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

猪背部无线遥测设备植入手术技术

824 次观看

⸱

DOI：

10.3791/67810

⸱

2025年8月15日

 ,  , 
1Center for Preclinical Surgical & Interventional Research, The Texas Heart Institute

本文内容

摘要

开发了一种用于在猪体内植入遥测设备的新外科技术，可实现连续监测且无不适感。该设备放置于背部，可最大限度地减少刺激和感染风险。

摘要

遥测设备对于临床前心血管研究至关重要，可对实验动物的心电图、体温和呼吸等生理参数进行连续监测，且不会干扰动物的正常活动。传统的植入方法（如腹腔内放置）可能会引起不适，尤其在猪中更为明显，因为猪习惯于俯卧。为解决这一问题，研究人员开发了一种新型的猪用无线遥测设备植入外科手术技术，旨在提高动物舒适度并保持信号质量。本研究共涉及40只约克夏猪（体重20–30 kg），将遥测设备植入背部。在脊柱侧方做一约2英寸的切口，随后钝性分离，在背阔肌筋膜下创建一个囊袋。在植入设备前，使用万古霉素溶液处理囊袋以预防感染。固定导联后，逐层关闭切口。所有猪在术后均显示出稳定且持续的遥测信号。在为期180天的随访期间，仅发生两例感染：一例通过抗生素治疗得到控制，另一例需移除设备。未观察到明显出血或遥测信号丢失，所有动物均存活至研究结束。该新技术为猪的遥测设备植入提供了一种可靠方法，在降低不适感和感染风险的同时，可获得高质量的生理数据。该技术在临床前心血管研究中具有广阔应用前景，有助于提升动物福利和数据可靠性。

引言

遥测设备在推进心血管生理学研究方面发挥着关键作用，尤其是在心肌梗死动物模型研究中。这些设备能够持续监测生理信号，包括重要生命参数和心电图（ECG）读数，从而为心脏事件期间发生的动态变化提供宝贵见解。在临床前研究中，猪等动物模型在模拟人类心血管反应方面具有重要作用，遥测设备已成为不可或缺的工具1。在无束缚、自由活动的动物中连续记录心电图的能力，使研究人员能够更细致地评估心肌梗死的影响，并实时捕捉心脏功能的变化。

在涉及心肌梗死动物模型的研究中，可植入式遥测设备具有显著优势。这些设备能够在最大程度减少对动物自然行为干扰的情况下，测量心率等关键参数，从而消除由外部设备引入的潜在混杂因素2。

这些设备通常附带包含外科植入说明的手册，但不同的研究和动物模型可能需要与手册中所述不同的植入技术。在用于长期心血管研究的猪模型中，传统的遥测设备植入部位（如腹腔内或颈部放置）存在一些缺点，包括可能引起不适、干扰股部入路、限制活动以及增加感染风险1,2,3。因此，需要一种适用于无束缚状态猪只长期监测的替代方法。

与传统的腹腔内放置（可能引起不适）或颈部放置（在其他一些研究中猪的实验成功率较低）相比，这种背部放置方法旨在在保持数据质量的同时改善动物福利。

本研究的主要目标是开发并验证一种新型的无线遥测设备植入手术技术，将设备植入猪的背部，以确保动物的舒适性和信号的可靠性。该技术旨在实现长时间（长达180天）连续心电图（ECG）监测的优势。该方法的开发是针对传统植入方式（如腹腔内、腹股沟和颈部植入）在猪模型中所表现出的局限性，这些传统方法可能导致动物明显不适、活动受限、影响血管通路以及感染风险增加。我们开发的这种新型背部植入方法，旨在提高动物福利，减少术后并发症，并在对无束缚动物进行长期监测期间保持可靠的信号质量。

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

方案

所有动物实验程序均经德克萨斯心脏研究所机构动物护理和使用委员会（IACUC）批准。动物植入了EMKA easyTEL+L-EEEETA数字系统（https://www.emkatech.com/product/easytel-large-animals/）。

