开发一种在失血性心脏骤停猪模型中的选择性主动脉弓灌注系统

摘要

本实验方案旨在演示一种用于转化研究的猪失血性心脏骤停模型以及专门构建的选择性主动脉弓灌注回路。

摘要

出血是创伤后可预防性死亡的主要原因。对于心脏骤停患者，选择性主动脉弓灌注（SAAP）等血管内复苏技术正受到越来越多的关注。该技术通过胸主动脉球囊导管对冠状循环进行主动灌注，目前已接近临床应用阶段。然而，该技术较为复杂，在应用于人体之前，尚需在动物模型中进一步优化。本文介绍了一种采用定制SAAP系统治疗失血性心脏骤停的大型动物模型。

猪被麻醉并进行仪器连接，在实施脾切除术之后，开始进行受控的对数级失血。动物接受肝素化处理，流失的血液被收集到储血器中。一旦观察到心脏停搏，即通过体外循环将血液泵入氧合器，然后经由置于胸主动脉内的10 Fr球囊导管输送血液。

这导致了自主循环的恢复（ROSC），心电图和主动脉根部压力波形可证明这一点。该模型及配套的SAAP系统可实现从失血性心脏骤停中的标准化且可重复的复苏。

引言

出血是导致大多数本可预防的创伤性死亡的原因¹。在失血性休克的终末阶段，冠状动脉灌注减少，进而引发心脏骤停和死亡。目前的治疗策略——静脉输血和心脏按压——效果有限，因其未能解决冠状动脉灌注不足的问题。

SAAP 是一种基于导管的复苏技术，旨在通过将含氧复苏液体和药物直接输注至近端主动脉，灌注冠状动脉和脑循环，从而解决这一问题。有限的猪模型研究表明，在心室颤动和失血性心脏骤停后，该技术在恢复心脏活动方面展现出良好的效果^2,3,4。然而，SAAP 的研究仍在进行中，该技术目前仍处于临床前阶段。

SAAP 存在若干技术挑战。通过导管以精确的灌注速率输送特定体积的灌注液至关重要，但目前尚无经 FDA 批准且可商业获得的导管可用于 SAAP。该技术需要一个特定的回路，能够在 SAAP 期间高效地储存、氧合并输送灌注液。本研究的目的是建立一种创伤性无脉电活动（PEA）心脏骤停动物模型，并构建一套可靠、定制的 SAAP 系统，用于在失血性动物研究中探索该工具的应用。

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方案

本研究在马里兰大学巴尔的摩分校医学院教学设施（MSTF，美国马里兰州巴尔的摩市）进行，该设施由美国实验动物科学协会认证。研究方案经当地机构动物护理和使用委员会批准。

1. 动物选择与饲养

1. 使用成年雄性猪（Sus Scrofa），体重为 60–80 kg。
2. 动物抵达动物实验设施后，每只单独饲养于一个笼中，但应允许其与相邻笼中的动物进行互动。
3. 动物至少饲养 48 小时以确保充分适应环境。自由饮水，并给予标准饮食，直至实验前一晚开始禁食，以降低插管期间发生误吸的风险。
4. 定期监测动物，确认其健康状况良好。

2. 镇静与全身麻醉诱导

1. 在动物仍处于饲养区域时，通过在耳后或臀肌处进行肌肉注射特拉唑（Telazol，4-5 mg/kg）和赛拉嗪（xylazine，1.8-2.2 mg/kg）使其镇静。
2. 将动物从饲养区转运至手术室，并置于手术台上呈仰卧位。
3. 将脉搏血氧仪探头置于动物耳部，将面罩戴在动物鼻部，并给予100%氧气中的异氟烷_2, 直到下颌放松，以诱导麻醉。
4. 使用喉镜插入气管插管（ET管）。操作时应保持下颌张开，拉出舌头，识别会厌，将喉镜尖端插入咽部，并将会厌从软腭处推开。将ET管经声门向前推进6–10 cm，然后相对于动物头部顶....

结果

基线时主动脉根部血压为83/58 mmHg，在放血过程中逐渐下降至0-10 mmHg。出现无脉电活动（PEA）后，实施SAAP，期间收缩压迅速升高至120 mmHg，并在SAAP持续期间维持该水平（图4）。SAAP停止且主动脉球囊放气后，血压降至约60 mmHg，但在SAAP后期间逐渐恢复至基线水平，期间出现数个代表静脉输液推注的血压尖峰（箭头所示）。

图1：示意图展示猪体内用于数据采集和监测的介入部位。 左侧颈内静脉（IJV）置入7 Fr鞘管，可根据实验方案需求用于给药。右侧颈内静脉置入7 Fr鞘管可用于将压力传感.......

讨论

充分的灌注液氧合是SAAP¹²的关键能力。我们使用一种与储液器集成的过滤器，该过滤器通过标准输氧管连接至氧气瓶，以6 L/min的流速将氧气输送至氧合器。回路中集成的离心泵推动血液流经氧合器进行过滤。可通过采集回路灌注支路中的血样进行血气分析，以确认氧合是否充分。在使用该模型进行实验期间采集的血气样本结果显示：pO₂ 746 mmHg、sO₂ 100.0%、FO₂Hbe 99.2%，证实氧合充足。为实现自主循环恢复（ROSC），必须通过SAAP回路实现充分的灌注。Manning及其同事的研究表明，以每分钟10 mL/kg体重的速率灌注是提高冠状动脉灌注压（CPP）并实现ROSC的最佳流速⁶。研究还表明，过高的灌注流速可能导致灌注液过多，从而引起心脏超负荷或肺水肿³。回路中的泵必须具备足够的动力，不仅能够推动灌注液流经内径为3/8英寸的管路，还需克服SAAP导管相对较长且管腔较窄的阻力——该导管长度为81 cm，内径为10 Fr。我.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
3/8” 内径导管	Saint-Gobain	E-3603	该导管用于整个管路系统。
1/4" 导管	Tygon	E-3603	2" 长度的连接段，用于放血导管与ECMO插管之间的连接
两通旋塞阀	Harvard Apparatus	72-2650	标准旋塞阀
三通旋塞阀	Harvard Apparatus	72-2658	标准旋塞阀
带刺接头	Harvard Apparatus	72-1587	Y型连接器
带刺接头	Harvard Apparatus	72-1575	直通连接器
血液储血器	LivaNova	50715	与氧合器配套销售
扎带	Commercial Electric	GT-200ST	标准扎带
离心泵 BVP-Z	ISMATEC	ISM 446	用于血液再循环的离心泵
可控蠕动分配泵	New Era Pump Systems	NE-9000B	用于放血的蠕动泵
ECMO插管	Medtronic	96570-015	放血用插管
气体导管	AirLife	1302	标准氧气导管
氧气源	AirGas	OX USP300	带流量计的标准氧气瓶
氧合器	LivaNova	50715	与储血器配套销售
蠕动泵 1 MCP	ISMATEC	ISM 405	SAAP蠕动泵
SAAP导管	n/a	n/a	由Manning博士设计的专有导管
静脉导管	Teleflex	CDC-29903-1A	9 法式单腔导管