本方案旨在提供一种可行的、非开胸的猪模型方案,通过固定V0并计算单次心跳有效动脉弹性(Ees),连续量化与负荷无关的左心室收缩功能,从而避免重复进行下腔静脉阻断,以提高血流动力学不稳定状态下急性实验的安全性和稳定性。
方法文章
本方案旨在提供一种可行的、非开胸的猪模型方案,通过固定V0并计算单次心跳有效动脉弹性(Ees),连续量化与负荷无关的左心室收缩功能,从而避免重复进行下腔静脉阻断,以提高血流动力学不稳定状态下急性实验的安全性和稳定性。
收缩末期压力-容积关系(ESPVR)被广泛认为是左心室(LV)收缩功能的金标准、与负荷无关的描述指标。在实际应用中,ESPVR 通常被近似为一条直线,其斜率为收缩末期弹性模量(Ees),是反映心肌收缩状态的直接指标;其在容积轴上的截距(V₀)则代表压力为零时的理论左心室容积。在体情况下,ESPVR 通常通过同时监测左心室压力-容积(PV)曲线,并在系列下腔静脉(IVC)阻断过程中获取数据而得出。然而,在心源性休克等疾病状态下,所需的前负荷降低可能引发反射性心动过速性心律失常以及短暂或持续的血流动力学不稳定,从而限制了该方法的可行性与结果的可解释性。因此,有必要开发适用于血流动力学不稳定状态下在体评估心肌收缩力的方法。
本方案旨在描述一种实用的实验模型,即在稳定的基线条件下测定一次V₀,并将其固定,用于后续通过左心室压力-容积环(LV PV loops)进行单次心跳的Ees估算。该方法为急性 大型动物研究提供了详细的逐步操作流程,可在无需重复进行下腔静脉(IVC)阻断的情况下,连续、序列化地评估心肌收缩力。在猪的心源性休克模型中,该方法能够可靠地追踪与负荷无关的心肌功能变化,同时避免因前负荷降低所引发的心律失常和血流动力学不稳定。因此,该方法特别适用于心室几何结构保持不变、且收缩力主要调节ESPVR斜率而非其截距的急性闭胸实验。然而,固定V₀的假设是一种方法学上的简化,会引入有意的系统性误差,仅应在重复前负荷调控不切实际或存在安全风险时使用。当发生结构性重构、显著的左心室扩张或明显的胸腔内压力变化时,必须重新估算V₀。总体而言,本方案为不稳定的大型动物模型中进行序列化收缩力评估提供了一种可行且符合生理学原理的方法,在方法学严谨性、实验安全性和实用性之间实现了良好平衡。
左心室(LV)收缩力是指心肌在不受负荷条件影响的情况下产生压力的内在能力1,2,3。它是决定心脏每搏输出量、心输出量和血压的关键因素。因此,当发生急性心肌缺血时,心脏可能迅速丧失收缩力4。由此,心肌收缩力受损可导致急性心力衰竭和心源性休克(CS)5。尽管采取积极治疗,CS仍会引起低血压和器官灌注不足,导致高死亡率(院内死亡率为30%–50%)5,6。常见的药物治疗包括使用增加收缩力的正性肌力药物,如去甲肾上腺素、多巴酚丁胺和米力农,但这些药物也可能直接影响血管张力7。在研究新型药理学治疗方法、评估疾病严重程度或使用实验模型时,对收缩力的评估尤为重要。
诸如左心室射血分数或最大压力上升速率(dP/dt(max))等传统指标受负荷状态影响,当前负荷或后负荷发生变化时,可能无法准确反映真实的心肌收缩状态。这凸显了使用不受负荷影响的心肌收缩力指标(如收缩末期弹性模量(Ees))的重要性,此类指标能更可靠地评估心肌功能表现1。
因此,已开发出用于评估收缩功能的体内方法,其中压力-容积(PV)分析被认为是实验研究中的金标准8。经典的体内方法用于量化Ees,是通过阻断下腔静脉(IVC)以逐步且短暂地降低前负荷。在前负荷降低过程中,同步记录收缩末期压力(ESP)和收缩末期容积(ESV)的数值点,拟合出ESPVR的回归直线,并确定其斜率Ees,该直线在x轴上的截距定义为V₀——即压力产生为零时的理论容积。然而,在脆弱状态下(如心源性休克CS),即使短暂的IVC阻断也可能导致严重低血压、心律失常,或在本已极低的心输出量状态下进一步损害终末器官灌注,从而限制了该方法的可行性与结果的可解释性。
在本研究方案中,提出了一种用于急性闭胸实验的传统下腔静脉(IVC)阻断方法的实用替代方案,即在稳定的基线条件下进行一次单次IVC阻断,以确定容积轴截距V₀。随后在后续的单次心跳Ees估算中,将该值视为恒定。该方法基于离体和完整动物研究的证据,表明急性变力性改变主要影响ESPVR的斜率(Ees),而截距基本保持稳定2,9,10。通过避免重复阻断,该方法可最大限度地减少心律失常和血流动力学不稳定,同时保留对左心室收缩功能精确且不受负荷影响的评估。在本方案中,基于既往研究经验4,8,11,12,13,14,15,16,采用基于导纳的PV导管,在闭胸猪心源性休克(CS)模型中应用了这一策略。尽管这种固定截距法适用于心室几何结构稳定的急性闭胸实验,但在心腔尺寸持续变化、胸内压改变或发生结构性重构的情况下,其适用性受限;在评估该方法是否适用于特定研究时,应考虑这些实际限制。与以往的单次心跳或基于模型的方法不同,本方案在稳定的基线条件下通过实验手段确定V₀,并在整个实验过程中沿用该值,为血流动力学脆弱的大动物模型中进行系列化、不受负荷影响的收缩功能评估提供了一种更安全且更可行的替代方案。
