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方法文章

慢性Fontan手术绵羊模型中用于门静脉压力监测的无线系统外科植入方法

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DOI：

10.3791/68936

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2025年10月24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

* These authors contributed equally

本文内容

摘要

本方案描述了一种在Fontan羊模型中植入无线遥测装置的外科手术方法，包括经门静脉插管放置压力感应导管，以实现对门静脉压力进行连续和长期的数据采集。

摘要

Fontan 循环的特征是非搏动性肺血流和慢性体静脉充血，这与多种远期并发症相关，包括 Fontan 相关性肝病（FALD）。慢性动物模型是研究此类疾病病理生理机制的有力工具。然而，从自由活动的大型动物中获取血流动力学数据存在多项挑战。无线可植入遥测系统的应用可能为实时获取肝循环压力测量值提供一种新方法。以下方案描述了在 Fontan 绵羊模型中进行无线遥测装置植入并实施门静脉插管的外科手术方法，从而实现门静脉压力的连续、长期采集，并为进一步研究 Fontan 患者慢性肝病相关的血流动力学改变提供支持。

引言

单心室是一个广义术语，涵盖多种导致心室腔在解剖或功能上缺失的心脏畸形。这类先天性缺陷属于最复杂的心脏疾病，常需通过多次手术进行姑息治疗。其中，Fontan 手术是一种常见的干预选择，通常作为分期手术序列中的最终手术1,2,3。该手术的发展显著提高了患者的预期寿命4。例如，目前接受 Fontan 姑息手术的患者中有 80–90% 可存活至成年5,6。因此，具有单心室生理特征的患者晚期住院治疗的频率正逐渐上升7,8。

尽管Fontan手术对总体生存率具有益处，但由此产生的循环状态以非搏动性肺血流和慢性体静脉充血为特征，长期来看与显著的发病率相关9,10,11,12,13。Fontan相关性肝病（FALD）源于充血性肝病，是术后最常见的全身性并发症之一，在长期随访中约影响三分之一的患者13,14,15,16。部分患者可能因发展为心脏性肝硬化而最终需要进行肝移植17。此外，FALD还与肝细胞癌风险增加相关18,19。因此，FALD成为致力于改善Fontan患者预后的研究人员的重要研究领域。

为此，Fontan 动物模型是研究这些并发症背后远期生理变化的宝贵工具20,21。然而，在自由活动的大型动物中进行长期血流动力学数据采集仍面临重大挑战。基于导管的侵入性技术因其短暂性以及相关操作风险而受到限制。此外，根据我们的经验，在通过 Fontan 循环重建后的血管结构进行导航时，门静脉系统的通路尤其难以建立。另一种方法是采用四维相位对比磁共振成像（MRI）作为无创手段来评估肝脏内的血流动力学22。然而，该方法成本较高，并且在动物模型上使用时需要镇静。此外，MRI 成像无法提供血管内压力信息。上述在慢性 Fontan 动物模型术后评估中的问题，促使人们需要开发一种全新的数据采集方法。

本文介绍了在Fontan绵羊模型中成功植入并使用无线遥测系统监测门静脉压力的方法学。该技术为长期获取门静脉循环的血流动力学数据提供了一种经济有效且易于实现的手段。在临床前模型中应用此技术，可能有助于研究Fontan相关肝脏病理生理机制，并有助于发现针对Fontan相关肝病（FALD）治疗或预防的新治疗策略。

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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《实验动物护理与使用指南》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。实验选用3至13月龄、体重24.5–40.5 kg的多塞特绵羊，在手术前至少一周将其饲养于无病原环境中，并在此期间接受兽医评估以确定是否适合手术。本研究中使用的仪器和试剂列于材料表中。

1. 麻醉与术前准备

  1. 按照先前所述的方法进行动物手术前准备23.
  2. 通过注射氯胺酮（4 mg/kg）和地西泮（0.5 mg/kg）的混合物进行镇静 通过 颈内静脉（IJ）
  3. 将一根8-9 mm的单腔气管导管插入气管以维持气道通畅，并插入经口胃管以促进胃和瘤胃的减压。
  4. 使用16-18 G单腔导管建立静脉通路，置管于右侧颈内静脉或外侧隐静脉，以实现持续输液、丙泊酚持续输注（CRI）及按需给药。
  5. 在耳动脉中放置22-24G动脉导管，以实现血压的持续监测。
  6. 在整个操作过程中，应使用1-3%异氟烷（溶于100%氧气）和/或丙泊酚（20-45 mg/kg/h）维持麻醉。
  7. 手术切口前约30分钟给予头孢唑林25 mg/kg进行抗生素预防，术中根据需要每8小时重复给药一次。
  8. 将绵羊置于手术台上，呈左侧卧位。
  9. 从大腿到下肋缘沿头尾方向、从脊柱到床边上方腹部中线沿背腹方向的广泛区域对绵羊进行剃毛图1A).
  10. 按照先前所述方法准备遥测设备23在植入前，将设备置于原始包装中并放在平坦表面上，对大气压进行归零校准。

