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。
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。
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。
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。
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
2. 术前准备
3. 心脏暴露与游离
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。
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。
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切割,从而实现对瓣下结构的干预。该操作具有良好的可重复性,适用于后续的组织学分析,且在手术过程中安全可靠,为干预策略的进一步研究提供了可靠的平台。

图1:心包切口路径的示意图。(A)图中黄色箭头指示膈神经。(B)黄色曲线表示双侧膈神经沿心包的走行路径。白色虚线代表心包的切口线。请点击此处查看该图的放大版本。

图2:左心室中瓣下区域暴露与切开操作的比较。(A)切开前:升主动脉切开并牵开后,主动脉瓣及左心室流出道中的目标瓣下结构清晰可见(白色箭头所示)。(B)切开后:目标瓣下组织已被完全分离,切缘整齐,周围结构完整,无明显撕裂或损伤。标记区域表示预定切开范围。该图表明,该手术方法可实现瓣下结构的稳定暴露和可控的外科干预。请点击此处查看此图的放大版本。
| 参数 | 数值 (n=3) |
| 体重 (kg) | 30-35 |
| 性别 | 女性 |
| 总手术时间 (h) | 2.5-3 |
| 瓣下切除深度(近似值)(mm) | 1-1.5 |
| 体外循环(CPB)持续时间 (min) | 60-71 |
| 主动脉阻断时间 (min) | 29-41 |
| 术前左心室射血分数(LVEF,%) | 64-70 |
| 术后3个月LVEF (%) | 65-72 |
| 不良事件发生率 (%) | 0 |
| 心脏自主复搏率 (%) | 100 |
表1:实验动物的基线特征、术中及功能参数。
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。该手术的成功依赖于多个关键步骤。升主动脉切口应准确定位于主动脉瓣环上方约1 cm处,以提供足够的手术视野,同时避免损伤瓣叶。预先放置的牵引缝线保持稳定张力,可充分暴露左心室流出道。在体外循环期间维持低温心脏停搏及足够的灌注压力,可确保术野无血且静止,便于精确切割。使用精细弯剪进行可控操作,可靶向切除瓣下组织,同时不损伤邻近结构。最后,彻底止血并逐层缝合升主动脉切口,对于安全恢复循环及预防术后渗漏至关重要。术中止血通过精细缝合及在出血部位轻柔电凝实现,即使在全身肝素化情况下,仍可有效维持血流动力学稳定。所有动物均成功耐受手术,术后状态良好,未出现明显并发症或不良事件,表明该技术具有良好的安全性和可重复性。在实际外科操作中,可根据动物体型和实验目的进行适当调整。对于体型较小的猪,可采用稍短的升主动脉切口(≈ 1.0 cm),以减少对瓣膜复合体的牵拉;而体型较大的动物则可能需要长达1.5 cm的切口以获得充分暴露。若瓣下区域视野受限,可通过调整拉钩的角度或高度,或增加牵引缝线来改善术野。心肌停搏液灌注不足可能导致心脏停搏不完全;此时应确认导管位置及灌注流量。这些应对策略结合术中细致的止血操作,有助于维持术中稳定,避免手术失败。
该方法真实再现了关键的临床外科手术步骤,能够稳定地获取具有清晰边缘的较大组织标本12。该模型具有优异的可重复性和组织取样质量,为研究与瓣下结构干预相关的围手术期或机械性因素提供了理想的基础。手术路径与临床经主动脉途径一致,并在此路径下实现了创新性的结构干预,且已证实其操作安全性。该方法不仅为瓣下结构干预提供了一种可控的技术手段,同时也为心脏外科医生提供了实用的培训平台。在大动物模型中,可反复练习经主动脉途径、组织处理以及左心室流出道的暴露操作。
此外,该模型可用于研究最佳切除深度和范围,以避免完全性房室传导阻滞等并发症,从而推动手术操作的标准化和精细化。同时,该技术还可应用于术中辅助设备、介入定位机制以及影像引导导航策略的评估,为其他研究人员在转化心脏研究中重复或改进该操作提供参考框架。
然而,仍存在若干局限性。首先,该手术需要心肺转流支持以及专业外科团队的协调配合,技术门槛相对较高。其次,本研究主要聚焦于瓣膜下结构干预作为外科手术的实施过程,并将其展示为一种用于心脏介入的大动物实验平台。重要的是,该模型并未设计用于评估长期的影像学、功能或病理学结局,因此无法评价介入治疗后的室壁重构、晚期瓣膜功能障碍、传导异常或慢性血流动力学及心律失常后果。此类问题需要通过延长随访时间的存活实验,结合多模态影像评估、电生理监测以及全面的组织病理学分析来解决,而这些内容超出了本方法学研究的范围。未来有必要开展结合多种影像技术进行动态评估和功能分析,并联合病理生理相关性研究,以进一步提升该技术的操作适用性与机制研究价值。
总之,这种标准化的经主动脉手术方法为外科培训和转化心血管研究提供了一个可重复且具有指导意义的平台。
本文作者声明无利益冲突。
本工作得到中国国家重点研发计划(2023YFF0724701)的支持。
| 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 | SINOVIEW | RT37008-25 | 用于牵开主动脉以改善视野 |
| 无创镊 | SINOVIEW | FC22500-24 | 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 | SINOVIEW | RT37000-00 | 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 Angiocath | 381123 | 用于建立静脉通路 |
| 显微外科器械篮 | SINOVIEW | 90X0003 | 用于存放和运输显微外科器械 |
| 微创弯剪 | SINOVIEW | SC40230-25 | 用于微创手术中的弧形剪切 |
| 微创双关节剪 | SINOVIEW | SC55001-29 | 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 | SINOVIEW | 90X0401 | 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 | SINOVIEW | SC35101-25SC | 用于一般组织剪切 |
| 三关节显微镊 | SINOVIEW | FC17010-301 | 用于显微手术中的精细操作 |
| 超锐利剪刀 | SINOVIEW | SC35101-23UC | 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 |