详细介绍右心室功能评估方法将提升肺动脉高压研究的质量和可靠性,为未来的研究提供坚实的框架,并增强不同实验室之间的可重复性。
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详细介绍右心室功能评估方法将提升肺动脉高压研究的质量和可靠性,为未来的研究提供坚实的框架,并增强不同实验室之间的可重复性。
肺动脉高压(PH)是一种与生存率降低相关的慢性疾病,因此是研究的关键领域。PH的实验模型显著加深了我们对其病理生理机制的理解,并促进了小型观察性研究和临床试验的设计。然而,建立标准化的研究方法至关重要,以确保不同实验研究和科研团队之间的结果具有可比性。标准化不仅能够提高研究的可重复性,还有助于各研究团队之间的协作。
在本视频中,我们概述了准确分析肺动脉高压(PH)功能参数所需的方法学步骤,包括超声心动图评估、有创性右心室(RV)穿刺以及富尔顿指数(Fulton's index)的计算。关于超声心动图部分,详细介绍了肺动脉加速时间与肺动脉射血时间比值的测量,以及右心室输出量的计算方法。在有创性测量方面,描述了关键操作步骤,包括麻醉方案、动物最佳体位摆放、机械通气设置、精确开胸、右心室的暴露以及右心室穿刺技术。
本文详细阐述了心室解剖(Fulton指数)的方法,以及校正动物体重后的右心室/左心室加室间隔比值的计算方法。我们认为,对这些方法进行详尽的介绍将有助于提高肺动脉高压研究的质量和可靠性,为未来的研究提供一个可靠的框架,并增强不同实验室之间的可重复性。
随着呼吸和心血管科学领域中动物模型研究的增多,对小动物右心室(RV)功能进行充分的功能性测量已变得至关重要。目前已有多种肺动脉高压(PH)动物模型,如使用野百合碱1、低氧2或Sugen + 低氧3诱导的模型。这些模型在揭示新的病理生理通路1,4以及研究潜在的新型药物5和非药物6治疗手段方面发挥了重要作用。然而,无论导致PH表型的致病因素为何,人们对右心室功能表现的测量仍存在关注,主要原因包括:(1)右心室功能通常是临床前研究采用的主要终点指标7;(2)可用于进行右心室超声心动图检查和侵入性穿刺的设备种类多样;(3)操作需要具备麻醉方面的专业知识,掌握小动物侵入性机械通气的相关知识,并能够识别出适合评估右心室的成像窗口。
根据临床前研究的“3R原则”(替代、减少和优化),其中“减少”旨在推广能够获得相当信息量的方法,从而提高研究的可重复性8。因此,实验动物数量的减少主要依赖于合理的实验设计、正确的统计学评估以及实践经验与知识的共享等策略。在本方法学研究中,肺动脉高压(PAH)诱导后采用三种不同的检测技术(图1)。第一种是经胸超声心动图无创评估右心室(RV)功能。图像通过胸骨旁长轴和短轴切面获取,利用脉冲波多普勒测量右心室流出道直径、肺动脉加速时间(PAT)和肺动脉射血时间(PET)。计算PAT/PET比值,并将其作为肺动脉高压(PAH)的间接指标9,10。第二种是右心室穿刺法。通常使用生理信号采集系统,通过运行定制软件的计算机进行连续记录。侵入性测量的右心室收缩压(RVSP)和平均肺动脉压常被用作不同研究中的主要观察指标7。第三种是右心室肥厚指数,也称为富尔顿指数(Fulton's index)11,即右心室重量与左心室(LV)加室间隔(S)重量之比(RV/LV + S),并根据动物体重进行校正。详细呈现评估右心室功能的方法将提升肺动脉高压(PH)研究的质量与可靠性,为未来研究提供坚实的框架,并增强不同实验室之间的可重复性。

图1:流程图。本文所述实验方案的概要示意图。缩写:ECHO = 超声心动图;LV = 左心室;PAH = 肺动脉高压;RV = 右心室;RVH = 右心室肥厚;RVSP = 右心室收缩压;S = 室间隔。请点击此处查看该图的放大版本。
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本研究方案经里约热内卢联邦大学动物使用伦理委员会(CEUA)批准,批准号为043/22。所有操作均遵循《实验室动物护理原则》以及美国国家科学院《实验动物护理与使用指南》。本研究遵循ARRIVE指南11。