2. 门静脉的暴露

  1. 在右侧下肋缘下方约3 cm处做一条长约20 cm的肋下切口。
  2. 使用电凝刀分离腹外斜肌、腹内斜肌和腹横肌。
  3. 用剪刀提起并锐性切开腹膜进入腹腔，注意避免造成肠管穿孔。
  4. 将肝脏向头侧牵开，将瘤胃、胃、小肠和结肠向内侧和尾侧方向牵开，以显露肝十二指肠韧带内的门管结构。
  5. 通常可在门静脉上发现一个淋巴结。结扎该淋巴结上下方的淋巴管，并切除该淋巴结（图1B）。
  6. 结合钝性与锐性分离技术，继续沿门静脉向肝脏头侧及胰腺尾侧解剖，以预留出放置血管侧夹的空间。

3. 装置囊袋的制备

  1. 在右下腹部距肋下切口尾侧约15-20 cm处，作一长约6 cm的横向皮肤切口，由此创建一个皮下囊袋用于放置遥测装置主体。
  2. 仔细分离皮下脂肪和结缔组织，在腹外斜肌表面形成一个6 × 4 cm大小的皮下囊袋，使用电凝和钝性解剖技术进行操作。
  3. 将遥测装置置入皮下囊袋中，并用2-0丝线缝合固定。
  4. 从装置囊袋至肋下切口处建立一条皮下隧道，将对应血压（BP）通道的压力导管经此通路穿过。
  5. 将遥测植入装置中未使用的ECG导联和压力导管与装置主体一同置于皮下囊袋内（图1C）。

4. 门静脉插管

  1. 返回主手术部位，在门静脉穿刺部位用6-0聚丙烯缝线做一荷包缝合，并用塑料止血带固定缝线。
  2. 用不可压缩的高黏度凝胶填充压力导管的尖端，防止尖端内部发生凝血，并确保无气泡存在。
  3. 在血管夹闭和插管前3分钟，静脉注射肝素（100单位/千克）。
  4. 沿门静脉纵轴在荷包缝合周围放置血管侧夹。
  5. 使用#11手术刀片在荷包缝合中心精确切开血管，然后用弯止血钳的尖端轻轻扩大切口。
  6. 将压力感应导管插入门静脉，随后收紧止血带并移除侧夹。
  7. 将导管向肝脏方向推进约3厘米，然后收紧并结扎荷包缝合线。
  8. 在门静脉的另一位置，使用6-0聚丙烯缝线再做一荷包缝合。
  9. 将18 G套管针插入该荷包缝合的中心，并连接至动脉测压换能器，以获取直接的门静脉压力。
  10. 通过在遥测软件程序中输入套管针和装置导管测得的门静脉压力差值作为偏移量，重新校准遥测设备。
  11. 拔出套管针并结扎荷包缝合线。
  12. 在装置导管插入部位滴加数滴皮肤黏合剂，以确保导管在门静脉内保持稳定。

5. 关闭与操作结束

  1. 使用0-0可吸收缝线缝合腹壁肌肉和筋膜，同时使压力感应导管经切口从腹腔内引出。
  2. 术后给予布比卡因脂质体混悬液肌肉注射（5.3 mg/kg），以控制疼痛。
  3. 分别使用3-0和4-0可吸收缝线进行深层真皮层和皮下缝合，关闭两个切口处的皮肤。
  4. 按照先前所述方法23，逐步减少镇静药物并使动物恢复清醒。

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结果

手术结果
共有6只绵羊接受了无线遥测设备植入，并进行了门静脉插管（表1）。所有动物均未出现与设备植入相关的重大术后并发症。这6只绵羊随后均接受了单阶段Fontan手术，手术包括完全性腔肺连接，即将上腔静脉（SVC）和下腔静脉（IVC）从右心房分离，SVC与肺动脉（PA）直接端侧吻合，并在IVC与PA之间置入一个心外导管21。

