成年猪模型中建立体外循环的腹股沟插管术

摘要

本文介绍了通过腹股沟插管建立体外循环的方法，并阐述了该技术相关的优缺点。

摘要

由于体型比例相似，成年猪模型适用于体外循环相关的心血管和循环生理学研究。常规方法是通过胸骨切开术和大血管插管建立体外循环（CBP）连接。然而，在方法实施过程中可能出现问题，例如解剖空间狭小、血管难以辨认，或主动脉较细等血管异常情况。医源性主动脉破裂可能导致实验终止。因此，有必要采用其他安全的通路，例如经腹股沟血管入路。在体内实验中，使用配备一次性管路套件（中空纤维氧合器，灌注能力最高达3,5 L/min）的心肺机。进行腹股沟插管时，需在右侧腹股沟区游离股动脉和股静脉。插管采用14-16 French（Fr.）Edwards Heartport 导管和22-Fr. SAP 股动脉导管。插管操作使用塞丁格技术（Seldinger technique）。在大动物实验中，腹股沟插管显著减少了实验中止的情况，并在手术分离过程中实现了心脏更充分的减负荷。在大动物模型实验中，通过腹股沟入路建立体外循环是一种安全的方法，可显著减少主动脉创伤，并改善胸腔内的视野。此外，该入路为开展微创心脏手术提供了可能。本文也强调了动物实验相关的伦理学考量及其对实验成功率的影响。

引言

体内猪模型由于具有与人类相似的解剖和生理特性，适用于心血管和循环生理学研究。由于其体型和体重比例合适，建立体外循环也不存在困难。这意味着可以在体内开展广泛的各类问题研究，尤其适用于心肺机使用及相关体外循环回路建立的研究^1,2。本文所介绍方法的目标是提供一种利用腹股沟血管在猪体内建立体外循环的实验平台。与经胸骨正中切口进行中心插管相比，该方法具有更小的侵入性。此外，腹股沟血管插管 increasingly 用于微创心脏手术和临时机械循环支持^3,4。因此，该方法对于专注于这些领域的研究具有重要应用价值。

建立体外循环时，通常以主动脉和心房作为插管的标准部位。尤其是经主动脉入路可能因主动脉组织的形态学改变、升主动脉过短或在狭小的胸腔内心脏扩大而受阻，这些情况会遮挡主动脉视野(图1A-B)。在猪体内，主动脉通常特别细小、短促，并位于肺动脉主干背侧。插管操作过程中可能因医源性损伤导致主动脉破裂。因此，需要另一种安全的动脉和静脉通路，可通过股血管插管实现。在大型动物（家猪属）中，腹股沟处血管直径约为6至8 mm（股总动脉）和10至12 mm（股静脉）。为确保实验动物（40–60 kg）有足够的器官灌注，动脉插管应使用14–16 Fr的Edwards插管(图2A)，静脉插管应使用22 Fr的Sorin插管(图2B)⁵。

方案

所有关于猪（年龄3-4个月；性别：雄性和雌性；体重40-60 kg；家猪）的大动物实验在经过充分审查后，已于2022年10月10日获得卡尔斯鲁厄地区委员会批准，批准文件编号为35.-9185.81/G-96/22。本实验为终末性操作；所有动物在实验结束时均被实施安乐死。

1. 麻醉与动物准备

1. 在本学院的跨学科生物医学研究设施中，始终进行术前给药。在将实验动物送入手术室之前，按 0.075 mL/kg 剂量给予盐酸咪达唑仑（5 mg/mL），并按 0.225 mL/kg 剂量给予氯胺酮（100 mg/mL）。
2. 在耳缘静脉放置留置静脉导管，用于输注镇痛药匹替啶（0.56 mg/kg 体重/0.5 h）以及等量的斯泰若芬（Sterofundin）1/1 溶液。
3. 使用纱布绷带将所有四肢固定于手术台上。
4. 将五导联心电图电极连接至胸腹部以进行心律分析，将体温探头插入直肠监测体温，并将脉搏血氧仪探头置于鼻黏膜以进行监测^6,7,8,9。

2. 插管与通气

1. 通过插管固定气道，并启动压力控制通气。
2. 使用呼吸机进行压力控制通气时，采用以下初始参数设置：
   FiO₂ 0.6-0.8
   呼吸频率 12-18 次/分钟
   每分钟通气量约为 0.2 L/min/kg
3. 根据上述设置，目标维持 CO₂ 在 35-40 mmHg，paO₂ 在 150-200 mmHg，以及 pH 为 7.35-7.45 的正常呼吸代谢状态。应定期通过血气分析评估通气效果^7,8,9。

