猪模型中闭合胸压-体积环的固定体积截距方法用于连续收缩性评估

摘要

该方案旨在提供一种可行的闭合式猪胸型方案，通过固定_V0 并计算单跳Ees，序列量化负荷无关的左室收缩力，消除反复的下腔静脉闭塞，以提升血流动力学脆弱急性实验中的安全性和稳定性。

摘要

收缩末期压力-体积关系（ESPVR）被广泛认为是左心室（LV）收缩力的金标准、负荷无关描述因子。实际上，ESPVR通常被近似为一条直线，由其斜率——收缩末弹性（Ees，收缩状态的直接指标）和体积轴截距（V₀，即零压力时的理论LV体积）定义。 在体内，ESPVR经典地由连续下腔静脉（IVC）闭塞并同时监测LV压力-体积（PV）导管推导而来。然而，在心源性休克等疾病状态下，所需的前负荷耗竭可能引发反射性心动过速和短暂或持续的血流动力学不稳定，限制其可行性和解释性。因此，有必要在 体内评估血 流动力学脆弱状态下的肌力学方法。

该方案旨在描述一个实用实验模型，其中V₀在稳定基线条件下测定一次，随后保持固定，用于后续从左室 PV 环路的单次心跳 Ees 估计。该方法详细分步骤用于急性大型动物研究，允许连续连续评估收缩力，避免反复的下腔静脉闭塞。在猪心源性休克模型中，它可靠地追踪了心肌功能负荷无关的变化，同时避免了由前负荷减少引发的心律失常和血流动力学不稳定。因此，该方法非常适合急性闭合胸部实验，其中心室几何结构保持不变，收缩力主要调节ESPVR斜率而非截距。尽管如此，固定V₀假设是一种方法学上的简化，引入了故意的系统误差，仅在重复预载操作不可行或不安全时才应应用。当发生结构重塑、深度左室扩张或明显胸压变化时，必须重新估计V₀。总体而言，该方案为不稳定大型动物模型中的序列收缩性评估提供了一种可行且生理学上合理的方法，平衡了方法学的严谨性与实验安全性和实用性。

引言

左心室收缩力是心肌本身能够独立于负荷条件产生压力的能力 ^1,2,3。它是决定心搏出量、心输出量和血压的关键因素。因此，当急性心肌缺血时，心脏可能迅速失去收缩力⁴。因此，心肌收缩力受损可能导致急性心力衰竭和心源性休克（CS）⁵。心肌收缩导致低血压和器官灌注不足，尽管^{积极治疗，}死亡率仍高（住院率为30%–50%）^5,6。常见的医疗治疗涉及去甲肾上腺素、多巴酚胺和米力酮等肌增强剂，这些药物能增加收缩力，但也可能直接影响血管张力⁷。收缩力评估在研究新药物治疗、评估疾病严重程度或实验模型时尤为重要。

传统指标如左心室射血分数（LV ejection fraction）或dP/dt（max））依赖负荷，可能在前负荷或后负荷变化时误报真实收缩状态。这凸显了收缩率指标（如收缩末弹性（Ees）等负荷无关指标的价值，后者能更可靠地追踪心肌表现¹。

因此，体内已开发出评估收缩力的方法，其中压力-体积（PV）分析被视为^{实验研究中的}金标准8。体内量化Ees的经典方法是进行下腔静脉（IVC）闭塞，以逐渐且短暂地减少预负荷。通过记录在该预负荷减少期间同时出现的收缩末期压力（ESP）和收缩末期容积（ESV）点，可以拟合ESPVR的回归线，并确定其斜率Ees，该线的x截距定义为V₀——零压力产生的理论体积。然而，在脆弱状态如剖析中，即使是短暂的下腔静脉闭塞也可能引发严重低血压、心律失常，或进一步影响末端器官灌注，尤其是在已极低的心输出量状态下，限制了可行性和可解读性。