1. 动物准备与实验方案
2. 超声心动图
),关闭换能器。
)以冻结图像,并按下控制面板上的save按钮(
)保存图像。
)以冻结图像,并按下控制面板上的save按钮(
)保存图像。
),在屏幕上选择心率(HR)参数。使用trackball,将光标线从一条曲线的峰值移至另一条曲线的峰值。重复三次,取平均值。
);在屏幕上选择肺动脉瓣(PV)参数,随后选择肺动脉瓣加速时间(PV AccT/ET)参数。使用trackball,将光标线从曲线起点移至峰值处,然后从起点移至同一曲线终点。重复三次,取平均值(图3A)。
)保存数据。
);在屏幕上选择右心室流出道(RVOT)参数,随后选择右心室流出道直径(RVOT DIAM)参数。使用trackball,将光标从右心室一侧壁移至对侧壁。重复三次,取平均值(图3B)。
)保存带有数据的图像。
图 2:经胸超声心动图的胸骨旁切面。 探头位置示意图用于获取横断面图像,以及短轴切面的代表性图像,分别显示为(A)二维模式和(B)脉冲波频谱多普勒模式,以及(C)长轴切面。缩写:Ao = 主动脉;AV = 主动脉瓣;CTRL = 对照;LA = 左心房;LV = 左心室;MV = 二尖瓣;PAH = 肺动脉高压;RA = 右心房;RV = 右心室。 请点击此处查看该图的放大版本。

图3:经胸超声心动图数据分析。(A)用于计算PAT/PET比值的虚线位置的代表性图像;(B)用于分析右心室流出道直径的连接位置的代表性图像。缩写:HR = 心率;PAT = 肺动脉加速时间;PET = 肺动脉射血时间;PV AccT = 肺动脉瓣加速时间;PV ET = 肺动脉瓣射血时间;PV AccT/ET = 肺动脉瓣加速时间与肺动脉瓣射血时间比值;RVOT Diam = 右心室流出道直径;RVOT Area = 右心室流出道面积。请点击此处查看该图的放大版本。
3. 右心室收缩压
4. 数据分析
注意:请查看用于分析肺动脉收缩压(RVSP)换能器信号的 MATLAB 常规代码(补充文件 1)。该代码是根据本研究项目的需求开发的。
),然后选择计算机内置硬盘中包含相应代码的文件。
),然后选择外接硬盘上的.bin文件进行分析。
图 4:右心室收缩压数据的分析。(A)分析过程中选择曲线上特定区域的步骤示意图。(B)一条典型曲线示例显示峰值约为 80 mmHg,表明穿刺深度足以进入左心室。随后缓慢回撤,进入右心室腔。该曲线在第一步中即可观察到。请点击此处查看该图的放大版本。
5. 右心室肥厚指数

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进行统计分析时,采用Shapiro-Wilk检验对每个变量的正态性及方差进行检验。数据以均值±标准差表示。采用非配对t检验比较对照组(CTRL)与肺动脉高压组(PAH)之间的颗粒物浓度(p<0.05)。
肺动脉高压动物模型中的超声心动图改变
图4 显示,肺动脉高压(PAH)动物的PAT/PET比值(0.43 ± 0.01 ms)低于对照组动物(0.26 ± 0.02 ms,p = 0.0003),提示肺血管阻力增加会改变肺动脉内的血流模式,使PAT相对于PET缩短。换句话说,这反映了右心室(RV)克服肺血管阻力的困难,提示PAH的发生发展(图5B)。PAH动物的右心室流出道直径(0.36 ± 0.01 cm)高于对照组动物(0.29 ± 0.01 cm,p = 0.0010),反映了心室肥厚的程度,是右心室的适应性反应(图5C)。
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肺动脉高压(PAH)是一种进行性疾病,其特征是血管过度重塑,导致肺血管阻力增加,从而引起右心室后负荷升高14。因此,右心室收缩压(RVSP)是一个功能参数,与PAH的严重程度直接相关15。随着时间推移,右心室的适应性反应表现为代偿性向心性肥厚(通过富尔顿指数测定)16和心室扩张(通过右心室流出道直径测定)17。此外,肺血管阻力增加会改变肺动脉内的血流模式,使射血前期时间(PAT)相对于射血时间(PET)缩短17,直接反映右心室克服肺血管阻力的困难程度。这三个参数共同表征了PAH的严重程度,提供了心脏与肺相互作用中血流动力学和结构变化的全面视图。同时,这些参数可用于验证临床前研究中的实验模型18。在本研究中,我们概述了分析右心室功能参数所需的方法学步骤,包括超声心动图评估、侵入性右心室穿刺以及富尔顿指数的计算。相关内容分为两个部分进行讨论,分别对应上述两种...
