我们描述了一种通过肺动脉干缩窄诱导右心室压力超负荷的小鼠模型。本文包含了气管插管、手术操作以及通过超声心动图进行表型分析的详细实验方案。气管插管和手术过程中使用了自制的器械,可实现模型的快速建立且成本低廉。
需要JoVE订阅才能观看此内容。 请登录或开始免费试用
方法文章
* These authors contributed equally
我们描述了一种通过肺动脉干缩窄诱导右心室压力超负荷的小鼠模型。本文包含了气管插管、手术操作以及通过超声心动图进行表型分析的详细实验方案。气管插管和手术过程中使用了自制的器械,可实现模型的快速建立且成本低廉。
由压力超负荷引起右心室(RV)衰竭与多种心血管和肺部疾病的发病率及死亡率密切相关。右心室衰竭的发病机制复杂,目前仍未被充分理解。为了寻找治疗右心室衰竭的新策略,必须依赖可靠且可重复的动物模型。肺动脉干缩窄(PTB)模型因其能够在不受肺血管床变化干扰的情况下独立评估右心室功能,而日益受到关注。
本文介绍了一种通过肺动脉缩窄术(PTB)在5周龄小鼠中建立的右心室压力超负荷的小鼠模型。该模型可用于诱导不同程度的右心室病理改变,范围从轻度右心室肥厚到失代偿性右心室衰竭。文中包含了气管插管、PTB手术以及通过超声心动图进行表型分析的详细实验方案。此外,还提供了气管插管和PTB手术所需器械的定制方法,有助于快速且低成本地复制PTB模型。
采用钛夹结扎环扎肺动脉干,确保肺动脉干缩窄程度具有高度可重复性且不受操作者影响。根据不同的结扎夹内径对肺动脉缩窄(PTB)的严重程度进行分级(轻度:450 µm;重度:250 µm)。由此产生的右心室(RV)病理变化范围从伴有右心室功能保留的肥厚,到表现为心输出量降低及心外表现的失代偿性右心室衰竭。术后1周和3周通过超声心动图评估右心室功能。本文展示了超声心动图图像及结果示例。此外,还展示了右心导管检查以及心脏组织的组织学分析结果。
右心室(RV)衰竭是一种临床综合征,由右心室功能障碍引起,表现为心力衰竭症状和体循环淤血体征1。右心室功能障碍与多种心血管和肺部疾病的发病率及死亡率密切相关2。右心室功能障碍的病因复杂,其潜在的信号通路和调控机制尚未充分阐明。
现有疗法的观察结果表明,右心室功能的改善与后负荷降低密切相关,提示肺血管系统应作为主要治疗靶点3。这说明目前的治疗方法对右心室功能的直接影响有限,即使肺血管阻力改善后,右心室功能仍可能恶化3。因此,亟需进一步研究如何在不依赖后负荷降低的情况下改善右心室功能。
稳健且可重复的动物模型在寻找新型治疗药物的过程中至关重要。在大多数慢性右心室(RV)衰竭模型中,其根本原因是肺血管结构改变所引起的肺动脉高压4,5,6。已有充分表征的模型包括慢性低氧模型7,8、Sugen-低氧模型9,10,11以及野百合碱模型12,13。由于这些模型中的右心室衰竭继发于肺动脉高压,因此无法区分干预措施对肺血管系统的作用与对右心室的直接作用6。
为独立研究右心室功能而不受肺血管系统影响,肺动脉干缩窄(PTB)模型已得到广泛应用,并已在多种动物物种中建立,包括小鼠、大鼠、兔子、狗、绵羊和猪。6,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27在肺动脉高压(PTB)模型中,通过手术缩窄肺动脉干,导致右心室压力升高6应用PTB的方法有多种,包括使用结扎线或金属结扎夹对血管进行结扎缩窄18,28在使用结扎线的模型中,肺动脉干被结扎在一根针上,随后将针抽出,使结扎线保留在原位,从而造成狭窄。 取决于针的尺寸和结的张力的血管部分18,29在使用金属结扎夹的模型中,肺动脉干缩窄的程度可能更具可重复性。采用改良的结扎夹施加器将结扎夹闭合至预设且恒定的直径,从而使该方法不受操作者影响,并减少与肺动脉缩窄相关的疾病表型变异。15,27,28.
已有研究表明,小鼠PTB模型可诱导右心室肥厚和功能衰竭18,28。使用PTB模型时面临的一个主要挑战是选择合适的PTB直径,以达到预期的右心室病理程度。当试图建立失代偿性右心室衰竭模型时,这一挑战尤为突出。为此,缩窄程度需足够严重以诱导慢性右心室衰竭,但又不能过重而导致术后急性右心室衰竭和早期死亡6。解决这一难题的一种方法是使用断奶期或幼年动物6,15。已有研究成功利用Wistar大鼠断奶幼鼠建立PTB模型,用于研究右心室衰竭的不同阶段15,30。在该模型中,具有持续生长潜力的幼年大鼠接受PTB手术,并使用钛夹进行结扎。随着大鼠的生长,肺动脉狭窄逐渐加重,最终导致右心室肥厚或慢性右心室衰竭,具体表现取决于PTB的严重程度15,30。受此模型启发,我们假设在幼年小鼠中建立PTB模型也可产生不同阶段的右心室病理改变。研究从轻度至重度的广泛右心室病理谱,可能有助于阐明疾病进展过程以及从右心室肥厚向右心室衰竭转变的机制。
本文介绍了一种通过幼年小鼠肺动脉瓣狭窄(PTB)诱导右心室压力超负荷的小鼠模型。利用该模型可产生不同程度的右心室病理变化,范围从右心室肥厚至失代偿性右心室衰竭。本研究包含了气管插管、PTB手术以及通过超声心动图进行表型分析的详细实验方案。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
本研究经丹麦动物实验监察局批准(授权编号:2021-15-0201-00928),并严格遵守丹麦国家实验动物相关法律法规进行。本研究使用了5周龄的雄性C57BL/6N小鼠。
1. 插管和手术器械的定制(图1)
注意:本节详细说明了如何使用廉价且易于获取的材料制备用于插管和经皮气管切开术(PTB)手术的定制器械的最重要步骤。

