小鼠横位主动脉缩窄术的一种改良技术

摘要

本方案描述了一种经过改良和简化的微创横主动脉缩窄（TAC）技术，该技术使用自制的牵开器。该手术无需呼吸机或显微镜即可完成，可诱导压力超负荷，最终导致心肌肥厚或心力衰竭。

摘要

经胸主动脉缩窄术（TAC）是一种常用于心力衰竭与心脏肥厚研究的手术方法，其原理基于在小鼠模型中建立压力超负荷状态。该手术的主要难点在于清晰暴露横主动脉弓并精确地结扎目标血管。传统方法通常采用部分开胸术以显露横主动脉弓，但该术式属于开胸模型，会造成较大的手术创伤，且术中需要使用呼吸机辅助通气。为减少不必要的组织损伤并简化操作流程，可通过非开胸途径暴露主动脉弓 通过 胸骨近端区域，使用带有套索的小型自制牵开器到达并固定目标血管。该操作无需进入胸膜腔，无需呼吸机辅助，也无需显微外科手术，可保持小鼠生理性的呼吸模式，简化手术流程，并显著缩短操作时间。由于创伤更小且操作时间更短，小鼠的应激反应更轻，恢复速度更快。

引言

心力衰竭是一种复杂的临床综合征，由心室充盈或射血的结构和功能受损所致¹疾病的分期主要由以下因素定义 通过 根据症状严重程度和体力活动能力的纽约心脏病协会功能分级²对于射血分数超过50%的患者，存在结构性和/或功能性异常导致利钠肽水平升高，可支持射血分数保留型心力衰竭（HFpEF）的诊断². 缺血性心脏病是导致心力衰竭的多种病因中的首要原因。因此，心肌梗死模型（如永久性冠状动脉结扎）常被用于研究心脏低灌注或缺血-再灌注损伤后的病理生理学变化^3,4除了急性心肌损伤外，高血压、糖尿病、肥胖以及心肌病家族史等其他危险因素也会促进心力衰竭的发展。当患者度过A期（心力衰竭风险期）进入B期（前心力衰竭期）后，心脏会发生结构性改变。¹例如，高血压患者首先出现适应性左心室肥厚，随后逐渐发展为非适应性心肌肥厚，并通过病理性重构进展为心力衰竭⁵.

作为多种心血管疾病的终末阶段，慢性心力衰竭已历经数十年的研究⁶。在心力衰竭研究中，已广泛使用多种小鼠模型，包括药物输注（血管紧张素II）、代谢紊乱（糖尿病或高热量饮食）以及主动脉缩窄⁷。在这些模型中，血管紧张素II灌注常伴随多种器官副作用，例如肾脏损伤⁷。诱导代谢紊乱通常需要较长时间。升主动脉缩窄模型被认为与人类疾病的关联性有限⁷。

TAC 是一种可靠的模型，可增加后负荷，诱导心肌肥厚及心力衰竭⁸。开胸 TAC 模型最初由 Rockman 等人描述，并已被全球众多实验室所采用⁹。然而，这种经典的 TAC 手术对小鼠造成的创伤较大，会改变其正常行为，可能需要较长的恢复时间，并干扰后续治疗¹⁰。其他改良的闭胸 TAC 手术虽减少了部分侵入性操作，但仍需要显微外科技术或机械通气支持^10,11。

本方案详细介绍了一种通过胸骨上缘3 mm正中切口，使用自制牵开器以微创方式进入主动脉弓的逐步操作方法。via 该模型无需显微外科技术、机械通气或肋骨切割，从而提供了一种快速、手术创伤小、操作简便且成本低廉的TAC手术实施方式。

方案

本方案已获得中国武汉华中科技大学同济医学院同济医院伦理委员会批准。该操作在成年雄性C57/BL6小鼠（>10周龄）上进行。所有手术器械在使用前均经高压灭菌处理。

1. 手术器械的准备

1. 准备一个5 mL注射器，并使用持针器夹住针头尖端使其变钝。 
2. 准备一根27 G针头，并用持针器将其尖端变钝。使用眼科剪刀剪去针头尖端是使其变钝的另一种方法。
3. 将27 G针头的尖端弯曲90°。
   注意：此针头将用作间隔器，用于与主动脉结扎以实现血管收缩。
4. 使用市售的医用级铁丝（直径0.5 mm，参见材料表），将其缠绕在针头上（图1A）。在针头的钝端形成一个小套索或环（图1B）。
   注意：此可重复使用的器械作为特制的自制拉钩，可在后续步骤中帮助将丝线穿过主动脉下方。
5. 手术前对所有手术器械（包括上述自制的特殊拉钩）进行高压灭菌 以达到消毒目的。 

