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方法文章

无线遥测设备植入单心室羊模型用于连续长期血流动力学监测

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DOI：

10.3791/68068

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2025年5月2日

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1Center for Regenerative Medicine, Abigail Wexner Research Institute at Nationwide Children's Hospital, 2Department of Surgery, The Ohio State University Wexner Medical Center, 3Biomedical Sciences Graduate Program, The Ohio State University College of Medicine, 4Department of Pediatric Cardiology, Nationwide Children's Hospital, 5Department of Pediatric Surgery, Nationwide Children's Hospital

本文内容

摘要

本方案描述了在大型动物中植入无线遥测设备的外科手术方法，以实现对血流动力学数据的连续和长期采集，包括心率、动脉血压、下腔静脉和上腔静脉压力以及心律。

摘要

尽管Fontan手术显著改善了单心室患者的生命预期，但众所周知，由于长期静脉压升高和心输出量降低，由此产生的循环状态在远期会导致显著的疾病负担。慢性Fontan动物模型对于研究该手术相关的晚期生理后果具有重要价值，同时也是评估旨在缓解Fontan循环衰竭的未来器械所必需的工具。然而，既往建立慢性Fontan模型的尝试常因动物术后存活率低而受限。此外，在自由活动的动物中有效采集血流动力学数据仍面临重大挑战。为此，无线可植入遥测系统的应用为心血管数据的实时和长期监测提供了创新解决方案。本方案描述了在Fontan存活绵羊模型中植入无线遥测装置的手术方法，从而实现对心率、动脉血压以及下腔静脉（IVC）和上腔静脉（SVC）局部压力等多种血流动力学参数的连续、长期记录。遥测装置通过颈动脉与颈内静脉或股动脉与股静脉插管，将压力传感器导管分别置入升主动脉和SVC，或腹主动脉和IVC。无线遥测系统的应用使得在单期Fontan手术后能够进行密切的术后监测，从而有助于改善动物福利和提高存活率。

引言

1971年Fontan手术的发展显著改善了单心室患者预后1。该手术的目的是将体循环和肺静脉回流分隔开，从而提高体循环氧合水平，并减轻体心室的容量负荷。自该手术问世以来，外科技术已历经多种改良。目前，完全性右心旁路通常通过分期重建实现2,3。通常第一阶段手术在出生后第一周内进行4。随后患者接受第二阶段手术，即Glenn手术或半Fontan手术，以将上腔静脉（SVC）的血流重新导向肺动脉（PA）5。最后进行Fontan手术，通过在下腔静脉（IVC）与肺动脉（PA）之间建立一个心外导管或侧壁隧道来完成6。Fontan手术发展史上的这些外科进步，若无动物模型的应用，将难以实现7。

尽管Fontan手术显著改善了单心室患者的生命预期，但众所周知，这种手术所产生的循环因缺乏肺动脉下泵功能，长期会导致中心静脉压（CVP）持续升高和心输出量降低，从而引发严重的疾病负担。8,9,

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方案

本实验方案已获得全美儿童医院艾比盖尔·韦克斯纳研究所机构动物照护与使用委员会批准（批准编号：AR20-00121）。所有操作均遵循美国国立卫生研究院《实验动物照护与使用指南》中规定的指导原则。本研究遵循《动物研究：In Vivo 实验报告》指南。实验所用多塞特绵羊体重范围为23–38 kg，年龄范围为2–12个月，在手术前至少1周内饲养于特定病原体阴性环境中，并可自由获取食物和水。本研究中使用的仪器和试剂列于材料表中。

1. 动物准备

  1. 在手术前1周，由兽医团队对绵羊进行评估，以确保其能够安全接受麻醉。健康绵羊术前禁食，并在手术前12小时禁水。
  2. 通过颈内静脉（IJ）注射氯胺酮（4 mg/kg）和地西泮（0.5 mg/kg）的组合进行镇静。
  3. 根据计划的手术步骤（如下详述）剃除绵羊相应部位的毛发，并剃除大腿部位以放置电凝负极板。用酒精清洁手术区域。
  4. 将一根8-9 mm的单腔气管导管插入气管。
  5. 插入经口胃管，用于胃和瘤胃的减压。
  6. 在右侧颈静脉或侧隐静脉插入单腔静脉导管（16-18 G），用于持续输液、丙泊酚持续输注（CRI）以及按需给药。
  7. 在耳动脉置入动脉导管（22-24 G），用于持续监测血压。
  8. 在右前肢放置血压袖带以进行无创血压测量，....