图 1:插管和PTB手术所用器械。 (A)由静脉输液导管制成的气管内插管。(B)胸腔牵开器。(C)插管支架及置于插管支架中、通过鼻管接受麻醉的小鼠。(D)用于PTB手术的外科器械及改良的结扎夹施加器。(E)引导套管。(F)自制可调节限位装置。 请点击此处查看该图的放大版本。
2. 结扎夹施加器的调节
3. 手术前准备
4. 跗骨间关节融合术(PTB 手术)
5. 超声心动图

图2胸骨旁长轴切面(PLAX)。 (A-D超声探头的定位。E, F) PLAX切面中的正常小鼠心脏。G, H) PTB术后右心室扩张与肥厚。缩写:LV:左心室,RV:右心室,PV:肺动脉瓣,PT:肺动脉干,Ao:主动脉。 请点击此处以查看此图的放大版本。

图 3:胸骨旁短轴切面(PSAX)。(A-D)超声探头的位置。(E, F)PSAX 下的正常小鼠心脏。(G, H)PTB 后的 PSAX。缩写:LV:左心室,RV:右心室,PM:乳头肌。请点击此处查看该图的放大版本。

图4心尖四腔心切面(A4CH)。 (A-D超声探头的定位。E, F) A4CH切面中的正常小鼠心脏。G, H) PTB术后RV和RA扩张。缩写:LV:左心室,RV:右心室,RA:右心房,LA:左心房。 请点击此处以查看此图的放大版本。

图 5:通过 A4CH 切面彩色多普勒显示的三尖瓣反流。 (A)在舒张期,可见从右心房(RA)流向右心室(RV)的血流(箭头所示)。 (B)在收缩期,可见一条细小的从右心室(RV)流向右心房(RA)的反流束(箭头所示)。 缩写:LV:左心室,RV:右心室,RA:右心房,LA:左心房。 请点击此处查看该图的放大版本。
6. 数据分析

