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方法文章

经主动脉途径干预正常巴马猪瓣下结构的外科手术方法

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DOI：

10.3791/69116

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2026年3月13日

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1Department of Critical Care Medicine, Renmin Hospital of Wuhan University, 2Beijing Key Laboratory for Xenotransplantation, Fuwai Hospital, National Center for Cardiovascular Diseases, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, 3State Key Laboratory of Cardiovascular Disease, Fuwai Hospital, National Center for Cardiovascular Diseases, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, 4Department of Cardiac Surgery, Fuwai Hospital, National Center for Cardiovascular Diseases, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, 5Shenzhen Key Laboratory of Cardiovascular Disease, Fuwai Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences, 6Department of Cardiac Surgery, Fuwai Yunnan Hospital, Chinese Academy of Medical Sciences, Affiliated Cardiovascular Hospital of Kunming Medical University

* These authors contributed equally

本文内容

摘要

本研究介绍了一种在正常巴马猪中通过经主动脉途径进行靶向组织切割以干预主动脉瓣下结构的外科手术方法。

摘要

导致左心室流出道（LVOT）改变和心肌肥厚的瓣下结构异常是肥厚型心肌病（HCM）等结构性心脏病的典型解剖特征。本研究建立了一种通过经主动脉途径对正常巴马猪进行主动脉瓣下结构干预的外科手术方法。实验动物来自北京一家具有资质的实验用猪供应商（许可证号：SCXK (Jing) 2018-0008）。该方法在三只健康的雌性巴马微型猪中得到验证，猪龄约为33–35周，手术时体重为30–35 kg。该手术包括正中胸骨切开术和主动脉前壁切口，在体外循环（CPB）支持、低温心脏停搏以及对LVOT和瓣下区域直接可视的条件下进行。通过靶向组织牵拉、定位和切割技术，实现对瓣下结构的重塑。

完整的手术过程包括麻醉诱导、中心静脉导管和导尿管置入、手术区域消毒与铺巾、胸骨正中切开、心包切开以及心脏游离。通过右心房引流和逆行冠状窦灌注建立体外循环。在主动脉前壁切开后，经主动脉瓣进入左心室，并在心脏停搏条件下进行瓣下组织干预。手术最后以关闭主动脉、心脏恢复搏动、撤离体外循环以及关闭胸腔结束。整个手术过程中，血流动力学保持稳定，动物状态良好，无术中死亡。术后切口表面平整，周围结构保持完整。

该方法具有高重复性和操作可控性，为研究瓣下结构干预提供了稳定的手术干预模型。同时，它也为开展组织学分析、手术验证及干预策略评估提供了一个技术平台。

引言

左心室瓣下结构的异常在多种心血管疾病中起着关键作用，尤其是在肥厚型心肌病（HCM）患者中，瓣下异常可导致左心室流出道（LVOT）梗阻和室间隔肥厚1。这些结构改变不仅损害心室的充盈和射血功能，还可能导致严重并发症，如室性心律失常、猝死和慢性心力衰竭2。临床上，常对这类患者实施经主动脉左心室组织切除术，以缓解LVOT梗阻并改善预后3。然而，目前仅有少数研究系统地探讨了该手术干预后生理变化及心室重构过程，限制了其在基础研究和转化治疗开发中的应用。

多种动物模型已被广泛用于研究瓣下结构改变及干预策略。这些模型在理解分子和组织水平的机制方面做出了重要贡献；然而，在模拟临床心脏外科手术操作方面仍存在显著局限性，尤其是在实现左心室的精确暴露和靶向组织切割方面。解剖结构变形、手术精度不足以及组织取样受限等问题依然存在4,5,6,7。这些缺陷限制了此类模型在手术干预机制、术后结构干预以及生物材料评估研究中的广泛应用。