3. 麻醉维持

1. 通过呼吸机给予 1.5% 的七氟烷或 1% 的丙泊酚（8 mg/kg 体重/小时）维持麻醉。若麻醉深度不足，可将七氟烷剂量增加至 2.0%，或给予 2–4 mg/kg 体重的丙泊酚推注。麻醉不足的征象包括术中苏醒、疼痛反应、体动、动物自主呼吸、心率加快、动脉高血压等。使用泛醇（Dexpanthenol）预防眼结膜干燥^7,8,9,10。

4. 动脉压测量与大中心静脉通路

1. 进行动脉监测时，打开左侧腹股沟（操作步骤如第5.4节所述），暴露股动脉，并通过穿刺插入压力导管。使用压力传感器显示压力曲线。
2. 目标维持平均动脉压（MAP）在50-60 mmHg⁶。为维持MAP，给予液体或去甲肾上腺素。
3. 通过开放暴露颈静脉，体外固定大孔径液体通路。该导管具有两个液体通路：一个用于液体替代治疗，另一个用于中心静脉压监测（8-12 mmHg）。该压力以及动脉压均通过传感器显示。
4. 插入经尿道留置导尿管以评估尿量。使用尿袋进行液体平衡⁶。

5. 手术操作步骤

1. 开始手术操作前，使用不溶于水的记号笔在拟手术区域标记（心脏外科的标准入路）（切口指引；图3），并用蓝色手术巾覆盖所有非相关区域。
2. 将所有器械准备妥当并放置于手术台上（图4）。
3. 胸骨正中切开术
   1. 沿胸骨中线做纵行皮肤切口，使用电刀逐层切开皮下组织、胸大肌及胸骨骨膜。
   2. 暴露胸骨中线以进行胸骨正中切开。确保颈静脉切迹和剑突清晰可辨，并用手指钝性分离胸骨后表面。
   3. 随后使用胸骨锯纵向切开胸骨。通过电凝处理骨膜并涂抹骨蜡实现止血，然后置入胸骨牵开器。
   4. 暴露下方的脂肪组织和胸腺。纵行切开心包，并使用Mersiline 0缝线做心包悬吊缝合，以形成心包腔。
   5. 仔细检查内脏位置及心脏情况。最终步骤将在股部插管完成后进行。首先游离升主动脉和肺动脉，并使用聚丙烯4-0 RB-1缝线做荷包缝合，用于固定停跳液灌注导管。
   6. 在拟夹闭区域，对主动脉进行环周游离¹¹。
4. 股部血管准备
   1. 在皮肤（股部）做纵行切口，使用电刀切开皮下脂肪组织（图5A-H），并用组织牵开器扩大术野。
   2. 沿股薄肌和股内侧肌筋膜使用剪刀进行解剖，以暴露两肌之间的股动脉和股静脉，随后用红色和蓝色橡胶环套住血管。
   3. 为固定导管于血管内，使用丝线在血管周围做套环，并以止血带固定¹²。
5. 导管位置：为更好理解血管内导管的位置，可将静脉和动脉导管置于实验动物体内进行定位（见示意图，图6）¹²。
6. 静脉插管
   1. 使用22 Fr. Seldinger导管及穿刺套件对股静脉进行插管。穿刺套件包括一根180 cm长的导丝、穿刺针和扩张器（图7A）。
   2. 示意图见图8A-E¹²。使用聚丙烯5-0 RP-2缝线做荷包缝合，并用18 G穿刺针穿刺静脉。
   3. 通过穿刺针在导丝插入辅助下将导丝经血管（股静脉）置入，确保导丝可顺畅前后推送。
   4. 将导丝推进至上腔静脉。可通过触诊或超声心动图检查确认其位置。
   5. 撤出穿刺针，并用纱布轻压穿刺点（避免失血）。使用不同规格的扩张器逐步扩张穿刺点（从最小号开始），导丝必须始终保持张力。
   6. 将导管沿导丝送入，使导丝下端保持张力，推送导管至心房水平，然后收紧荷包缝合。当胸腔开放后，必须再次确认上腔静脉的位置。此步骤对于充分引流上、下腔静脉的静脉血并有效减负荷心脏至关重要。
   7. 使用丝线将导管固定于荷包缝合处。小心撤出导丝和导管入口，用顺行血液排气，夹闭导管，随后将导管连接至体外循环系统的1/2"接头和1/2" 3x32导管。
7. 动脉插管
   1. 使用14-16 Fr. Seldinger导管及穿刺套件对股动脉进行插管。后者包括一根100 cm长的导丝、穿刺针和扩张器（图7B）。
   2. 操作步骤与静脉插管相同¹²。准备荷包缝合（4-0聚丙烯RB-1），并插入穿刺针。
   3. 经穿刺针置入导丝后撤出穿刺针。使用各型号扩张器（12 Fr. 和 14 Fr.）逐步扩张穿刺点，随后置入16 Fr. 动脉导管。
   4. 撤出导丝和导管入口，逆行排气后夹闭。随后将导管连接至人工心肺机的3/8"接头和3/8" 3x32导管，并将其固定于组织上。
8. 连接体外循环
   1. 将体外循环系统连接至股部血管后，启动体外循环回路（图9A 和视频1）。由于静脉导管与储血器之间的高度差较小，静脉引流通常需要主动吸引辅助。该负压约为-60至-80 mmHg，由滚压泵产生。可通过压力传感器测量静脉管路压力来监测吸引状态^13,14,15。