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本方案已获得丹麦动物研究监察局批准(许可证号:2023–15–0201–01466,签发日期:2023年6月19日)。实验使用约60 kg的雌性丹麦长白猪。本实验为终末性操作,研究结束时在深度全身麻醉下通过静脉注射戊巴比妥(0.25 mL/kg,400 mg/mL)实施安乐死。所用试剂和设备列于材料表中。
1. 麻醉与通气
2. 超声引导下血管内通路建立
3. 左心室压力-容积导管和下腔静脉球囊放置
4. 基线测量与V0的确定
5. 缺血性心源性休克的诱导
注意:本方案描述了如何在缺血性心源性休克模型中无需额外进行下腔静脉阻断来估算 Ees,如文献4,11,12,13,14所述。该疾病模型的详细方案不在本方案的范围之内,可参见其他文献24。简而言之,心源性休克的诱导方法如下:
6. 研究全程中每搏连续测定Ees
注意:PV 数据可使用 LabChart 8 Pro 或其他具有专用 PV 环分析模块的类似软件进行分析。所有记录均应进行目视检查,以确保窦性心律稳定且无信号漂移。软件会自动分割各个心动周期,随后需进行人工复核。应排除室性期前收缩,以及早搏前一个和早搏后一个心动周期,因为这三个心动周期的负荷条件均会发生短暂改变。

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上述说明介绍了一种基于单次心跳计算Ees的方案,同时保持零压力状态下的理论容积V0恒定。本节展示了我们实验室开展的两项研究的数据。首先,进行了一项独立的预试验,以观察在心源性休克(CS)诱导后V0和Ees的发展变化。其次,在一项包含30头猪的大型数据集中(数据来自先前已发表的研究),展示了心源性休克的缺血模型4。
研究1
在本项未发表的初步研究中,诱导心源性休克(CS)后,心输出量下降了32.5%。在诱导CS后,放置下腔静脉(IVC)球囊和肺动脉导管(PV导管)。通过IVC阻断进行PV测量,以评估V的稳定性0 随时间变化。在针对受试者设置随机截距的线性混合效应模型中,V未呈现显著的时间变化0 被观察到(P=0.61,表明 V0 在CS诱导后整个观察期间保持稳定(图7)。此外,固定V的性能0
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本方案描述了一种实用、可重复且可行的策略,用于进行连续、负荷无关的左心室收缩功能评估,即使在缺血性心源性休克等急性心脏疾病状态下亦可实施。该方案采用固定的容积轴截距 V0,通过单次心跳估算收缩末期弹性(Ees),避免了重复进行下腔静脉(IVC)阻断,从而降低了心血管状态不稳定期间发生心律失常和低血压的风险。本方案的方法学创新之处在于,明确结合了通过 IVC 阻断实验获得的、个体特异性的实测 V0 值,随后进行连续的单次心跳 Ees 估算。现有的单次心跳弹性估算方法通常通过数学方式推断 V₀。本方案通过将单次心跳弹性估算锚定于实验测得的、个体动物特异的 V₀ 值,实现了经典多心跳 ESPVR 推导方法与纯模型依赖的单次心跳方法之间的一种实用折中方案。
在急性实验中假设V0保持恒定的依据,来源于离体心脏研究和体内观察结果。事实上,在离体犬心实验中,当通过去甲肾上腺素或异丙肾上腺素增强心肌收缩力时,收缩末期压力-容积关系(ESPVR)的斜率,即有效动脉弹性模量(Ees),显著增加,而V0
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作者声明不存在利益冲突。
本研究得到索弗斯·雅各布森基金会、奥胡斯大学医学院健康研究生院以及丹麦心血管学院的支持。丹麦心血管学院由诺和诺德基金会(资助号 NNF20SA0067242)和丹麦心脏基金会资助。我们衷心感谢奥胡斯大学的Kasper Lykke Wethelund和奥胡斯大学的Halvor Guldbrandsen在数据采集工作中所做出的志愿贡献。
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| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 0.9% 生理盐水 | Fresenius Kabi, Germany | 921046 | 微球悬浮液及冲洗 |