近年来，通过经主动脉途径模拟左心室瓣下结构干预的动物模型仍然极为有限。现有研究主要局限于对当前外科技术的改进，试图通过微创路径或基于能量的方法对局部心室组织结构进行干预。然而，这些方法在手术路径、术中心脏状态以及组织干预策略方面与临床外科实践存在显著差异，难以准确再现手术干预所引起的结构、血流动力学、再灌注及机械应力反应8,9。因此，本研究在体外循环（CPB）支持下，对正常巴马小型猪实施胸骨正中切口和主动脉前壁切开，建立了一种可重复的大动物手术模型。该模型能够直接暴露左心室流出道及瓣下区域，随后进行可控的组织切割以模拟瓣下结构干预，为后续研究提供了一个具有临床相关性的实验平台。

该模型旨在模拟肥厚型梗阻性心肌病（HOCM）患者临床经主动脉间隔心肌切除术的操作流程和手术环境。它并非用于重现HOCM的病理生理过程或作为疾病模型，而是用于复现进行瓣下干预时的实际手术条件。

该模型作为一种标准化的外科手术框架，可用于研究瓣下结构干预、评估新型心脏外科器械，并为实验性心脏外科手术提供可重复的培训平台，包括经主动脉左心室流出道暴露和可控性瓣下切除的手术培训，以及在特定结构干预后的急性组织水平和组织学研究。

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方案

所有动物实验均经中国医学科学院阜外医院机构动物护理和使用委员会（IACUC）批准，批准编号为0106-1-20-ZX(X)-21。所有实验均遵循ARRIVE指南以及《实验动物护理和使用指南》（美国国家研究委员会/实验动物资源研究所）的规定。动物饲养于标准环境条件下（温度20–26 °C，湿度40–60%，12小时光照/黑暗循环），并可自由获取食物和水。

1. 实验动物准备

  1. 从北京一家具有资质的实验用猪供应商（许可证号：SCXK (Jing) 2018-0008）获取健康的成年巴马香猪。
    注：本方法已在三只健康的雌性巴马香猪中验证，手术时年龄约为33–35周，体重为30–35 kg。
  2. 术前至少7天将动物饲养于标准屏障环境中进行适应性饲养，环境温度控制在20–26 °C，湿度控制在40–60%，光照周期为12小时明/12小时暗，自由摄食和饮水。
  3. 术前24小时进行全面健康评估，包括精神状态、食欲、粪便性状、皮肤完整性、步态及呼吸状况的检查。
  4. 术前12小时禁食，术前4小时禁水，以降低麻醉期间发生误吸的风险。
  5. 术前完成体重测量和个体标识登记，并记录基础生命体征。
  6. 手术当天，将动物转移至手术区域，建立静脉通路并准备麻醉诱导。

