一种肺动脉干缩窄压力超负荷诱导右心室肥厚与衰竭的模型

摘要

我们介绍一种在大鼠中诱导右心室肥厚和心力衰竭的手术方法。

摘要

由持续性压力超负荷引起的右心室（RV）衰竭是多种心肺疾病中导致发病和死亡的重要因素。因此，有必要建立可靠且可重复的右心室衰竭动物模型，以研究疾病的发病机制及潜在治疗策略的效果。肺动脉干缩窄术是一种诱导孤立性右心室肥厚的常用方法，但总体而言，既往报道的模型通常未能成功建立稳定的右心室肥厚及衰竭模型。

我们介绍一种通过肺动脉干缩窄术（PTB）诱导压力超负荷所致右心室肥厚的大鼠模型，该模型可实现伴有或不伴有右心室衰竭的不同右心室肥厚表型。我们采用改良的结扎夹施加器，将钛夹环绕肺动脉干压缩至预设的内径尺寸。通过使用不同直径的夹子，可诱导从轻度右心室肥厚到失代偿性右心室衰竭的不同疾病进展阶段。

在大鼠中实施肺动脉瓣上缩窄术（PTB）后，右心室肥厚会稳定地发展。根据所用结扎夹的直径，我们能够准确地复制出不同严重程度的疾病模型，范围从代偿性肥厚到伴有心外表现的严重失代偿性右心室衰竭。

所展示的PTB模型是一种有效且稳健的压力超负荷诱导右心室肥厚及衰竭的模型，相较于其他缩窄模型具有多项优势，包括可重复性高，以及能够诱导出严重且失代偿的右心室衰竭。

引言

右心室（RV）能够适应持续的压力超负荷。然而随着时间推移，适应性机制无法继续维持心输出量，右心室发生扩张，最终导致右心室功能衰竭。右心室功能是多种心肺疾病的主要预后因素，包括肺动脉高压（PAH）、慢性血栓栓塞性肺动脉高压（CTEPH）以及各种导致右心室压力（或容量）超负荷的先天性心脏病。尽管进行了积极治疗，右心室衰竭仍是这些疾病最主要的死亡原因。

由于右心室（RV）具有独特的特性^1,2和胚胎发育过程³，源自左心衰竭的研究成果无法直接外推至右心衰竭。因此，需要建立右心衰竭的动物模型，以研究右心室功能障碍的机制及潜在的药物治疗策略。

已有由SU5416联合低氧（SuHx）⁴ 或野百合碱（MCT）⁵ 诱导的肺动脉高压实验模型，这些模型通过肺血管系统疾病继发引起右心室（RV）衰竭。这些模型常用于评估靶向肺血管系统的药物治疗效果。SuHx模型和MCT模型均为非固定后负荷的右心室衰竭模型。因此，无法判断干预后右心室功能的改善是继发于降低肺血管后负荷的作用，还是由对右心室的直接作用所致。此外，MCT模型还具有多种心外效应。

方案

所有大鼠均按照丹麦动物实验法及动物实验部长令中所述的丹麦国家准则进行处理。所有实验均经机构伦理审查委员会批准，并依据丹麦动物研究法（司法部授权编号 2012-15-2934-00384）进行。

1. 结扎夹施加器的调节

注意：肺动脉干缩窄术使用一种带有角度钳口的改良开放式结扎夹施夹器进行。该施夹器经过改造，配备可调节限位装置，当钳口相互达到特定距离时，限位装置可自动停止进一步加压。当使用该改良施夹器压缩小型钛制结扎夹时，夹子两臂之间会保留一个特定直径的管腔，其大小取决于限位装置的调节设置（图1）。

1. 选择所需条带的直径，例如, 0.6 mm
2. 调节结扎夹施夹器，使钳口在完全闭合时间距为1.0 mm。由于夹子的两个支脚厚度各为0.2 mm，因此可留下0.6 mm的管腔。

