Name: 诱导大鼠心肌梗死的半微创方法及独立工作心脏系统对心脏功能的评估 (视频) | JoVE Journal
Uploaded: 2020-06-11T14:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 1 s
Description: 学习半微创诱导大鼠心肌梗死的方法，并使用离体工作心脏系统评估左心室血流动力学功能。该技术可高效、可重复地研究心肌修复及新型治疗策略。

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作者感谢生物医学研究中心手术室团队和技术人员所做出的贡献、提供的技术支持以及宝贵的意见和建议。本项目由路德维希·玻尔兹曼研究所心血管研究集群（REM项目）资助。

本研究所描述结果所依据的实验方案已获得维也纳医科大学区域实验动物伦理委员会以及奥地利联邦教育、科学和研究部（BMWFW-66.009/0023-WF/V/3b/2016）的批准。所有实验均符合美国国立卫生研究院（NIH出版号85-23，1996年修订版）发布的《实验动物护理与使用指南》。
注意：使用体重为 250−300 g 的 10−12 周龄雄性 Sprague Dawley 大鼠。由于以下操作和处理均在手术室（OR）的无菌环境中进行，因此在处理动物时需穿戴刷手服、手套、口罩和头罩。进入手术室前，应确保双手已清洗并消毒。若计划在一次手术过程中对多只动物进行操作，则每次手术之间应对器械进行清洗消毒或高压灭菌。上述卫生规范适用于本方案部分所列的所有操作步骤。
1. 术前准备与麻醉
<ol>
	<li>通过腹腔注射给予赛拉嗪（4 mg/kg 体重）与氯胺酮（100 mg/kg 体重）混合物，启动术前麻醉。</li>
	<li>用14 G导管对大鼠进行插管，并采用氧浓度为21%、含1.5%异氟烷的混合气体进行容量控制通气2，空气和异氟烷（1−2.5%），频率75−85次/分钟，每次通气量100 mL/次/体重（BW）图1A).&#160;如有必要，在插管过程中为获得更好的视野：可通过棉签将利多卡因涂抹于下咽部，以实现局部松弛。</li>
	<li>将大鼠仰卧位固定于加热手术台上，并用胶带固定前肢（图1B).</li>
	<li>使用探头测量直肠温度。 
	注意：温度应维持在 37.5−38.5 °C 之间。</li>
	<li>剃除胸部毛发，并用聚维酮碘溶液对术区进行消毒。涂抹眼膏于大鼠眼部，以防止角膜干燥。</li>
	<li>通过腹腔注射匹替拉明（0.1 mL/kg 体重）以实施术中镇痛。&#160;</li>
	<li>将心电图电极皮下植入动物的四肢。</li>
	<li>在开始手术操作之前，检查尾部和脚趾反射。</li>
</ol>
2. 手术步骤——心肌缺血的诱导
<ol>
	<li>使用手术刀进行皮肤切口。确保从左侧胸壁第3肋间隙水平距胸骨旁2 mm处开始，延伸至第5肋间隙水平的前腋线（图1C）。</li>
	<li>轻柔地移开浅层肌肉，以暴露肋骨（图1D）。</li>
	<li>若出现少量出血，使用电灼器烧灼止血或分离周围组织。</li>
	<li>在第4肋间隙水平行胸廓切开术，并插入牵开器以充分暴露心脏和肺（图1E）。小心打开胸膜，避免出血。</li>
	<li>对于缺血/再灌注模型，使用束带暂时阻断左前降支（LAD），以诱导特定时间的缺血/再灌注（MIR）；或使用6-0缝线打6−7个结永久闭合结扎，实现心肌梗死（MI）模型（图1F,G）。 
	注意：LAD的正确阻断位置位于心脏腹侧/左外侧缘、左心耳下方约2−3 mm处。成功阻断的标志包括心电图改变（ST段抬高）以及左心室（LV）肉眼可见的苍白等宏观变化。</li>
	<li>在缺血/再灌注模型中，于阻断30分钟后移除束带，重新开放LAD。</li>
	<li>使用4-0单股缝线进行三个单点纽扣式缝合关闭胸腔&#160;（图1H）。在收紧最后一针前，使用10&#160;mL注射器抽出胸腔内残余空气，以防气胸（图1I）。</li>
	<li>复位肌肉组织，并关闭&#160;挥发性麻醉。</li>
	<li>使用4-0缝线连续缝合皮肤（图1J）。</li>
	<li>使用抗菌喷雾剂处理伤口，以预防感染及大鼠咬抓缝线。</li>
</ol>
3. 术后治疗与排除标准
<ol>
	<li>将大鼠置于加热台上，直至其苏醒。一旦大鼠开始自主呼吸，立即拔除气管插管。</li>
	<li>将拔管后的大鼠放入笼中，并置于加热灯下，以防体温下降。</li>
	<li>当大鼠恢复正常行为后，在标准化条件下将其送回动物房。</li>
	<li>术后镇痛处理：将2支匹替啶（piritramide）与30 mL 5%葡萄糖溶液加入250 mL水中，连续使用三天。</li>
	<li>使用检查清单和排除标准（表1）评估大鼠的健康状况和行为表现。术后第一周每天观察两次，之后每周观察两次。 
	注意：根据国际标准，任何出现痛苦表现或使用检查清单评估得分达到6分的大鼠，应提交兽医进行治疗方案评估；得分7分或以上者，必须立即使用过量的氯胺酮（ketamine）和赛拉嗪（xylazine）实施安乐死。</li>
</ol>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1">
	<tbody>
		<tr>
			<td>检查项目</td>
			<td>观察指标</td>
			<td>评分</td>
		</tr>
		<tr>
			<td rowspan="5">体重</td>
			<td>稳定</td>
			<td>0</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>减轻10%</td>
			<td>4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>减轻15%持续48小时</td>
			<td>7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>减轻18%</td>
			<td>7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>正常（毛发平顺有光泽）</td>
			<td>0</td>
		</tr>
		<tr>
			<td rowspan="8">外部外观</td>
			<td>竖毛</td>
			<td>1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>血肿</td>
			<td>2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>皮肤伤口/切口/咬痕</td>
			<td>2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>严重减少理毛行为</td>