本研究方案提出了一种实用的IVC闭塞方法，用于急性闭合胸腔实验，即在稳定基线条件下进行单次IVC闭塞，以确定体积轴截距V₀。该值随后在后续单节频Ees估计中保持恒定。该方法基于孤立且完整的动物研究证据，显示急性肌力增强变化主要改变ESPVR斜率（Ees），而截距保持基本稳定 ^2,9,10。通过避免重复闭塞，该方法最大限度地减少心律失常和血流动动力学不稳定性，同时保持对左心室收缩性的精确、负荷无关评估。本方案基于先前研究4,8,11,12,13,14,15,16的经验，应用于闭合式猪胸型剖腹剖面。虽然该固定截距方法旨在用于心室几何稳定的急性闭合胸腔实验，但在腔室尺寸变化、胸压变化或结构重塑的环境中适用性有限;这些实际限制在评估该方法在特定研究中的适用性时应予以考虑。与以往单拍或基于模型的方法不同，该方案在稳定基线条件下通过经验测定V₀，并在整个实验中应用，为血流动动力学脆弱的大型动物模型中连续、无负荷无关的收缩性评估提供了更安全、更可行的替代方案。

方案

该方案由丹麦动物研究检查局批准（许可证号：2023–15–0201–01466，签发日期为2023年6月19日）。使用了约60公斤的丹麦兰地猪母猪。试剂和所用设备详列于 材料表中。

1. 麻醉与通气

1. 用肌肉注射麻醉混合物预麻醉，剂量为1毫升/公斤，含25毫克/毫升替丙胺、25毫克/毫升唑拉西平、2.5毫升丁苯丙醇（10毫克/毫升）、1.25毫升兽医氯胺酮（100毫克/毫升）和6.25毫升兽医赛拉嗪（20毫克/毫升）。
   注意：麻醉前给药可减少运输过程中的压力、伤害感受和儿茶酚胺释放。
2. 将动物从农场设施运送到研究设施。
3. 使用18-20克静脉导管在耳边缘静脉建立静脉（静脉）通路（见图1）。使用适当的胶带或石膏固定静脉导管。用10毫升生理盐水冲洗以确保正确放置。
   注意：如果 导管未 正确放置，盐水冲洗后可能出现皮下膨出。考虑在另一只耳朵放置额外的备用静脉通路，以防移位。
4. 安装脉搏血氧传感器，用于早期监测动脉血氧饱和度。
   注意：如果缺氧且血氧饱和度低于90%，应 通过 面罩在猪的鼻部上100%供氧，直到正常氧饱和度恢复。确保氧饱和度充足，再进入第五步。
5. 将猪放在手术台上仰卧。使用内径7.5–8.0毫米的气管管插管，使用直接喉镜检查。通过观察呼吸机上持续的呼气二氧化碳，确认管子正确放置。充气气管内管袖带，并将管子固定在吻部。
6. 调整通风机设置，并使用以下设置开始正压通风：
   1. 压力控制、容量门控通风设置。
   2. 潮汐容积8 mL/kg。
   3. 正呼气末压为5 cmH₂O。
   4. 滴定激发氧气比例至正常氧饱和度，例如动脉血氧饱和度>94%。
   5. 调节呼吸速率至常碳酸血症，例如动脉_CO2 分压4.5–5.5 kPa。
7. 通过静脉通路启动并维持全身麻醉，使用丙泊酚（3.5–4.5 mg/kg/h）和芬太尼（12.5–15.5 μg/kg/h）。根据角膜和睫状反射的缺失以及对有害刺激无反应，评估麻醉深度。注意：切勿在任何时刻让动物无人看管。确保所有实验人员接受正确教育，并能正确监测麻醉深度。
8. 安装三导联心电图（右前肢、左前肢、左后肢）。
9. 将尿管放入膀胱，并将外端连接到取样袋。
10. 用直肠探头监测核心体温。
    注意：成年猪的正常体温为38.5–39.5°^C17。低体温应使用主动加热装置进行矫正，例如使用加热毯以防止低体温引起的血流动力学变化或心律失常。

