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方法文章

使用可植入遥测技术对清醒啮齿类动物进行连续动脉压监测及其与尾套法的比较

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DOI：

10.3791/69652

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2025年11月14日

 ,  ,  , 
1Advanced Institute for Medical Sciences, Dalian Medical University, 2School of Basic Medical Sciences, Xi'an Jiaotong University, 3East China Normal University Health Science Center

本文内容

摘要

本方案详细介绍了在清醒啮齿类动物中应用可植入式遥测技术进行连续且可靠的动脉压监测的方法，涵盖手术植入、术后护理、数据采集以及与尾套法的比较。

摘要

遥测技术能够在生理条件下对清醒状态的啮齿类动物进行可靠且连续的动脉血压（BP）监测，同时最大限度地减少由操作者引起的人为误差。可植入式发射器包含一根压力感应导管，其植入手术方法根据所使用的物种及研究目的而有所不同。在啮齿类动物中，最常见的植入途径是通过颈动脉或腹主动脉。由于颈动脉途径可直接通向主动脉弓，有利于准确测量中心血压，因此常被优先选用；而腹主动脉途径也广泛应用于慢性研究。 与尾套法等无创方法相比，可植入式遥测技术能够提供更准确且更稳定的压力测量结果，因此在需要精确长期监测血压的高血压研究中尤为适用。本实验方案详细描述了麻醉、手术植入技术以及术后护理操作，并介绍了获取和分析血流动力学参数——收缩压、舒张压、平均动脉压及心率（HR）——的方法，同时提供了与尾套法测量结果的比较评估。

引言

在清醒啮齿类动物中对动脉血压（BP）进行准确且连续的监测，对于心血管研究至关重要，尤其是在需要精确测量动态血流动力学变化的高血压研究中1,2,3。传统的无创测量方法（如尾套法）虽被广泛使用，但受限于间歇性采样、与应激相关的干扰因素，以及无法捕捉血压的昼夜节律变化4,5。这些问题影响了测量的准确性与可重复性，限制了其在长期血流动力学研究中的应用6。

遥测系统可提供更准确且一致的血压（BP）测量结果。该方法能够对自由活动的动物进行连续、高质量的血压监测，从而消除因操作人员干预和束缚所引起的应激反应带来的变异性7,8,9,10。这一技术在高血压研究中尤为有用，因为在研究血压升高的发生时间、幅度和稳定性以及昼夜节律模式时，连续监测至关重要11,12,13。此外，连续遥测能够检测疾病进展过程中短暂的血压波动，并对药理学干预效果进行详细评估，这些优势是传统的尾套法所无法提供的14。

无线遥测系统采用带有压力感应导管的可植入式发射器，通过手术将其放置于根据物种和实验设计选定的解剖部位。在小鼠中，通常通过颈动脉将导管插入主动脉弓，以确保信号稳定9。对于某些实验，例如在年老或较重的小鼠中进行的长期研究，可能更倾向于将导管置于腹主动脉。在大鼠中，腹主动脉是获得可靠长期记录的标准部位15。这些植入策略可精确测量收缩压、舒张压和平均动脉压，以及心率（HR），使遥测系统成为表型分析高血压模型和评估治疗干预效果的有力工具16。

本方案详细阐述了麻醉、手术植入（包括导管放置方案）、术后护理以及数据采集与分析的步骤，同时对尾套法进行了比较评估。

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方案

所有实验程序均经西安交通大学机构动物护理与使用委员会（IACUC）批准（编号：XJTUAE2025-2784），并依照机构及国家关于实验动物护理与使用的指南进行。实验中使用了8周龄雄性自发性高血压大鼠（SHRs）和C57BL/6小鼠。

