本研究描述了一种通过开腹手术在大鼠中进行胸腹主动脉阻断后内脏缺血-再灌注所致急性肺损伤的模型。该模型可用于研究主动脉阻断的临床和生物学效应,以及缺血-再灌注对内脏器官和远隔肺部损伤的影响。
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本研究描述了一种通过开腹手术在大鼠中进行胸腹主动脉阻断后内脏缺血-再灌注所致急性肺损伤的模型。该模型可用于研究主动脉阻断的临床和生物学效应,以及缺血-再灌注对内脏器官和远隔肺部损伤的影响。
腹主动脉瘤的开放手术需要暂时中断血液循环,从而导致远端器官的缺血-再灌注损伤。肾动脉、肠系膜动脉和内脏动脉可能受累。目前尚无任何疗法被证实可有效预防腹腔干上方主动脉阻断后由缺血-再灌注引起的远隔性肺损伤。为了研究急性肺损伤的病理生理通路及药物治疗,已在大鼠中建立主动脉阻断的实验模型。
术前给予丁丙诺啡(0.05 mg/kg)进行皮下镇痛。通过面罩吸入卤代烃气体(2.5%异氟烷)诱导自主呼吸下的全身麻醉。在加热手术台上(直肠内监测体温)行剑突至耻骨的剖腹手术。将胃脾组织块和肠管向右侧腹壁牵拉,肝脏游离至腹腔上部。辨认膈肌及其膈脚,逐步松解腹腔动脉上方的主动脉膈内走行段。轻柔分离,以实现对膈脚间主动脉的环周控制。仔细辨认其深部的腹腔干和肠系膜上动脉。可在内脏动脉上方使用微血管夹夹闭主动脉。通过观察主动脉搏动消失及小肠颜色变苍白来确认夹闭成功。在整个缺血期间,大鼠持续保持麻醉状态。缺血结束后,移除微血管夹,观察主动脉搏动恢复情况以及小肠颜色是否恢复正常。随后缝合腹壁,再缝合大鼠皮肤。在再灌注期结束时,以相同方式再次麻醉动物。通过采血过程中的放血法实施安乐死,随后可取出肺组织。肺损伤可通过血气分析、肺重量测定及组织学检查进行评估。肺组织样本还可用于RT-PCR和Western blot分析。
主动脉瘤是指主动脉的局部且永久性扩张1。动脉瘤的发展趋势是发生破裂,导致大出血,具有较高的死亡率2。因此,治疗的重点在于预防这一严重并发症。主动脉瘤最常见于肾下段,可通过主动脉腔内移植物进行治疗。主动脉双髂支腔内移植物是一种带膜的分叉支架,通过股动脉经皮穿刺途径以微创方式置入。该技术无需主动脉阻断,避免了内脏缺血的发生,且可在局部麻醉下完成。相比之下,范围更广的主动脉瘤——如胸腹主动脉瘤和复杂的腹主动脉瘤——采用腔内技术治疗更具挑战性。这是由于动脉瘤累及肾动脉、肠系膜上动脉以及腹腔干 (图1)。除主动脉本身外,这些主要的内脏动脉也需要重建。因此,腔内微创治疗方法需要更为复杂的操作,涉及使用开窗型和/或分支型腔内移植物来重建内脏动脉。这类移植物的主要局限在于制造周期较长——通常需要数月时间——因而不适用于急诊治疗。在此类情况下,传统的开放手术修复仍是一种可行且可靠的治疗选择。
开放修复治疗需要开腹手术和胸腹主动脉上方内脏区域的临时阻断,即暂时性内脏缺血。此类胸腹主动脉瘤治疗过程中的并发症发生率较高,死亡率介于5%至15%之间3。肺部并发症发生率为60%,肾脏并发症为40%4。这些并发症常伴随全身性炎症反应,可能进展为多脏器功能衰竭5。此类发病率和死亡率具有多因素性,涉及手术创伤、麻醉、镇痛、血流动力学波动、失血性休克以及缺血-再灌注现象。无论手术入路为开胸、膈肌切开、腰部切口或开腹,手术创伤均会通过改变通气力学,特别是损害膈肌功能,促进并发症的发生6。
暂时性内脏缺血再灌注会影响下游器官,包括消化道、内脏系统、肾脏和下肢7。肺部并发症是胸腹主动脉手术后最常见的不良事件,其发生原因具有多因素性。腹腔干以上主动脉阻断并不会直接导致肺缺血-再灌注损伤,但下游内脏器官的缺血-再灌注会引发显著的全身性炎症反应。内脏缺血-再灌注与远隔器官损伤(尤其是肺损伤)之间存在因果关系的假说具有充分依据。肺血管内皮功能障碍是肺泡-毛细血管膜的关键组成部分,在急性肺损伤(ALI)的发生发展中起核心作用。强烈的全身性炎症反应及中性粒细胞的活化在此过程中发挥关键作用。
急性肺损伤(ALI)通常根据组织学标准而非临床表现来定义。ALI 是一种急性炎症性疾病,其特征是肺微血管内皮屏障和上皮屏障的破坏。肺泡-毛细血管膜是肺的功能单位,由三个部分组成:微血管内皮、间质间隙和肺泡上皮。
