在慢性血栓栓塞性肺动脉高压大动物模型中诱导与表型分析急性右心衰竭

摘要

我们提出了一种在患有慢性肺动脉高压的大动物模型中诱导并表型分析急性右心衰竭的实验方案。该模型可用于测试治疗干预措施、建立右心功能评估指标 或加深对急性右心衰竭病理生理机制的理解。

摘要

在慢性肺动脉高压（PH）背景下发生的急性右心衰竭（ARHF）与短期预后不良相关。对于ARHF患者，在血流动力学受损的情况下，右心室的形态学和功能表型分析具有特别重要的意义。本文介绍了一种在已建立的慢性PH大型动物模型中诱导ARHF的方法，并采用金标准技术（即压力-容积环，PV环）以及临床可用的无创方法（即超声心动图）对右心室功能进行动态表型分析。首先通过左肺动脉结扎并每周一次使用生物胶对右肺下叶进行栓塞，持续5周，在猪体内诱导慢性PH。16周后，通过连续静脉输注生理盐水进行容量负荷，随后反复进行肺栓塞，直至收缩期肺动脉压与体循环压的比值达到0.9，或体循环收缩压下降至90 mmHg以下，从而诱导ARHF。随后通过输注多巴酚丁胺（剂量从2.5 µg/kg/min逐步增加至7.5 µg/kg/min）恢复血流动力学稳定。在每种实验条件下均进行PV环和超声心动图检查。每种条件下的操作（包括诱导、血流动力学稳定及数据采集）约需40分钟。在9只动物中，2只在肺栓塞后立即死亡，7只顺利完成全部实验流程，这反映了该模型的学习曲线。该模型使平均肺动脉压升高了3倍。PV环分析显示，容量负荷后心室-动脉耦联得以维持，急性肺栓塞后显著下降，并在多巴酚丁胺治疗后恢复。超声心动图图像质量良好，可用于定量评估右心室的形态和功能参数。我们在该模型中观察到了右心室缺血性病变。该模型可用于比较不同治疗方法，或在ARHF背景下验证右心室形态与功能的无创评估参数。

引言

急性右心衰竭（ARHF）最近被定义为一种快速进展的综合征，其特征是由于右心室（RV）充盈受损和/或右心室输出量降低导致的体循环淤血¹。ARHF 可发生于多种疾病状态，如左心衰竭、急性肺栓塞、急性心肌梗死或肺动脉高压（PH）。在肺动脉高压的情况下，ARHF 的发生与短期死亡率或需紧急肺移植的风险高达 40% 相关^2,3,4。本文描述了如何在慢性肺动脉高压背景下建立大型动物的 ARHF 模型，以及如何利用超声心动图和压力-容积环评估右心室功能。

急性右心衰竭（ARHF）的病理生理特征包括右心室压力超负荷、容量超负荷、右心室输出量下降、中心静脉压升高和/或体循环血压下降。在慢性肺动脉高压（PH）中，右心室收缩力最初会代偿性增强，从而在肺血管阻力升高的情况下仍能维持心输出量。因此，在慢性PH基础上发生ARHF时，右心室可产生接近体循环水平的压力，尤其是在使用正性肌力药物支持的情况下。综上所述，如我们近期在大型动物模型中所报道，慢性PH基础上的ARHF以及使用正性肌力药物进行血流动力学恢复，可导致急性右心室缺血性损伤的发生⁵。正性肌力药物的增加会提高心肌能量需求，可能进一步加重缺血性损伤，最终导致终末器官功....

