一种新生仔猪缺氧窒息模型

摘要

大型动物模型在研究新生儿窒息的生理学和药理学方面具有良好的转化价值。我们采用新生仔猪建立了一种模拟新生儿窒息的实验方案，该模型有利于系统研究全身和局部血流动力学、氧转运及其与生化和病理通路之间的关联。

摘要

每年全球有超过100万新生儿因窒息而死亡。窒息新生儿常出现多器官功能衰竭，包括低血压、灌注不足、缺氧缺血性脑病、肺动脉高压、血管病变性肠炎、肾功能衰竭以及血栓栓塞性并发症。为帮助我们理解新生儿窒息的病理生理学和药理学机制，已开发出多种动物模型。与啮齿类动物和新生羔羊相比，新生仔猪已被证实是一种有价值的模型。新生仔猪具有多种优势，包括其发育程度与人类36-38周胎儿相似，各器官系统可比，体型较大（˜出生时体重1.5-2公斤，可对动物进行仪器监测，并控制缺氧和血流动力学紊乱等混杂因素。

本文介绍了一种模拟新生儿窒息的实验方案，可用于观察窒息及再氧合过程中全身和局部的血流动力学变化，并评估各种干预措施的相应效应。此外，该模型的优势在于可同时研究多器官衰竭或功能障碍及其与不同机体系统之间的相互作用。该实验模型为非存活性操作，涉及对新生仔猪（1-3日龄，体重1.5-2.5 kg，混合品种）进行外科手术置入仪器，以建立机械通气、血管（动脉和中心静脉）通路，并置入导管和血流探头（Transonic公司），从而持续监测不同动脉（包括主肺动脉、颈总动脉、肠系膜上动脉和左肾动脉）内的血管内压力和血流量。在上述手术准备完成后，仔猪需稳定30-60分钟（依据Z<10%的血流动力学参数波动及正常的血气水平确定），随后启动严重低氧血症的实验方案，通过等二氧化碳性肺泡低氧诱导实现。将吸入气体中的氮气浓度提高，使仔猪吸入10-15%的氧气，持续2小时，目标是使动脉血氧饱和度达到30-40%。此种程度的低氧血症可导致临床窒息，表现为严重代谢性酸中毒、全身性低血压以及心源性休克，并造成重要器官灌注不足。低氧阶段之后，先给予100%氧气再氧合0.5小时，随后给予21%氧气维持3.5小时。可在适当时间引入药物干预，并以盲法、区组随机的方式考察其效应。

方案

1. 麻醉

1. 将麻醉机的流速设定为 2L/min。将废气出口连接至真空吸引装置。
2. 使用麻醉气体（异氟烷）以 5% 浓度充注面罩（约 3 分钟）。
3. 新生仔猪通过吸入 5% 异氟烷与 100% 氧气混合气体进行麻醉诱导（约 3 分钟）。
4. 以 2–3% 异氟烷维持麻醉状态。可根据需要以 0.5% 为单位微调异氟烷浓度，但总体范围可能在 0.5% 至 5% 之间，具体取决于仔猪的状况。
5. 一旦建立血管通路，可将吸入麻醉转换为静脉麻醉，持续输注芬太尼（5–50 mcg/kg/h）和咪达唑仑（200–500 mcg/kg/h）。在手术期间若需控制过度肌肉活动，可使用泮库溴铵（50–100 mcg/kg/h），同时保留对动物状态的观察能力，以便调整麻醉用药。
6. 通过脉搏血氧仪监测仔猪（经皮血氧饱和度维持在 95–100%）和心电图（心率维持在 130–170 次/分钟）进行监测。
7. 使用加热毯和辐射加温装置将仔猪直肠温度维持在 38–40°C。
8. 在整个实验过程中，定期评估仔猪的麻醉状态，根据需要采用神经学指标（瞳孔大小、流泪、身体运动）、行为学指标（躁动）、心血管指标（心动过速和高血压）及呼吸指标（呼吸急促）进行判断。给予最低限度的肌肉松弛。既往有无使用肌肉松弛剂的仔猪麻醉经验将有助于评估。
9. 本方案为非存活性操作，实验结束时通过静脉注射过量戊巴比妥（100 mg/kg）....

讨论

当前实验方案的优势在于能够检测新生个体在缺氧及再氧合过程中全身性和区域性血流动力学的变化。我们还可以评估用于改善恢复期心血管功能的各种干预措施的各自效应。我们及其他研究者已报道了关于新生儿窒息研究中的经验与发现，涉及心血管功能的影响¹肺部²神经学³，胃肠道⁴，肝的⁵，肾脏⁶，肾上腺⁷ 和血液学⁸ 系统。尽管理解心血管功能需要基于连续数据测量的信息，但在技术上对小型动物（如啮齿类动物或豚鼠）进行手术操作以实施监测具有挑战性，甚至可能无法实现。然而，超声成像和实时成像等技术的最新进展或许能够克服其中部分难题。尽管如此，使用大型动物还可在实验期间同步采集生物样本，包括血浆和组织样本。此类额外的生物样本采集将有助于开展生化检测和组织学检查，从而增进对缺氧与再氧合过程中的病理生理学及药理学机制的理解。虽然本研究的主要目标是 体内 动物模型可能用于研究单一身体系统的病理生理功能，但重要的是要在器官间相互作用的背景下加以理解。例如，在新生儿窒息导致的多器官功能.......