2. 术前准备

  1. 耳缘静脉通路建立
    1. 在进行耳缘静脉插管前，通过肌内注射盐酸氯胺酮（5–10 mg/kg）联合速眠新Ⅱ（一种以盐酸赛拉嗪为主要成分的复合兽用麻醉制剂；1 mg/kg）诱导麻醉/镇静。待动物达到充分镇静后，按以下步骤通过耳缘静脉建立静脉通路：
      1. 轻压耳缘静脉近心端，使静脉充盈。使用22号静脉导管（22 GA × 1.00 in；0.8 × 25 mm），沿血管走行从远心端向近心端方向进针。
      2. 观察到回血后，撤出导丝，将导管完全送入静脉。取出针芯，连接三通阀，并注入少量无菌生理盐水以确认通畅性。
      3. 确认无皮下隆起且输液顺畅后，用胶布固定三通阀以稳定导管。
  2. 麻醉
    警告：在实施任何侵入性操作前，须确认麻醉深度足够且反射消失，以防止动物产生应激或疼痛。
    1. 通过耳缘静脉注射1%丙泊酚溶液（剂量为2–4 mg/kg）诱导麻醉。当动物失去站立能力、意识减退并倒下时，立即将其转移至手术台中央。
    2. 将动物置于仰卧位，使用固定带将其四肢固定于手术台两侧。在背部和颈部下方放置软垫，以防止受压损伤。
    3. 确认意识丧失后，静脉推注芬太尼（3–5 µg/kg）一次，用于切口周围镇痛，随后给予阿曲库铵（0.2 mg/kg）以实现肌肉松弛。
    4. 使用喉镜暴露声门，进行气管插管。将合适尺寸的带气囊气管导管（推荐内径6.5–7.5 mm）插入气管，并推进至胸段，避免堵塞右头侧支气管。
    5. 将导管连接至机械通气机。设置潮气量为10–12 mL/kg，呼吸频率为12–16次/分钟，吸入氧浓度（FiO2）为100%，吸呼比（I:E）为1:2。在固定气管导管前，确认双侧肺通气良好。麻醉诱导后，双眼涂抹红霉素眼膏。根据手术持续时间，术中按需重复涂抹眼膏，以保护眼表并防止角膜干燥。
    6. 术中通过吸入2%异氟烷维持麻醉。
    7. 持续监测心电图（ECG）、血压（BP）、血氧饱和度（SpO2）、体温（Temp）及麻醉机最低肺泡有效浓度（MAC）值。
    8. 将体温维持在37 ± 0.5 °C，以降低代谢需求，并在体外循环期间确保心肌保护。维持SpO2≥ 95%，并将血压保持在稳定的生理范围内。
  3. 外科手部准备
    1. 根据机构规程执行标准外科手部消毒。洗手后，使用无菌手术巾擦干双手，再佩戴无菌手套。
  4. 导丝引导下中心静脉置管
    警告：置管过程中须严格遵守无菌技术。小心操作针头和导丝，防止意外损伤。
    1. 选择右侧颈外静脉作为静脉通路。麻醉诱导后，剃除穿刺部位毛发。以碘伏棉球从穿刺点为中心向外作同心圆式皮肤消毒2–4次。消毒完成后，皮下注射2%利多卡因5 mL以实现局部麻醉。
    2. 将穿刺针连接注射器，沿颈静脉走行方向，以20–30°角向头侧进针。
    3. 边缓慢推进针头边持续回抽，直至观察到静脉回血。通过针芯轻柔地将导丝送入血管腔内。固定导丝后小心拔出针头。沿导丝送入扩张器以扩大穿刺路径，随后撤出扩张器。
    4. 沿导丝将中心静脉导管送入静脉。将导管推进至约10–15 cm深度，确保导管尖端位于前腔静脉内，但未进入右心房，以避免干扰术中心脏阻断操作。
    5. 撤出导丝。通过回抽确认各管腔通畅。用肝素化生理盐水（50 IU/mL）冲洗各管腔，并用相同溶液封管以维持通畅性。
    6. 使用无菌缝线固定导管。在穿刺部位覆盖透明无菌敷料。明确标注各管腔功能及导管插入深度。
  5. 导尿管置入
    1. 麻醉诱导并完成体位摆放后，使用浸有碘伏溶液的无菌棉球消毒会阴区域，并自然晾干。在周围区域铺无菌巾，仅暴露尿道口。仅使用雌性猪以利于导尿操作。
    2. 在无菌条件下打开 Foley 导尿包。佩戴无菌手套，润滑导管前端后轻柔插入尿道。观察到尿液流出后，再推进导管1–2 cm。向导管气囊内注入无菌蒸馏水以固定导管位置。施加轻柔牵引以确认固定牢固。
    3. 将导管连接至密闭引流袋。用胶布将导管固定于尾巴或手术台侧边，防止牵拉或污染。记录导管置入时间及操作细节。术中持续监测尿量及引流通畅情况。完成导尿后，麻醉医师更换手套并执行手部卫生，再进行后续麻醉相关操作。
  6. 铺巾及无菌手术区域建立
    1. 麻醉诱导后，剃除计划行胸骨正中切口区域的毛发。完成外科手部消毒后，术者以碘伏从计划切口处为中心向外作同心圆式消毒2–4次。
    2. 与助手协作完成铺巾。首先放置小块无菌巾并用巾钳固定，随后覆盖中号无菌单，仅暴露手术区域。
    3. 确保暴露区域自胸骨柄至剑突，长度约20–25 cm，宽度约10–12 cm，包括胸骨中线及双侧肋缘。
    4. 铺巾完成后再次快速进行手部消毒。在护士协助下穿戴无菌手术衣和手套。覆盖带有开口的大型无菌单，确保仅切口区域暴露，其余部位完全遮盖。将开口对准切口中心，并固定边缘以防液体渗漏，从而完成无菌手术区域的建立。