2. 超声引导血管内通路

1. 利用超声引导和Seldinger技术建立以下血管内通路。这些通路将实现单心跳Ees评估。
   1. 在颈动脉总动脉中插入8 Fr护套。
      注意：该护套将用于引入LVPV导管。
   2. 在股静脉中插入12 Fr鞘。
      注意：该护套将用于引入下腔静脉闭塞球囊。
2. 利用超声指导和Seldinger技术建立以下血管内通路。这些通路将实现血流动动力学监测。
   1. 在股动脉中插入7 Fr护套。
      注意：该护套将用于侵入性血压监测。侵入性动脉血压也可测量其他部位，如肢动脉。
   2. 在外颈静脉插入8 Fr鞘。
      注意：该护套将用于肺动脉导管的插入和肺动脉压力评估。
3. 建立所需疾病模型所需的血管内通路。在此情况下，建立以下血管内通路。
   1. 在对侧颈动脉中插入8 Fr鞘，步骤1.1所示。该鞘用于冠状动脉导管插拔和栓塞，诱导剖宫。
      注意：根据研究方案，可以建立更多访问。
4. 为确保血管内鞘的正确放置，使用10毫升注射器从每个鞘中抽血。正确放置的鞘在吸血和用生理盐水冲洗时均无阻力。
5. 将所有鞘固定在皮肤上，并将所有鞘连接到相关的监测系统。
   注意：鞘应经常冲洗，以避免鞘内血液凝固。或者，根据研究方案，猪也可能进行肝素化。
6. 按照制造商说明进行压力校准后，按照^前述8 （见图1）放置LV PV导管。

3. 左心室压积导管及下腔静脉气囊置入

1. 插入PV导管前，对每只动物进行血液电阻率校准。
   1. 将血液抽入0.5毫升低温小瓶。采血后立即使用校准探针进行血液电阻率测量。
2. 通过8Fr颈动脉鞘插入左心室室静脉导管。在低剂量透视引导下，沿左室室型导管的尾线延伸至主动脉瓣。在收缩期通过主动脉瓣推进。
   注意：LV PV导管推进过程中不应有任何阻力。
3. 将左心室PV导管的尖端尽可能靠近左心室顶端。
4. 按照制造商的协议，选择相应数量的记录体积段，以根据记录的相位和幅度信号优化LV PV导管的位置。
   注意：导管的位置对数据收集非常重要。该位置可通过透视引导确认。但也可以通过相位值确认正确位置。信号应具有平均值<10°，且呈周期性形状。在放置PV导管时，应选择正确的段段。在初始配置（段1）中，电极1至4处于激活状态。在此位置，测量的电极体积常被低估，通常是因为电极距离主动脉瓣过远。在第2段中，电极1、2、4和5处于激活状态;根据心室尺寸，该配置仍可能产生低容量信号。进入第3段时，使用电极1、2、5和6，在成年猪中通常产生生理体积和适当形状的PV环。进一步推进到第4节段（电极1、2、6和7）可能将感知场扩展到心室长度之外，导致较小心脏中信号不准确。
5. 将下腔静脉球囊穿过12 Fr股静脉鞘，并通过透视引导将球囊推进至膈肌水平。
   注意：实验可在此阶段暂停以稳定血流动力学，然后再开始研究方案。异常血流动力学、通气和电解质异常值可在此阶段进行纠正。稳定期1至2小时通常足够，^{13、14、15、16}小时。