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结果

手术结果
共有13只绵羊接受了单阶段Fontan手术，手术包括完全性腔静脉-肺动脉连接，即将上腔静脉（SVC）和下腔静脉（IVC）均从右心房分离，SVC与肺动脉（PA）行端侧直接吻合，并在IVC与PA之间置入一个心外导管。这些绵羊接受手术时的平均年龄为13.3 ± 7.6个月。其中，3只绵羊植入了无线遥测装置，并将压力感应导管置入腹主动脉和IVC；2只绵羊植入了遥测装置，并将压力感应导管置入升主动脉和SVC；另有8只绵羊未植入遥测装置。所有动物在植入遥测装置后均未出现任何重大术后并发症。在未植入遥测装置的8只绵羊中，有7只（87.5%）在Fontan手术后30天内死亡，而在植入遥测装置的5只绵羊中，仅有1只（20.0%）在此术后期间死亡（表1）。

血流动力学数据采集
无线遥测系统的植入实现了对心率、动脉血压和中心静脉压（CVP）等多种心血管参数的连续、长期数据采集。这使得能够在单阶段Fontan手术前、手术期间以及术后多天内对动物进行密切的血流动力学监测（

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讨论

我们开发了两种将无线遥测设备植入绵羊模型的外科手术方法。该设备已成功植入5只绵羊体内，用于连续、长期监测和记录多项心血管参数，包括心率、动脉血压以及来自腹部下腔静脉（IVC）和胸腔上腔静脉（SVC）的局部静脉压。所有绵羊在设备植入手术后均无重大并发症并顺利存活，并于一个月后接受了单阶段Fontan手术。

2019年，Van Puyvelde 等人报道了首个用于研究Fontan循环慢性衰竭过程的Fontan绵羊存活模型13。然而，最终有三分之二的动物未能存活超过术后第20周。值得注意的是，在心脏结构正常的动物中建立急性Fontan循环极为困难，推测原因是与单心室心脏相比，正常心脏对这种特定生理状态的适应能力较差。因此，植入遥测设备具有双重优势。首先，在术后期间密切监测生命体征的能力有助于快速识别心血管失代偿的征象并及时作出反应，同时有助于启动目标导向治疗。根据我们的经验，在接受单阶段Fontan手术的一组绵羊中植入无线遥测设备，有助于提高其存活率。其次，长期获取实时数据的能力将使我们能够识别与Fontan衰竭相关的血流动力学变化趋势。<.......

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披露

该项目由加利福尼亚州帕洛阿尔托市的附加风投治愈协作组织资助。

致谢

本工作由Additional Ventures和美国心脏协会资助，项目编号#24AVCSASV1276047 / Christopher Breuer / 2024。  本工作还得到了Brett Boyer基金会 / Christopher Breuer / 2024的资助。我们感谢动物研究核心中心敬业的兽医团队。我们还要向Mary Walker（兽医学博士，理学硕士）致以诚挚谢意，感谢她在整个研究过程中提供的宝贵专业知识和细致周到的照护。