3. 心脏暴露与游离

  1. 胸腔暴露
    注意：胸骨切开期间应保护操作者的手部和眼睛。确保缓慢使用牵开器，以避免组织撕裂或骨断裂。
    1. 使用手术刀沿胸骨做正中切口，从胸骨上切迹开始，向下延伸至剑突下方约2 cm处，切开皮肤及皮下组织。保持切口长度约为20 cm。
    2. 使用电凝设备分离胸大肌和胸骨骨膜，充分暴露胸骨前表面。
    3. 在助手协助下轻柔牵开侧方组织，以维持清晰的手术视野。
    4. 暴露胸骨后，将Lebsche刀插入剑突下方，并施加向上牵引力。
    5. 使用小锤小心且均匀地敲击Lebsche刀近端，沿中线逐步劈开胸骨，向头侧推进，直至打开胸腔。
    6. 整个过程中保持持续向上的牵引力，以避免偏离或损伤心包。完成胸骨分离后，放置Finochietto胸腔牵开器，并缓慢向双侧扩张胸腔以扩大手术视野。避免过度牵拉，以防胸膜损伤或肋骨骨折。
  2. 心脏游离
    1. 辨认双侧膈神经走行于心包侧壁的路径（图1A）。
    2. 切开心包上缘，并沿动物长轴方向平行延伸切口，切口应靠近中线，以最大限度降低神经损伤风险（图1B）。
    3. 双侧进行钝性分离，将心包与纵隔胸膜及邻近结缔组织分开。
    4. 完成分离后，在直视下暴露心脏。确认清晰辨认关键解剖结构，包括主动脉、肺动脉、右心耳、心尖及冠状窦。
  3. 建立体外循环（CPB）
    注意：确保所有体外循环管路连接牢固并正确接地。谨慎操作电气和灌注设备，防止液体泄漏或电击。
    1. 在充分暴露心脏后，在右心耳根部放置荷包缝线。在缝线环内做一小切口，沿右心耳轴线斜向下插入静脉引流插管，建立体外循环的静脉回流通路。
    2. 将插管向前推进约3–4 cm，确保其尖端进入右心房腔。使用丝线缝合固定插管于心耳，防止滑脱或渗漏。
    3. 在冠状窦入口处放置荷包缝线。在缝线环内做一小切口，插入灌注插管，作为停跳液输送和心肌灌注的流入通路。
    4. 将灌注插管推进入冠状窦约1–2 cm。使用丝线缝合固定，确保位置稳定。
    5. 将所有插管连接至体外循环机。用800 mL乳酸林格液、1000 mL琥珀酰明胶溶液和2 mL肝素的混合液预充管路。充分排气并进行压力测试，确认系统稳定性。
    6. 在整个过程中持续监测灌注参数和流量，并通过全身肝素化维持活化凝血时间（ACT）在480 s以上。
    7. 启动静脉回流泵，开始部分静脉引流。逐渐开启动脉泵，维持灌注压在60–80 mmHg。在启动完全体外循环前，确认无渗漏且管路血流通畅。
    8. 在体外循环稳定后，经冠状窦缓慢输注冷却的高钾停跳液。观察心肌收缩逐渐减弱，直至完全心脏停搏，心电图（ECG）呈直线。记录心脏停搏时间。
    9. 在开始瓣下干预前，确保实现完全的电机械停搏和充分的心肌降温。仅在确认无心室收缩且停搏状态稳定后，方可开始组织操作。
    10. 本方案中，单次剂量停跳液足以维持整个瓣下干预期间的心肌停搏。由于主动脉阻断时间相对较短（约30–40分钟），通常无需重复给药。
    11. 将预先准备的无菌碎冰盐水冰屑覆盖于心脏表面，进一步降低心肌温度，减少代谢需求，增强心肌保护。