4. 基线测量及V₀的判定

1. 在健康的基线下，按照描述的仪器进行所有设备校准，包括制造商描述的LV PV导管，以及^{其他地方详细}说明的8.
   注意：压力和体积应根据导管采用导纳或导引度技术进行校准。压力校准应在导管插入前进行。简而言之，校准包括以下步骤：
   1. 在 体内插入 LV PV导管前进行压力校准。
   2. 确保窦性心律稳定。
   3. 使用基于导管技术的导管时，应使用肺动脉导管的每一次行程量进行体积校准。
      注意：基线容量校准扫描应在短暂性呼气末呼吸暂停期间进行。
2. 进行短暂的呼气末屏气，持续10–15个心周期，以获得基线数值。
   注意：每次呼气末期屏气后，让动物恢复，直到血流动力学指标如心率和血压，以及呼吸值（如动脉血氧饱和度和呼气末_CO2）恢复正常。
3. 为了确定 V₀，执行以下步骤：
   1. 再做一次呼气末屏气，等待几次心跳后慢慢充气下腔静脉气囊，直到左心室压力低于50毫米汞柱。迅速放气气囊，恢复通气。
      注意：该手术将逐步降低左心室前负荷，PV环在预负荷减少^1、2、3期间必须表现出向左和向下的渐进移动（图2A和图3A）。
   2. 每次下腔静脉闭塞后，让动物恢复，并屏气，直到正常氧气、正常碳酸血症和正常张力恢复。通常需要2-3分钟。再进行两轮下腔静脉闭塞。确保窦性心律稳定。
      注意：偶尔为减少前负荷而充气下腔静脉气球可能会诱发心律失常或心室收缩外，扰乱血流，从而影响数据分析。此时应对下腔静脉气球进行较慢的充气。应进行三次独立闭塞，避免心律失常。
   3. 三次闭塞后，无需再进行下腔静脉闭塞。下腔静脉气球导管可以取出。
4. 在LabChart 8 Pro中，打开内置的PV环路模块。在 分析， 选择 阻塞。 在预载减量期间手动选择顺序环路进行分析。排除异位心跳和相邻周期。使用下拉菜单应用线性或二次拟合。
   注：V₀ 可直接在基线测量后计算，或事后数据分析时计算。对于预载减少期间的每个保留循环，ESP和ESV均可通过模块的标准定义进行识别。
   1. 使用软件内置功能分析选定的心跳周期。在渐进式预负荷减少期间应分析10个环。筛查所有心跳，手动排除异位心搏或伪影，仅保留单调、平滑演变的循环。如有需要，已描述自动数据清理方法¹⁸。
      注意：在下腔静脉闭塞期间，左室容易发生心律失常。对于室上或室异位搏动，应与前后心跳一起切除这些心跳（见图2B）。此外，根据心率，下腔静脉闭塞可能触发压力感受器反射，进而影响肌力增强。
   2. 对于心跳保持，需手动确保软件内置功能正确识别收缩末期压力和体积。
   3. 符合ESPVR的说法。
      注意：主要情况下，线性拟合的ESPVR线可使用^1,2（图2A）。然而，ESPVR的线路可以是曲线^{性的1,19,20,21}（图3）。如果ESPVR明显是曲线性的，则对ESPVR应用公认的非线性拟合，例如使用下拉菜单^19、21、22进行二次回归。分析软件如LabChart 8 Pro支持多种选项。当ESPVR视觉上沿直线移动时，应应用线性最小二乘拟合;当明显的曲线性时，可以使用二次拟合。注意：线性拟合与二次拟合的选择应结合内置模块的客观拟合优度和对ESPVR形状的目视检查。应应用预定义的决策规则，例如，如果二次模型比线性拟合改进了调整后的R²≥0.05（见图4）²³，则可能更优;但必须始终进行环形态和残余模式的目视检查，以确认生理上合理的曲率。R²的微小数值改进且缺乏持续的视觉曲线证据，不应成为非线性拟合的合理理由。
   4. 计算拟合的ESPVR线（线性或曲线线）与X轴的截距V₀ 。
      注意：模型形态和拟合优度应被记录。当观察到ESPVR显著凸性时，线性拟合可能低估高压下的真实弹性，并在低压时高估 （见图4）。在这种情况下，建议采用二次拟合来确定V₀，详见步骤4.3。虽然单节度Ees估计必然是线性的，但关注ESPVR曲率至关重要，因为非线性行为可能影响串行测量，尤其是在大后载变化时。
   5. 重复对三个独立遮挡的处理方法，取三个_V0 测量的平均值。
      注意：负V₀ 并不意味着物理上有意义的负心室容积;相反，它反映了线性ESPVR模型的局限性以及心室力学的基本非线性，尤其是在低体积和低压力下。负_V0 的出现更常见于收缩率高的心室，尤其是在高负载范围内线性拟合时。
5. 计算Ee，作为_V0 与第2步平均收缩末压和体积点之间的直线斜率。
   注意：目前已完成基线测量，相关疾病模型可应用。实验可在此水平暂停，以确保血流动力学、通气参数和电解质正常。

