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左心疾病所致肺动脉高压ZSF-1大鼠模型中舒张功能障碍的脉冲波多普勒评估

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DOI：

10.3791/69341

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2026年5月22日

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1Department of Anesthesiology and Critical Care Medicine, Johns Hopkins University, 2Department of Anesthesiology and Critical Care Medicine, Department of Biomedical Engineering, Department of Chemical and Biomolecular Engineering, Johns Hopkins University

本文内容

摘要

本文介绍了一种利用多普勒超声心动图在左心疾病所致肺动脉高压的临床前模型中评估舒张功能的实验方案。

摘要

舒张功能障碍及射血分数保留的心力衰竭（HFpEF）是左心疾病所致肺动脉高压（PH）的重要病因。在临床前模型中，对舒张异常进行标准的体内评估通常包括二维（2D）超声心动图结合多普勒技术评估二尖瓣血流和组织松弛，该方法复杂、昂贵，且需要先进的超声心动图设备。本文在一种成熟的啮齿类动物模型中展示了一种有价值的替代方法，即在无需二维超声心动图的情况下，采用脉冲波多普勒超声评估左心疾病所致肺动脉高压中的舒张功能障碍。通过心尖窗获取二尖瓣舒张期血流模式，并与同步记录的心电图（ECG）进行对照。本方案描述了舒张功能指标的采集方法及其识别过程。这种低成本、易于实施的技术可识别与肺动脉高压、心血管疾病及HFpEF相关的舒张功能障碍的重要标志物。此外，当无法使用或不优先选择二维超声心动图时，该技术可重复性地检测疾病随时间的进展。该方法的主要局限性在于无法可视化心脏结构、多普勒信号的角度依赖性可能导致测量误差，以及动物体型特征的影响；但可通过调整探头位置并优化其与血流方向的对齐来减轻这些影响。

引言

肺动脉高压（PH）是一种致命性疾病，目前尚无治愈手段，其特征是肺动脉血压升高1。左心疾病（LHD）是全球范围内导致PH的最常见病因，与高昂的医疗成本和显著的发病率相关2,3。导致PH-LHD的心脏病因包括多种不同疾病实体，可引起收缩功能障碍或舒张功能障碍，例如心力衰竭——这是一种复杂的临床综合征，至今仍是全球主要死亡原因之一4。在心力衰竭患者中，射血分数保留型心力衰竭（HFpEF）占所有新发住院病例的一半以上4,5。舒张功能障碍已被确认为HFpEF和由左心疾病引起的肺动脉高压（PH-LHD）发生发展过程中最重要的前兆之一，也是二者相互作用的基本特征6,7。由于缺乏能够充分模拟PH和HFpEF大多数临床及亚临床特征的临床前模型，目前对这些疾病潜在机制的理解仍不完整7。

舒张功能障碍是PH-LHD的特征性表现，可通过二维和多普勒超声心动图进行评估8

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方案

所有操作均按照约翰斯·霍普金斯大学动物护理和使用委员会（ACUC）对方案 RA21M273 的批准进行。未使任何动物因数据采集或测量目的而遭受不适。所用试剂和设备列于材料表中。

1. 设备与动物的准备

  1. 使用70%乙醇清洁麻醉室，并擦拭所有表面。
  2. 在麻醉室内铺上一次性更换垫和纸巾。确保气体进出气口未被堵塞。
  3. 采取以下安全与麻醉操作注意事项：
    1. 确保麻醉工作站设置在通风良好的区域。
    2. 检查麻醉设备是否存在泄漏或故障。
    3. 在回路连接动物之前，切勿打开挥发罐。
    4. 在整个实验过程中保持持续供氧。
    5. 确保废气清除系统与麻醉回路系统持续连接。
    6. 用胶带封闭鼻罩与动物鼻部之间的缝隙，以减少麻醉气体泄漏，并防止空气污染物逸出至环境中。
    7. 在麻醉维持阶段，降低麻醉回路系统中的新鲜气体流速。建议使用尽可能低的新鲜气体流速。
    8. 实验结束后，继续以高流速供给氧气，以清除残余麻醉剂及呼吸系统中的气体。
  4. 打开氧气瓶（100%氧气），使氧气自由流入麻醉室。
  5. 打开动物笼，将动物放入麻醉室中。
  6. 牢固锁紧麻醉室盖。
  7. 打....