2. 动物准备

1. 麻醉小鼠 通过 腹腔注射戊巴比妥钠溶液（50 mg/kg，参见 材料表）根据体重。 在手术区域局部皮下注射 100 μL 0.5% 利多卡因。
2. 通过轻捏小鼠脚趾确认小鼠已完全麻醉 用镊子的尖端。
3. 麻醉期间在双眼涂抹眼膏以防止干燥。 
4. 使用脱毛膏或剃毛器去除 throat 和 upper chest 部位的毛发。
5. 用碘液和70%乙醇交替擦拭未脱毛区域，由内向外作同心圆消毒，共重复三次。
6. 将小鼠仰卧置于覆盖无菌布的加热垫上，头部朝向操作者。用胶带固定四肢，并用4-0缝线固定门齿。图2A).
7. 插入直肠探头（参见 材料表使用体温监测仪监测手术过程中的体温，并在整个手术过程中将体温维持在37 °C。
8. 戴上一副无菌手套。
   注意：戴上无菌手套后，切勿接触其他未灭菌区域或物体。
9. 使用无菌眼科剪刀在新的 disposable 无菌洞巾上剪一个直径为 1-1.5 cm 的孔。将无菌洞巾覆盖在小鼠身上，确保去毛的手术区域通过该孔清晰可见。
   ​注意：此步骤可避免操作者接触其他未灭菌区域，有助于在手术过程中维持无菌条件。

3. 横向主动脉缩窄

1. 使用手术刀片在胸骨上切迹水平处做一条1.5 cm的垂直皮肤切口（图2B），并将皮肤切口向下延伸至胸骨角水平。
   注：胸骨上切迹位于胸骨柄上缘的一个凹陷处，当小鼠毛发去除后，可通过体表触及（图2B）。胸骨角是胸骨柄与胸骨体之间的连接处；暴露胸骨时，在相当于第二肋软骨水平处可见一条横向的白色线条（图2C）。
2. 仔细分离皮肤和浅筋膜，暴露气管和近端胸骨。从胸骨上缘开始至胸骨角，沿中线小心地在胸骨上做一条3–4 mm的纵向切口（图2D）。
   注：切口不得超过胸骨角，否则可能导致小鼠发生急性气胸。
3. 用镊子轻轻抬起胸骨及其下方的胸腺和主动脉弓。使用直头镊子小心地钝性分离目标血管及其周围组织。
4. 用右手握住之前自制的牵开器（步骤1.4），其末端带有金属环套。
5. 将自制牵开器的环套小心地穿过主动脉下方，位置位于左颈总动脉与右无名动脉起始部之间（图2E）。
6. 将自制牵开器换至左手，以便腾出右手使用其他器械。
7. 右手持显微镊子，将一根7-0丝线穿过环套末端的环圈，并将牵开器拉出。这样可使丝线留置于血管周围，便于后续结扎（图2F）。
   注：操作应轻柔，避免过度牵拉主动脉弓，使其偏离原始位置。
8. 将一根27 G针头平行置于主动脉旁，将丝线绕过针头和主动脉进行结扎（图2G，H）。
   注：假手术组操作步骤相同，但不进行主动脉结扎。
9. 用眼科镊夹住27 G针头，另一把镊子夹住结扎在27 G针头与主动脉上的线结，迅速而轻柔地将27 G针头从结扎处抽出（图2H）。
   ​注：结扎线结不可过紧，否则难以抽出针头；抽针时需格外小心，以防主动脉破裂。
10. 使用4-0合成单股缝线，以间断缝合方式缝合皮肤（图2I）。  

4. 术后护理

1. 将小鼠置于加热垫（参见材料表）上，并等待其苏醒。通常情况下，小鼠约在60分钟内恢复意识。
   注意：在动物恢复至能够自主维持胸骨卧位意识状态之前，不得无人看护。
2. 皮下注射0.5 mL温热生理盐水，并监测动物的体液稳态。
   注意：此步骤可防止动物发生脱水及低血容量循环状态。
3. 每日在伤口表面涂抹红霉素软膏，持续3天。
4. 术后镇痛处理时，向切口部位经肠外给予1 mg/L的布托啡诺局部麻醉药  （参见材料表）。
5. 术后密切观察小鼠是否出现感染或功能受损迹象（营养不良、弓背姿势、毛发竖立）。
   ​注意：接受手术的动物在完全恢复前不得与其他动物合笼饲养。