5. 缺血性心源性休克的诱导

注：本方案描述了如何在缺血性CS模型中，无需额外IVC闭塞的情况下估计EES，如4,11,12,13,14所示。该疾病模型的详细方案超出本方案范围，可在其他地方找到²⁴。简而言之，CS的诱导过程如下：

1. 通过将0.125克微球与5毫升碘化对比剂和5毫升0.9%生理盐水混合，制成栓塞颗粒的库存悬浮液，得到总体积10毫升。在使用前和使用过程中轻轻搅动悬浮液，并通过冠状导管注入1毫升的分量（见图5）。
2. 将冠状动脉导管（5–7 Fr，例如JL 3.5）穿过颈动脉的鞘（见步骤2）插入左冠状动脉的开口。
3. 通过使用市售聚乙烯醇栓塞颗粒逐步进行左主冠状动脉冠内微栓塞，诱发心肌缺血和心肌缺血。每次注射后，让血流动力学稳定2–5分钟，重复注射，直到热稀释心输出量或混合静脉血氧饱和度相较基线降低30%为止（见图6）。
   注：通过PV环缩小和收缩末期容积向右移动确认CS成功诱导，反映收缩力骤减^4,9。

6. 在整个研究中连续单节拍确定Ees

注意：PV数据可使用 LabChart 8 Pro 或其他类似软件分析，后者包含专用PV环分析模块。所有记录均需目视检查，以确保窦性心律稳定且无信号漂移。软件自动对单个心跳周期进行分段，随后应手动复核。应排除心室收缩外，以及异位周期前后和之后的心搏，因为三次心搏的负荷条件会暂时变化。

1. 在基线定义特定受试者_V0 后（见前节），在不额外IVC闭塞的情况下进行Ees单次心拍估计。
2. 在每个时间点，连续进行三次呼气末期屏气，持续10–20个心跳周期，同时记录PV环。根据屏气时间，定义每个时间点的平均ESP和ESV。
   注意：确保短暂性呼吸暂停期间窦性心律稳定。每个环形态应仔细检查。只有当环代表生理上合理的心室周期，且负荷稳定且心室压力产生合理时，才应纳入。异位心搏，即异位前后心搏，不应纳入分析（见图2）。有关心跳选择的详细方案，请参阅已发表的方法学指南^8,18。
   注意：高PEEP可能影响静脉回流和负荷条件¹²。确保环路层叠加，表示负荷条件相等。虽然约10个环通常足以进行ESPVR分析，但有时可能需要更长的IVC闭塞记录以确认在压力持续下降时收缩末期点不再向左移动（图2、图3和 图4）。
3. 利用固定的V₀和呼气屏息PV环的平均ESP和ESV值计算每个时间点的Ees。
   注意：在方案的其他部分，V₀ 保持不变，而ESP和ESV根据研究方案和干预措施在不同时间点可能有所不同。因此，负荷或收缩状态的影响不会影响V₀，只有Ees会影响。

结果

上述说明提供了单次节频推导Ees的方案，保持零压力产生_V0的理论体积不变。本节展示了我们实验室进行的两项研究数据。首先，进行了一项单独的先导研究，考察CS诱导后_V0 和Ees的发展情况。其次，在包含30头猪的大型数据集中，CS的缺血模型被呈现^为4。

研究1
在该未发表的试点系列中，诱导了剖腹产出量，心输出量减少了32.5%。催产结束后，放置了下腔静脉球囊和PV导管。进行了带有下腔静脉闭塞的PV测量，以评估_V0随时间的稳定性。在随机截断受试者的线性混合效应模型中，_V0未观察到显著的时间变化（P=0.61），表明_V0在整个CS诱导后的观察期内保持稳定（见图7）。此外，评估了固定V₀单次心跳Ees（本方案描述;在呼气末短暂性呼吸...