1. 动物准备

  1. 饲养条件：将所有动物饲养在环境可控的房间内，保持室温21 °C，相对湿度60%。设置12小时光照/12小时黑暗的光照周期。提供标准实验室饲料和饮水 随意摄取.
  2. 遥测植入推荐体重：选择体重为20–35 g的小鼠，以确保导管植入长度充足，并能容纳遥测发射器的尺寸（HD-X11：33 × 33 × 14 mm；HD-S10：42 × 42 × 18 mm）。进行颈动脉导管植入时，应选择体重≥20 g的小鼠；进行腹主动脉植入时，建议使用体重约30 g的小鼠。对于大鼠，应选择体重≥170 g的个体，以确保设备适配并减少手术并发症。大鼠应采用腹主动脉植入方式。
    注意：该体重范围在慢性遥测监测中兼顾了手术可行性和动物福利因素。

2. 术前准备

  1. 遥测植入物型号验证：小鼠使用 HD-X11 发射器，大鼠使用 HD-S10 发射器。确认发射器上的型号编号和编码信息（图1）。
  2. 手术无菌准备：术前彻底消毒手术区域，并将所有器械在 121 °C 下高压灭菌 20 分钟（补充图1A）。准备无菌手术巾、生理盐水及所需试剂（材料表）。穿戴适当的个人防护装备（手套、口罩和帽子），将器械摆放于无菌托盘上，并在使用前确认灭菌指示剂有效。整个操作过程中须严格遵守无菌技术。术后应妥善处理污染材料，并及时对可重复使用的器械重新进行灭菌。
  3. 发射器预处理
    1. 揭开透明塑料托盘外的白色包装盖，打开无菌包装。
    2. 抬起透明托盘盖，用无菌生理盐水充分冲洗导管通道后立即盖回托盘盖。避免接触发射器或托盘内部，以维持无菌状态。
    3. 将包装暂置一旁，使导管在盐水中水化 15 分钟后再转移至无菌操作区。确保导管尖端呈现均匀透明且充满凝胶的状态。若发现尖端呈不透明或白色，则表明水化不足，需重新水化后方可继续操作。
    4. 保留白色包装盖（含校准数据）及无菌外包装（以备可能退回之需）。
      注意：由于导管具有亲水性，必须确保充分水化。若在未水化状态下植入，导管会从血液中吸收水分而膨胀，导致导管尖端凝胶回缩并形成空隙，从而增加血栓形成的风险。
  4. 麻醉诱导
    1. 吸入麻醉：将动物置于诱导室中，以 0.5 L/min 的氧气流速输送 5% 异氟烷进行麻醉。当翻正反射消失后，将动物转移至温度可控的手术平台（37 °C），并通过鼻罩在整个手术过程中持续给予 2% 异氟烷和 0.5 L/min 氧气维持麻醉17。
    2. 注射麻醉：通过肌肉注射 Zoletil 与赛拉嗪混合液（体积比 1:2），剂量为每 20 g 体重 20 µL18，对小鼠实施麻醉。
    3. 麻醉期间使用兽用眼膏涂抹眼睛，防止角膜干燥。
  5. 手术部位准备：用胶带固定动物四肢，使用脱毛膏去除颈部毛发后擦拭清洁。铺好无菌手术巾后，先用苯扎溴铵行三次环形擦拭消毒，再用聚维酮碘进行两次擦拭消毒。