			<td>4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>（体孔不洁、结痂或潮湿）</td>
			<td>7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>严重皮肤刺激或伤口</td>
			<td>7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>蜷缩姿势 &#62;2 小时</td>
			<td>7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>明显腹部膨胀（腹水）</td>
			<td>7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td rowspan="9">行为</td>
			<td>正常（睡眠、好奇、社交接触、被触碰时有反应）</td>
			<td>0</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>异常行为，例如活动能力下降</td>
			<td>2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>自我隔离、明显多动或刻板行为</td>
			<td>4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>嗜睡 &#60;6 小时</td>
			<td>4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>嗜睡6至8小时</td>
			<td>7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>淡漠 &#62;8 小时</td>
			<td>7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>刻板行为持续 &#62;10 分钟，且2小时后仍持续</td>
			<td>7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>被触碰时表现出疼痛迹象</td>
			<td>7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>自残行为</td>
			<td>7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td rowspan="4">消化</td>
			<td>正常</td>
			<td>0</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>腹泻（粪便松软）</td>
			<td>3</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>腹泻持续72小时或呈水样</td>
			<td>7</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>血便</td>
			<td>7</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>
表1：检查清单与排除标准。本表列出了必须观察的检查项目及相应的评分。应根据评分结果调整动物的术后处理措施，或咨询兽医。
4. 超声心动图测量
注意：超声心动图通常进行两次，分别在心肌梗死（MI）诱导前和器官收获前进行。
<ol>
	<li>按4 mg/kg体重剂量腹腔注射赛拉嗪（xylazine），同时按100 mg/kg体重剂量腹腔注射氯胺酮（ketamine）。</li>
	<li>将大鼠仰卧位固定于加热板上，在胸部涂抹超声耦合剂，以促进超声波传导并减少信号干扰。</li>
	<li>获取乳头肌水平处左心室腔的胸骨旁短轴切面图像。</li>
	<li>进行M型超声心动图检查，以测量左心室射血分数及心室形态学参数。</li>
</ol>
5. 器官收获（无跳动心脏）
<ol>
	<li>在器官采集前，通过腹腔注射给予赛拉嗪（4 mg/kg 体重）和氯胺酮（100 mg/kg 体重）。确保动物反射消失。 
	注意：由于操作时间不超过 1 分钟，无需进行气管插管。</li>
	<li>使用手术刀在剑突下方做皮肤切口，并用剪刀沿两侧肋骨方向平行延伸切口。</li>
	<li>在前腋线处剪断肋骨，抓住剑突将胸腔抬起（图 2A）。</li>
	<li>使用两把镊子小心撕裂组织，以去除解剖结构或纤维化组织粘连。</li>
	<li>使用 5 mL 注射器从下腔静脉采集血液样本（用于血气分析或分子检测）。</li>
	<li>在心脏的入口和出口水平完整切除心脏（图 2B）。如有需要，可按照第 6 节所述进行工作心脏评估。</li>
	<li>采集器官后，立即用液氮速冻，随后保存于 -80 °C 用于后续分子分析，或保存于甲醛中用于组织学检测。</li>
</ol>
6. 通过工作心脏系统进行离体血流动力学测量
注意：仪器的总体设置及其组件此前已有描述11。以下方案描述了动物心脏的处理方法以及评估左心室功能所需的步骤。
<ol>
	<li>按照步骤5.1所述麻醉大鼠，并通过股静脉静脉注射200 IU肝素。</li>
	<li>使用手术刀在肋弓下方做切口打开胸腔，用剪刀将切口延伸至两侧腋前线，并抬高胸骨。</li>
	<li>在大血管进出心脏的近端处切断，以切除心脏（图2B）。</li>
	<li>将心脏浸入冰冻的Krebs-Henseleit缓冲液中，并通过主动脉插管将其安装到红细胞灌注的离体心脏系统上（图3A）。</li>
	<li>以恒定后负荷60 mmHg开始LD模式（稳定期）。</li>
	<li>在LD模式运行15分钟后，切换至WH模式。为此，通过肺静脉插管左心房（图3B）。然后，打开阻塞心房插管的夹子，改变系统中的流动方向。这将实现左心房的灌注，并在左心内形成生理性的血流11。</li>
	<li>在WH模式下连续记录20分钟的血流动力学参数。</li>
	<li>使用2 mL注射器收集冠状血管的血滴，每5分钟测量一次冠状动脉流量（CF，mL/min）。 
	注意：冠状动脉流量（CF）通过左心房流量（LAF）与主动脉流量（AF）之差计算得出。</li>
	<li>使用流量探针连续测量左心房流量（LAF，相当于心输出量）和主动脉流量（AF）。 
	注意：探针通过WH装置插入左心室（LV）。所有数据均被持续记录。</li>
	<li>若实验方案需要，可通过主动脉瓣逆行插入高保真导管至左心室，并测量左心室收缩压（LVSP）。</li>
	<li>为评估每分钟的压力-容积功，将心输出量除以心率，计算每搏输出量。</li>
	<li>根据以下公式计算心脏外功（EHW）：CO × LVSP（g × m/min），并按心脏重量进行标准化。</li>
</ol>

