通过中线剖腹术采用锐性双极切除法在大鼠中进行5/6肾切除术

摘要

本论文介绍了一种在大鼠模型中通过腹正中切口行锐性双极切除术进行5/6肾切除的标准化操作方案，旨在通过精确的方法学手段减少肾实质，从而诱导肾功能不全状态，并最大限度降低技术误差风险。

摘要

慢性肾脏病（CKD）影响全球超过10%的人口，全球患者人数超过8亿。CKD治疗领域的进展显著改善了患者的预后。过去，慢性肾脏病常被视为绝症，许多患者因终末期肾病的并发症而死亡；如今，随着透析和肾移植技术的普及，以及SGLT2抑制剂或非甾体类盐皮质激素受体拮抗剂等新型药物的研发，CKD正越来越多地被作为慢性疾病进行管理。

然而，人们对进一步探索其病理生理过程及潜在治疗干预措施的需求仍在持续增长。可靠的生物模型在推动此类研究中发挥着关键作用。鉴于肾脏疾病的复杂性，其不仅涉及细胞生物学，还包括血管微解剖结构和内分泌信号传导，因此合适的模型必须具备只有动物模型才能提供的生物学复杂性，这使得啮齿类动物成为显而易见的选择。

因此，本手稿提供了一种复杂而系统的手术方案，通过中线剖腹术结合全肾和部分肾切除术，在大鼠体内进行肾实质的外科减容，适用于存活与非存活实验。该方案强调了精确的外科技术在确保结果一致性和可靠性方面的重要作用。此模型的潜在应用实例包括生物分子与药物研究，以及创新性术中成像技术（如高光谱成像）的开发，以客观地可视化并区分肾脏灌注不良的情况。

引言

慢性肾病（CKD）是一种影响全球大量人口的进行性疾病。其特征是随着时间推移，肾脏的内分泌和滤过功能逐渐丧失，导致体内代谢废物和液体积聚，以及内分泌系统失衡。近期数据显示，全球约有9.1%至13.4%的人口（即7亿至10亿人）患有慢性肾病¹。慢性肾病的患病率随年龄增长而上升，在美国，约34%的65岁及以上人群受到影响，相比之下，45至64岁人群为12%，18至44岁人群为6%²。

因此，慢性肾脏病（CKD）是全球疾病负担和死亡率的重要因素。早期发现和管理CKD对于延缓其进展、降低并发症风险至关重要，这些并发症包括心血管疾病、贫血，以及最终需要透析或肾移植才能维持生命的终末期肾病³。

在过去几十年中，终末期慢性肾病（CKD）的治疗干预措施经历了显著的发展。历史上，终末期CKD的管理仅限于支持性治疗，而透析自20世纪60年代起成为一种维持生命的治疗方式。自那时以来，透析技术取得了重大进展，包括开发出生物相容性更高的透析膜、改进血管通路以及腹膜透析的出现⁴。此外，肾移植已成为终末期CKD的最佳治疗方法，与透析相比，可显著提高患者的生存率和生活质量⁵。然而，供体器官的短缺仍然是一个重大挑战，推动了异种移植和再生医学等新型治疗策略的研究。此外，随着拟钙剂（如依替卡肽）的引入，终末期CKD相关并发症（如继发性甲状旁腺功能亢进）的管理也得到了改善，这类药物可有效调节甲状旁腺激素水平⁶。

尽管取得了这些进展，但由于对终末期慢性肾脏病（CKD）进展及其相关共病的分子机制研究不断深入，人们仍在持续探索更有效且更具靶向性的治疗方法。因此，慢性肾脏病在患者诊疗中仍然是一个重大问题，迫切需要进一步开展针对生物医学过程和治疗策略的深入研究。可靠的生物模型对于推动此类研究至关重要。鉴于慢性肾脏病具有多方面的特性，涉及从细胞生物学、器官间内分泌信号传递、血管功能解剖到流变学等多个层面，理想的模型必须具备只有完整模式生物才能提供的生物学复杂性。因此，啮齿类动物因其能够有效涵盖这些多样的生物学维度而成为首选模型。

