家兔急性右心衰竭模型建立的實(shí)驗(yàn)研究

殷 駿，何文娟，廖衛(wèi)公，高志奇，唐中偉，倪 兵

(陸軍軍醫(yī)大學(xué)高原軍事醫(yī)學(xué)系病理生理學(xué)教研室/全軍高原醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/教育部極端環(huán)境醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400038)

右心衰竭指各種原因造成右心室收縮和/或舒張功能不全，不足以產(chǎn)生機(jī)體所需要的心輸出量或不能形成正常充盈壓時(shí)所出現(xiàn)的臨床綜合征，是幾種心血管疾病發(fā)生和導(dǎo)致患者死亡的原因，如先天性心臟病、左心疾病、肺動(dòng)脈高壓(pulmonary arterial hypertension，PAH)、肺動(dòng)脈瓣疾病和急性肺栓塞(acute pulmonary embolism，APE)[1]。目前還沒(méi)有直接針對(duì)右心衰竭靶標(biāo)的治療方法，改善右心功能可降低右心衰竭患者的總體發(fā)病率和病死率[2]。為了建立新的右心衰竭治療方法并將其用于基礎(chǔ)研究，以及更好地了解右心衰竭的潛在病理生理學(xué)機(jī)制，對(duì)右心衰竭進(jìn)行預(yù)防和治療，臨床需要構(gòu)建穩(wěn)定的右心衰竭動(dòng)物模型。

誘導(dǎo)右心衰竭動(dòng)物模型的常見(jiàn)方法有肺動(dòng)脈結(jié)扎模型、慢性缺氧模型、野百合堿模型、血管增殖性PAH模型、體—肺分流模型、肺動(dòng)脈瓣反流模型與APE模型，其中APE模型作為復(fù)制右心衰竭動(dòng)物模型在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中已被廣泛使用[3-4]。APE模型將中心靜脈壓升高或動(dòng)脈壓降低作為動(dòng)物模型肺栓塞成功的觀測(cè)指標(biāo)，急性右心衰竭時(shí)，因肺動(dòng)脈高壓，體循環(huán)中回到右心的血液排入肺動(dòng)脈困難，造成體循環(huán)淤血、水腫，此外，心輸出量減少，引起動(dòng)脈壓降低[3-4]。

既往APE模型所使用的栓子有液體石蠟、即凝血栓、自凝血塊等[5-7]，但這些栓子的栓塞效果差，復(fù)制家兔急性右心衰竭的成功率偏低。在以往教學(xué)實(shí)驗(yàn)中主要采用氫氧化鐵栓塞肺來(lái)制備家兔右心衰竭動(dòng)物模型,氫氧化鐵大小均勻、形狀規(guī)則，能較好地栓塞肺部[8]。但是不同劑量、濃度的氫氧化鐵對(duì)右心衰竭模型制備的成功率及效果差異顯著，氫氧化鐵的濃度和劑量過(guò)高易引起動(dòng)物缺血猝死，過(guò)低則會(huì)導(dǎo)致栓塞失敗。因此，本研究擬對(duì)不同濃度和劑量的氫氧化鐵栓塞肺部后呈現(xiàn)的不同心功能狀態(tài)進(jìn)行比較分析，以優(yōu)化制備急性右心衰竭實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型，為右心衰竭動(dòng)物教學(xué)實(shí)驗(yàn)提供參考。

1 材料與方法

1.1 動(dòng)物與試劑

健康6月齡家兔21只，雌雄不拘，由陸軍軍醫(yī)大學(xué)實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究所提供，體質(zhì)量2～3 kg。3%戊巴比妥鈉(批號(hào)：050604，上海思域化工科技有限公司，1%普魯卡因(批號(hào)：20200818，北京奇松生物科技有限責(zé)任公司)，生理鹽水(批號(hào)：F322BA0005，北京索萊寶科技有限公司)，肝素生理鹽水(批號(hào)：S22GS161117，北京索萊寶科技有限公司)，2%氫氧化鐵(批號(hào)：C11520243，上海麥克林生化科技有限公司)，4%氫氧化鐵、6%氫氧化鐵(批號(hào)：C11520243，上海麥克林生化科技有限公司)，自制中心靜脈壓測(cè)定裝置，壓力換能器(型號(hào)：YPJ01，成都儀器廠)，多道生理記錄儀(型號(hào)：RM6240，成都儀器廠)。