1. 实验动物的术前准备

  1. 选用体重在 20 kg 至 30 kg 之间的阉割猪，性别不限。在麻醉开始前 12–24 小时禁止喂食，但可自由饮水。

2. 镇静与麻醉

  1. 肌肉注射（IM）Telazol（替来他明和唑拉西泮；2-6 mg/kg）和硫酸阿托品（0.02-0.05 mg/kg IM）。等待10-15分钟使药物起效以达到镇静状态，随后将猪转移至准备室。通过检查下颌张力消失及对脚趾夹捏无反应来确认麻醉充分。双眼涂抹眼用软膏，以防止麻醉期间角膜干燥。
  2. 使用面罩给予氧气和3%异氟烷，直至下颌张力充分松弛，便于进行气管插管。
  3. 在直视声带的情况下为猪进行气管插管。将猪连接至容量呼吸机，并通过吸入异氟烷（0.5%-3.0%）在氧气（O2，40%-100%）中维持麻醉。
  4. 在耳缘静脉放置静脉（IV）导管。剃除耳静脉区域的毛发，并先用70%异丙醇、再用聚维酮碘溶液消毒。采用无菌技术将20-22G导管插入静脉，随后用医用胶带固定导管，并用无菌生理盐水冲洗以确认通畅性。
  5. 给予丁丙诺啡（Buprenex；0.005-0.015 mg/kg IM）、氟尼辛葡甲胺（1.1-2.2 mg/kg IV 或 IM）和头孢噻呋（Naxcel；3-5 mg/kg IM）。
  6. 使用电动剪刀剃除胸部、上背部、下背部以及四肢远端（特别是蹄部前面区域）的毛发，充分暴露皮肤以便放置电极。用浸有70%异丙醇的无菌纱布以从中心向外画圈的方式清洁所有剃毛区域，去除碎屑和油脂，为无菌铺巾做准备。在四肢各放置粘贴式心电图电极，确保与皮肤紧密接触，以最小化信号伪影。

3. 手术步骤

  1. 在手术室中，将猪仰卧位放置于手术台上。通过吸入异氟烷（0.5%–3.0%）维持麻醉状态。以10–15 mL/h的速度静脉输注乳酸林格液。
  2. 手术区域准备
    1. 使用浸有70%异丙醇的无菌纱布清洁左侧上背部预定切口部位及其周围已剃毛的区域（约15 cm × 15 cm），由中心向外擦拭，直至纱布上无可见污物或碎屑残留。让酒精自然完全干燥。
    2. 使用聚维酮碘外科 scrub 溶液和无菌纱布进行无菌外科 scrub。以坚定的环形动作涂抹，从切口线开始，向外扩展成同心圆。持续 scrub 至少5分钟，必要时更换新的纱布。
    3. 使用无菌纱布或海绵棒涂抹聚维酮碘溶液，同样由中心向外推进。让最后一层涂抹液自然完全干燥，切勿擦拭。
    4. 用无菌手术巾隔离已准备好的手术区域。
  3. 确定切口的解剖标志。这些标志构成一个三角形，包括脊柱（上界）、肩胛骨（左界）和斜方肌下缘（右界；图1）。
  4. 使用10号刀片，在距脊柱外侧约2英寸处做一条长约2英寸的纵向切口。
  5. 切开表皮后，使用电凝设备穿过皮下组织，然后切开斜方肌。特别注意要完全切开所有筋膜层。
  6. 当内层筋膜被切开后，用示指和中指进行钝性分离，在该层内形成一个囊袋。检查肩胛骨尖端是否可被指尖触及。分离完成后，肩胛骨尖端应在囊袋的最深处可被触知（图2）。
  7. 检查遥测设备能否放入囊袋中，且皮肤切口无明显张力。随后将设备从囊袋中取出。
  8. 将万古霉素（1 g）与50 mL 0.9%生理盐水混合，取约10 mL该混合液注入囊袋内，停留1–2分钟。用纱布垫吸除多余液体。
  9. 使用14 Fr套管针按图2所示方式放置导线。
    1. 插入套管针，方向为外侧至内侧、外层至内层。将针头引导至肌肉下方并指向囊袋。推进针头，直至其三分之一长度仍可见。拔出针芯，将导线经导管从导管尖端向导管接头方向穿入。
    2. 使导线暴露1至2英寸。充分暴露的导线可防止在放置其他导线时导线丢失于皮下通道中。随后移除导管。
    3. 先插入一根彩色导线（黄色、红色、绿色或蓝色），紧接着在同一囊袋对侧插入对应的透明导线。每次插入一对导线，依次成对插入，以匹配遥测设备上的排列顺序，避免放置过程中混淆。彩色导线与透明导线构成每个ECG通道的差分对，实现双极信号采集并减少电噪声。按顺序重复此过程，完成所有导线对的插入。最后插入黑色接地导线。该方法可确保导线方向一致，信号传输准确（图3）。
    4. 所有导线放置完毕后，轻拉导线，使导线尖端刚好位于皮肤下方。确保无任何导线在皮肤表面可见（图3）。
  10. 用手引导，将所有导线收集成环状，并用粗丝线结扎成束。
  11. 将设备及导线束放入囊袋中。确保设备平放且方向正确。设备一侧标有说明：“此面朝外”。
  12. 将设备置于囊袋内，使其外侧边缘位于肩胛骨可触及尾侧缘内侧至少1–2 cm处。在继续操作前，轻柔地活动猪的左前肢，模拟其正常活动范围，确认设备不会明显压迫或摩擦肩胛骨。
  13. 确认设备信号已成功传输至接收器和计算机（图4）。
    注：成功传输的定义为能够准确测量心率、评估心律并识别QRS波群。原始信号可能并非完全等电位或无干扰。
  14. 确保止血彻底。使用1-0 Vicryl缝线关闭肌肉层。在肌肉层上方涂抹万古霉素混合液，静置1–2分钟以吸收。
  15. 使用2-0 Vicryl缝线关闭皮下层。用皮肤缝合钉闭合切口，并涂抹组织胶。