五分之六肾切除残肾模型由于能稳定诱导肾功能不全，在大鼠和小鼠的慢性肾脏病（CKD）研究中被广泛用作常用工具^{7,8,9,10,11,12,13,14}。该模型包括切除一侧完整的肾脏以及另一侧肾脏的三分之二。残肾的建立可通过手术切除肾脏极部（称为极部切除模型），或通过结扎上下段肾动脉，导致肾极部梗死^{7,15,16,17,18,19,20}。

尽管这种伴发肾部分切除的5/6肾切除模型是一种已确立的技术，但此前仅以透明且易于理解的方案形式通过背外侧腹膜后入路进行介绍²¹。该入路对于仅在一侧进行肾实质减少的单侧手术，或为提高动物术后存活率而采用间隔数天的两阶段手术具有优势²²。然而，采用正中腹切口入路相较于传统的侧背腹膜后入路具有明显优势。

通过采用单一的腹部正中切口，外科医生可无障碍地进入整个腹腔，从而便于对腹腔内器官进行全面探查和操作。这种扩大的手术视野不仅简化了肾切除术的操作过程，还能够同时实施特定实验方案所需的其他干预措施，例如对输尿管进行结扎、切除或重建等操作，这些对于研究梗阻性尿路病的病理生理机制可能至关重要。此外，该方法还允许同时切除或操作其他腹腔器官，如肝脏、脾脏或胃肠道，从而拓展了针对多器官相互作用或全身性疾病模型的实验研究范围。

此外，经腹正中切口入路有助于构建回肠通道或新膀胱，这是一种利用一段回肠创建尿流改道的外科手术，对于研究膀胱功能障碍或重建泌尿外科技术尤为相关。在同一手术区域将肾切除术与其他外科干预相结合的这种灵活性，不仅简化了实验操作流程，而且最大限度地减少了实验动物所承受的累积手术创伤及相关风险。因此，在单阶段双侧肾脏手术或同时进行其他腹腔内手术的情况下，应优先选择经腹正中切口的腹侧入路。

目前尚无任何出版物或方案描述这种外科手术策略。因此，本研究旨在提供一份详细的操作指南，介绍通过中线剖腹术在大鼠中实施肾切除及诱导慢性肾病（CKD）的手术方法，适用于存活与非存活实验研究。该实验模型可创建一个受控环境，有助于研究CKD复杂的动态过程，并模拟具有临床意义的情境。本方案专门设计用于展示手术技术，因此在一组同质的10只雄性大鼠中以非存活实验方式实施干预。由于无需与基线或替代干预进行比较，故无需设置对照组。5/6肾切除明确指手术切除肾实质的范围，这在功能上必然表现为肾小球滤过率的降低。然而，其确切的功能性程度无法预先预测，而需对每只动物 individually 进行测量，例如在需要时采用菊粉或p-氨基马尿酸清除率法^23,24。

方案

本文所述所有动物实验均在经认证的设施中进行，并已获得德国卡尔斯鲁厄巴登-符腾堡州委员会机构动物护理与使用委员会（IACUC）的批准（35-9185.81/G-62/23）。实验动物的处理遵循机构规程，符合德国动物福利相关法律法规，同时遵守欧洲共同体委员会（2010/63/EU）及ARRIVE指南所规定的要求。实验选用初始体重为400 g的雄性Sprague Dawley大鼠，在经过1周的适应性饲养后进行操作。

1. 麻醉与镇痛

1. 使用合适的药物使大鼠模型进入麻醉状态。按照本方案，先用异氟烷进行挥发性麻醉诱导，随后腹腔注射 100 mg/kg 体重的氯胺酮以实现分离麻醉，并注射 4 mg/kg 体重的赛拉嗪。皮下注射 5 mg/kg 体重的卡洛芬以实现镇痛。
   注：详细方案可参见所引用的文献²⁵。
2. 通过手术镊夹捏足趾进行疼痛反射测试，确认麻醉深度是否充分，并在操作过程中定期重新评估麻醉深度。
3. 在眼睛上涂抹眼用润滑剂，以防止角膜干燥。