1.2 動(dòng)物麻醉及插管

家兔稱重，耳緣靜脈注射3%戊巴比妥鈉(1 mL/kg)，待麻醉成功后將其仰臥固定于手術(shù)臺(tái)上，剪去頸部手術(shù)區(qū)兔毛，耳緣靜脈注射0.3%肝素生理鹽水(2 mL/kg)。于頸部正中作長(zhǎng)4～5 cm切口，鈍性分離氣管，穿線備用，在氣管3～4軟骨環(huán)處剪一T形切口，插入氣管插管，用線結(jié)扎固定；鈍性分離左頸總動(dòng)脈，結(jié)扎遠(yuǎn)心端，于近心端插入帶有三通活塞的動(dòng)脈導(dǎo)管(導(dǎo)管內(nèi)充滿0.3%肝素生理鹽水)，結(jié)扎固定，將動(dòng)脈導(dǎo)管和接有多道生理記錄儀的壓力換能器緊密連接，壓力換能器壓力室和整個(gè)管路充滿生理鹽水，確保無(wú)氣泡存在，觀察血壓變化情況；鈍性分離左頸外靜脈，結(jié)扎遠(yuǎn)心端，于近心端插入充滿肝素生理鹽水的靜脈導(dǎo)管，結(jié)扎固定后與中心靜脈壓測(cè)定裝置相連，觀察中心靜脈壓的變化情況；鈍性分離右頸外靜脈，結(jié)扎遠(yuǎn)心端，在結(jié)扎線下約0.5 cm處?kù)o脈壁上剪一小斜口，插入右心導(dǎo)管，插入時(shí)注意讓右心導(dǎo)管前段的彎曲朝家兔身體的左前方，將靜脈壁和心導(dǎo)管先扎一單結(jié)，然后繼續(xù)插入，在插管過(guò)程中注意保持導(dǎo)管位置，不要使其旋轉(zhuǎn)，插入時(shí)壓力波形從靜脈壓力波形變?yōu)樾氖覊毫Σㄐ螘r(shí)，即表示導(dǎo)管已插入右心室(圖1)，再插入0.5～1 cm，將導(dǎo)管和頸外靜脈結(jié)扎固定，觀察右心室壓力變化情況，導(dǎo)管插入深度為6～8 cm，若導(dǎo)管插入較深，而壓力波形仍為靜脈壓力波形時(shí)，表明導(dǎo)管可能已經(jīng)進(jìn)入下腔靜脈，可退出一段后重新插入。

RVSP：右心室收縮壓；+dp/dtmax：右心室壓力上升最大速率；-dp/dtmax：右心室壓力下降最大速率圖1 家兔右心室壓力測(cè)量示意圖

1.3 急性右心衰竭模型復(fù)制

調(diào)節(jié)中心靜脈壓測(cè)定裝置，使用多道生理記錄儀檢測(cè)動(dòng)脈壓及右心室壓力，待家兔安靜平穩(wěn)約5 min后，記錄血壓(blood pressure,BP)、中心靜脈壓(central venous pressure,CVP)、右心功能指標(biāo)右心室收縮壓(right ventricular systolic pressure,RVSP)、右心室舒張壓(right ventricular diastolic pressure,RVDP)、+dp/dtmax、-dp/dtmax〗、心率(heart rate,HR)和呼吸頻率(respiratory frequency,RF)，換算右心室平均壓(right ventricular mean pressure,RVMP)=(RVSP+2×RVDP)/3。根據(jù)正交設(shè)計(jì)表將家兔分為對(duì)照組(未注射氫氧化鐵)、實(shí)驗(yàn)組1、實(shí)驗(yàn)組2、實(shí)驗(yàn)組3、實(shí)驗(yàn)組4、實(shí)驗(yàn)組5、實(shí)驗(yàn)組6，每組3只，用10 mL注射器吸取37 ℃氫氧化鐵，分別按照0.5 mL/kg氫氧化鐵(2%)、1 mL/kg氫氧化鐵(2%)、2 mL/kg氫氧化鐵(2%)、0.5 mL/kg氫氧化鐵(4%)、1 mL/kg氫氧化鐵(4%)、2 mL/kg氫氧化鐵(4%)注入實(shí)驗(yàn)組家兔耳緣靜脈，觀察家兔BP、CVP和呼吸等的變化情況，BP下降或CVP開(kāi)始上升則暫停注射，觀察3～5 min，如恢復(fù)到實(shí)驗(yàn)前水平則再緩慢注入氫氧化鐵，直至BP出現(xiàn)大幅下降(下降20 mmHg)或CVP明顯升高(CVP大于1 cmH2O)為止，測(cè)定并記錄BP、CVP、RVSP、RVDP、+dp/dtmax、-dp/dtmax、HR和RF，并換算為RVMP。5～10 min后，以5 mL·kg-1·min-1的速度輸入生理鹽水，輸液量為10 mL時(shí)，檢測(cè)一次各項(xiàng)指標(biāo)，后每增加20 mL，即檢測(cè)一次各項(xiàng)指標(biāo)，輸液總量為90 mL。輸液完畢后，擠壓家兔胸壁，觀察氣管內(nèi)有無(wú)分泌物流出，處死家兔，解剖胸、腹腔，注意胸腔及腹腔內(nèi)有無(wú)積水，觀察肝的體積和外觀，觀察心臟的大小及心腔體積改變情況，注意肺外觀有無(wú)淤血，肺切面有無(wú)液體流出。家兔急性右心衰竭可表現(xiàn)為氣管分泌物、胸水、腹水、肺水腫、肝腹水與心腔體積增大。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 不同實(shí)驗(yàn)條件引起肺栓塞后各指標(biāo)比較