5. 超声成像

1. 通过计算血流速度确认横位主动脉结扎是否成功 通过 超声成像系统^12,13 （24 MHz，参见 材料表术后28天
   1. 使用含4.5%异氟烷的20%富氧空气麻醉动物，并以含0.5%异氟烷的20%富氧空气维持麻醉。
   2. 将小鼠置于仰卧位，并用胶带将其四肢固定在电极上。
   3. 使用脱毛膏去除胸部毛发，并在胸部涂抹超声耦合剂。
   4. 将平台尽可能向左倾斜。保持探头处于垂直位置，同时沿胸壁右侧胸骨旁线缓慢下移，探头凹槽朝向动物的下巴。
   5. 在仪器的B模式下，调节X轴和Y轴，直至主动脉弓及缩窄部位清晰可见。
   6. 点击 脉搏波多普勒 切换至脉冲波模式的按钮。
   7. 调整虚线光标采样容积框至狭窄部位远端，找到流速最高的狭窄射流。
   8. 点击 脉搏波多普勒 再次按下按钮以获取主动脉血流的波形，并测量峰值流速。根据波形的峰值计算血流速度（图3A，B).
   9. 将成像仪设置为B模式。将平台置于水平位置。将探头向左侧胸骨旁线旋转30°。
   10. 调整X轴和Y轴以获得短轴切面。按下M型模式以显示指示线，然后点击Cine Store保存图像，用于后续测量心壁厚度、心腔尺寸和射血分数。
       注意：射血分数的计算公式为：100% ×（（左心室舒张末期容积 - 左心室收缩末期容积）/ 左心室舒张末期容积）。心输出量的计算公式为：每搏输出量 × 心率（以绘制的第一帧为准）/ 1000。射血分数和心输出量等大多数指标均可自动测量 通过 超声成像系统的软件。LV Vol;d：左心室舒张末期容积。LV Vol;s：左心室收缩末期容积。

结果

成功进行TAC手术后，使用超声成像系统检测压力超负荷。术后4周，小鼠出现心功能下降。本研究中，TAC手术的有效性得到了验证 通过 射血分数（EF）、缩短分数（FS）、左心室质量（LV mass）和左心室内部直径（LVID）在小鼠接受TAC手术4周后的变化。与假手术小鼠相比，TAC小鼠在4周后EF显著降低（47% ± 10% vs. 78% ± 4%） p < 0.0001) (图 4A）。TAC 小鼠的左心室质量显著升高（158.1 ± 50.5 对比 91.8 ± 21.7 mg， p = 0.0226) (图4B). TAC 小鼠的 FS 显著降低（23 ± 5 vs. 46% ± 3%） p < 0.0001) (图4C）。TAC 小鼠的左心室舒张末期内径（LVID）显著升高（2.88 ± 0.39 vs. 1.81 ± 0.52 mm， p = 0.0...

讨论

持续压力超负荷的诱导可逐渐导致心脏肥厚和心力衰竭。该模型已在全球众多实验室中得到应用^14,15,16。本方案提供了一种改进的缩窄主动脉（TAC）方法，无需显微外科技术或机械通气。

本方案中最重要的步骤是将丝线缝合线穿过主动脉弓下方。当结扎线钩住主动脉弓后，所有操作动作必须轻柔，以减少对动脉不必要的牵拉。此外，围绕主动脉的缝线不可过紧，以免在拔出间隔物时造成困难。术后为小鼠提供充足的食物和水，对其快速恢复也至关重要。

既往文献已报道了其他TAC方法。Eichhorn等人发表了一种闭胸法，通过结扎横行主动脉实现缩窄¹⁰。该方法全程无需打开肋骨，因此造成的创伤极小。Zaw等人提供了一种不进入胸膜腔的TAC方法¹⁷。Tavakoli等人则提出了一种微创横行...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
4-0 非吸收性缝线	Jinhuan	HM403	用于皮肤缝合
5 mL 注射器	Haifuda Technology Co., Ltd.	BD-309628	用于制作带套索的牵开器
7-0 非吸收性缝线	Jinhuan	HM701	用于主动脉结扎
动物体温监测仪	Kaerwen	FT3400	用于监测动物体温
Buprenorphine	Sigma	B-044	用于术后镇痛治疗
脱毛膏	Veet	N/A	用于清除手术区域的体毛
加热垫	Xiaochuangxin	N/A	用于维持动物体温
布洛芬	MCE	HY-78131	用于术后镇痛治疗
铁丝（0.5 mm）	Qing Yuan	Iron wire #26	用于制作带套索的牵开器
显微镊子	RWD	F12006-10	用于穿刺并分离组织以打开手术空间
持针器	RWD	F12005-10	用于夹闭穿刺针针尖并使其钝化
眼科镊	RWD	F14012-10	用于夹持皮肤及其他组织
眼科剪	RWD	S11001-08	用于制作小鼠皮肤切口
戊巴比妥钠	Sigma	P3761	用于小鼠麻醉
无菌手术垫	Hale & hearty	211002	用于手术过程中放置动物
超声成像系统	Fujifilm visualsonics	vevo1100	用于测量血流速度、左心室壁厚度和射血分数，https://www.visualsonics.com/product/imaging-systems/vevo-1100