2. 实验步骤准备

1. 准备手术区域，备齐所有所需材料和器械，包括多股结扎线、硅胶血管环、钝头Oveholt血管钳、精细解剖剪和镊子，以及裁剪成0.8 × 0.6 cm大小的止血贴片（图1A-G）。按照参考文献²⁵中的描述，准备啮齿类动物手术暴露装置、加热垫和手术牵开钩。
2. 剃除拟手术区域的毛发，使用70%乙醇和含碘或氯己定的消毒擦拭棉签，以环形方式交替擦拭三次，对手术部位进行消毒，并通过新生儿面罩吸入100%氧气，确保充分氧合（图1H-J）。用无菌巾覆盖手术区域以外的身体其他部位，防止污染。
   注意：用于拍摄图示图像的代表性动物未进行铺巾，以便更清晰地显示解剖标志。
3. 在腹部中线做一长约约3 cm的皮肤正中切口，随后沿白线做稍短的筋膜切口，完成正中小切口剖腹术（图1K-M）。
4. 使用手术纱布和手术牵开钩充分暴露肾脏（图1N-O）。仅可使用无创性器械（如湿润棉签、湿润纱布或钝头Oveholt钳）接触肾实质，进行组织分离操作。

图 1：实验仪器、材料和设置。（A）所需手术器械；（B）多股缝合线；（C）硅胶血管环；（D）精细解剖剪刀。（E-G）止血贴被裁剪成 0.8 × 0.6 cm 的小片。（H-J）实验大鼠已剃毛，并通过面罩供氧。用于拍摄图像的代表性动物未覆盖手术巾，以便更清晰地显示解剖标志。（K,L）在腹部正中做长约 ~3 cm 的皮肤切口。（M）正中微开腹术；（N）使用手术纱布、手术牵开钩和金属支架暴露左肾；（O）类似方法暴露右肾并切除格特氏筋膜。请点击此处查看该图的放大版本。

3. 部分肾切除术

1. 暴露相应肾脏，抓住附着于薄层格罗塔筋膜（Gerota's fascia）的肾周脂肪，并施加一定张力，使筋膜局部与肾实质分离（图 2A，B.2）。
2. 使用剪刀的锐利刃端切开并分离筋膜，继续沿纵向解剖格罗塔筋膜（图 2B）。
3. 使用闭合的剪刀进行钝性脱套式剥离格罗塔筋膜，逐步环绕肾实质下方分离筋膜，并将筋膜囊向内侧折叠——可选择性地部分切除（图 2C）。
4. 使用硅胶血管吊带环绕肾门，以增强血管控制（图 2D）。
5. 将镊子尖端插入腹膜后间隙以固定肾脏，防止切割过程中肾脏向背侧移位，并使用剪刀以一次精确控制的锐性切割完成肾脏头侧1/3部分切除术（图 2E）。
   注意：应根据临床评估确定切口线，使其在器官高度上将肾脏头侧与尾侧各分为1/3。
6. 通过应用止血贴片、手动压迫、使用钝器压迫，或通过硅胶血管吊带牵拉肾门以减少肾门血流，从而实现止血（图 2F-J）。
   注意：通常通过同时牵拉血管吊带并应用止血贴片持续2.5–3分钟，即可实现有效止血。
7. 以类似方式完成尾侧1/3肾脏锐性部分切除术（图 2K-N）。两次剪刀切割时，应使解剖平面略呈倾斜，使肾门侧保留较多肾实质，外侧保留较少组织，以避免意外损伤肾门结构，并减少来自肾盂肾盏系统的尿液渗漏（图 2O）。若需更高程度的标准化以实现精确切除5/6肾实质，可称量对侧全肾切除标本的重量（见下文描述），再称量部分2/3肾切除所得标本的重量，并采用“腊肠切片”技术重复进行切除，直至切除组织总重量恰好达到2/3为止。