與對(duì)照組比較，注入氫氧化鐵后，各實(shí)驗(yàn)組家兔口唇紫紺、皮膚黏膜蒼白，RF、HR、RVDP、CVP、-dp/dtmax顯著較高(P<0.05)，RVSP、+dp/dtmax、BP顯著降低(P<0.05)；與實(shí)驗(yàn)組5和實(shí)驗(yàn)組6比較，對(duì)照組、實(shí)驗(yàn)組1、實(shí)驗(yàn)組2、實(shí)驗(yàn)組3家兔CVP、RVDP、-dp/dtmax顯著較低(P<0.05)，RVSP、+dp/dtmax顯著較高(P<0.05)，其中實(shí)驗(yàn)組6家兔BP最低(P<0.05)，見(jiàn)表1。

表1 不同實(shí)驗(yàn)條件引起家兔栓塞各指標(biāo)比較(n=3)

2.2 不同實(shí)驗(yàn)條件引起急性右心衰竭心功能的比較

栓塞成功并注入10 mL、30 mL、50 mL、70 mL、90 mL生理鹽水后，與對(duì)照組比較，各實(shí)驗(yàn)組家兔、口唇紫紺、皮膚黏膜蒼白，CVP及-dp/dtmax顯著較高(P<0.05)，BP、RVSP、+dp/dtmax均顯著較低(P<0.05)；對(duì)照組、實(shí)驗(yàn)組1、實(shí)驗(yàn)組2和實(shí)驗(yàn)組3家兔RVSP、+dp/dtmax顯著高于實(shí)驗(yàn)組5和實(shí)驗(yàn)組6(P<0.05)。栓塞成功并注入10 mL、30 mL、50 mL、70 mL生理鹽水后，對(duì)照組、實(shí)驗(yàn)組1、實(shí)驗(yàn)組2和實(shí)驗(yàn)組3家兔CVP低于實(shí)驗(yàn)組5和實(shí)驗(yàn)組6(P<0.05)；栓塞成功并注入90 mL生理鹽水后，對(duì)照組、實(shí)驗(yàn)組1、實(shí)驗(yàn)組2和實(shí)驗(yàn)組3家兔CVP與-dp/dtmax低于實(shí)驗(yàn)組5和實(shí)驗(yàn)組6(P<0.05)，RVDP與+dp/dtmax高于實(shí)驗(yàn)組5和實(shí)驗(yàn)組6(P<0.05);與實(shí)驗(yàn)組5和實(shí)驗(yàn)組6比較，對(duì)照組、實(shí)驗(yàn)組1、實(shí)驗(yàn)組2、實(shí)驗(yàn)組3、實(shí)驗(yàn)組4家兔胸水、腹水、肝腹水程度更輕，心腔體積更小，各組家兔均未出現(xiàn)肺水腫及氣管分泌物，見(jiàn)表2、3。