方案

本研究遵循国家医学研究学会规定的实验动物护理原则，并已获得玛丽·拉内朗医院动物实验地方伦理委员会的批准。

1. 慢性血栓栓塞性肺动脉高压

1. 按照先前所述方法诱导慢性血栓栓塞性肺动脉高压^6,12。
2. 简言之，在约20 kg的大白猪（sus scrofa）中建立慢性血栓栓塞性肺动脉高压模型。在第0周通过左侧开胸术结扎左侧肺动脉（心包闭合）；随后连续5周，每周对右下肺叶肺动脉进行一次栓塞，每次使用0.2 mL至0.4 mL的混合溶液，该溶液由1 mL含正丁基-2-氰基丙烯酸酯的软组织胶和2 mL脂质造影剂（碘化油）组成。
3. 在第0周行左侧肺动脉结扎术的同时行剑突切除术，以提高超声心动图检查的可行性。操作时，在剑突前方做一条4 cm的纵向切口，使用电刀切除剑突，然后用连续缝合法关闭皮下组织和皮肤。
4. 在第10周时，按照上述相同方案（步骤1.2）再次对右下肺叶进行肺动脉栓塞。
5. 在最后一次右下肺叶栓塞后6周（即第16周）建立急性右心衰竭（ARHF）模型（见第6节），以避免急性肺栓塞引起急性右心损伤。
   注意：也可采用其他大型动物右心衰竭模型，或在慢性血栓栓塞性肺动脉高压模型中诱导其他病理状态。

结果

可行性
我们描述了在已报道的大型动物CTEPH模型中连续进行9次ARHF诱导的操作结果⁵。整个实验流程持续约6小时，包括麻醉诱导、仪器安装、血管通路建立/导管置入、容量/压力超负荷诱导及血流动力学恢复、数据采集和安乐死。每种血流动力学状态的建立约需40分钟，以完成状态诱导、血流动力学稳定及数据采集。

在9只动物中，有7只成功完成了该实验方案，这反映了学习曲线。在此之后又成功完成了3次实验方案（未发表）。2次实验方案失败的原因是在肺栓塞阶段后诱发了不可逆的血流动力学衰竭。

在血流动力学受损时，7只动物中有1只因在右心导管检查和心脏超声检查后需立即通过静脉推注肾上腺素快速恢复全身血流动力学，而未能获取压力-容积环数据。在此情况下，肾上腺素恢复全身血.......

讨论

我们介绍了一种在大型动物模型中模拟急性右心衰竭（ARHF）在慢性肺动脉高压（PH）背景下主要病理生理特征的方法，包括容量和压力超负荷，以及使用多巴酚丁胺进行血流动力学恢复。我们还报告了如何获取血流动力学和影像学数据，以表征在实验方案各阶段所建立的不同条件下右心室的动态变化。这些方法可为未来ARHF领域的研究方案提供基础数据，特别是在液体管理和正性肌力支持方面。

诱导血流动力学障碍是该模型中的关键步骤，因为存在动物意外且立即死亡的风险。因此，我们建议使用较小的栓子体积逐步诱导肺栓塞。在发生肺栓塞时，研究人员应随时准备立即开始数据采集和血流动力学支持。根据我们的经验，在7只完成方案的动物中，有6只能够在开始多巴酚丁胺治疗前成功完成压力-容积环采集和超声心动图检查。

表型分析右心室的关键步骤是获取全面的血流动力学、压力-容积环（PV环）和超声心动图数据。右心导管检查可用来估算每种条件下的心输出量和每搏输出量的变化。这些心输出量和每搏输出量的变化还可通过超声心动图进一步评估。结合多种模态对心输出量和每搏输出量变化进行分析，有助于提高P.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
Radiofocus 导引器 II	Terumo	RS+B80K10MQ	导管鞘
均衡器，阻塞球囊导管	波士顿科学公司	M001171080	用于下腔静脉阻断的球囊
导丝	Terumo	GR3506	0.035；倾斜的
警觉性监测仪	埃德华兹	VGS2V	Swan-Ganz 导管相关监护仪
Swan-Ganz	埃德华兹	131F7	Swan-Ganz导管 7 F；可用长度110 cm
超声心动图仪；型号：Vivid 9	通用电气	GAD000810 和 H45561FG	超声心动图
M5S-D 回波探头	通用电气	M5S-D	心脏超声探头
MPVS-ultra Foundation 系统	米勒	PL3516B49	压力-容积环单元；包含PowerLab16/35、MPVS-Ultra PV单元、生物放大器、桥式放大器及连接电缆
Ventricath 507	米勒	VENTRI-CATH-507	导纳导管
Lipiodol ultra-fluid	Guerbet	306 216-0	脂质对比染料
BD Insyte Autoguard	Becton, Dickinson and Company	381847	静脉留置针
阿尔卡迪克·瓦里克	西门子	A91SC-21000-1T-1-7700	C形臂
Prolene 5.0	Ethicon	F1830	聚丙烯单丝