<ol><li>WHO. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Global+Health+Estimates+2015%3A+Deaths+by+Cause%2C+Age%2C+Sex%2C+by+Country+and+by+Region%2C+2000-2015%5BTitle%5D)+AND+%22World+Health+Organization%22%5BJournal%5D)">Global Health Estimates 2015: Deaths by Cause, Age, Sex, by Country and by Region, 2000-2015.</a> World Health Organization. , (2016).</li>
<li>Jaquet, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reduction+of+myocardial+scar+size+after+implantation+of+mesenchymal+stem+cells+in+rats%3A+what+is+the+mechanism%5BTitle%5D)+AND+%22Stem+Cells+and+Development%22%5BJournal%5D)">Reduction of myocardial scar size after implantation of mesenchymal stem cells in rats: what is the mechanism.</a> Stem Cells and Development. 14 (3), 299-309 (2005).</li>
<li>Liu, P., Xu, B., Cavalieri, T. A., Hock, C. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Age-related+difference+in+myocardial+function+and+inflammation+in+a+rat+model+of+myocardial+ischemia-reperfusion%5BTitle%5D)+AND+%22Cardiovascular+Research%22%5BJournal%5D)">Age-related difference in myocardial function and inflammation in a rat model of myocardial ischemia-reperfusion.</a> Cardiovascular Research. 56 (3), 443-453 (2002).</li>
<li>Kolk, M. V. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((LAD-Ligation%3A+A+Murine+Model+of+Myocardial+Infarction%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Visualized+Experiments%22%5BJournal%5D)">LAD-Ligation: A Murine Model of Myocardial Infarction.</a> Journal of Visualized Experiments. (32), e1438(2009).</li>
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<li>Pilz, P. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Remote+ischemic+perconditioning+attenuates+adverse+cardiac+remodeling+and+preserves+left+ventricular+function+in+a+rat+model+of+reperfused+myocardial+infarction%5BTitle%5D)+AND+%22International+Journal+of+Cardiology%22%5BJournal%5D)">Remote ischemic perconditioning attenuates adverse cardiac remodeling and preserves left ventricular function in a rat model of reperfused myocardial infarction.</a> International Journal of Cardiology. 285, 72-79 (2019).</li>
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<li>Liao, R., Podesser, B. K., Lim, C. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+continuing+evolution+of+the+Langendorff+and+ejecting+murine+heart%3A+new+advances+in+cardiac+phenotyping%5BTitle%5D)+AND+%22American+Journal+of+Physiology-Heart+and+Circulatory+Physiology%22%5BJournal%5D)">The continuing evolution of the Langendorff and ejecting murine heart: new advances in cardiac phenotyping.</a> American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 303 (2), 156-167 (2012).</li>
<li>Podesser, B. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+erythrocyte-perfused+%22working+heart%22+model%3A+hemodynamic+and+metabolic+performance+in+comparison+to+crystalloid+perfused+hearts%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+Pharmacological+and+Toxicological+Methods%22%5BJournal%5D)">The erythrocyte-perfused "working heart" model: hemodynamic and metabolic performance in comparison to crystalloid perfused hearts.</a> Journal of Pharmacological and Toxicological Methods. 41 (1), 9-15 (1999).</li>
<li>Kiss, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Argon+preconditioning+enhances+postischaemic+cardiac+functional+recovery+following+cardioplegic+arrest+and+global+cold+ischaemia%5BTitle%5D)+AND+%22European+Journal+of+Cardio-Thoracic+Surgery%22%5BJournal%5D)">Argon preconditioning enhances postischaemic cardiac functional recovery following cardioplegic arrest and global cold ischaemia.</a> European Journal of Cardio-Thoracic Surgery. 54 (3), 539-546 (2018).</li>
<li>Kiss, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Vagal+nerve+stimulation+reduces+infarct+size+via+a+mechanism+involving+the+alpha-7+nicotinic+acetylcholine+receptor+and+downregulation+of+cardiac+and+vascular+arginase%5BTitle%5D)+AND+%22Acta+Physiologica%22%5BJournal%5D)">Vagal nerve stimulation reduces infarct size via a mechanism involving the alpha-7 nicotinic acetylcholine receptor and downregulation of cardiac and vascular arginase.</a> Acta Physiologica. 221 (3), 174-181 (2017).</li>
</ol>