3. 外科遥测发射器植入术

注意：可通过颈动脉或腹主动脉插管进行手术植入（图2）。

  1. 颈动脉植入
    1. 在下颌下方沿皮肤正中线做一 1-1.5 cm 的切口，并使用钝性分离法创建双侧皮下间隙。
    2. 使用钝性器械轻柔地牵开腮腺和下颌下腺，暴露气管肌。通过钝性分离法识别紧邻气管的左侧颈动脉（图 3A）。
    3. 将颈动脉从周围组织中游离出来。在 10 mm 的血管段上，仔细分离伴随的迷走神经（一条明显的白色条索状结构），使其远离动脉壁，以暴露分叉处。
      注意：应仔细分离迷走神经，避免牵拉，以防功能受损，因其对自主神经调节至关重要。
    4. 将三根经生理盐水浸泡的不可吸收 6-0 缝线穿过已分离的颈动脉段，并分别置于头侧、尾侧和中间位置（图 3B）。小心提起血管，避免血管损伤。
    5. 将更靠前的缝线置于颈动脉分叉附近，然后用永久结牢固结扎血管。尾侧缝线用于临时阻断血流，中间缝线则形成一个松散环，用于导管插入后的稳定。用血管夹提起缝线两端以扩张血管（图 3C）。
      注意：颈内动脉与颈外动脉的分叉处是确定植入导管合适插入长度的重要解剖标志。
    6. 将 1 mL 注射器针头的尖端弯曲至约 100°，在头侧结扎线附近小心穿刺动脉壁。以针头作为引导，使用持管镊子轻柔地将导管沿血管推进（补充图 1B-C）。
    7. 用手稳定地撤出针头，并换用精细镊子轻柔地将导管进一步推入血管深处。观察导管上的深度标记，当达到预定位置时停止插入（补充图 2A-B）。收紧中间缝线以固定导管。牢固结扎远端缝线以加强固定。将近端缝线绕过导管外露部分并打结，防止导管移位。尽可能将缝线末端剪短（图 3D）。
    8. 使用标记确认导管插入深度，并确保其到达主动脉弓。检查穿刺部位或导管周围是否有血液渗漏或气泡产生。若出现渗漏，立即采取纠正措施。轻拉导管，确认其通过缝线或粘合剂牢固固定。
    9. 使用钝性镊子从切口向左侧腹部侧壁创建一个皮下囊袋。注入 200 µL 预热（37 °C）的生理盐水以扩大空间，然后将遥测发射器置入囊袋，并将其置于左侧腹部皮下区域（图 4A-C）。
    10. 可选步骤：当使用带有心电图导联的植入物（HD-X11）时执行此步骤。将无色的心电图导联线置于右侧胸大肌上方的皮下，将红色导联线固定于左下腹部皮下空间。使用间断缝合关闭切口，防止伤口裂开（图 4D-E）。
      注意：图示操作在已处死动物上进行。所有存活手术均在严格无菌条件下进行，并使用无菌铺巾，以确保动物福利和实验成功。
    11. 保持闭合切口清洁且对合良好。检查是否存在活动性皮下出血，例如快速肿胀、血肿形成或血液从缝线处渗出。
  2. 腹主动脉植入
    1. 将动物仰卧位放置，头部朝向远离术者的方向。
    2. 在腹部正中做一 3-4 cm 的皮肤切口，随后在皮肤与腹壁之间进行钝性分离。