急性肺损伤(ALI)的一个特征是肺泡-毛细血管屏障通透性增加,主要由中性粒细胞浸润及细胞毒性促炎介质的释放所驱动。肺泡上皮损伤涉及Ⅰ型和Ⅱ型肺泡上皮细胞。Ⅰ型细胞覆盖约95%的肺泡表面积,对损伤高度敏感,在气体交换中发挥关键作用。Ⅱ型细胞数量较多但覆盖面积较小,主要负责表面活性物质的生成、上皮修复以及离子转运。损伤后,Ⅱ型细胞通过其再生能力并分化为Ⅰ型细胞,参与肺泡完整性的恢复。
在急性肺损伤(ALI)过程中,多种细胞死亡通路均参与了上皮细胞的损伤,其中Ⅰ型细胞尤为易受损害。通常通过评估肺水肿程度来判断ALI,也可结合微血管通透性指标以反映内皮功能障碍。
该模型的目的是在代谢和机制层面研究内脏缺血-再灌注与远隔性肺损伤发生之间的关联,如图2所示。这种特定关联目前仍仅被部分阐明。我们的主动脉夹闭模型模拟了在健康主动脉上发生的内脏缺血-再灌注情况,且该模型在大鼠中不伴有腹主动脉瘤。在人类和大鼠中,腹腔干以上均无主要分支。此水平以上的主动脉称为腹腔干上主动脉,仅发出供应胸壁的小壁支。因此,该水平主要血管的血管解剖结构在人类与大鼠之间无显著差异。
该模型的应用可实现广泛探索,有助于识别远隔组织损伤发展过程中的早期生物标志物。此外,该模型还可用于研究潜在的抑制剂,包括循环介质抑制剂或特定远隔器官损伤抑制剂。
其他缺血-再灌注模型可用于研究远隔器官损伤。脑、肠和肾的缺血-再灌注模型已有广泛报道8,9,10。由于肠系膜上动脉(SMA)短暂阻塞所致的肠缺血-再灌注后肺损伤已有大量研究11,12,13。缺血和再灌注持续时间差异极大,可从数分钟至数小时不等14,15。设定缺血持续时间的依据在于诱导足够强度的损伤,以触发显著的生理反应,从而导致远隔器官损伤的发生。若缺血时间过短,可能不足以引起所研究代谢通路的显著改变。至于再灌注时间的选择,其依据在于远隔损伤的早期发生特性以及病理生理变化可能具有的短暂性。理想的再灌注时间既不应过早也不应过晚,以便充分表征代谢功能障碍。
这些模型主要使用啮齿类动物。啮齿类动物的优点包括体型小、易于饲养、生命周期短以及丰富的遗传资源16。在缺乏额外益处的情况下,使用猪、狗或灵长类等大型动物似乎并不合理,这与动物实验伦理中关于优化原则的要求相一致。此外,由于啮齿类动物在解剖学、生理学和遗传学方面与人类具有高度相似性,因而适用于转化医学研究16。
SMA夹闭模型的主要局限性之一在于,临床实践中肠缺血期的起始时间无法明确识别,这使得向人类临床情况的外推变得更加不确定。相比之下,在复杂的主动脉手术中,各个器官的缺血与再灌注时期是明确可辨的。此外,在腹腔动脉上方的主动脉夹闭过程中,所有远端内脏均处于缺血状态(包括消化道、肝脏、脾脏、肾脏、盆腔器官及下肢),这些器官均会经历缺血-再灌注现象。相反,针对单一器官(如肠道、肾脏、肝脏等)的缺血-再灌注模型研究较多,而涉及主动脉夹闭所致多器官缺血-再灌注并伴随代谢性病理生理变化的模型则研究较少。同样,关于主动脉夹闭后肺部等远隔器官损伤的代谢机制研究也较为匮乏17,18。
现有的主动脉钳夹模型主要集中在肾动脉以下的腹主动脉钳夹。该模型的局限性在于无法诱导内脏缺血-再灌注,因此不能展示内脏缺血-再灌注与潜在的远隔器官损伤之间的关联18,19。此外,目前尚无允许通过主动脉钳夹研究缺血-再灌注的体外模型,因此仍需依赖体内模型进行分析。
因此,这种在大鼠中建立的腹腔动脉上方主动脉阻断实验模型,有助于对远端肺损伤的病理生理机制及药物干预措施进行系统性研究。
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该模型的建立遵循动物护理与实验的指导原则以及法国和欧洲的法律法规。此模型已在一项实验动物研究中得到验证,该研究已获得法国鲁昂诺曼底地区大学伦理委员会批准(编号°APAFIS:#18974
1. 动物模型与适应性饲养
2. 麻醉与镇痛
3. 手术过程中大鼠的体位
4. 手术步骤
5. 样品采集