作者无任何利益冲突需要披露。

心肌梗死（MI）后不良重构被认为是心力衰竭发生的关键机制。因此，为了确保心血管研究的连续性，实验操作和技术应具备可重复性。清晰明确且易于理解的实验方案是实现可重复性的基本要素。可重复性是指研究结果能够被多位科研人员重复，并在不同实验室之间得到验证。本研究旨在介绍一种半微创方法，用于在大鼠中诱导慢性或再灌注心肌梗死，并评估其心脏血流动力学功能。
这些结果及进一步的已发表数据表明，该手术方法具有高效性，并在心肌梗死（MI）、心室重构和心力衰竭（HF）的研究中具有重要意义。虽然缺血/再灌注损伤模型可用于研究伴有后续再灌注的心肌梗死变化，但永久性结扎则有助于进一步理解心肌的短期和长期重构过程。其他手术方法会造成更严重的组织损伤，动物更易发生感染和气胸，导致更高的脱落率。相比之下，本手术通过在实验设置和操作上的特定改进，旨在降低死亡率。此外，由于左前降支（LAD）结扎不稳定，其他方法在纤维化瘢痕扩展方面表现出较大变异。
本方案提供了一种简便的插管方法，这是整个操作中最关键的步骤之一。与已发表的其他多种方法12不同，本方案不进行气管切开术。这一设计有助于动物术后苏醒和康复，使动物在进行术后检测前能够充分发展出该手术所预期的病理生理改变。显然，若为非存活实验方案，则可在直视下实施气管切开术，操作更为简便；此外，在存活实验方案中无法关闭气管切开口。当胸腔被打开后，必须对肺部进行通气以防止肺萎陷。因此，大鼠在手术前需预先进行气管插管。本方案采用微创方式，不切断肋骨或胸骨，从而保持胸腔的完整性和稳定性。因此，动物的恢复效果更好，发生自发性气胸或出血的风险相对较低。
如前所述，尽管插管具有明显的优势，但其操作难度较高，可能在实验初期导致较高的脱落率。通过培训和掌握一定的解剖学知识，可以缓解这一问题。插入导管时必须保持合适的角度，并拉直动物的身体，直至光线透过声唇，随后可轻柔地将导管向前推进。注意避免损伤声唇，否则可能引起肿胀、继发性声门阻塞及窒息。
正确结扎左前降支（LAD）也至关重要。由于手术视野较小、心脏跳动较快以及肺部处于通气状态（应尽可能避免触碰，因为每次接触都可能导致肺出血），使得该血管并不清晰可见。因此，解剖学知识必不可少。左心耳对于标准化缺血风险区域以及确定LAD结扎位置具有关键作用。缝合需在心肌壁内进行，而非贯穿左心室（LV）壁全层，因为后者可能导致左心室腔直径和容积减小，而这种改变并非由病理过程引起。成功的闭塞表现为风险区域心肌出现发绀以及心电图上ST段抬高。该操作的主要局限在于缝线位置的准确性。为了获得可比的结果，各实验间的缝合位置必须处于相同水平，并使用相似量的心肌组织。这需要较高的操作技能，同时必须考虑动物体重的差异。另一个需要注意的要点是在关闭肋间切口前充分排除气胸。如果此步骤操作不精确，动物将出现呼吸困难，因为左侧肺的膨胀会受到气胸的阻碍。如前所述，可通过使用注射器抽吸胸腔内残余空气来减轻这一问题。
目前，该心肌梗死（MI）手术是一种常用方法，若关键步骤操作精确，可确保结果具有可比性且动物存活率较高。未来针对心肌梗死、心力衰竭（HF）或心脏重构的各种治疗方法、器械或药物研究，均可通过实施这种微创技术进行评估。
如前所述，离体心脏（WH）测量并不常用，因为其维护和操作需要特定的设备和专业知识。为了获得具有代表性且可比较的数据，必须避免一些常见问题。其中最关键的步骤是心脏的安装以及从D模型切换到WH模式。如果心脏切除不充分，则可能难以安装，因为需要足够的主动脉组织长度才能将心脏固定在装置上。在连接到LD模式后不久，由于冷缓冲液的灌注、体内生理刺激信号的中断，或装置使用其他物种的血液进行再灌注，心脏频率可能会下降。在这种情况下，必须使用起搏器来恢复并维持生理频率，以确保所有实验动物之间结果的可比性。由于装置内的血容量是大鼠生理血容量的数倍，因此采用基于Krebs-Henseleit缓冲液悬浮的牛红细胞。
从LD模式切换到WH模式相当于从被动心脏工作转为主动心脏工作。LD模式用于使心脏适应其新环境。在WH模式下，心脏必须执行其生理射血功能。因此，在通过增加后负荷进行评估之前，需要一段短暂的适应期以适应新的条件。
另一个常被忽视的关键步骤是仪器设备和灌注液的充分准备与维护。必须准确混合每种化合物的体积，并控制和调节系统内的温度。然而，WH 法是一种可同时评估心输出量、每搏输出量、左心室收缩压和冠状动脉血流量的精巧方法。
这种高度可重复的诱导心肌梗死的方法以及通过WH装置获得的代表性数据已充分证明了其有效性。半微创手术方式、左前降支阻断程度以及插管方法有助于动物快速恢复，并显著降低梗死面积的变异性。此外，离体工作心脏模型中的心脏功能分析可提供有价值的血流动力学结果。