    3. 沿正中线切开白线，并用湿润纱布轻柔牵拉肠管，暴露腹膜后间隙。
    4. 识别紧邻下腔静脉的搏动性腹主动脉，然后用棉签小心清除周围脂肪/结缔组织，暴露从左肾静脉（上方）至髂动脉分叉（下方）的主动脉段，彻底清除腹侧表面的所有组织（图 5A）。
      注意：左肾静脉横跨主动脉腹侧表面，是近端主动脉游离的关键解剖标志。
    5. 将两根经生理盐水湿润的不可吸收 4-0 缝线穿过已分离的腹主动脉。头侧缝线置于左肾静脉与主动脉交叉处，尾侧缝线置于髂动脉分叉处。暂时收紧两根缝线以阻断血流（图 5B）。
    6. 将 5 mL 注射器针头尖端弯曲至约 100°，在肠系膜下动脉稍下方小心穿刺主动脉壁。以针头作为引导，使用专用持管镊子通过穿刺点将导管推进主动脉，并轻柔地沿血管向头侧滑动。
    7. 撤出针头，并小心地将导管向头侧推进，直至其远端尖端在前方阻塞缝线处遇到轻微阻力（图 5C 和 补充图 2C-D）。
    8. 在导管插入部位滴加一滴组织粘合剂，使其固化 30 秒。在密切观察插入部位是否出血的同时，逐渐松开尾侧牵引缝线（补充图 3A）。确认导管尖端位于左肾静脉头侧。
    9. 准备一块 5 mm × 3 mm 的纤维膜补片，将其覆盖在导管插入部位（补充图 3B），然后使用生物相容性粘合剂固定，以稳定导管（图 5D）。
    10. 在清晰视野下，检查穿刺部位或导管周围是否有活动性血液渗漏。若出现气泡或渗出，立即停止操作并采取纠正措施。轻拉导管，确认其通过缝线和/或粘合剂牢固固定。
      注意：对高血压动物进行操作时，应首先使用无创性夹钳。采用分阶段松钳方案逐步恢复压力：先松开远端夹钳，在低压下测试密封性，确认止血后再松开近端夹钳。
    11. 取出所有腹腔内纱布，轻柔复位肠管。用预热（37 °C）的生理盐水冲洗腹腔，然后确认导管入口处无出血。
    12. 将发射器置于肠袢之间并固定于壁层腹膜，使用 6-0 不可吸收缝线进行缝合固定（图 6A）。
    13. 可选步骤：当使用带有心电图导联的植入物（HD-X11）时执行此步骤。将 18 G 针头穿过右侧腹壁（动物右侧）靠近侧切口处进入腹腔，避免损伤内脏器官。将负极导线（透明导管）经针头穿入并引出腹腔。在保持导线位置的同时撤出针头。在对侧重复该操作，引出正极导线（红色导管）（图 6B-C）。
    14. 腹壁关闭：使用 5-0 或 6-0 不可吸收缝线，以间断缝合法缝合腹壁。
    15. 导联准备与放置：修剪多余导线长度，保留小段线圈；去除末端约 1 cm 的硅胶层以暴露导线，并用 5-0/6-0 缝线固定导管。将正极导线经隧道引至左侧尾端肋骨，负极导线引至右侧胸大肌，并分别用固定缝线锚定（图 6D）。
    16. 使用间断缝合关闭切口，防止伤口裂开（图 6E）。
      注意：本研究在已处死动物上进行该操作以作演示。所有存活手术均应在严格无菌条件下进行，并使用无菌铺巾，以确保动物福利和手术成功。