4. 术后护理

  1. 从进入重症监护室开始，每小时监测并记录生命体征——心率、呼吸频率和体温。持续评估猪的状况，直至达到拔管标准，包括在呼吸机支持下出现自主呼吸努力、存在咀嚼反射以及能够维持胸卧位。拔管决策应基于这些临床指征，并由动脉血气分析结果支持。
  2. 拔管后继续每小时监测；当猪表现出生理稳定后，可减少为每4小时一次。在恢复期间，确保始终有人员看护，不得让猪无人值守。整个恢复期间必须始终由经过培训的兽医技术人员在场监护。
  3. 将猪单独饲养于相邻的围栏中，允许与同种动物进行视觉接触但避免身体接触；在猪完全恢复前不得将其重新放回群体饲养环境。
  4. 给予术后镇痛治疗，包括布托啡诺（0.05–0.1 mg/kg，肌内注射或口服），每6–12小时一次，或根据主管兽医指导给药；必要时给予氟尼辛葡甲胺（1.1–2.2 mg/kg，静脉、肌内注射或口服），每6–8小时一次。
  5. 术后第1天起开始抗菌药物预防：首先使用Naxcel（头孢噻呋，3–5 mg/kg，肌内注射），每日一次，持续24小时；随后使用Baytril（恩诺沙星，2.5–5.0 mg/kg，口服，每日两次），最多持续14天。
  6. 保持术后无菌护理：每8小时对切口部位喷洒碘溶液，直至术后第14天伤口完全愈合并拆除缝合钉。根据需要在切口处涂抹三种抗生素软膏。

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

结果

所提供的数据 表1 证明了在猪体内进行遥测设备背侧植入手术技术的可靠性和安全性。所有40头猪（100%）均成功记录到心电图信号，证实设备定位和导联配置能够稳定实现长期有效的信号采集。未发生重大出血事件（0%，定义为失血量≥10 mL），表明筋膜囊分离操作及对血管结构的细致处理具有良好的安全性。研究早期有2头猪（5%）出现感染，经全身性抗生素治疗后得到控制；此后对操作规程进行了改进，包括术中使用万古霉素冲洗以及加强术后消毒护理。所有动物均存活至180天实验终点，进一步证实了该植入方法的长期可行性。

表2将当前结果与先前发表的遥测植入策略进行了比较。与在其他解剖部位（如颈部或腹部）的植入相比，背部植入实现了相当或更优的信号可靠性；由于动物行为倾向、对股部操作的干扰或较高的并发症发生率，这些部位在猪模型中可能不太适用。与在猪颈部植入报道的27.3%并发症发生率和仅72.7%的信号成功率相比，本方法实现了完全的信号采集且并发症极少，表明其适用于非束缚状态下大型动物模型的长期监测研究。

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

讨论

本文描述了一种作为新型侵入性遥测方法的装置植入手术，用于连续心电图（ECG）监测。该方法可确保在动物实验中获得可靠的记录。尽管EMKA装置的使用手册4中描述了将该装置植入犬和猪等大型动物腹腔的外科手术步骤，但腹腔内放置并不理想，因为猪通常俯卧，会对腹膜产生压力，可能导致动物疼痛或不适5。腹股沟部位放置同样不理想，因为本研究需要动物在无束缚状态下自由活动，因此必须确保装置不会限制其活动或引起过度刺激。此外，本研究需要经皮接触股动脉，而将装置置于腹股沟区域会干扰该操作。将装置植入颈部肌肉层是另一种常见方法3，但也被排除；研究者的既往经验表明，猪会抓挠其能够触及的手术区域，从而增加感染风险。

由于这些既定的外科手术方法不适用于本研究，因此创建了一种新方案，将设备放置在猪背部肩胛骨与脊柱之间。该方法使猪能够自由活动而不受限制，且不会引起刺激，植入的设备也不会干扰研究所需的任何活动。这种遥测植入方法在需要对无束缚猪持续采集生理信号的研究中将非常有用，...