表2 不同實(shí)驗(yàn)條件引起家兔右心衰竭各指標(biāo)比較

表3 不同實(shí)驗(yàn)條件引起急性右心衰竭家兔各內(nèi)臟解剖觀察

3 討論

急性右心衰竭是由于右心室前后負(fù)荷的過(guò)度增加，造成右心室收縮和舒張功能障礙，從而導(dǎo)致心輸出量降低，不能滿足機(jī)體組織代謝需要的一種病理生理過(guò)程。右心室前后負(fù)荷改變是引起右心功能受損的重要因素，不同的病因(如肺栓塞等)引起右心室前負(fù)荷和/或后負(fù)荷增加,導(dǎo)致右心室充盈受損以及右心房壓力增高,最后逐漸發(fā)展成右心衰竭[9]。目前急性右心衰竭動(dòng)物模型的復(fù)制主要是以增加右心室后負(fù)荷來(lái)實(shí)現(xiàn)，復(fù)制急性右心衰竭動(dòng)物模型的方法主要有APE等[10]。在APE動(dòng)物模型中，目前大多采用通過(guò)耳緣靜脈注入即凝血栓[5]、液體石蠟[6]與自凝血塊[7]等，但由于這些栓子大小不均一、形狀不規(guī)則、易反復(fù)溶解，在實(shí)驗(yàn)中操作較為復(fù)雜，復(fù)制出的心衰癥狀不夠典型，動(dòng)物狀態(tài)不穩(wěn)定和成功率低。相較而言，氫氧化鐵顆粒均勻，肺栓塞后的家兔急性右心衰竭癥狀較為典型，且操作簡(jiǎn)單，成功率高[8]。因此本實(shí)驗(yàn)中我們采用氫氧化鐵代替液體石蠟進(jìn)行肺栓塞復(fù)制急性右心衰竭動(dòng)物模型。

本研究利用氫氧化鐵進(jìn)行肺栓塞后，家兔BP降低，靜脈系統(tǒng)充盈增加，CVP增高，并隨著肺栓塞程度加重，回心血量進(jìn)一步降低，心輸出量進(jìn)一步減少，BP明顯降低，靜脈回流障礙加重，CVP明顯增加，其中以實(shí)驗(yàn)組6家兔右心衰竭程度最嚴(yán)重，同時(shí)，各實(shí)驗(yàn)組家兔RF、HR和右心功能指標(biāo)(RVSP、RVDP、+dp/dtmax和-dp/dtmax)均與對(duì)照組家兔差異顯著，這提示家兔肺栓塞后出現(xiàn)了一系列心肺功能代償變化。

本研究中，肺栓塞和快速大量輸液后，與對(duì)照組比較，各實(shí)驗(yàn)組家兔的右心功能指標(biāo)(RVSP、RVDP、+dp/dtmax和-dp/dtmax)均出現(xiàn)顯著變化，初步表明各實(shí)驗(yàn)組家兔出現(xiàn)不同程度右心功能障礙，并且隨著肺栓塞程度的嚴(yán)重右心功能明顯降低。本研究解剖結(jié)果表明，各實(shí)驗(yàn)組家兔均有一定的右心衰竭導(dǎo)致體循環(huán)淤血后的臨床表現(xiàn)，包括肝腹水、腹水等，其中以實(shí)驗(yàn)組5和實(shí)驗(yàn)組6家兔胸水、腹水與肝腹水程度最為嚴(yán)重，心腔體積最大，且不存在肺氣管分泌物及肺水腫，這進(jìn)一步證實(shí)通過(guò)耳緣靜脈注射氫氧化鐵復(fù)制家兔右心衰竭模型成功，且隨著栓塞程度的嚴(yán)重右心衰竭的癥狀更為典型。但由于本研究實(shí)驗(yàn)組6家兔HR、BP過(guò)低，家兔生命體征不穩(wěn)定，以1 mL/kg氫氧化鐵(4%)劑量栓塞家兔輔助輸液后家兔HR和BP相對(duì)穩(wěn)定，且生命體征相對(duì)穩(wěn)定，這表明實(shí)驗(yàn)組5復(fù)制的右心衰竭動(dòng)物模型更為成功，且動(dòng)物狀態(tài)穩(wěn)定，更適合開(kāi)展后續(xù)實(shí)驗(yàn)。

綜上所述，用氫氧化鐵進(jìn)行肺栓塞能成功復(fù)制家兔急性右心衰竭模型，以1 mL/kg氫氧化鐵(4%)進(jìn)行家兔肺栓塞輔助輸液復(fù)制家兔急性右心衰竭模型的效果最佳。