尽管发病率持续下降，急性心肌梗死（MI）仍是全球范围内导致发病和死亡的主要原因1。在评估潜在治疗方法（如药物或外科手术）对急性心肌梗死的预防和治疗效果时存在诸多限制。在对人体进行疗效研究之前，必须预先评估这些治疗方法的风险，包括在动物体内进行的体内实验。在体内条件下研究病理过程是无可替代的最佳途径。因此，通过在大鼠、小鼠甚至大型动物模型（如猪或羊）中诱导心肌梗死，可研究冠状动脉缺血及其周围心肌组织所引起的短期（急性）和长期（慢性）变化，以及心脏功能受损所导致的全身性改变。既往研究主要关注梗死面积，但近年来，急性心肌梗死或缺血/再灌注损伤以及继发性心力衰竭（HF）后的心脏重构过程日益受到关注。因此，需要一种可比性强且易于重复的方法，以获得一致的研究结果。
尽管已有报道称使用冷冻消融来获取心肌梗死（MI）模型2，我们的方法借鉴了其他研究，这些研究通过单针结扎来闭合左前降支冠状动脉（LAD）。与（半）胸骨切开术相比，本文所介绍的微创方法可显著缩短手术时间，并加快术后恢复。其他外科手术中常见的步骤是将心脏从胸腔内托出以进行心脏缝合3该方法的实施使此步骤变得不必要。根据具体实验方案，可采用两种不同的操作：一种是使用止血带进行暂时性阻断，以在规定时间内诱导缺血/再灌注；另一种是通过结扎固定实现动脉的永久性阻断。阻断成功与否可通过心电图（ECG）、左心室（LV）的宏观变化及其颜色变苍白来评估。
手术前另一项重要步骤是插管。尽管在大多数情况下，插管可通过气管切开术或在喉部皮肤切口直视下经口插入导管完成，本方案描述的是对麻醉动物进行经气管插管，以减少术后呼吸困难或感染的发生4,5。为避免术后并发症，在关闭胸腔前需使用注射器将胸腔内的空气抽出。
本文的第二个任务是通过离体工作心脏实验模型评估血流动力学功能，以及该模型在本研究所其他项目中的应用方式。6,7。尽管&#160;超声心动图、心脏磁共振成像（MRI）以及有创性压力-容积环定量分析是评估体内心脏功能的常用且广为人知的方法，但这些方法已知存在一定的局限性。有创性方法，例如使用导管检测心脏的整体功能或特定参数，应用广泛，被视为心脏测量的金标准。相比之下，离体工作心脏装置由于其操作复杂性和高昂成本而较少被使用。该技术涉及诸多关键环节，从灌注液的配制到心脏的适当插管，均对成功评估至关重要。离体工作心脏装置最早由 Oskar Langendorff 于 1897 年描述8 并在最近几十年中经过修改9目前有两种常用模型：朗根多夫（Langendorff，LD）模式和工作心脏（working heart，WH）模式。在本研究中，采用LD模式使心脏适应新的环境（约15分钟）。在此模式下，通过主动脉插管，以顺行方式灌注冠状动脉，从而充分供应心肌。在LD模式中，心脏不进行任何压力-容积功。相比之下，在WH模式下，通过肺静脉插管进入左心房，灌注液由此流入左心房。心脏随后以生理方式将灌注液泵出，对抗预设的后负荷。通过随时间增加后负荷，可连续测定心脏功能。可测量的参数包括冠状动脉流量、心输出量（CO）、每搏输出量（SV）和做功、心房流量以及左心室收缩压和舒张压。该方法可用于直接且单独地研究各种处理对心脏的影响。6,10Liao 和 Podesser 的综述9 展示了该方法在评估药物对心脏功能和代谢影响以及在多种疾病研究中的广泛应用&#160;如心肌梗死、心力衰竭、肥胖和糖尿病。
综上所述，本实验方案提供了一种可重复的体内心肌梗死（MI）或心肌缺血/再灌注（MIR）损伤的建模方法。此外，该方案还允许在心肌梗死后对离体大鼠心脏的左心室（LV）功能障碍进行表征。本方案将处理与分析方法进行了独特的结合。