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结果

该方法可用于对 PH-LHD 患者的舒张功能进行纵向评估。为了最准确地评估舒张功能，需要在多个心动周期内观察同一心动周期中与二尖瓣和主动脉瓣开闭相关的前向和逆向血流模式（图1）。主动脉瓣关闭标志着舒张期的开始，其最早阶段为主动等容舒张期，发生于二尖瓣开放之前，并随后进入舒张早、晚期的双相性二尖瓣跨瓣血流。舒张期以血流停止及二尖瓣关闭而结束。这些血流模式的变化如图1所示：收缩期主动脉跨瓣血流位于零流速基线以下；等容舒张期表现为主动脉瓣关闭至二尖瓣开放之间的零流速阶段；双相性舒张期二尖瓣跨瓣血流呈基线上方的M形波形；随后为二尖瓣关闭至主动脉瓣开放之间的零流速阶段。若无法通过频谱多普勒同时检测主动脉或二尖瓣跨瓣血流，则无法确定等容收缩和等容舒张时间。

此外，利用该模型中的双相血流模式（图2）可测定多个指标，例如：E 峰（大鼠正常值：72.5 cm/s ± 13.9 cm/s）、A 峰（大鼠正常值：46.9 cm.......

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讨论

本文在已建立的啮齿类动物模型中展示了一种无需二维超声心动图、仅通过脉冲波多普勒超声评估肺动脉高压-左心疾病（PH-LHD）中舒张功能障碍的替代方法。通过心尖窗获取二尖瓣跨瓣血流频谱，并与同步记录的心电图进行对照，从而确定舒张功能的各项指标。该低成本技术可纵向识别舒张功能及功能障碍的标志物，避免了昂贵的二维超声心动图检测的需要。

舒张功能障碍是PH-LHD的关键特征，其特点为心室被动僵硬度增加和主动松弛能力受损。左心室舒张顺应性降低导致静息状态下左心室舒张末期压（LVEDP）和肺毛细血管楔压（PCWP）升高（≥15 mmHg），并在运动时进一步升高（≥25 mmHg）。这些指标虽是诊断HFpEF及PH-LHD前期状态的重要依据，但若无创技术或高级影像手段则难以测定17,18。目前获取上述参数的金标准是心脏导管检查；然而，在PH-LHD的临床前模型中，该方法并不总是可行（例如纵向连续测量）或经济可及（手术或核心服务成本高昂）19

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披露

作者与所用材料的任何制造商均无财务关系。

致谢

本研究由美国心脏协会授予 MB 的职业发展奖（24CDA1267633）、NHLBI R56 奖项授予 JS（1R56HL169285）以及 NHLBI 奖项授予 LS（R01HL14811201）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
麻醉设置VetEquip 公司901806
计算机戴尔7420 Plus
棉签Puritan Medical Products Company806-WC
脱毛膏  Church and Dwight300725
多普勒探头 10 和 20MHzINDUS InstrumentsNA
多普勒设置INDUS InstrumentsNA
心电图电极片INDUS InstrumentsNA
电极凝胶Parker Laboratories45993
异氟烷蒸发器 VetEquip 公司911103
超声耦合剂Parker Laboratories45659
带通气孔的麻醉诱导室VetEquip 公司942102

参考文献

  1. Simonneau, G., et al. Haemodynamic definitions and updated clinical classification of pulmonary hypertension. Eur Respir J. 53 (1), 1801913(2019).
  2. Ghoreishi, M., et al.

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