和终止手术建立气道 |
| 1" 医用胶带 | Medline | MMM15271Z | 固定伤口敷料和静脉导管 |
| 内径 4.0 mm 气管插管 | Medline | DYND43040 | 为冬眠手术建立气道 |
| 内径 4.5 mm 气管插管 | Medline | DYND43045 | 为冬眠手术建立气道 |
| 内径 5.0 mm 气管插管 | Medline | DYND43050 | 为冬眠手术建立气道 |
| 内径 6.5 mm 气管插管 | Medline | DYND43065 | 为再血管化、MRI 和终止手术建立气道 |
| 内径 7.0 mm 气管插管 | Medline | DYND43070 | 为再血管化、MRI 和终止手术建立气道 |
| Bair Hugger 毛毯 - 大号,置于身体下方 | Medline | AUG55501 | 患者保温系统 |
| 基础包 | Medline | DYNJP1000 | 无菌铺巾和手术台覆盖物 |
| 骨蜡 | Medline | ETHW31G | 骨切面止血 |
| 吸引 管路 | Medline | DYND50223 | |
| 吸引容器 | Medline | DYNDCL03000 | |
| 1 mL 注射器 | Medtronic/Covidien | 1188100777 | 注射给药 |
| 12 mL 注射器 | Medtronic/Covidien | 8881512878 | 注射给药 |
| 20 mL 注射器 | Medtronic/Covidien | 8881520657 | 注射给药 |
| 3 mL 注射器 | Medtronic/Covidien | 1180300555 | 注射给药 |
| 6 mL 注射器 | Medtronic/Covidien | 1180600777 | 注射给药 |
| 60 mL 注射器 | Medtronic/Covidien | 8881560125 | 注射给药 |
| 吹雾器套件 | Medtronic/Covidien | 22120 | 清除手术视野以进行血管吻合 |
| 罗库溴铵 | Mylan | 67457-228-05 | 神经肌肉阻滞剂 |
| #40 剃毛刀头 | Oster | 078919-016-701 | 清除手术部位毛发 |
| 毛发剪刀 | Oster | 078566-011-002 | 清除手术部位毛发 |
| 布比卡因 | Pfizer | 00409-1161-01 | 局部麻醉药 |
| 头孢唑林 | Pfizer | 00409-0805-01 | 抗生素 |
| 肝素 | Pfizer | 0409-2720-03 | 抗凝剂 |
| 利多卡因 2% | Pfizer | 00409-4277-01 | 局部麻醉药/抗心律失常药 |
| 琥珀胆碱 20 mg/mL | Pfizer | 00409-6629-02 | 神经肌肉阻滞剂 |
| 麻醉监护仪 | Phillips Intellivue | MP70 | 支持吸入麻醉下的通气 |
| 人工泪液 | Rugby | 0536-1086-91 | 润滑眼睛以防止角膜干燥 |
| 布托啡诺 0.3 mg/mL | Sigma Aldrich | B9275 | 用于可存活手术的术前镇痛药 |
| 异氟烷 | Sigma Aldrich | CDS019936 | 全身麻醉药-吸入剂 |
| 36” 压力监测管路 | Smith’s Medical | MX563 | 连接动脉导管 至传感器 |
| 48” 压力监测管路 | Smith’s Medical | MX564 | 连接动脉导管 至传感器 |
| Jelco 18 号静脉导管 | Smiths medical | 4054 | 用于再血管化、MRI 和终止手术的静脉通路 |
| Jelco 20 号静脉导管 | Smiths medical | 4059 | 用于 MRI 的静脉通路 |
| Jelco 22 号 静脉导管 | Smiths medical | 4050 | 用于冬眠手术的静脉通路 |
| OPVAC Synergy II | Terumo Cardiovascular System | 401-230 | 心脏定位器和稳定器 |
| 胸骨锯/尸检锯 | Thermo Fisher | 812822 | 用于打开胸腔 |
| Delrin 缩窄环 | U of MN | 定制 | 造成前降支狭窄 |
| 氧气瓶 E 型气瓶 | 各种 | 各种 | 当麻醉机无辅助流量计时,用于吹雾器 |
| 压力传感器 | 各种 | 必须适配麻醉监护仪 | 监测直接动脉压 |
| 赛拉嗪 100 mg/mL | Vedco | 468RX | 术前镇静/镇痛药 |
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