一種快速起搏右心室誘導(dǎo)犬慢性心衰模型的新方法

張曼, 匡曉暉, 馮玉凡, 李發(fā)有, 王禮琳, 范潔, 張進(jìn)*

(1．昆明理工大學(xué)附屬醫(yī)院，昆明650032； 2．昆明理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院，昆明650500； 3.公安部昆明警犬基地，昆明650204)

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DOI:10.11984/j.issn.1000-7083.20150258

一種快速起搏右心室誘導(dǎo)犬慢性心衰模型的新方法

張曼1, 2, 匡曉暉2, 馮玉凡3, 李發(fā)有2, 王禮琳1, 2, 范潔1, 2, 張進(jìn)1, 2*

(1．昆明理工大學(xué)附屬醫(yī)院，昆明650032； 2．昆明理工大學(xué)醫(yī)學(xué)院，昆明650500； 3.公安部昆明警犬基地，昆明650204)

目的 探討快速起搏右心室高效建立大動(dòng)物慢性心衰模型的方法。方法 隨機(jī)選擇雄性健康雜種犬5只，采用心室非同步起搏模式，起搏頻率(260±10)次/分持續(xù)4周，通過觀察起搏前、后犬的體征，以及超聲心動(dòng)圖心功能參數(shù)、心臟形態(tài)學(xué)變化來評(píng)價(jià)快速起搏右心室建立犬慢性心衰模型的高效性和安全性。結(jié)果 5只犬經(jīng)快速右心室起搏均出現(xiàn)呼吸困難、活動(dòng)減少、體質(zhì)量減輕、漿膜腔積液等慢性心衰的癥狀和體征，超聲心動(dòng)圖證實(shí)左心室射血分?jǐn)?shù)由61.50%±3.36%降至38.60%±2.88%。結(jié)論 快速起搏右心室建立犬慢性心衰模型能更好地模擬人類慢性心衰的病理生理變化，造模所需時(shí)間短，動(dòng)物死亡率低，是一種高效、安全的大動(dòng)物慢性心衰模型建立方法，為研究慢性心衰的發(fā)病機(jī)制打下基礎(chǔ)。

慢性心衰；模型；犬；高效

慢性心衰(chronic heart failure，CHF)是嚴(yán)重威脅人類健康的重大疾病，其5年存活率不足50%，其發(fā)病機(jī)制是目前國(guó)際和國(guó)內(nèi)研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。建立與人類慢性心衰病理生理過程相似的大型動(dòng)物模型對(duì)深入研究其發(fā)病機(jī)制尤為重要。但建立大動(dòng)物模型對(duì)試驗(yàn)條件、操作技術(shù)要求較高，且花費(fèi)較高，術(shù)后動(dòng)物較容易死亡。因此，制作一個(gè)成功的CHF動(dòng)物模型并不容易。目前，國(guó)內(nèi)外已有許多研究者對(duì)此做了有益的探索(周淑嫻等，1998；何曉雷等，2009；Dixonetal.，2009)。我們就目前犬CHF模型的制作進(jìn)行改進(jìn)，旨在進(jìn)一步提高大型動(dòng)物CHF模型的成功率。

1 材料與方法

1.1 設(shè)備和材料

動(dòng)物專用心臟起搏器(Qinming 8631SR，陜西秦明醫(yī)學(xué)儀器股份有限公司)，程控頻率每分鐘200～600次。人用起搏螺旋電極(Medtronic Model 4092，Medtronic Inc， USA)、程控儀(Qinming，陜西秦明醫(yī)學(xué)儀器股份有限公司)、動(dòng)物專用心電圖機(jī)(Animal Oriented ECG EickECG-220，CARDELL Inc, USA)、便攜式心臟超聲儀(Terason t3000，Terason Inc, USA)、動(dòng)物吸入麻醉機(jī)(Surgivet，CDS2000，USA)、X線血管造影(Integris V5000， Philips, German)。

1.2 動(dòng)物與手術(shù)