4. 手术恢复

  1. 麻醉终止：停止气体麻醉并移除输送装置。将动物转移至37 °C的加热垫上以维持正常体温，直至其自主运动完全恢复。在动物恢复足够意识、能够维持胸卧位之前，不得无人看管。
  2. 术后镇痛：术后皮下注射美洛昔康，剂量为5 mg/kg体重，以缓解疼痛19,20,21,22。
    注意：为预防疼痛，可在手术前预先给予镇痛药物。
  3. 恢复期监测：术后应系统监测小鼠的疼痛与感染情况。使用小鼠面部表情评分（MGS）评估自发性疼痛，评分项目包括眼眶收缩、鼻部隆起、颊部隆起、耳位及胡须变化。每日记录临床观察结果，包括体重下降、摄食或饮水减少、弓背姿势、竖毛、活动减少以及社交回避。每日检查手术部位是否存在红肿、发热或分泌物（补充表1）。若观察到异常行为或外观，应根据预设的人道终点标准给予镇痛药物或咨询兽医23,24,25,26,27。在完全恢复后（通常为术后10天），将小鼠单独饲养于标准笼具中，并置于遥测接收板上，以进行连续数据采集。

5. 数据记录与分析

  1. 发射器植入与操作：使用强磁铁打开或关闭可植入式发射器。通过在附近的调频收音机上确认是否存在可听见的信号，以验证激活是否成功。
  2. 发射器配置与数据采集
    1. 使用软件（Ponemah v5.00）采集数据。配置选项请参见补充文件 1。
    2. 打开 Ponemah v5.00，创建新实验或打开现有实验。进入 配置 > 硬件，点击 编辑 APR 配置 以选择一个空闲的接收器。
    3. 打开 硬件 > 编辑 MX2 配置 以连接植入物。选择与植入物关联的接收器，并配置以下参数：名称、植入型号、信号类型、采样率和序列号。
    4. 点击 搜索 HD 植入物。使用磁铁激活植入物，并将其放置在指定的检测板上，直至系统识别到信号。点击 保存 以确认。
    5. 通过设置受试对象名称、性别和物种来配置受试对象详情，然后选择与植入物类型对应的检测项目。
    6. 选择目标发射器，点击并选择播放按钮（三角形起始符号）以开始信号采集。点击 确定 以确认。
    7. 点击暂停按钮以结束记录。
    8. 进行实验数据采集时，应根据实验要求进行采样。
  3. 数据分析
    1. 加载遥测数据。在软件中，导航至 文件 > 加载数据。选择目标参数。从表单列表中选择发射器，并根据记录的开始/停止时间设置分析时间段。
    2. 确定血压偏移量：提取采样终止前 30 分钟的数据。计算并报告为均值 ± 标准误（Mean ± SEM）。
    3. 导出心血管参数，包括脉压、收缩压（SBP）、舒张压（DBP）、平均动脉压（MAP）、心率（HR）和活动计数（图 7A）。采用尾套法5,6,28（补充文件 2），基于容积压力记录（VPR）原理测量小鼠血压，并生成用于分析的压力曲线（图 7B）。
    4. 统计分析：数据以均值 ± 标准误表示。使用 GraphPad Prism 8.0 进行统计分析。组间均值差异采用非配对 Student t 检验评估，24 小时连续数据采用双因素方差分析（two-way ANOVA），随后进行 Bonferroni 事后检验。A p 值 < 0.05 被认为具有统计学意义。

6. 发射器的回收

  1. 使用标准技术处死动物。不要使用颈椎脱位法，因为它可能会损坏导管。
  2. 用精细手术剪刀切开皮下囊袋以暴露发射器。从囊袋尾端开始，向前（头侧）延伸切口，避免接触导管。取出发射器后，继续向前延伸切口至腹侧颈部区域，注意不要损伤导管。
  3. 将导管从所有结缔组织中游离出来。轻轻抬起发射器并将其放置在动物头部附近的手术区域，以防意外切断导管。
  4. 用精细手术剪刀做腹正中切口，并向前延伸以切开膈肌和胸骨。通过两侧肋骨 cage 做双侧切口，充分暴露胸腔。
  5. 辨认心脏。仔细解剖并移除呈白色组织的胸腺，以暴露主动脉弓。解剖时仅夹持胸腺，避免损伤其下方的血管，因为导管位于胸腺下方的主动脉弓内。
  6. 移除胸腺后定位主动脉弓。轻柔地将其从周围组织中分离，并将尖头镊子置于弓下方以定位导管尖端。在此处切开主动脉弓以暴露导管尖端，注意不要损伤导管。
  7. 沿导管尖端逆行切开主动脉，朝向颈总动脉方向，直至结扎缝线处。轻柔剪开缝线结，暴露导管插入点，并完整取出导管。

7. 发射器的现场清洁与重新灭菌

  1. 组织和碎屑的清除：配制1% Tergazyme溶液。将发射器浸泡在该溶液中24小时，以去除血液、血清蛋白及组织碎屑。用流动水彻底冲洗。
  2. 去污处理：在通风橱内操作。将发射器置于密封的50 mL离心管中的戊二醛溶液中浸泡24小时。用无菌生理盐水彻底冲洗，并保存在无菌包装中。

8. 准备注射器和填充导管

  1. 佩戴洁净手套。通过从针尖挤出少量凝胶来排出注射器中的空气。
  2. 对于 HD-S10，将针尖插入导管内，避免接触导管边缘。将针尖推进至残留物表面以下。在缓慢退出针头的同时，施加轻柔压力注入凝胶，直至导管尖端完全充满，且无气泡或碎屑。
  3. 对于 HD-X11，避免插入针头。将少量凝胶滴加至无菌表面。轻轻挤压导管球囊以排出空气或血栓。将导管开口接触凝胶液滴，然后松开，利用毛细作用和负压实现逆行填充。

