2024年8月30日
右心衰竭(RHF)的特征是右侧心脏扩张和肥厚,导致心室和心房功能障碍。伴有RHF的 cardiopulmonary 疾病常伴随心脏心律失常风险增加。本文介绍了一种标准化的肺动脉结扎诱导的RHF模型,该模型伴随心室和心房心律失常的发生增强。
本项目旨在诱发严重的右侧心脏重构,以评估所诱导的心肌炎症特征是否与心脏心律失常的易感性相关。肺动脉路径弯曲可成功导致右心衰竭及引发心律失常(包括心房颤动,即AF)的生理变化。目前大多数可用的体内炎症诱导模型均涉及基因性或药物诱导的全身性炎症状态。与已知的通过心肌梗死或主动脉缩窄建立的左侧心脏病模型不同,尚缺乏概念验证模型,用于专门研究局限于心脏右侧的心律失常与炎症。
近期的临床研究和基础研究均表明,炎症是大多数心房颤动(AF)危险因素的重要共同通路。此外,心房颤动在右心衰竭中的病理生理机制尚不明确。我们的方法有助于明确炎症在右心衰竭相关心房颤动发生发展中的作用。与通过药物诱导右心衰竭的实验方法(如野百合碱法,该方法可导致肺部炎症)相比,我们的方法能够更集中地研究与右心衰竭相关的炎症,从而探讨心房和心室心律失常的机制。
我们的研究结果将有助于更好地理解并描述介导右心衰竭与炎症激活之间关联的机制,进而导致心房颤动。首先,使用镊子将19号针头的尖端钝化,并将其弯曲成90至110度的角度。麻醉大鼠后,用气管插管对其进行插管。
进行左侧开胸术时,使用锐利的镊子在第三与第四肋间位于锁骨中线处的肌肉上刺一个小孔,然后使用钝头镊子将小孔扩大。将弯镊插入切口,沿第三与第四肋间肌肉的左内侧壁滑动,轻轻抬起左侧胸壁,同时避免接触肺组织。以插入的弯镊为引导,使用虹膜剪沿肋骨方向纵向切开约一厘米。
使用圆头剪刀将大鼠左侧的肋间切口扩大至1至2厘米。将拉钩重新置于肋骨下方,以保持切口开放。观察胸腺的下部及左肺叶的一部分。
使用镊子通过钝性解剖分离胸腺叶。解剖心包的薄层及附着的脂肪组织,注意不要触碰胸膜。用湿润的纱布固定左侧肺组织。
然后暴露心脏的上部、左心房、肺动脉干和主动脉弓。现在将弯钳闭合,插入左心耳与肺动脉干之间的间隙,直至到达血管的对侧。通过肺动脉干头侧的结缔膜观察钳尖的位置。
使用第二把镊子,在尖端上方进行解剖,并小心刺破膜以形成一个小开口。将位于肺动脉干下方的弯镊子稍微张开,夹住一根 5-0 丝线。回拉镊子,将丝线从肺动脉干的一侧引至另一侧。
接下来,先在靠近动脉处用5-0丝线练习打一个松散的双结,以实现肺动脉干的缩窄。将19号针头沿血管并从缝线下方插入。然后收紧第一个结,并在取出19号针头前用第二个单结固定。
打一个最终的简单结,并将剩余的5-0丝线在距离结约0.5至1厘米处剪断。关闭胸腔时,使用合成可吸收的5-0缝合线进行十字缝合。在伤口区域滴加几滴0.9%生理盐水。
然后按压胸壁两侧,以排出气泡并重建胸腔负压。复位胸肌,并用无菌纱布擦去残留的生理盐水。使用注射器,在伤口表面及其周围区域注射利多卡因浸润阻滞。
使用带针的合成可吸收5-0缝线,以连续皮下缝合方式闭合皮肤。撤除异氟烷吸入后,继续通过机械通气并给予氧气维持大鼠呼吸。将大鼠置于右侧卧位或腹卧位,以利于呼吸。
当大鼠开始自主活动后,将其从加热垫转移至新的无菌笼中进行恢复。术后期间,将笼子放置在加热垫上以维持体温,并密切监测大鼠状态。在完成肺动脉缩窄手术及术后恢复期后,将麻醉状态下的大鼠置于影像采集系统上进行经胸超声心动图检查。
将12S探头置于主动脉瓣水平,采用二维胸骨旁短轴切面进行彩色多普勒显像。点击超声设备上的彩色多普勒按钮,以观察穿过肺动脉束带(PAB)区域的血流模式。在二维胸骨旁短轴切面中进行连续波多普勒检查,记录穿过PAB区域血流的特性,包括峰值流速和平均压差。
将12S探头置于心脏心尖水平,获取二维心尖四腔观。通过该切面显示术后右心房(RA)和右心室(RV)的扩大,并测定心脏收缩末期右心房的水平径线。在二维心尖四腔观下应用彩色多普勒显像,通过超声设备采集动态图像序列,显示由于肺动脉环扎术(PAB)引起的三尖瓣反流。
为研究三尖瓣环平面收缩期位移,应在三尖瓣环与右心室侧壁交界处,通过心尖四腔观进行M型超声心动图检查。为评估右心室收缩功能,应在心尖四腔观下,于三尖瓣环与右心室侧壁交界水平,采用组织多普勒成像测量右心室侧壁的收缩期收缩能力。在心尖四腔观下,使用脉冲波多普勒记录舒张期三尖瓣血流,以研究早期充盈波峰值速度、心房充盈波峰值速度,以及早期充盈波与心房充盈波的比值。
在胸骨旁长轴切面主动脉瓣水平进行M型超声心动图检查。在心脏舒张末期测量右心室流出道,在心脏收缩末期测量左心房内径。使用以下各组模拟阈值,施加相当于阈值电压四倍的电压脉冲,以评估心房颤动的易感性。
在每次脉冲后识别并量化心律失常的发生情况,包括心房颤动或心房扑动。与假手术组相比,肺动脉缩窄(PAB)大鼠表现出显著更高的肺动脉峰值流速和平均压差,证实肺动脉压力升高。通过PAB术后的超声心动图和组织学分析,证实右心室厚度增加以及右心房扩张。
与假手术组大鼠相比,PAB大鼠的右心室收缩压显著升高,右心室收缩功能率下降。PAB导致右心房直径显著增大,而左心房直径保持不变。在PAB大鼠中观察到三尖瓣功能障碍并引起反流,其特征是在收缩期血液泄漏进入右心房。
与假手术组大鼠相比,PAB大鼠的RR间期和P波持续时间显著增加,提示心率和心房传导发生改变。PAB大鼠的QT间期显著延长,提示心室收缩功能受损。与假手术组大鼠相比,PAB大鼠心房颤动的可诱导性显著更高,持续时间更长。
本研究通过标准化的肺动脉束带模型,探讨右心衰竭(RHF)与心脏心律失常之间的关联机制。研究重点在于与右心衰竭相关的炎症特征及其在心律失常发生中的作用。
右心重构和心律失常在转化心血管研究中仍是关键挑战,尤其是在肺动脉高压等疾病中。肺动脉缩窄(PAB)大鼠模型可精确研究炎症驱动的右心衰竭心律失常发生机制,支持抗心律失常和抗炎药物研发中的机制性风险排除与靶点验证。该模型通过将心脏特异性炎症机制与系统性混杂因素分离,解决了临床前研发管线中的一个关键转折点。
PAB 大鼠模型通过在右心衰竭中实现对炎症和心律失常机制的假设驱动型研究,融入了从发现到临床前研究的连续过程。