1.2.1 手術(shù)前準(zhǔn)備 手術(shù)器械的準(zhǔn)備及消毒：金屬器械、紗布、縫針、手術(shù)巾等均高壓滅菌消毒。隨機(jī)選擇雄性健康雜種犬5只，體質(zhì)量約17 kg(昆明醫(yī)科大學(xué)動(dòng)物中心提供)。實(shí)驗(yàn)前禁食12 h，術(shù)前備皮，麻醉前準(zhǔn)確稱量犬體質(zhì)量。以6.6 mg·kg-1丙泊酚靜脈注射誘導(dǎo)麻醉。氣管插管，呼吸機(jī)輔助呼吸，異氟烷維持吸入麻醉。心電圖檢查肢體導(dǎo)聯(lián)，心電圖連接固定在犬腳掌背部。術(shù)前心動(dòng)超聲檢查了解心臟結(jié)構(gòu)和功能，分別測(cè)定收縮期主動(dòng)脈瓣環(huán)內(nèi)徑、舒張期室間隔厚度、舒張期左心室后壁厚度、左心房收縮期內(nèi)徑、左心房短軸縮短率、左心房?jī)?nèi)徑、左心室舒張末期內(nèi)徑和左心室射血分?jǐn)?shù)，觀察心室室壁運(yùn)動(dòng)情況。排除心臟結(jié)構(gòu)異常。靜脈通道維持，準(zhǔn)備植入右心室電極，擬行高頻率右心室起搏。

1.2.2 手術(shù)步驟 手術(shù)過程盡量遵從無菌操作原則。充分暴露頸外靜脈。切開皮膚及分離皮下組織，分離并切開右側(cè)頸外靜脈。穿刺犬頸外靜脈成功后依次送入導(dǎo)引鋼絲、血管鞘，送入經(jīng)改裝的人用起搏螺旋電極(58 cm)，跨越三尖瓣達(dá)右心室心尖部后，測(cè)量起搏電壓、電流、脈寬、電阻等參數(shù)合適后，在犬項(xiàng)背部?jī)杉珉喂侵g皮下作長(zhǎng)5～6 cm切口做囊袋，從電極到囊袋處作直線型隧道，將電極尾端與經(jīng)改裝的人用脈沖發(fā)生器相連。起搏器植入后用程控儀將起搏器程控為心室非同步起搏(VOO)模式，以犬能夠耐受的頻率進(jìn)行起搏，固定頻率260 次/分，輸出電壓5.0 V，脈寬0.5 ms，心電圖及心電監(jiān)護(hù)檢查示起搏功能良好，隨后固定電極逐層縫合皮膚。在犬麻醉蘇醒前，靜脈注射速尿20 mg以減輕心臟前負(fù)荷，避免犬出現(xiàn)急性左心衰竭。

1.3 術(shù)后處理

術(shù)后3 d，每日給予青霉素400萬單位肌內(nèi)注射，預(yù)防感染。并且給予靜安舒皮下注射以避免由于犬的躁動(dòng)導(dǎo)致電極脫位。同時(shí)每天觀察犬有無心衰臨床表現(xiàn)(厭食、氣促、活動(dòng)耐量等癥狀明顯，B超證實(shí)左心房?jī)?nèi)徑、左心室舒張末期內(nèi)徑增大及肝淤血、漿膜腔積液)并記錄。1周后拍X光胸片，確定電極固定良好。心電圖觀察起搏是否正常。每周聽診1次，并做心電圖了解心率情況。

4周后，在犬清醒狀態(tài)下作超聲心動(dòng)圖檢查，靜脈注射靜安舒以保持犬安靜，再次進(jìn)行心電圖檢查，確定起搏頻率維持在(260±10)次/min。之后，將起搏器程控為停止?fàn)顟B(tài)。取仰臥位或左側(cè)臥位(以獲取心尖最佳四腔切面圖像為準(zhǔn))，超聲心動(dòng)儀測(cè)量房室、內(nèi)徑，觀察心臟搏動(dòng)情況，計(jì)算左心室射血分?jǐn)?shù)等心功能參數(shù)。

最后將犬處死，取出心臟，沿室間隔左心室側(cè)剪開左心室，測(cè)量最大左心室內(nèi)徑和最大室壁厚度。留標(biāo)本送病理切片行蘇木精-伊紅(HE)染色。另一組正常成年雜種犬標(biāo)本作為對(duì)照。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

2 結(jié)果

2.1 起搏電極及起搏器位置

手術(shù)在X影像下完成，如圖1所示，X影像下將人用起博螺旋電極植入犬右心室心尖部。

圖1 X影像下將螺旋電極植入犬右心室心尖部

術(shù)后4周復(fù)查電極及起搏器位置，起博器無移位或電極斷裂等情況(圖2)。

2.1 起搏后4周臨床表現(xiàn)

5只犬經(jīng)4周起搏后，均出現(xiàn)飲食欠佳、活動(dòng)量明顯減少、呼吸急促、漿膜腔積液等臨床表現(xiàn)，體質(zhì)量從17.2 kg±2.56 kg降至15.4 kg±2.09 kg。切開胸腔后可見大量胸腔積液(圖3箭頭示)，并從切口處流出。

圖2 X線下起搏器及電極位置

圖3 犬胸腔切口

2.2 心電圖監(jiān)測(cè)