:肺动脉主干半径,HR:心率
7. 右心导管检查
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
将C57BL/6N小鼠(雄性,5周龄,17–20 g)随机分为重度肺动脉缩窄(sPTB,250 µm,n = 12)、轻度肺动脉缩窄(mPTB,450 µm,n = 9)或假手术组(sham,n = 15)。术后1周和3周通过超声心动图评估心脏功能。术后3周进行右心导管检查,随后实施安乐死。称量器官重量,并制备心脏组织用于组织学分析。
术后1周的超声心动图显示,与轻度PTB组和假手术组相比,重度PTB组出现右心室(RV)压力升高和右心室功能障碍的征象。右心室功能障碍表现为心输出量(CO)和三尖瓣环平面收缩偏移(TAPSE)降低(图6A、B)。左心室偏心性指数(LVEI)降低提示右心室压力升高(图6C)。因此,在重度PTB模型中,可能在术后1周即可开始评估逆转干预的效果。轻度PTB组术后1周与假手术组相比,超声心动图显示右心室压力升高(LVEI降低),但未见右心室功能障碍的征象(图6
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
本文介绍了一种由压力超负荷诱导的小鼠右心室肥厚与衰竭的动物模型。我们证明了以下几点:(i)在幼年小鼠中进行肺动脉缩窄术(PTB)可诱导不同程度的右心室病理改变,范围从轻度右心室肥厚到伴有失代偿性心外表现及经组织学证实的右心室纤维化的右心室衰竭。(ii)通过超声心动图可在PTB手术后1 周和3 周观察并量化右心室功能障碍的征象。(iii)右心室肥厚的程度与PTB的严重程度及其引起的右心室压力升高呈正比。该模型有助于阐明继发于右心室压力超负荷的右心室衰竭的发病机制,因为我们发现PTB模型适用于研究右心室病理改变的不同阶段。
为确保小鼠PTB模型的成功建立及可重复性,需特别注意以下步骤。(i)选择合适的结扎夹直径。合适的夹子直径取决于多个因素,如期望的右心室压力负荷程度和术后随访时间。小鼠的年龄和体重也是需要考虑的重要因素。因此,可根据当前的科学问题对实验方案进行相应调整。为此,我们建议在术后相关时间点进行预实验手术及超声心动图检查,以评估所选结扎夹直径的适用性。(ii)精确调节结扎夹施夹器对于确保病理结果的可重复性至关重要。我们建议使用外径明确的金属丝或套管作为参考...
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
作者无任何利益冲突需要披露。
本工作得到了Snedkermester Sophus Jacobsen与妻子Astrid Jacobsen基金会、Helge Peetz与Verner Peetz及妻子Vilma Peetz遗赠基金、大商人A.V. Lykfeldt及其妻子遗赠基金的支持。此外,作者谨向奥胡斯大学临床医学系动物实验中心的工作人员表示感谢,感谢他们在实验工作实施过程中提供的支持。
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| Biosyn 6-0,单丝可吸收缝线 | Covidien | UM-986 | |
| 钝头套管针,27G 0.4×0.25, | Sterican | 292832 | |
| Bupaq Multidose vet 0.3 mg/ml(丁丙诺啡) | Salfarm Danmark | VNR 472318 | |
| C57BL/6NTac 小鼠 | Taconic Biosciences | C57BL/6NTac | |
| Dagrofil 1,编织不可吸收缝线 | B Braun | C0842273 | |
| 脱毛膏 | Veet | 3132000 | |
| 消毒棉签(82% 乙醇 + 0.5% 氯己定) | Mediq | 3340122 | |
| 一次性手术刀片,11号 | Swann-Morton | 11708353 | |
| Dräger Vapor 2000 七氟烷 | Dräger | M35054 | |
| 中性眼药膏,"Ophta" | Actavis | MTnr.: 07586 Vnr: 53 96 68 | |
| Horizon 结扎夹 | Teleflex Medical | 5200 (IPN914931) | |
| Horizon 开放式结扎夹施夹器,弯型,6"(15 cm) | Teleflex Medical | 537061 | |
| 厨房纸巾架 | n.a. | n.a. | |
| 不同粗细的金属丝 | n.a. | n.a. | |
| 显微外科器械套装 | Thompson | n.a. | |
| MiniVent 呼吸机 | Hugo Sachs | 型号 845 | |
| MS505S 传感器 | Visual Sonics | n.a. | |
| Rimadyl Bovis vet. 50 mg/ml(卡洛芬) | Zoetis | MTnr: 34547, Vnr: 10 27 99, | |
| Baxter 七氟烷 100% | Baxter Medical | MTnr: 35015 | |
| 硅胶管 | n.a. | n.a. | |
| 软质塑料片 | n.a. | n.a. | |
| 体视显微镜,"Opmi Pico" | Carl Zeiss Surgicals GmbH | n.a. | |
| 超声探头支架/导轨 | Visual Sonics | 11277 | |
| 加热板 | Visual Sonics | 11437 | |
| Venflon ProSafety,22G,0.9 × 25 mm | Becton Dickinson | 393222 |
访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。