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作者声明无利益冲突。
作者感谢 André Benedito da Silva 先生在实验方面提供的支持,Verônica Cristina dos Santos Lima 女士在动物护理方面的帮助,以及 Lorna O'Brien 女士对英文语法的修改。本研究由里约热内卢州研究基金会(FAPERJ E-26/202.766/2018, E-26/010.001488/2019)资助。
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|---|---|---|---|
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| 70% 酒精 | 蒙特内格罗 | ALC70-001 | |
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| <强>仪器 | |||
| 19 G 头皮静脉套管针 | Descarpack | SVS-19G | |
| 弯头凯利钳 | ABC外科手术器械 | CKF-003 | |
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| 针头(18、22 和 26 G) | Descarpack | NDL-MIX | |
| 培养皿 | GlassLab | PD-150 | |
| 剃刀刀片 | ABC外科手术器械 | RB-005 | |
| 手术刀 | ABC外科手术器械 | SC-006 | |
| 剪刀 | ABC外科手术器械 | SCIS-007 | |
| 缝合线 | ABC外科手术器械 | SUT-008 | |
| 注射器(1、3 和 5 mL) | Descarpack | SYR-135 | |
| 气管造口导管 | 医疗科技 | TC-010 | |
| 镊子 | ABC外科手术器械 | TWZ-011 | |
| <强>药物 | |||
| 盐酸右氯胺酮 5% | 克里斯特ália | DXT-005 | 87.5 mg/kg 腹腔注射 |
| 异氟烷 1 mL/mL 240 mL | 克里斯特ália | ISO-240 | 2.5% 吸入溶液 |
| 盐酸利多卡因 1% | 克里斯特ália | LID-001 | 400 µL 皮下局部 |
| 野百合碱 | Sigma-Aldrich | C2401 | 60 mg/kg 腹腔注射 |
| 泮库溴铵 2 mg/mL | 克里斯特ália | PAN-002 | 2 mg/kg 静脉注射 |
| 肝素钠 5000 IU/mL | 克里斯特ália | HEP-5000 | 1 mL 中稀释至 1:4 |
| 盐酸赛拉嗪 2% | Syntec | XYL-002 | 12.5 mg/kg 腹腔注射 |
| <强>仪器设备 | |||
| GraphPad Prism 9 | GraphPad Software, Inc | GP9 | |
| 联网多功能兽用监护仪 LifeWindow 9x | Digicare 动物健康 | LW9x | |
| LabView 软件 | 国家仪器公司 | LV-2019 | |
| MATLAB R2019a(版本)软件 | The MathWorks, Inc. | MATLAB-2019 | |
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