一种具有临床相关性的猪慢性心肌缺血模型：通过放置动脉缩窄环并结合同步灌注成像

摘要

本项目旨在详细阐述一种经过严格验证的手术方案，即在左回旋冠状动脉（LCx）近端放置缩窄环，从而诱导慢性冠状动脉疾病，并利用同位素标记的微球精确绘制缺血区域。

摘要

尽管在心血管疾病治疗的药物和介入疗法方面已取得突破，但仍需借助可转化的大动物模型来研究诊断工具和治疗策略。猪是研究人类心血管疾病的极为准确且合适的模型，其心脏解剖结构和生理特征与人类高度相似，代谢和蛋白质组学特征也相近。通过使用缩窄环（ameroid constrictor）诱导心肌特定区域产生慢性心肌缺血，可准确且简便地模拟人类动脉粥样硬化发展过程及其后续的心肌反应。过去50年来，缩窄环已被广泛研究，其应用具有充分的科学依据；此外，我们在高效、一致地实施该手术方面已有二十多年的经验。本方案中的关键步骤之一是进行冠状动脉血流显像，通过注射同位素标记的微球来确定缺血最严重的区域以及无缺血的区域。冠状动脉血流显像技术避免了为灌注研究和确定缺血区域而必需进行的、耗时费力的心脏磁共振成像（MRI）或正电子发射断层扫描（PET）检查。本论文的目的是详细阐述在左回旋支（LCx）近端正确放置缩窄环以及后续进行冠状动脉灌注显像的方法。

引言

全球范围内，缺血性心脏病（IHD）的死亡率及其对患者和医疗系统的负担持续增加。根据美国心脏协会的数据，从1990年到2021年，全球因缺血性心脏病导致的死亡人数增加了74%¹。在美国，这一趋势同样显著，美国疾病控制中心指出，每20名成年人中就有1人被诊断为冠状动脉疾病（CAD），约每5例死亡中就有1例死于心血管疾病，相当于每33秒就有一人死于心血管疾病²。这种疾病负担给医疗系统带来了巨大压力，仅在2019年至2020年期间，用于心血管疾病患者的支出就超过2500亿美元²。鉴于心血管疾病的普遍性及其对患者和医疗服务提供者造成的严重负担，持续开展创新性和新型治疗手段的研究至关重要。

为实现这些目标，必须采用具有临床相关性的动物模型，并严格审查其是否符合可重复性和可转化性研究的标准。动物模型因多种原因受到质疑，包括使用不同动物物种导致药代动力学差异、诱导目标疾病状态的方案不一致、药物剂量与给药方案各异、动物随机分组缺乏标准化、随访时间长短不一以及研究者盲法实施不足，最后还有实验分组过小等问题³。我们已在实验中优化并标准化了整体动物模型以准确模拟缺血性心脏病（IHD），同时对其中的手术操作流程、动物随机分组、药物递送方式与持续时间以及后续结局指标进行了系统规范。在IHD研究方面，猪是理想的动物模....

方案

以下手术程序已获得罗德岛医院和布朗大学机构动物照护与使用委员会的批准。

1. 动物模型

1. 使用幼年雌性及完整雄性约克夏猪，理想年龄约为11周，体重通常约为15 kg。

2. 术前准备

1. 确保猪在术前1天开始至术后5天每日服用阿司匹林（10 mg/kg），术前和术后均需给药。
2. 确保猪在手术当天早晨禁食。
3. 手术当天，通过肌内注射替拉唑（telazol，4.4 mg/kg）和赛拉嗪（xylazine，2.2 mg/kg）诱导麻醉。
4. 使用合适尺寸（通常为7-0号）带套囊的气管导管对猪进行气管插管。
5. 同时给予布托啡诺（0.03 mg/kg）以实现镇痛，并贴敷芬太尼透皮贴剂（4 μg/kg）。
6. 在耳缘大静脉处放置20–22 G的静脉（IV）导管。
7. 以5 mL/kg/h的速度开始输注静脉液体（0.9%生理盐水）。
8. 给予头孢噻呋（ceftiofur），这是一种广谱头孢菌素类抗生素，通常在切口前30分钟内单次肌内注射给药。
9. 剃除猪手术区域（从左侧肩部至脐部）以及心电图（ECG）监测导联放置部位的毛发。
10. 将猪转运至手术室，并使用0.75–3....