起搏前心電圖(圖4)、起搏后心電圖(圖5)證實(shí)5只犬4周內(nèi)均為持續(xù)起搏心律，且頻率保持在(260±10)次/min。

圖4 快速起博右心室前犬基礎(chǔ)心率為129次/分

圖5 快速起搏右心室4周后犬起搏頻率為250次/分

圖6 快速起搏右心室前、后犬的心臟彩色超聲心動(dòng)圖變化

2.3 起搏前后心臟彩色超聲心動(dòng)圖的變化

在植入起搏器前和快速起搏右心室4周后均對(duì)犬進(jìn)行心臟彩色超聲檢查。從超聲心動(dòng)圖可以觀察到：左心房、左心室較手術(shù)前明顯增大(圖6中紅色箭頭所示)。另外，在心臟彩色超聲檢查中還觀察到：左心室舒張末期內(nèi)徑顯著擴(kuò)大，室壁變薄，左心室壁運(yùn)動(dòng)幅度明顯減弱。

2.4 起搏前后心功能參數(shù)變化

通過作心臟彩色超聲檢查，起博前和起搏4周后的心功能參數(shù)見表1。與起搏前相比，起搏后射血分?jǐn)?shù)、收縮期主動(dòng)脈瓣環(huán)內(nèi)徑以及左心室短軸縮短率的值均有明顯降低，而舒張期室間隔厚度、舒張期左心室后壁厚度、左心房收縮期內(nèi)徑和左心室舒張末期內(nèi)徑的值均有相應(yīng)升高。

表1 快速起博右心室前、后犬的心功能指標(biāo)的比較

2.5 病理改變

分別給正常犬和CHF模型犬做心肌組織切片，蘇木精-伊紅(HE)染色結(jié)果分別如圖7和圖8所示。正常犬的心肌排列整齊，心肌細(xì)胞大小相同；CHF模型犬心肌排列紊亂，心肌細(xì)胞腫脹，胞質(zhì)內(nèi)出現(xiàn)空泡，核周間隙增大。

圖7 正常犬心肌

圖8 CHF犬心肌

3 討論

CHF是多種心臟疾病的最終轉(zhuǎn)歸。制作近似人類的CHF動(dòng)物模型是研究CHF發(fā)病機(jī)制和防預(yù)治療的重要環(huán)節(jié)。有些研究者選擇用小動(dòng)物如Wistar大鼠來造模，例如Cutilleta等(1978)及Anversa等(1979)采取縮窄腹主動(dòng)脈的方法制造壓力超負(fù)荷CHF模型。此種動(dòng)物模型需時(shí)較長(zhǎng)，有時(shí)不易產(chǎn)生心衰。而且通常認(rèn)為在慢性心衰發(fā)病機(jī)制和治療效果研究方面嚙齒類動(dòng)物與人的相似性較差，而大動(dòng)物犬的心肌與人的心血管系統(tǒng)十分相似，心肌形態(tài)學(xué)和興奮-收縮偶聯(lián)機(jī)制與人類心肌亦非常接近(Hasenfuss，1998)。這也是我們選用犬制作CHF模型的重要原因。在犬CHF模型的研究中，郭豫濤(2001)采用開胸結(jié)扎冠狀動(dòng)脈(CA)復(fù)制CHF模型，或者在CA上安置閉塞夾或者定量縮窄環(huán)，亦或者穿刺CA注入栓塞劑造模。但在開胸結(jié)扎CA的動(dòng)物模型中，可能出現(xiàn)嚴(yán)重的室性心率失常致動(dòng)物死亡。本實(shí)驗(yàn)采用快速起搏心室建模的方法克服了以往開胸結(jié)扎法造成創(chuàng)傷大、死亡率高的缺點(diǎn)，手術(shù)創(chuàng)傷相對(duì)小、定位準(zhǔn)確。另外，Belevych等(2011)采用改變起搏頻率的方法來制作動(dòng)物模型，即將起搏器置入實(shí)驗(yàn)犬體內(nèi)后開始調(diào)節(jié)起搏器頻率為180次/min，持續(xù)2周，改為200次/min持續(xù)6周，再改為180次/min維持2個(gè)月，再改為160次/min維持6個(gè)月，最后改為120次/min。不難看出，這種建模方法耗費(fèi)時(shí)間太長(zhǎng)，操作比較復(fù)雜。我們采用260次/min的起搏頻率進(jìn)行右心室起搏，持續(xù)4～5周，實(shí)驗(yàn)操作較簡(jiǎn)易，時(shí)間較短，模型制作高效，動(dòng)物死亡率較低，并且建立了良好的CHF模型。