4. 经主动脉通路进行左心室暴露及瓣下结构干预

警告：进行主动脉切开和组织切割时，请小心操作锐利器械和剪刀。避免过度牵拉，以防损伤周围结构。

  1. 在实现心脏停搏和低温保护后，于升主动脉前壁做一长约1.0-1.5 cm的横向切口，切口位置位于主动脉瓣环上方约1.5-2.0 cm处，并垂直于主动脉的长轴。
  2. 从左侧背侧和腹侧分别将两个弯形拉钩插入主动脉切口，轻轻向外侧牵拉切口以打开主动脉根部并扩大手术视野（图2A）。
  3. 将带有预装牵引缝线的持针器引入手术区域。将缝线置于目标瓣下组织上，以利于术中牵拉和精确定位。
  4. 沿主动脉轴线方向，将小型弯剪经主动脉切口推进至左心室腔内。利用牵引缝线暴露目标瓣下区域（图2A）。
  5. 在直视下将剪刀水平放置，以可控方式剪切指定的瓣下结构（图2B）。切除组织后取出，并交予助手。
  6. 用无菌生理盐水彻底冲洗左心室腔和主动脉管腔，以清除任何残留的组织碎片。
  7. 使用连续可吸收缝线关闭主动脉切口。从切口一端开始，依次将针穿过内膜和中膜，采用等间距缝合，确保完全且不渗漏的闭合。缝合完成后，再次用无菌生理盐水冲洗闭合部位的外表面，以清洁该区域。

5. 心脏复跳与心肺转流脱离

警告：恢复循环前，须确认心腔和灌注管路已完全排除空气，以防止空气栓塞。

  1. 完成主动脉闭合后，逐渐降低冠状窦灌注速率并停止停搏液输注。同时，逐步降低体外循环（CPB）泵的流量，以允许自主心脏活动逐步恢复。
  2. 使用心电图（ECG）持续监测心律，以检测窦性心律的恢复或心律失常的发生。
  3. 成功脱离体外循环后，根据术中总肝素剂量，按照机构内约1:1.5的肝素-鱼精蛋白中和比例给予鱼精蛋白，以逆转全身肝素化。鱼精蛋白给药后约10分钟重新评估活化凝血时间（ACT），直至ACT接近术前水平。
  4. 若数分钟内未出现自主心脏复搏，可通过将除颤器电极板直接置于心脏表面进行直接除颤。给予单次低能量电击，必要时重复操作，直至恢复有序的电活动。
  5. 在规则心电图波形恢复后，评估心尖搏动、冠状动脉搏动及整体心肌收缩力。
  6. 当心律稳定且收缩强度满意后，依次拔除冠状窦灌注导管和右心房静脉引流导管。缝合各穿刺部位以实现止血。
  7. 断开体外循环系统。记录总体外循环时间、主动脉阻断时间及心脏复跳时间。
  8. 用无菌生理盐水彻底冲洗心包腔，并吸除残留液体或血凝块。
  9. 在胸骨闭合前，于心包腔内放置两根闭式引流管，分别置于心脏两侧。将引流管经肋间引出体外，并连接至外部引流瓶。
  10. 采用四根不锈钢钢丝以间断方式闭合胸骨。随后，常规分层缝合胸壁。
    注：胸壁闭合完成后，分次于切口周围皮下注射罗哌卡因（100 mg）以实现局部镇痛。术后根据血气分析结果及自主呼吸恢复情况，逐步脱离机械通气并拔管，随后转移至监护单元。术后镇痛通过皮下注射布托啡诺维持，每次4 mg，每日三次，至少持续3天。头孢呋辛钠以1.5 g静脉滴注，每日两次，持续1周。根据引流量及胸腔积液情况决定拔除胸腔引流管的时间。切口常规使用聚维酮碘消毒护理。

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结果

该手术方案可实现左心室中瓣下结构的稳定暴露和可控性切割。术中准确地定位了主动脉切口，通过主动脉开口进入，可清晰观察左心室流出道及其相关的瓣下区域。外科医生通过牵拉预先放置的缝线确定切割部位，并在直视下使用小型弯剪完成对目标瓣下组织的精确切割。术后检查显示，切割边缘整齐，周围组织结构保持完整，未见明显撕裂或过度牵拉痕迹。主动脉瓣结构得以保留，瓣叶无损伤，在所有手术动物中均未观察到反流现象（反流率为0%）。