结果

经过二十多年的上述手术操作，存活率约为80%^10,11。大多数死亡病例发生在术后约2周内，通常是由于在缩窄环闭合时发生不可逆的自发性室性心律失常所致。在多次既往尸检中，典型发现为缩窄环位置正确，左心室仅有轻微的急性瘢痕形成，从而证实了室性心律失常的诊断。该心律失常可导致突发性心脏死亡，而此类事件发生在哪些动物身上极难预测。因此，我们曾考虑在术后前2周内进行持续心电图监测；然而，评估后认为，该监测所需的侵入性操作及维持适当心电图记录的工作量超过了其实际应用价值。术后2周后，存活率接近100%。

该实验流程中最重要的结果可能是心肌灌注差异图谱的绘制。金微球定量法可用于测定左心室各节段的绝对血流量，从而明确哪些节段缺血最严重，哪些节段未发生缺血。这些测量数据构成了放置冠状动脉缩窄环时所完成的心肌灌注图谱。表1展示了金微球定量后的代表性结果，其中最缺血和最非缺血的节段已突出显示。每个节段均为左心室中层心肌组织。以红色标示的区域为最严重缺血区.......

讨论

使用缩窄环（ameroid constrictor）的主要优势在于其装置结构简单；然而，这种简便性也带来了局限性，即无法控制闭合速度或冠状动脉周围狭窄的程度，这可能导致心肌缺血诱导效果的变异性。替代缩窄环的方法包括使用丝线结扎、液压阻断器或连续放置血流探头^{12,13,14,15,16}。丝线结扎和阻断器常用于建立固定的狭窄模型，可精确实现特定冠状动脉的闭塞百分比，但通常伴随较高的死亡率^12,15。此外，由于植入此类装置，阻断器还可能导致动脉夹层的发生率升高¹⁴。连续使用血流探头虽可实现冠状动脉血流的标准化减少，但需要复杂的设备、多次操作以及更高的技术专长.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
#10 手术刀	Medline	MDS15310
0.9% 生理盐水	Dechra/Vetivex	17033-492-50	输注速率：术中 5 mL/kg
0 号丝线结扎线	Ethicon	SA76G	结扎左心耳
1-0 PDS II 缝线，配 CT 钝头针	Ethicon	Z359T	关闭肋间隙
2% 利多卡因	Phoenix		剂量：2–5 mg/kg
2-0 丝线缝合线，配 SH 圆锥针	Ethicon	K833H	固定心包
28 号针头	Patterson Veterinary	78032728	用于微球注射
3 支 18G 针头	Patterson Veterinary	78032793	用于抽取药物
3-0 Vicryl 缝线，配 RB 圆锥针	Ethicon	VCP215H	缝合心包
3-0 Vicryl 反向切割缝线	Ethicon	VCP442H	缝合肌肉层和深层真皮层
4-0 Monocryl 缝线	Ethicon	MCP496G	缝合皮肤
6-0 聚丙烯缝线	SharePoint	JS617N	用于心房紧急修复
所有外科器械	Steris 和 Medline	需联系销售代表	医院手术室中常见配备
Ameroid 缩窄器	Research Instruments SW, Inc.	CS-2.00-TI	类型：钛制（2.0 cm 至 3.0 cm）
镇痛药：布托啡诺	Hospira	商品名：Bupredine	剂量：0.03 mg/kg
镇痛药：芬太尼贴剂	Covetrus	77870	剂量：4 mg/kg
麻醉药：Telazol	Zoetis	（替来他明和唑拉西泮）	剂量：4.4 mg/kg
麻醉药：赛拉嗪（Rompun）	Dechra	N/A	剂量：2.2 mg/kg
4% 氯己定	BD E-Z Scrub	371073	手术区域准备
带气囊的气管插管	RUSCH	通常为 7-0 号	根据猪的体型和体重可能需要不同尺寸
心电图监测系统	MidMark	N/A	多参数监护仪
电凝设备	Bovie Specialist Pro	1250S
Excede（头孢噻呋）	Covetrus	23814	单次肌肉注射
Gold STERIspheres	BioPAL, Inc.	C-15H20	用量：每台手术 5 cc
异氟烷，USP	Dechra		剂量：0.75%–3.0%
微型白色血管环（X 射线可检测）	DeRoyal	30-711	用于隔离左回旋支（LCx）
多个 5 cc 注射器	Medline	TMOSS05L	用于多次注射
硝酸甘油	Baxter	5% 葡萄糖注射液中含硝酸甘油（200 mcg/mL）	局部喷洒 2–3 cc
红色橡胶导管	Cardinal Health	888766008	置入胸腔以排出空气
无菌手套	Encore	820955
吸引系统	GOMCO	4042	最好使用本机构的壁式吸引装置
吸引头：Yankauer	Medline	DYND50130
手术铺巾	Patterson Veterinary 普通外科手术包	78929436	4 张小粘性铺巾和 1 张大剖腹手术铺巾
外科润滑剂	SurgiLube	0281-0205-43	必须无菌
全身性肝素	Covetrus	82496	剂量：80 IU/kg
约克夏猪	CBSET, Inc.	N/A	理想年龄约为 11 周龄