<table><tbody><tr><td>&lt;强&gt;麻醉 &amp;镇痛&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>异氟烷</td><td>硕腾</td><td>TU061219 / 8-00487</td><td></td></tr><tr><td>氯胺酮</td><td>Dr. E. Gr&amp;auml;ub AG</td><td></td><td>100 mg/kg 体重</td></tr><tr><td>匹瑞他米</td><td>Hameln-Pharma Plus GmbH</td><td></td><td>2 支安瓿瓶，每支含 30 ml 葡萄糖 5% 水溶液，溶于 250 ml 水中</td></tr><tr><td>赛拉嗪</td><td>拜耳</td><td></td><td>4 mg/kg 体重</td></tr><tr><td>&lt;强&gt;插管术&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>空气</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>氧气（纯）</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>呼吸机</td><td>Hugo Sachs Electronics</td><td>UGO Basile S.R.L.</td><td>呼吸器</td></tr><tr><td>14号导管</td><td>迪金森公司</td><td></td><td>BD Venflon</td></tr><tr><td>&lt;强&gt;样品制备&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>抗菌性聚维酮碘溶液&amp;nbsp;</td><td>Mundipharma</td><td></td><td>Betaisodona 溶液</td></tr><tr><td>眼膏&amp;nbsp;</td><td>Fresenius Kabi 奥地利</td><td></td><td>含维生素A和泛醇的Oleovital</td></tr><tr><td>夏弗</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&lt;强&gt;外科手术器械&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>解剖镊子</td><td>Martin</td><td>12-272-15</td><td></td></tr><tr><td>小型解剖镊</td><td>Martin</td><td>24-386-16</td><td></td></tr><tr><td>解剖镊子 细型</td><td>Odelga</td><td>RU4042-15</td><td></td></tr><tr><td>精细电灼头</td><td>高温</td><td></td><td>bvi-Accu-Temp</td></tr><tr><td>小杯（用于液体）</td><td>Martin</td><td>56-231/11</td><td></td></tr><tr><td>门苏尔</td><td>MTI</td><td>29-260/25</td><td></td></tr><tr><td>蚊式钳</td><td>MTI</td><td>05-055/12</td><td></td></tr><tr><td>持针器短款</td><td>Martin</td><td>20-658-14</td><td></td></tr><tr><td>持针器细型</td><td>Martin</td><td></td><td></td></tr><tr><td>圆钩</td><td></td><td>BT-190</td><td></td></tr><tr><td>3号手术刀柄</td><td>Swann Morton</td><td>10号，0301</td><td></td></tr><tr><td>用于组织制备的剪刀</td><td>Aesculap</td><td>BC259R</td><td></td></tr><tr><td>锋利的剪刀</td><td>MTI</td><td>01-010/10</td><td></td></tr><tr><td>小型拉钩</td><td>Alm</td><td>AM.416.10</td><td></td></tr><tr><td>显微外科镊</td><td>Martin</td><td>12-321-13</td><td></td></tr><tr><td>手术剪</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>&lt;强&gt;缝合线&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>PermaHand Silk 4-0</td><td>Johnson &amp;amp; Johnson 医疗产品有限公司德国分公司</td><td>K891H</td><td></td></tr><tr><td>Vicryl 4-0</td><td>Johnson &amp;强生医疗产品有限公司</td><td>JV2024</td><td>单股单丝缝线&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>Vicryl 6-0</td><td>Johnson &amp;强生医疗产品有限公司德国分公司</td><td>V301G</td><td>聚乙烯缝合线&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>&lt;强&gt;计算机程序 &amp;和仪器&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Labchart 7 Pro</td><td>ADInstruments</td><td>v7.3.2</td><td>Labchart 软件</td></tr><tr><td>PowerLab 系统&amp;nbsp;</td><td>ADInstruments</td><td>Powerlab 8/30</td><td></td></tr><tr><td>&lt;强&gt;离体血流动力学&lt;/strong&gt;</td><td></td><td></td><td></td></tr><tr><td>Narcomatic RT-500 流量计</td><td>Narco Bio-Systems</td><td></td><td>流量探头&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>离体心脏装置&amp;nbsp;</td><td>Hugo Sachs Electronics</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Labchart 7 Pro</td><td>ADInstruments GmbH</td><td>v7.3.2</td><td>Labchart 软件</td></tr><tr><td>Millar SPR-407</td><td>Millar Instruments Inc.</td><td>840-4079</td><td>高保真 MicroTip 导管&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>通过动物生物放大器使用的针电极</td><td>ADInstruments GmbH</td><td>MLA1203</td><td></td></tr><tr><td>生理压力传感器（MLT844）配可夹式血压膜片&amp;nbsp;</td><td>ADInstruments GmbH</td><td>MLT844</td><td></td></tr><tr><td>PowerLab 系统&amp;nbsp;</td><td>ADInstruments GmbH</td><td>Powerlab 8/30</td><td></td></tr></tbody></table>

一种诱导大鼠心肌梗死的半微创方法及利用离体工作心脏系统评估心脏功能

Semi-Minimal Invasive Method to Induce Myocardial Infarction in Rats and the Assessment of Cardiac Function by an Isolated Working Heart System

心肌梗死（MI）仍是全球范围内导致发病和死亡的主要原因，因此针对该课题的研究至关重要。为了深入理解其潜在的病理变化，必须采用一种简单且高度可重复的MI诱导方法。该方法还可用于评估新型有前景的治疗手段（如药物或干预措施）在急性心肌梗死、后续心室重构及心力衰竭（HF）中的效果或效力。在完成动物插管和术前准备后，采用异氟烷进行麻醉，并迅速开展手术操作&#160;。通过微创方法定位左前降支冠状动脉（LAD），并使用结扎线将其闭塞。该闭塞可设计为急性闭塞后进行再灌注（用于研究缺血/再灌注损伤），也可永久性结扎血管，以研究慢性心肌梗死、心室重构或心力衰竭的发展过程。尽管存在一些常见技术难点，但本方法的动物淘汰率极低。多种干预措施（如远程缺血预处理）可在术前、术中和术后评估其心脏保护潜力。由于麻醉控制精确且手术时间短，术后恢复迅速。术后给予为期三天的镇痛治疗。微创手术降低了感染和炎症的风险，同时有助于加快恢复。离体“工作心脏”功能检测可实现对前负荷、后负荷和血流的精确控制。该检测需要特定设备和专业培训才能规范操作。本文提供了进行此类检测的详细分步操作指南。