| 10 mL 注射器 | BD, USA | BD Plastipak 302143 | 微球注射 |
| 12 Fr 股静脉鞘 | Terumo, Japan | Radifocus Introducer II | 用于下腔静脉阻断球囊插入 |
| 20 G 静脉导管 | BD, USA | BD Insyte 381223 | 耳静脉静脉通路 |
| 7 Fr 股动脉鞘 | Terumo, Japan | Radifocus Introducer II | 有创动脉压监测 |
| 8 Fr 颈动脉鞘 | Terumo, Japan | Radifocus Introducer II | 左心室压力-容积导管通路 |
| 8 Fr 颈内静脉鞘 | Terumo, Japan | Radifocus Introducer II | 肺动脉导管通路 |
| Contour PVA 微球 | Boston Scientific, USA | Contour 355–500 µm | 诱导缺血性心源性休克 |
| 冠状动脉指引导管 | Boston Scientific, USA | JL 3.5 / JR 4.0 | 冠状动脉通路用于微球注射 |
| 心电图电极(3导联) | Ambu, Denmark | BlueSensor P | 持续心电图监测 |
| 气管插管 7.5–8.0 mm | Smiths Medical, UK | Portex ETT | 气管插管 |
| 芬太尼(静脉注射) | Hameln Pharma, Germany | Fentanyl Hameln | 持续静脉镇痛 |
| X线透视系统 | - | - | 导管引导 |
| 加热毯 | 3M, USA | Bair Hugger Warming Unit | 维持正常体温 |
| 肝素 | Leo Pharma, Denmark | Innohep | 如使用则用于抗凝 |
| Iomeron 对比剂 | Bracco Imaging, Italy | Iomeron 350 | 冠状动脉造影及微球悬浮液配制 |
| 下腔静脉阻断球囊导管 | Fogarty / Edwards Lifesciences, USA | Fogarty Occlusion Balloon | 暂时性前负荷降低 |
| LabChart 8 Pro 软件 | ADInstruments, New Zealand | LabChart 8 Pro | 压力-容积环数据采集与分析 |
| 左心室压力-容积导管(电导式) | Millar Inc., USA | MPVS Ultra PV Loop Catheter | 基于电导法的左心室压力–容积测量 |
| 机械通气机 | GE Healthcare, USA | Datex Ohmeda S/5 | 正压通气 |
| MPVS 模块 | ADInstruments, New Zealand | MPVS Ultra/Duo | 压力-容积导管接口 |
| PowerLab 数据采集系统 | ADInstruments, New Zealand | PowerLab 16/35 | 信号采集 |
| 丙泊酚(静脉注射) | Fresenius Kabi, Germany | Diprivan / Propofol-Lipuro | 持续静脉麻醉 |
| 肺动脉导管 7.5 Fr | Edwards Lifesciences, USA | Swan-Ganz 131HF7 | 热稀释法心输出量及肺动脉压测量 |
| 脉搏血氧仪 | - | - | 外周血氧饱和度监测 |
| 直肠温度探头 | - | - | 核心体温监测 |
| Seldinger 导丝 | Terumo, Japan | Radifocus Guide Wire M | 血管通路建立 |
| 无菌生理盐水冲洗液 | Fresenius Kabi, Germany | 0.9% NaCl | 鞘管冲洗 |
| 缝合材料 | Ethicon, USA | Vicryl 3-0 | 鞘管固定 |
| 注射泵 | Becton Dickinson (BD), USA | BD Alaris | 持续麻醉药物输注 |
| 超声系统 | - | - | 血管通路引导 |
| 导尿管 | Teleflex, USA | Rüsch Foley catheter | 膀胱引流 |
| 赛拉嗪(替来他明/唑拉西泮) | Virbac, France | Zoletil 100 | 用于麻醉前用药;根据方案与布托啡诺、氯胺酮、赛拉嗪混合使用 |
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