图2部分肾切除术 (A) 手术暴露一侧肾脏。B) 使用锐性剪刀纵向切开格特拉筋膜。C使用闭合的剪刀钝性剥离格罗塔筋膜。D使用硅胶血管环套牵引肾门。E使用剪刀和镊子作为引导进行颅侧1/3肝切除术。F) 通过应用止血贴片实现止血； (G)通过手动按压实现止血；(H-J使用钝性器械压迫止血，并通过硅胶血管环牵引门脉结构以实现张力控制。K-N尾部锐性1/3卵裂球切除术类比. (O) 为避免意外损伤肺门结构，建议采用的解剖平面示意图（黑色线条）。 请点击此处以查看此图的放大版本。

4. 全肾切除术

1. 参照上述步骤游离肾脏，并使用钝头血管钳对肾门区域进行钝性分离（图 3A、B）。
2. 使用多股缝线环绕肾门并打一牢固的滑结，结的位置应靠近腹部血管，以阻断肾脏的血流及输尿管（图 3C、D）。
3. 使用剪刀锐性解剖肾门，完整摘除肾脏（图 3E、F）。
4. 确认止血完全后，剪除缝线残端（图 3G–J）。

图3：全肾切除术。（A）对侧肾脏的手术暴露；（B）使用钝头Oveholt钳分离Gerota筋膜并游离肾门；（C）使用多股缝线悬吊肾门；（D）在肾门处放置滑动结扎线；（E,F）使用剪刀锐性解剖肾门并切除肾脏；（G-I）止血确认及剪除结扎线末端；（J）推荐的结扎高度（虚线）与解剖平面（实线）的示意图。 请点击此处查看该图的放大版本。

5. 腹壁关闭

1. 使用多股缝线在腹部筋膜上放置一个角部缝合线（图 4A-D）。
2. 继续用连续缝合法缝合腹部筋膜，每次进针抓取约 2 mm 组织，针距约为 4 mm（图 4E-I）。
3. 使用间断缝合关闭皮肤层，每次进针抓取约 3 mm 组织，针距约为 6 mm（图 4J-Q）。

图4：腹壁闭合。（A-D）使用多股缝线在腹筋膜上缝合角部缝线。（E-I）腹筋膜连续缝合；（J-Q）使用间断缝合缝合皮肤层。请点击此处查看该图的放大版本。

6. 后续步骤

1. 根据预期的实验场景、研究目的以及所需的肾功能不全程度，可考虑对本方案进行调整，例如改变切除肾实质的量，包括单侧全肾切除术（3/6 肾切除）、双侧全肾切除术（6/6 肾切除）、单侧单极切除术（1/6 肾切除）、双侧单极切除术（2/6 肾切除）、单侧双极切除术（2/6 肾切除）以及双侧双极切除术（4/6 肾切除）。
2. 通常情况下，对于非存活实验，可在不预先关闭腹壁的情况下通过快速心脏切除法处死动物；而对于计划进行随访的存活实验，则应按照上述方法逐步关闭腹腔。
3. 在进行存活实验时，手术过程中必须始终维持无菌条件。术前应使用消毒剂（碘伏或氯己定类）擦洗并结合酒精对术区皮肤进行无菌准备。每只动物均应使用一套新的经高压灭菌的手术器械包。
4. 术后应持续监测动物，直至其意识恢复到能够维持胸卧位，并在完全康复前将其单独隔离。
5. 术后动物护理应包括每日由医务人员进行检查，并在术后两天内每天两次皮下注射卡洛芬（carprofen），剂量为 5 mg/kg 体重。
6. 在术后完全恢复期间，应使用具有明确定义终止标准的评分表。可参考文献中引用的大鼠面部疼痛评分（Rat Grimace Scale）²⁶ 或体况评分（Body Condition Score）²⁷。若使用卡洛芬后大鼠面部疼痛评分 ≥ 6 或体况评分为 1，则应终止实验。此外，如出现术后伤口感染或腹壁闭合不全等手术并发症，也应立即终止实验。