讨论

该方案描述了一种务实、可重复且可行的连续、负荷无关性左室收缩力评估策略，即使在急性心脏疾病如缺血性剖宫内也可行。该方案使用固定体积轴截距V₀，从单次心跳估计EES，避免重复的IVC闭塞，从而降低易受损心血管疾病中心律失常和低血压的风险。本方案的方法学创新在于明确结合了由IVC闭塞获得的经验确定、受试者特异的_V0 与后续序列单节拍Ees估计。现有单节拍弹性方法在数学上推断为V₀。通过将单节拍弹性估计锚定在实验测量的动物特异性V₀上，本协议在经典多拍ESPVR推导与纯模型单拍方法之间提供了务实的折中。

在急性实验中假设_V0恒定的理由，既来自孤立心脏研究，也来自体内观察。事实上，在切除的犬心脏中，当收缩力增强时，例如通过去甲肾上腺素和异丙醇，ESPVR（Ees）的斜率显著增加，而_V0基本保持不^变2。同样，在健康猪模型中，多巴酚胺输注显著增加Ees，β受体阻滞减少Ees，...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
0.9%盐水	Fresenius Kabi, 德国	921046	微球悬浮液和冲洗
10 mL注射器	BD, 美国	BD Plastipak 302143	微球注射
12 Fr股静脉鞘	Terumo, 日本	Radifocus Introducer II	用于IVC闭塞球囊插入
20 G静脉导管	BD, 美国	BD Insyte 381223	耳静脉IV通道
7 Fr股动脉鞘	Terumo, 日本	Radifocus Introducer II	侵入性动脉压监测
8 Fr颈动脉鞘	Terumo, 日本	Radifocus Introducer II	LV PV导管访问
8 Fr颈静脉鞘	Terumo, 日本	Radifocus Introducer II	肺动脉导管访问
Contour PVA微球	Boston Scientific, 美国	Contour 355–500 µm	诱导缺血性心源性休克
冠状动脉导管	Boston Scientific, 美国	JL 3.5 / JR 4.0	微球注射的冠状动脉通道
ECG电极（3导联）	Ambu, 丹麦	BlueSensor P	连续ECG监测
气管插管7.5–8.0 mm	Smiths Medical, 英国	Portex ETT	气管插管
芬太尼（IV）	Hameln Pharma, 德国	Fentanyl Hameln	持续静脉镇痛
荧光透视系统	-	-	导管引导
加热毯	3M, 美国	Bair Hugger Warming Unit	维持正常体温
肝素	Leo Pharma, 丹麦	Innohep	使用时抗凝
Iomeron造影剂	Bracco Imaging, 意大利	Iomeron 350	冠状动脉造影和微球悬浮液
IVC闭塞球囊导管	Fogarty / Edwards Lifesciences, 美国	Fogarty Occlusion Balloon	临时前负荷减少
LabChart 8 Pro软件	ADInstruments, 新西兰	LabChart 8 Pro	PV回路采集和分析
LV PV导管（容纳）	Millar Inc., 美国	MPVS Ultra PV Loop Catheter	基于容纳的LV压力–体积测量
机械通气器	GE Healthcare, 美国	Datex Ohmeda S/5	正压通气
MPVS模块	ADInstruments, 新西兰	MPVS Ultra/Duo	PV导管接口
PowerLab数据采集系统	ADInstruments, 新西兰	PowerLab 16/35	信号采集
丙泊酚（IV）	Fresenius Kabi, 德国	Diprivan / Propofol-Lipuro	持续静脉麻醉
肺动脉导管7.5 Fr	Edwards Lifesciences, 美国	Swan-Ganz 131HF7	稀释CO和PA压力
脉搏血氧仪	-	-	外周血氧饱和度监测
直肠温度探头	-	-	核心温度监测
Seldinger导丝	Terumo, 日本	Radifocus Guide Wire M	血管通道
无菌盐水冲洗	Fresenius Kabi, 德国	0.9% NaCl	鞘冲洗
缝合材料	Ethicon, 美国	Vicryl 3-0	固定鞘
注射泵	Becton Dickinson (BD), 美国	BD Alaris	持续麻醉输注
超声系统	-	-	血管通道引导
尿道导管	Teleflex, 美国	Rüsch Foley导管	膀胱引流
Zoletil（替马汀/唑洛卡因）	Virbac, 法国	Zoletil 100	用于预麻醉；根据方案与丁丙诺啡、氯胺酮、哌替啶混合使用