以下结果已由 Pilz 等人发表6。通过这种精确的手术操作，可研究远隔缺血后适应（RIPerc）的心脏保护作用。该方法可能是治疗急性心肌梗死（MI）或心肌缺血-再灌注损伤（MIR）患者及其后续心室重构的一种潜在新疗法，而心室重构在许多情况下会导致继发性心力衰竭（HF）。模拟 MI/MIR 的病理生理变化是评估治疗方法的必要步骤，因为体外（in vitro）或离体（ex vivo）研究无法提供完整的生理环境。在本实验方案中，动物接受 30 分钟的左前降支（LAD）闭塞，随后进行再灌注（即诱导 MIR）。
为验证该操作的可重复性，进行了组织学切片和染色（图4A）。显然，MIR+RIPerc处理组动物的纤维化瘢痕与假手术组（Sham）的瘢痕形成相似，而假手术组与MIR组之间的纤维化差异具有显著性（图4B）。此外，与仅接受MIR处理的动物相比，MIR+RIPerc处理组动物的纤维化程度显著降低。然而，代表性组织学图像清楚地表明了该手术操作的有效性，因为MIR组中梗死区域明确存在（图4A）。通过活体超声心动图检测，测量了射血分数、左心室舒张末期和收缩末期直径（LVEDD和LVESD），结果显示MIR处理导致心脏功能显著下降，而RIPerc处理则保留了血流动力学参数（图4C−F）。离体血流动力学数据进一步证实了该操作的有效性，MIR组在左心室收缩压（LVSP）、心输出量（CO）、每搏输出量（SV）以及外周心功（EHW）方面均显著降低（图5A−G）。
关于该手术操作的文献检索显示，在规范实施的情况下，未发现任何负面或不满意的结果和评价。然而，引言和讨论中提到的潜在问题必须加以避免，且必须经过培训以获得稳定的操作水平，从而得到可比的结果。
<img alt="动物手术操作流程，包括解剖、组织操作和缝合步骤。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61033/61033fig1.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图 1"> 
图 1：术前准备与手术操作流程。（A）使用14 G导管对动物进行气管插管。（B）将动物置于仰卧位，并对手术区域进行消毒。（C）皮肤切口（于左侧胸壁第3肋间隙处作距胸骨旁2 mm的切口），切口需延伸至第5肋间隙水平的腋前线。（D）分离肌肉组织，暴露肋骨。（E）打开胸腔。（F）采用6−7个结扎结对左前降支（LAD）进行永久性结扎。（G）使用止血带对左前降支（LAD）进行暂时性阻断。（H）在心肌缺血与再灌注后，围绕肋骨放置三个单结缝线，关闭胸腔。（I）正确关闭胸腔：在紧扎最后一个结之前，使用10 mL注射器抽出胸腔内残余空气，此步骤对预防气胸至关重要。（J）皮肤缝合。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61033/61033fig1large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="展示用于生物医学研究分析的啮齿类动物肝脏提取的解剖过程。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61033/61033fig2.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图 2"> 
图 2：器官采集。（A）在剑突下做切口，并延伸至两侧腋中线。进一步切开肋骨，以便抬起胸骨。（B）心脏的切除。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61033/61033fig2large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="用于组织工程的灌注生物反应器装置；示意图显示心脏组织处于营养物流系统中。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61033/61033fig3.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图3"> 
图3：离体心脏装置。（A）朗根多夫模式。通过主动脉插管将心脏安装至WH装置上。（B）工作心脏模式。可通过左心房插管将系统切换至WH模型，以评估心脏功能。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61033/61033fig3large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="心脏组织病理学和超声心动图；纤维化、射血分数、左心室收缩末期内径、左心室舒张末期内径比较图表。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61033/61033fig4.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图 4"> 
图 4：远程缺血预处理对瘢痕形成、左心室功能及心室重构的影响。（A）心肌再灌注后第14天获取的左心室组织病理切片。（B）纤维化程度的定量结果，以柱状图表示。（C）代表性M型超声心动图。（D）射血分数（EF）的定量结果，以柱状图表示。（E）左心室收缩末期内径（LVESD）的定量结果，以柱状图表示。（F）左心室舒张末期内径（LVEDD）的定量结果，以柱状图表示。MIR，心肌缺血-再灌注；RIPerc，远程缺血围处理。数据以均值 ± 标准误表示。*p &lt; 0.05；**p &lt; 0.01；***p &lt; 0.001。经Elsevier许可转载自Pilz等6。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61033/61033fig4large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>
<img alt="心脏功能分析；条形图和折线图显示实验组的LVSP、CO、SV指标。" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/61033/61033fig5.jpg" data-altupdatedat="1788250015000" data-alt="图5"> 
图5：远程缺血预处理（RIPerc）对左心室血流动力学功能的影响。（A）左心室收缩压（LVSP），（B）心输出量（CO），以及（C）每搏输出量（SV）的结果来自心肌再灌注后第14天的离体工作心脏实验。（D）心输出量表示为后负荷的函数；（F）外功表示为后负荷的函数，量化结果以条形图形式展示（E 和 G）。数据以均值 ± 标准误（SEM）表示，每组 n = 4–7。*p &lt; 0.05；**p &lt; 0.01；***p &lt; 0.001。MIR，心肌缺血/再灌注；RIPerc，远程缺血预处理；EHW，心脏外功；SV，每搏输出量；AUC，曲线下面积。经Elsevier许可转载自Pilz等6。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/61033/61033fig5large.jpg" target="_blank">请点击此处查看该图的放大版本。</a>