另外，本實(shí)驗(yàn)在前人(Wilsonetal.，1987；Dibner-Dunlap & Thames，1990；Sabbahetal.，1991；Willamsetal.，1994；周淑嫻等，1999；付治卿，2007)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上做了一些改進(jìn)。在實(shí)驗(yàn)條件上：(1)我們使用的是人用起博螺旋電極導(dǎo)線,整個(gè)植入過程也與臨床操作類似。這些實(shí)驗(yàn)器材容易獲得, 技術(shù)處理簡(jiǎn)單。重要的是，由于犬麻醉清醒后容易躁動(dòng)，普通起搏電極固定在心肌不牢靠而較容易脫位導(dǎo)致植入失敗。螺旋電極固定較好，即使犬煩躁、活動(dòng)幅度較大，也不容易脫位，而且手術(shù)及麻醉時(shí)間均縮短，手術(shù)成功率較高。(2)整個(gè)手術(shù)在醫(yī)院導(dǎo)管室的影像下完成，整個(gè)植入過程也與臨床操作類似，可確保電極準(zhǔn)確地植入右心室心尖部。(3)利用專業(yè)的動(dòng)物吸入麻醉機(jī)可以較精確地控制吸入麻醉劑的量，避免過度麻醉或者既往全身麻醉造成動(dòng)物后期復(fù)蘇困難的風(fēng)險(xiǎn)，手術(shù)安全性大大提高。所有5只犬在去除吸入麻醉劑后均可立即恢復(fù)清醒，死亡率較低。

在術(shù)后監(jiān)控方面：(1)為了避免術(shù)后犬過分躁動(dòng)導(dǎo)致電極脫位，術(shù)后3 d皮下注射靜安舒，以保持犬靜臥，使電極與心臟結(jié)合牢固。術(shù)后1周為犬做胸透，觀察電極位置。(2)由于實(shí)驗(yàn)操作使犬的心率驟然從120～130次/min增至260次/min，可能會(huì)導(dǎo)致動(dòng)物在實(shí)驗(yàn)初期因急性肺水腫而死亡。為了避免上述情況發(fā)生，我們預(yù)防性地給予利尿劑減輕心臟前負(fù)荷，進(jìn)一步降低了模型動(dòng)物的死亡率。

總之，快速起搏右心室建立犬CHF模型具有安全、高效、周期短的特點(diǎn)，這對(duì)于研究人類CHF的發(fā)病機(jī)制具有重要價(jià)值。

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A New Method for Rapid Pacing Right Ventricular Inducing Canine Chronic Heart Failure Model

ZHANG Man1, 2, KUANG Xiaohui2, FENG Yufan3, LI Fayou2, WANG Lilin1, 2, FAN Jie1, 2, ZHANG Jin1, 2*

(1. Affiliated Hospital of Kunming University of Science and Technology, Kunming 650032, China;2. Medical College of Kunming University of Science and Technology, Kunming 650500, China;3. Kunming Police Dog Base of the Ministry of Public Security, Kunming 650204, China)

Objectives This study aimed to explore the method of establishing the model of chronic heart failure in large animals by using the rapid right ventricular pacing. Methods Five healthy mongral dogs were randomly selected. The implanted pacer in dogs was set as the ventricular asynchronous pacing mode and programmed at 260 bpm±10 bpm for four weeks. By observing the signs, echocardiographic parameters of cardiac function and the cardiac morphological changes of dogs before and after the pacing, the efficiency and safety of the method to establish the model of chronic heart failure model in dog using the rapid right ventricular pacing were evaluated. Results After four weeks of rapid right ventricular pacing, all dogs showed out of breath, a decreased activity, losing weight and serious cavity effusion. Echocardiographic study showed that the left ventricular ejection fraction was dropped from 61.50%±3.36% to 38.60%±2.88%. ConclusionsThe results suggested that the model of chronic heart failure in dogs can better simulate the pathophysiological changes in human. The rapid right ventricular pacing was confirmed as a safe and efficient approach to establish the model of chronic heart failure in dog. The established model of dogs contributed to further study the pathophysiological mechanism of chronic heart failure.

chronic heart failure; model; dog; efficient

2015-08-25 接受日期：2015-12-15

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(81360039); 云南省心律失常診治研究中心研究基金項(xiàng)目(No.2014NS260, 2014NS259)

張曼(1991—), 女, 碩士研究生, 研究方向?yàn)樾乃ヒ约靶募〖?xì)胞電生理, E-mail:hbzhangman@163.com

*通信作者Corresponding author， E-mail:zhangjinxy@sina.com

Q95-33

A

1000-7083(2016)02-0261-05