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材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
0.9% 氯化钠溶液Baxter Healthcare Corporation药房术中液体复苏和伤口冲洗
16 G 静脉导管BD382259用于输液和给药
22 G 血管内导管BD381423用于动脉 血压监测
70% 异丙醇Aspen Vet11795782局部清洁溶液
ACT 检测 cartridgeAbbot Diagnostics03P86-25活化凝血时间检测
Backhaus 手巾钳MedlineMDS1411111用于固定无菌手术巾 
BanamineHospira Pharmaceuticals药房术后镇痛：浓度 50 mg/mL，剂量 2.2 mg/kg
血压袖带Royal Philips9.89803E+11无创血压监测
盐酸布比卡因Hospira Pharmaceuticals药房局部麻醉药：浓度 2.5 mg/mL，剂量 2.5 mg/kg
丁丙诺啡Hospira Pharmaceuticals药房术后镇痛：浓度 0.3 mg/mL，剂量 0.03 mg/kg
Castroviejo 持针器MedlineMDS0750386缝合血管时使用的持针器
电刀清洁垫Cardinal Health300-2SS用于清洁电刀笔尖
电刀笔MedlineESRK3002L用于电凝解剖
头孢唑林Hospira Pharmaceuticals药房抗生素预防用药
复方苯佐卡因喷雾Cetylite220插管用局部麻醉喷雾
氯己定复合醇BD930825局部消毒剂
Debakey 无创镊MedlineMDS1130630F用于组织操作
地西泮Hospira Pharmaceuticals药房镇静剂：浓度 5 mg/mL，剂量 0.5 mg/kg
心电图导联线3M2570心电图监测
气管插管，8-9 号Covidien86452, 86114, 或 86454用于维持气道通畅
Hartmann 止血钳MedlineMDS1221109用于夹闭血管和持小缝线
肝素Hospira Pharmaceuticals药房抗凝剂：1,000 USP 单位/mL
压力传感器套件Edwards LifesciencesVSYPX12N用于动脉 血压监测
脉搏血氧仪舌夹NellcorPO736用于脉搏血氧测定
异氟烷Baxter Healthcare Corporation药房麻醉剂：剂量 1-3%
Kantrowitz 钳（直角）MedlineMDS1243528用于血管周围钝性分离
氯胺酮Hospira Pharmaceuticals药房镇静剂：浓度 100 mg/mL，剂量 4 mg/kg
剖腹手术巾MedlineDYNJP3008无菌手术巾
润滑胶MedlineMDS0322273Z气管插管润滑剂
Mayo Hegar 持针器MedlineMDS2418420F缝合软组织时使用的持针器
Mayo 剪刀MedlineMDS0816121用于剪断缝线
Metzenbaum 弯头剪刀MedlineMDS3223226用于锐性分离
针头和注射器Cardinal Health309604用于静脉和皮下给药 
OptixcareAventixOPX-4252角膜润滑剂
Perma-Hand 丝线缝线EthiconC016D用于血管结扎和皮下植入遥测设备的固定
PhysioTel 数字无线遥测设备Data Sciences InternationalL21 型号无线遥测设备植入
Pierce 微型镊MedlineMDG384908用于小型缝针操作 
塑料止血带和缝线套环Medtronic 79013在血管插管过程中辅助止血
加压袋Carefusion64-10029用于动脉血压监测
Prolene 6-0 缝线Ethicon8307H血管插管用荷包缝合
丙泊酚Fresenius Kabi药房麻醉剂：浓度 10 mg/mL，剂量 20-45 mg/kg/h
手术刀 #10 刀片MedlineMDS15310用于皮肤切口
手术刀 #11 刀片MedlineCISION11CS用于血管切开
Schnidt 扁桃体钳MedlineMDS5018719用于皮下组织钝性分离
SoftCarry 担架Four Flags Over AspenSSTR-4用于动物转运
无菌一次性手术室毛巾MedlineMDT2168201无菌手术巾
无菌碗LSL Industries5232用于盛放生理盐水溶液
无菌一次性 X 光可检棉纱布MedlineNON21430LF液体吸收
口胃管Jorgensen Lab, Inc.J0348R用于胃和瘤胃减压
T 型接头MedlineDYNDTN0001静脉导管管路连接器
尿液引流袋Covidien3512连接至口胃管以收集胃液
带穿刺针芯的兽用穿刺器Braintree Scientific, Inc.TRO-STY 7B-12用于引导遥测导线穿过皮下组织
Vicryl 2-0 缝线EthiconVCPB269H皮下软组织缝合
Vicryl 3-0 缝线EthiconVCPB416H深层真皮层缝合
Vicryl 4-0 缝线EthiconJ494H皮下真皮层缝合
加热毯Jorgensen Lab, Inc.J1034B用于维持动物体温
Weitlander 牵开器Teleflex Medical165358用于伤口牵开
Yankauer 球头吸引器MedlineDYND50138无菌废弃物管理

参考文献

  1. Fontan, F., Baudet, E. Surgical repair of tricuspid atresia. Thorax. 26 (3), 240-248 (1971).
  2. Attanavanich, S., Limsuwan, A., Vanichkul, S., Lertsithichai, P., Ngodngamthaweesuk, M. Single-stage versus two-stage modified fontan procedure. Asian Cardiovasc Thorac Ann. 15 (4), 327-331 (200....

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