门静脉压力测量
无线遥测设备植入可连续记录门静脉压力，从而识别出门静脉系统内的血流动力学趋势。值得注意的是，门静脉压力测量值在分钟级别上频繁波动，部分波动可归因于绵羊的活动水平和体位。例如，当绵羊处于仰卧位并俯卧休息时，测得的压力较高（图2）。为校正此类变异，仅筛选动物在站立状态下测得的压力数据进行分析。来自一只绵羊的遥测样本数据显示，在建立Fontan循环后，门静脉压力总体上升（图3

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讨论

我们开发了一种新型外科手术方法，用于植入无线遥测装置，以实现对慢性Fontan术绵羊模型门静脉压力的连续、长期采集。该装置已成功植入六只绵羊体内，未出现重大并发症。利用该技术采集的数据可为未来研究肝循环内局部血流动力学变化与FALD发生之间的关联提供依据。

尽管动物模型能够为研究Fontan手术后远期并发症的发生机制提供重要见解，但这些模型的构建极为困难20,21。因此，关于大型动物Fontan模型的经验十分有限，相关文献报道亦极为稀少。据我们所知，目前尚无其他研究对Fontan动物体内肝循环中实时发生的血流动力学变化进行过评估。in vivo。根据我们的经验，由于Fontan术后重建血管通路带来的技术挑战，在绵羊模型中通过经导管介入手段获取肝静脉压力并非始终可行。值得注意的是，Oldhafer等人曾描述了一种在猪模型中置入体外化门静脉导管以获取门静脉压力和血气分析数据的方法。然而，该技术需通过导管持续输注肝素，从而限制了其长期应用

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披露

作者声明无利益冲突。

致谢

我们向动物研究核心设施的敬业兽医团队表示衷心感谢。同时，我们谨向玛丽·沃克（Mary Walker）兽医学博士、理学硕士致以诚挚谢意，感谢她在本研究全程中提供的宝贵专业知识和细致周到的照护。本项目由附加事业治愈协作组织（加利福尼亚州帕洛阿尔托）、布雷特·博耶基金会（加利福尼亚州拉古纳海滩）和美国心脏协会（加利福尼亚州奥克兰）提供资助。

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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创面冲洗
16 G 静脉导管BD382259用于输液、给药及门静脉压确认
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
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
复方苯佐卡因喷雾剂（Cetacaine）Cetylite220插管用局部麻醉喷雾
氯己定复合醇消毒液（Chloraprep）BD930825局部消毒剂
Debakey 无创镊MedlineMDS1130630F用于组织操作
Debakey Satinsky 血管钳MedlineMDS1438413用于隔离门静脉穿刺点
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用于夹闭血管及持小缝线
肝素Hospira Pharmaceuticals药房抗凝剂：1,000 USP 单位/mL
异氟烷Baxter Healthcare Corporation药房麻醉剂：剂量 1-3%
Kantrowitz 钳（直角）MedlineMDS1243528用于门静脉周围钝性分离
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
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
口胃管Jorgensen Lab, Inc.J0348R用于胃和瘤胃减压
Perma-Hand 丝线缝线EthiconC016D用于血管结扎及皮下固定遥测装置
PhysioTel 数字无线遥测装置Data Sciences InternationalL21 型号无线遥测装置植入
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用于血管插管期间促进止血
加压袋Carefusion64-10029用于动脉血压监测
压力传感器套件Edwards LifesciencesVSYPX12N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/hr
脉搏血氧仪舌夹NellcorPO736用于脉搏血氧测定
10 号手术刀片MedlineMDS15310用于皮肤切口
11 号手术刀片MedlineCISION11CS用于门静脉切开
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
无菌碗LSL Industries5232用于盛放生理盐水
无菌可 X 光检测棉纱布MedlineNON21430LF液体吸收
无菌一次性手术室毛巾MedlineMDT2168201无菌手术巾
皮肤表面粘合剂EthiconDHVM12用于固定遥测装置导管在门静脉插入部位
T 型接头MedlineDYNDTN0001静脉导管管路连接器
尿液引流袋Covidien3512连接口胃管以收集胃液
带穿刺针芯的兽用穿刺器Braintree Scientific, Inc.TRO-STY 7B-12用于引导遥测装置导管穿过皮下组织
Vicryl 0 号缝线EthiconJ346H腹壁筋膜缝合
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
Yankauer 球形头吸引器MedlineDYND50138无菌废弃物管理

参考文献

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无线遥测慢性肝病血流动力学数据门静脉插管Fontan 循环动物模型

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