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结果

在 C57BL/6 小鼠中持续遥测记录血压和心率
将 8 周龄雄性 C57BL/6 小鼠随机分组，分别通过颈动脉插管（CAC）或腹主动脉插管（AAC）植入遥测发射器。经过 10 天恢复期后，开始记录基础血压。连续 24 小时监测证实信号稳定可靠，并呈现预期的昼夜节律，夜间值略高于日间值。与 CAC 相比，AAC 在光照期和黑暗期均导致更高的收缩压（图 8A），舒张压无差异（图 8B），平均动脉压轻度升高（图 8C），心率无显著变化（图 8D）。如补充图 4A-D所示，还展示了每分钟的收缩压、舒张压、平均动脉压和心率平均值。由连续记录获得的日均收缩压（图 8E）、舒张压（图 8F）、平均动脉压（

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讨论

方案中的关键步骤
可植入式遥测技术被广泛认为是在清醒、自由活动的啮齿类动物中进行连续、高保真心血管监测的金标准31,32。一个关键步骤是根据实验目标选择导管植入部位，即颈动脉或腹主动脉。颈动脉植入技术操作简便，且允许导管进入升主动脉，从而获得高保真的脉动压力记录，适用于急性研究或中心压力测量。然而，这种方法在长期研究中可能影响脑部灌注，并需要谨慎使用抗凝措施以防止血栓栓塞并发症33,34,35,36。相比之下，腹主动脉植入可为慢性记录提供更高的稳定性，对内脏器官血流影响较小，并减少运动伪影，但需要较高的外科手术技巧，通常仅适用于体型较大的啮齿类动物。精细的外科技术，包括精确的导管放置与牢固固定，以及充分的术后护理，对于确保...

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披露

作者无任何利益冲突需要披露。

致谢

本工作受到国家自然科学基金（项目编号 82230012、81830015，授予王N.；项目编号 91939108、82570478，授予肖L.）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
APR-1 环境压力参考装置Data Sciences International (DSI)APR-1 环境压力参考装置是每个 DSI 遥测系统中的必要组件，用于在监测压力测量值时动态补偿大气压力变化对遥测植入物所获取的绝对压力（相对于真空）测量值造成的影响
纤维素补片套装Data Sciences International (DSI)370-0036-001
戊二醛MetriCide89132-856
格雷夫有齿弯镊Data Sciences International (DSI)11054-10
植入物（HD-S10）Data Sciences International (DSI)825969
植入物（HD-S10）Data Sciences International (DSI)910265
植入物（HD-X11）Data Sciences International (DSI)1315981
植入物（HD-X11）Data Sciences International (DSI)1315986
异氟烷RWD Life ScienceR510-22-10
利沙婴儿直剪—10 cmData Sciences International (DSI)14078-10
Matrix 2.0 (MX2) Data Sciences International (DSI)Matrix 2.0 (MX2) 负责管理 PhysioTel 和 PhysioTel HD 遥测植入物与数据采集计算机之间的通信。
莫里亚器械盒Data Sciences International (DSI)20311-21
生理盐水科隆制药C1250213B1
奥尔森-希加精细持针器Data Sciences International (DSI)12002-12
戊巴比妥钠Sigma-AldrichP3761
RPC-1 接收器Data Sciences International (DSI)34668RPC-1 接收器通常用于监测饲养在塑料笼具中的动物，笼具可直接放置在接收器上方。RPC-1 接收器能够可靠接收通过数字遥测传输的数据，并配备两个相互垂直的接收天线，以最大限度减少因信号发射方向性导致的数据丢失。
RPC-1 接收器Data Sciences International (DSI)34669
Tergazyme 酶清洗剂Sigma-AldrichZ273287
血管套管镊，11 cm 长Data Sciences International (DSI)00608-11
血管扩张器—尖端呈 45 度角，13.5 cm 长Data Sciences International (DSI)00276-13
Vetbond 组织粘合剂明尼苏达矿业制造公司（3M）1469SB
赛拉嗪 20Sigma-AldrichX1251
Zoletil 50维克实验室

参考文献

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