结果

本实验在10只雄性大鼠（平均体重398 ± 35 g）中进行，实验为非存活性操作，由一名三年级外科住院医师执行。以腹壁关闭后存活超过20分钟为标准，手术成功率为100%。从皮肤切开至皮肤关闭的平均操作时间为18分34秒 ± 7分31秒。

由于本研究为非存活实验，因此缺乏术后肾功能的相关数据。未来应开展具有存活期设置的动物研究，将肾实质丢失程度与肾功能参数相关联，以更好地理解不同范围肾切除所对应的肾功能不全的程度及其变化情况。

为了验证肾实质残留部分的存活能力，采用高光谱成像技术（HSI）测量并比较了生理状态肾脏（切除前）、灌注后残留部分以及被切除器官实质的氧合（StO₂）和灌注（NIR）相关指标参数（图5）。测量值以任意单位表示，结果显示残留部分处于生理范围内，表明剩余肾实质具有存活能力（Table 1）。

高光谱成像结果与近期文献报道一致，表明可利用器官特...

讨论

慢性肾脏病（CKD）的定义为无论病因如何，肾脏损伤或肾功能下降持续至少3个月^28,29。肾脏损伤包括原位肾或移植肾的病理异常，可通过影像学、活检发现，或通过临床标志物推断，例如白蛋白尿增加（白蛋白/肌酐比值 > 30 mg/g 或 3.4 mg/mmol）或尿沉渣异常。肾功能下降指肾小球滤过率降低，通常根据血清肌酐浓度进行估算。

根据美国疾病控制与预防中心的数据，仅美国就有约3700万人患有慢性肾脏病（CKD），约占美国成年人口的15%，并带来巨大的医疗支出；其中，终末期肾病 alone 就导致美国 Medicare 受益人额外支出超过300亿美元²⁹³⁰。

因此，建立合适且可重复的动物模型对于应对该领域内新出现的研究问题至关重要。此外，除了揭示基础的病理生理通路外，能够减少肾实质并诱发肾功能不全的模型，为评...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
无创持针钳	Aesculap	FB395R	DE BAKEY ATRAUMATA 无创钳，直型
钝头血管钳	Aesculap	BJ012R	BABY-MIXTER 组织分离与结扎钳，弯型，180 mm
穿刺针套管	BD (Beckton, Dickinson)	301300	BD Microlance 3 穿刺针套管 20 G
固定杆	legefirm	‎500343896	用作 Y 形金属固定杆的音叉
加热垫	Royal Gardineer	IP67	Royal Gardineer 加热垫 小号，20 瓦
塑料灌注管	M. Schilling GmbH	S702NC150	COEX 连接管 150 cm
多股缝合线	Covidien	CL-769	Covidien Polysorb 编织可吸收缝合线 2-0 75 cm
组织剪	Aesculap	BC177R	JAMESON 组织剪，弯型，精细型号，钝头/钝头，150 mm (6")
止血封闭补片	Baxter	1506257	Hemopatch 止血封闭补片 Baxter 45 x 90 mm
硅胶血管环扎带	SERAG WIESSNER	SL26	硅胶血管环扎带 2.5 mm 红色
斯普拉格-道利大鼠	Janvier Labs	RN-SD-M	斯普拉格-道利大鼠
钢板	Maschinenbau Feld GmbH	C010206	镀锌钢板，40 x 50 cm，厚度 4.0 mm
Yasargil 动脉瘤夹	Aesculap	FE795K	YASARGIL 动脉瘤夹系统 Phynox 临时（标准）夹
Yasargil 动脉瘤夹夹持器	Aesculap	FE558K	YASARGIL 动脉瘤夹夹持器 Phynox（标准）