主动脉切口关闭后，恢复了心脏灌注，所有动物均观察到心脏自发复搏（复苏率为100%），并维持稳定的窦性心律。顺利脱离体外循环后，动物术中状态良好，无术中死亡。切除部位的止血通过精细缝合和轻柔电凝完成，确保术中血流动力学稳定，无明显出血。所有动物均成功存活手术，并在术后观察期间保持良好状态，未出现明显并发症或不良事件。

总手术时间约为3小时，体外循环维持60-71分钟，以确保充分的心肌保护和稳定的灌注（表1）。这些结果表明，该手术方法基于临床相关的经主动脉路径，能够实现对瓣下结构的稳定暴露和可控性...

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讨论

左心室乳头肌下结构异常是肥厚型心肌病（HCM）患者重要的解剖学改变，可导致心室顺应性下降、舒张期压力升高以及左心室流出道（LVOT）梗阻。这些结构异常构成了临床心脏功能障碍及不良预后的关键病理基础10,11。本研究建立了一种在正常巴马小型猪中实施的外科手术方法，通过经主动脉入路实现对LVOT及乳头肌下区域的解剖暴露和靶向组织切割，从而完成对乳头肌下结构的干预。与既往报道的采用心尖入路或基于能量消融技术处理左心室内局部异常的动物模型相比，本方法在手术流程、解剖入路以及术中环境控制方面更贴近临床实践8,9。该方法为乳头肌下结构干预研究提供了更高的结构保真度和操作可控性。

通过在心脏停搏和低温灌注条件下，经前部升主动脉切口行胸骨正中切开术，以进入左心室流出道（LVOT）。该方法可精确暴露瓣下区域，并实现对组织的可控性切割，从而重塑局部解剖结构。该手术的成功...

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披露

本文作者声明无利益冲突。

致谢

本工作得到中国国家重点研发计划（2023YFF0724701）的支持。

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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% 氯化钠注射液--用于冲洗和溶液稀释
麻醉机--用于输送吸入性麻醉药和提供呼吸支持
麻醉药（丙泊酚、芬太尼、阿曲库铵）--用于麻醉诱导和维持
主动脉牵开器SINOVIEWRT37008-25用于牵开主动脉以改善视野
无创镊SINOVIEWFC22500-24用于夹持组织并尽量减少损伤
心脏停跳液（St. Thomas 液）--用于心脏停搏和心肌保护
体外循环机及管路--用于在体外循环期间维持血液循环
中心静脉导管包--建立中心静脉通路
气管插管包和呼吸机--维持术中气道通畅
平钩牵开器SINOVIEWRT37000-00用于胸腔内组织牵开
通用牵开器--用于牵开组织以暴露手术区域
止血钳--用于夹闭血管或组织以实现止血
肝素钠注射液--用于抗凝
静脉导管·不透射线 22 GA × 1.00 英寸BD Angiocath381123用于建立静脉通路
显微外科器械篮SINOVIEW90X0003用于存放和运输显微外科器械
微创弯剪SINOVIEWSC40230-25用于微创手术中的弧形剪切
微创双关节剪SINOVIEWSC55001-29用于深部手术区域的精确剪切
持针器--用于缝合时夹持缝合针
手术刀柄和刀片--用于切开皮肤和组织
无菌铺巾、缝线、手套、口罩--用于维持无菌手术区域
精密器械灭菌盒SINOVIEW90X0401用于清洗和灭菌手术器械
组织镊（有齿/无齿）--用于夹持组织
组织剪SINOVIEWSC35101-25SC用于一般组织剪切
三关节显微镊SINOVIEWFC17010-301用于显微手术中的精细操作
超锐利剪刀SINOVIEWSC35101-23UC用于精确的组织解剖
导尿管和引流袋--用于尿液引流和监测
生命体征监护仪--监测心电图、血压、SpO2、体温

参考文献

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