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

致谢

德克萨斯心脏研究所科学出版部的 Stephen N. Palmer 博士（经认证的科学编辑，ELS）参与了本文稿的编辑工作。

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
1 毫升注射器VetoneV1 670097
10 毫升注射器MedlineSYR110010
12 毫升注射器VetoneV1 670065
20 毫升注射器NiproJD+20L
20G 针头MedlineSYR100205
3 毫升注射器NiproJD+03L-NIJ
ACT 药筒Medtronic402-03
酒精VetoneV1 500205
麻醉回路Fisher & PaykelRT210
14 Fr 安全导管BD382269
硫酸阿托品VetoneV1 510221
减重手术单MedlineDYNJP3105
10 号刀片MedlineMDS15010
11 号刀片MedlineMDS15011
丁丙诺啡PAR Pharmaceuticals3003408B
摄像头保护套Aspen SurgicalLT-C02
电凝笔MedlineESPB3000
电凝笔书写垫MedlineDYNJ01208
Coflex 2" 胶带Vetwrap1404BK
Curos 帽保护器3MCFF1-270
心电图电极MedlineMDSM618305
EMKA easyTEL+L-EEEETA 数字系统EMKA
气管插管JorvetJ0615J
氟尼辛葡甲胺Merck65707
注射帽ICU MedicalC1000
5F 导引导管Abbott406101
6F 导引导管Abbott407845
异氟烷VetoneMWI502017
静脉导管延长装置Baxter2C8612
静脉输液泵 SmartSite 装置BD Alaris 2420-0007
光源保护套MedlineDYNJLHS2
Naxcel（头孢噻呋）Zoetis25434
针头计数器MedlineDYNJNC20F
经皮穿刺针CookG00272
Permahand 丝线 2-0EthiconC012D
PlasmaLyteBaxter2B2544
聚维酮碘涂抹棒AplicareORF20025S
压力监测换能器 1x1Edwards LifesciencesPX260
压力监测管路 84"Edwards Lifesciences50P184
生理盐水Baxter2F7124
鞋套MedlineNON29858
皮肤缝合器Covidien8886803712
标本杯MedlineDYND30389
纱布，4"×4"，可X光检测Covidien441002
腹腔纱布MedlineMDS241518
外科帽CardinalHealth4359
外科手套MedlineMSG9065
手术衣MedlineDYNJP2001S
外科口罩Halyard6211580
手术台单MedlineDYNJP2311
TelazolZoetis10004135
组织粘合剂3M1469SB
万古霉素Fresenius Kabi402254G
Vicryl 1EthiconJ480H
Vicryl 2-0EthiconJ869H

参考文献

  1. Krause, A., et al. Surgical implantation and functional assessment of an invasive telemetric system to measure autonomic responses in domestic pigs. Vet J. 207, 140-146 (2016).
  2. Horning, M., et al. Best practice recommendations for the use of fully implanted telemetry devices in pinnipeds. Animal Biotele. 5 (1), 13(2017).
  3. Swindle, M., Smith, A. C., Helke, K. Recommendations for medical device implantation in swine. Israel J Vet Med. 68, 3-11 (2013).
  4. Implanted telemetry: A valuable tool for preclinical research. , National Centre for the Replacement, Refinement and Reduction of Animals in Research. https://www.emkatech.com/implanted-telemetry-in-preclinical-research/ (2023).
  5. Morton, D. B., et al. Refinements in telemetry procedures. Seventh report of the bvaawf/frame/rspca/ufaw joint working group on refinement, part a. Lab Animals. 37 (4), 261-299 (2003).
  6. Langin, M., et al. Perioperative telemetric monitoring in pig-to-baboon heterotopic thoracic cardiac xenotransplantation. Ann Transplantat. 23, 491-499 (2018).
  7. Markert, M., et al. A new telemetry-based system for assessing cardiovascular function in group-housed large animals. Taking the 3rs to a new level with the evaluation of remote measurement via cloud data transmission. J Pharmacol Toxicol Meth. 93, 90-97 (2018).
  8. Prior, H., Mcmahon, N., Schofield, J., Valentin, J. P. Non-invasive telemetric electrocardiogram assessment in conscious beagle dogs. J Pharmacol Toxicol Meth. 60 (2), 167-173 (2009).
  9. Ruppert, S., Vormberge, T., Igl, B. W., Hoffmann, M. Ecg telemetry in conscious guinea pigs. J Pharmacol Toxicol Meth. 81, 88-98 (2016).
  10. Shiotani, M., Harada, T., Abe, J., Hamada, Y., Horii, I. Methodological validation of an existing telemetry system for qt evaluation in conscious guinea pigs. J Pharmacold Toxicol Meth. 55 (1), 27-34 (2007).

访问受限。请登录或开始试用以查看此内容。

重印与许可

标签

视频即将推出
联系我们
向图书馆推荐

隐私

使用条款

政策

版权所有 © 2026 MyJoVE Corporation。保留所有权利。