结果

根据本课题组先前研究所述的肺动脉瓣下缩窄（PTB）操作方法^12,13，我们采用1.0 mm夹闭器进行缩窄以诱导右心室肥厚（PTB轻度），采用0.6 mm夹闭器造成中度右心室功能障碍（PTB中度），采用0.5 mm夹闭器造成重度右心室功能障碍（PTB重度）。接受重度缩窄的大鼠出现了右心室功能障碍相关的心外表现，包括肝功能衰竭和腹水（图5E）。所有大鼠均在PTB手术后七周进行评估，假手术组大鼠接受相同操作但未使用夹闭器。围手术期死亡率低于1/6。重度缩窄组大鼠的七周存活率为80%，而轻度或中度缩窄组及假手术组大鼠的存活率接近100%。

为评估PTB手术的效果，我们采用超声心动图结合心脏磁共振成像（MRI）来测定右心室（RV）容积和心输出量。三尖瓣环平面收缩期位移（TAPSE）通过心.......

讨论

我们介绍一种简便且高度可重复的肺动脉干缩窄方法，该方法使用改良的结扎夹施加器将钛夹压缩于肺动脉干周围。通过调节施加器以将钛夹压缩至不同的内径，可诱导出不同程度的右心室肥厚和功能障碍表型，包括伴有心外失代偿表现的重度右心室衰竭。

尽管该方案较为简单，但仍包含几个关键步骤。重要的是，大鼠在接受肺动脉缩窄术（PTB）时体型不能过大。根据我们的经验，体重为100–120 g的Wistar大鼠幼仔适用于该手术。在体型较大的大鼠中，实施严重的缩窄可能导致急性右心室衰竭和死亡。其他研究^{6,7,8,9,10,16} 主要使用体型更大的大鼠（160–260 g），但其相应的缩窄直径也更大（1.27–1.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
17 G IV Venflon 留置针	Becton Dickinson, US	393228	针头远端 2 mm 已被切除
1 mL 注射器 + 26 G 针头	Becton Dickinson, US	303172 & 303800
4-0 可吸收多股缝线	Covidien, US	GL-46-MG	Polysorb，紫色，5x18"
4-0 多股结扎线	Covidien, US	LL-221	Polysorb，紫色，98"
布托啡诺	Indivior UK Limited		本地采购，Temgesic 0.3 mg/mL
卡洛芬	ScanVet, DK	27693	Norodyl 50 mg/mL
氯己定	Faaborg Pharma, DK		本地采购
持针器（Contractor）	Aesculap, Germany	BV010R	钝头，自持式，70 mm
耳钩	Lawton, Germany	66-0261	小型，14 cm，尖端改装为 85° 角度
眼用凝胶	Decra, UK		Lubrithal，本地采购
精细组织镊	Lawton, Germany	09-0020
解剖镊	Lawton, Germany	09-0013	1 把常规，1 把尖端改装为 100° 角度
气体麻醉系统	Penlon Limited, UK	SD0217SL	Sigma Delta 蒸发器
毛发修剪器	Oster	76998-320-051
Horizon 开放式结扎夹施加器	Teleflex, US	137085	改装带可调节限位装置
Horizon 钛夹	Teleflex, US	001200	小型
诱导室	N/A
虹膜剪	Lawton, Germany	05-1450
虹膜剪	Aesculap, Germany	BC060R
机械呼吸机	Ugo Basile, Italy	7025
显微剪	Lawton, Germany	63-1406
显微镜	Carl Zeiss, Germany	303294-9903
持针钳	Lawton, Germany	08-0011	TITEGRIP
止血钳	Lawton, Germany	06-0100	Halsted-Mosquito，直型
Pro-Optha	Lohmann & Rauscher, Germany	16515	棉片
生理盐水 9 mg/mL	Fresenius Kabi, DK	209319
七氟烷	AbbVie, US		Sevorane，本地采购
手术钩	Lawton, Germany	51-0665	Cushing，19 cm，尖端改装为 90° 角度
手术胶带	3M, US	1530-0	Micropore
温度控制器	CMA Microdialysis; Sweden	8003760	CMA 450
电子天平	VWR, US
断奶期 Wistar 大鼠	Janvier Labs, France		RjHan:WI，100–120 g