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该方案被证实是安全的,在麻醉和手术过程中动物损失极少(低于5%),并能有效诱导急性肺损伤。异氟烷麻醉比氯胺酮联合赛拉嗪麻醉更安全(损失率约为15%),且动物苏醒迅速,大鼠恢复情况更好(数据未显示)。所有麻醉动物均能通过该方法顺利完成安全有效的主动脉夹闭。所有(100%)成功实施主动脉夹闭的动物均分别耐受了持续40分钟的缺血期和3小时的再灌注期。
根据本方案,血样分析已成功完成。在涉及65只大鼠的研究中,平均采集血量为4.5 ± 1.2 mL,可用于血气分析以及ELISA和多重检测法进行生化血浆分析。血气分析的成功率为100%。回收血浆的平均体积为750 µL。血气分析显示,在腹腔动脉上方主动脉阻断后,pH、PaO₂、SpO₂和HCO₃⁻降低,PaCO₂升高(表2)
成功进行了组织分析,实现了核酸分析(逆转录聚合酶链式反应/RT-PCR)、蛋白质分析(Western Blot/WB)以及组织学评估。肺组织学结果如表3所述,在主动脉阻断后总体损伤评分显著升高(分别...
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这种主动脉阻断的手术模型具有优势,可对内脏缺血-再灌注后发生的急性肺损伤进行全面分析,包括基于组织和基于血浆的分析。同时,该模型还提供了在预处理或后处理阶段通过腹腔内、肠内或静脉给药方式测试药理学分子的机会。
手术过程中一个关键步骤仍然是腹腔干上方的主动脉阻断。一旦掌握,该步骤可迅速完成。该技术的学习曲线较陡:通常只需进行不到三次操作即可掌握安全有效的手术方法。使用精细的弯头器械(如解剖钳和结扎钳)可大大便利操作过程。此外,使用单丝缝合线可防止 与周围组织粘连,且创伤更小。
经下腔静脉静脉注射也是一种具有显著出血风险的操作。止血敷料的使用带来了实质性改变,有助于避免直接缝合下腔静脉所带来的一系列技术难题。静脉壁极为脆弱,任何试图修复针刺损伤的操作都极有可能扩大血管损伤。手动压迫损伤部位是实现下腔静脉止血的一种可能替代方法;然而,这种方法可能导致静脉回流受阻,进而可能影响心肺功能。
在自主呼吸条件下实施该干预措施,可使模型无需复杂的兽医麻醉设备即可进行。使用异氟烷...
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作者无任何利益冲突需要披露。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
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| 1毫升鲁尔滑动式注射器(不含针头) | Terumo | MDSS01SE | 1毫升鲁尔滑动式注射器(不带针头) |
| 2毫升鲁尔滑动式注射器(不带针头) | Becton Dickinson | 2毫升鲁尔滑动式注射器(不带针头) | |
| 4 mL EDTA 管,BD K3,13 mm × 75 mm | BD Vacutainer | BD368860 | 5 mL EDTA 管 BD K3 13 mm × 75 mm |
| 5-0 编织缝合线 / Vicryl 5-0(Ethicon)或 Novosyn(B. Braun) | Ethicon - 强生公司 | V7970E | Vicryl 5-0 圆锥形针 1/2 圆 13 mm 长度 45 cm |
| 5-0 单丝可吸收缝线 / Monocryl Poliglecaprone | Ethicon - 强生公司 | Y493G | 针头,3/8圆弧,长度18英寸 |
| 5 cc 鲁尔滑动式注射器(不带针头) | Terumo | SS-05LE1 | 5cc 鲁尔滑动式注射器(不带针头) |
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| β-actin Invitrogen | 美国加利福尼亚州卡尔斯巴德 | 15G5A11/E2 | |
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