本文介绍了一种采用微创方法在大鼠中高效实施心肌缺血及随后慢性再灌注的技术。此外，通过超声心动图和离体工作心脏方法评估大鼠左心室血流动力学功能。&#160;

心肌梗死（MI）仍是全球范围内导致发病和死亡的主要原因。因此，针对这一课题的研究势在必行。一种简便的……

尽管治疗手段已取得显著进步，但发生急性心肌梗死（MI）后发展为心力衰竭的患者数量仍在持续增加。为了观察从急性心肌梗死向心力衰竭的转变过程，我们需要可重复的动物模型。本文展示了一种相对简单、可重复性强且对动物造成不适最小的心肌梗死模型。此外，离体心脏装置提供了一种高度可重复的实验模型，能够以高效的时间和成本进行研究。我们正与全球其他研究团队合作，利用该技术阐明新型药物及治疗策略在心肌梗死后改善心肌修复与功能方面的安全性和有效性。对本方案中最关键步骤（如插管操作或左前降支结扎程度）进行可视化演示，有助于避免常见错误。逐步详细的操作说明使得即使未经训练的研究人员也能获得可重复的实验结果。实验室技术员Milat Inci正在进行工作心脏测量，数学与电子工程专家Michael Koch负责计算分析。将大鼠麻醉后，使用14号导管进行气管插管，并采用氧、空气和异氟烷混合气体进行容量控制通气。将大鼠仰卧位置于加热的手术台上，并用胶带固定前肢。然后将心电图探头皮下植入动物四肢。使用手术刀在左侧胸壁第三肋间隙水平、距胸骨旁线2毫米处开始切口，延伸至第五肋间隙水平的腋前线。轻轻移动浅层肌肉，以暴露肋骨。在第四肋间水平行开胸术，插入牵开器以暴露心脏和肺。随后小心切开心包膜，避免出血。为在特定时间内诱导缺血-再灌注，使用止血带结扎左前降支动脉。心肌破裂后，辨认左动脉，并在心脏腹侧边缘、动脉边界下方2至3毫米处放置缝线。30分钟后移除止血带以重新开放动脉。或者，也可使用6-0缝线打6至7个结，永久闭塞动脉以完成结扎。使用4-0单丝单线缝合线，以三个单纽扣缝合方式关闭胸腔。在收紧最后一针前，用10毫升注射器抽出胸腔内残留的空气，以防止气胸的发生。复位肌肉组织，并关闭挥发性麻醉气体。然后用连续的4-0缝线缝合皮肤。使用抗菌喷雾剂以防止感染和动物撕咬缝线。对于深麻醉，在进行超声心动图或离体心脏测量前，经腹腔注射每公斤体重4毫克的赛拉嗪和每公斤体重100毫克的氯胺酮混合物。进行超声心动图检查时，将大鼠仰卧位放置于加热板上，获取乳头肌水平左心室腔的胸骨旁短轴切面图像。随后进行M型超声心动图检查，以测量左心室射血分数及心室形态。为采集器官，需进行静脉注射肝素。然后使用手术刀在剑突下方做皮肤切口，并用剪刀沿两侧肋骨方向平行延伸切口。在腋前线处剪断肋骨，抓住剑突将胸腔抬起。用两把镊子小心地撕裂组织，以清除解剖结构或纤维化组织粘连。使用5 mL注射器从下腔静脉采集血液样本。随后在心脏的入口和出口水平切除整个心脏。将心脏浸入冰冷的Krebs-Henseleit缓冲液中，并通过主动脉插管将其安装到红细胞灌注的离体心脏系统上。首先采用朗根多夫（Langendorff）模式。15分钟后，切换至工作心脏模式。通过肺静脉插管左心房。然后打开夹闭心房插管的夹子，改变灌注方向，使灌注液流入左心房，从而在左心内形成生理性的血流。在工作心脏模式下记录20分钟的血流动力学参数，每5分钟用2毫升注射器收集冠状血管流出的液滴，以测定冠状动脉流量。使用探头持续测量左心房流量和主动脉流量。必要时，通过主动脉瓣逆行插入高保真导管至左心室，并测量左心室收缩压。按照文本手稿中所述方法，计算每搏输出量和心脏外功，以完成分析。通过组织学切片和染色来验证该操作的可重复性。MIR组和经处理动物的纤维化瘢痕与假手术组动物的瘢痕形成程度相当，而假手术组与MIR组之间的纤维化差异具有显著性。此外，与仅接受MIR处理的动物相比，接受MIR联合远程缺血预处理的动物纤维化程度显著减轻。采用体内超声心动图检测射血分数、左心室舒张末期和收缩末期直径。分析显示，MIR处理导致心脏功能显著降低，但RIPerc处理保留了血流动力学参数。离体血流动力学数据表明该操作具有有效性，因为MIR组的左心室收缩压、心输出量、每搏输出量和心脏外功均显著下降。在实施该操作时，需注意阻断缝线的准确定位以及心脏在离体心脏装置上的正确安装，这将显著提高获得可重复结果的可能性。可通过急性或慢性插管，甚至通过超声心动图或磁共振成像等无创方法，在完整动物体内评估心脏功能。然而，离体再灌注心脏仍是一种重要的研究工具，并具有一系列独特的优点。

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