结果

在动物实验中，建立体外循环的插管方式从胸腔中心插管改为腹股沟插管后，未再发生医源性主动脉破裂(表 1)。该结论基于一项动物研究，每组有18头猪接受手术。在前15例手术中，有6头猪在中心插管后发生医源性主动脉破裂，因此实验被迫中止，死亡率为40%。在后续进行的21例手术中，通过腹股沟途径连接心肺机，未再因破裂而中止实验。

此外，主动脉与肺静脉分离后，心脏的游离更为充分(图10A-C)。这为主动脉阻断区域及心肌保护液插管的放置提供了充足的空间。由于采用腹股沟插管，主动脉阻断不充分的问题已不复存在。腹股沟插管组的出血量较低，平均动脉压（MAD）约为48-54 mmHg。

讨论

实验性心脏外科手术在当今不可或缺。可能的研究目标包括评估在给予各种药物及其药代动力学特性条件下左心室的泵功能、优化外科手术流程，以及优化体外循环中的灌注。由于成年猪模型具有与人类相似的心血管和生理特征，因此非常适用于此类研究目的。

在使用人工心肺机进行体外循环时，优化方法学实施与研究目标同样重要。另一个方面是尽量减少因试验中止而导致的实验动物安乐死数量。

该操作主要关注用于体外循环的插管类型。插管是体外循环中的关键步骤，因其可维持机体的血液循环¹²。插管方式基本分为中心插管和外周插管（腹股沟插管）。两种方法各有特定的优缺点，具体选择取决于临床情况。

成年猪的插管通常...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
5% 泛醇	拜耳	PZN AT-2424276	麻醉
HLM Set Trilly AF Kinder	Eurosets	AG71155	心脏肺脏机一次性套件
氯胺酮 5mg/ml	辉瑞	PZN 01395650	麻醉
Mersilene 0	Ethicon	R844	心包固定缝线
咪达唑仑 5mg/5ml	哈梅林	PZN 05918501	麻醉
经皮置入ührkit 100 cm	Maquet	PIK 100	动脉穿刺包
匹替啶 15mg/ml	Piramal	PZN 01312724	麻醉
聚丙烯 4-0 RB-1（Prolene）	ETHICON	8710H	容器上的烟草袋接缝
PotiSite 动脉灌注导管 16 Fr.	爱德华兹	FLK0012	腹股沟动脉插管
丙泊酚 1% 200 mg/20 ml	Fresenius KABI	PZN 18116200	麻醉
RAP 股静脉插管 22 Fr.	LivaNova	200-100	腹股沟静脉插管
Revas 双腔通路套件 180 cm	自由生活	FLK0012	静脉穿刺套装
75 厘米长的缝合线	Resorba	G850N	固定导管于血管周围
七氟烷 100% (V/V) 250 ml	SEVOrane	PZN 03796821	麻醉
Silikon-Loops 2.5 mm 蓝色	SERAG Wiessner	SL27	用于静脉准备
Silikon-Loops 2.5 mm 红色	SERAG Wiessner	SL26	用于动脉的制备
Sterofundin ISO 1/1 E ISO	B/BRAUN	PZN 01078955	体积
7 Fr. 止血带套装	美敦力	79005	用于将套管连接至血管