心臟驟停動物模型制作方法研究進展

徐紅濤,馬林偉

心臟驟停(CA)是指心臟射血功能的突然終止,導致心臟驟停的病理生理機制最常見的是心室顫動。而對于心臟驟停后心肺復蘇(cardiopulmonary resuscitation,CPR)每延遲1 min,生存率將下降7%～10%。心臟驟停和心肺復蘇是復雜的病理生理變化過程,許多發病機制尚不清楚,由于臨床研究受多方面因素的干擾,深入研究CPR的病理生理機制受到一定限制。動物模型是較為理想的載體模型,能夠對各種混雜因素進行嚴格控制,并且實驗結果具有可重復性,因此建立一個良好的動物模型,可為人類疾病發病機制的研究提供實驗平臺。目前用來做心臟驟停動物模型的大動物有:豬、犬等;小動物有:大鼠、小鼠、家兔、貓等,各種動物模型有各自的優缺點[1-3]。現就國內外此方面的工作作一綜述。

1 豬心臟驟停動物模型的建立

周正宇等[4]用氯胺酮對豬進行麻醉,麻醉后行氣管插管,連接呼吸機,監測呼吸末端二氧化碳,分離右頸靜脈、左股動脈,監測中心靜脈壓、動脈壓,待各項生理指標穩定10 min后,拔出靜脈導管,沿頸靜脈插入心導管,同時將心電圖轉換為胸導聯,氣囊充氣,待心導管進入心室到達心室壁,心電圖會出現特征性的心室波時線扎固定好心導管。心電圖重新轉換為二導聯,心導管連接誘顫儀,5 mA交流電持續1 s～2 s,觀察心電圖和動脈壓,出現室顫波及動脈壓曲線近似為一直線時可判定室顫成功。該方法建立的室顫模型成功率高,穩定可靠。

2 犬心臟驟停動物模型的建立

金修才等[5]選擇犬為實驗動物,用氯胺酮戊巴比妥進行麻醉,并行氣管插管,呼吸機輔助呼吸,同時行心電監護,并行股動脈、股靜脈插管,監測中心靜脈壓、動脈壓等指標,體外經胸壁以60 V～70 V直流電持續5 s電休克,直至心電圖出現室顫,動脈壓降為0,必要時可重復,停止機械輔助呼吸。

3 家兔心臟驟停動物模型的建立

應用家兔進行心肺腦復蘇的實驗研究近年有增多趨勢。最常用和最簡便的方法是通過窒息誘導家兔發生CA。通常在呼氣末夾閉氣管導管致缺氧型CA,CA時心電圖表現多為無脈性電活動,少數為室顫和心臟驟停[6]。氣管夾閉窒息法具有設備簡單,成本低,操作容易,不開胸對肺功能影響小,更接近臨床實際,模型制作成功率高,復蘇后心率、血壓很快恢復至心臟驟停前水平,模型穩定。

李正斌等[7]使用腔靜脈鉗夾法制家兔CA動物模型,常規麻醉,固定,氣管插管,連接動物呼吸機,開胸暴露心臟、主動脈和腔靜脈,分離股動脈,插管監測動脈血壓。用動脈夾將主動脈和腔靜脈夾閉3 min,同時關掉呼吸機,致使家兔室顫,3 min后去掉動脈夾,打開呼吸機,并進行心臟按壓,使心臟復跳。該模型的缺點是創傷較大。譚秀娟等[8]采用電刺激的方法造成心臟驟停缺血/再灌注損傷模型。常規麻醉,固定,連接心電圖機及心電監護儀監測心率與記錄心電圖,右股動脈插管與血壓計連接,監測血壓。氣管切開插管連接動物人工呼吸機,開胸暴露心臟,將刺激器正極放在心尖部,負極放在主動脈根部,用頻率120 Hz、波寬 2 ms～8 ms、電流20 mA 的方波刺激4 s,使心臟驟停,3 min后用心臟按壓或除顫后輔以心臟按壓,使心臟復跳,同時用呼吸機維持呼吸。

4 貓心臟驟停動物模型的建立

陳銘等[9]為了研究血管加壓素在家貓心肺復蘇中作用采用氣管夾閉法制作了CA模型。Tanahashi等[10]為了觀察Pentoxifylline對CA后腦血流的影響,給15只貓常規開胸,在直視下直流電電擊誘發室顫,復制CA模型,30 s后給予電復律終止室顫,結果15只貓均恢復自主心律。

5 大鼠心臟驟停動物模型的建立

心肺復蘇基礎研究最常采用的是大鼠心臟驟停模型。相對于狗、豬等大動物模型,大鼠模型相對價格低廉,易于操作。目前大鼠心搏驟停模型主要有窒息法[11]、氯化鉀停跳法和致顫法[12,13]。窒息法和氯化鉀停跳法因操作相對簡單常被國內研究采用,但存在一些缺點:不能保證每個動物都在同一時間內心跳停止;采用上述方法大多會誘發大鼠出現無脈性心電活動或者心室靜止,和臨床上心跳驟停患者初始心率多表現為室顫有一定差距;并且由于大鼠基礎心率很快(大約350/min),具有自動復律的特點,上述方法往往不能防止大鼠自動轉復室上性心律。通過致顫法導致室顫性心搏驟停的復蘇模型更為接近臨床實際,而且可以保證每個動物都能在既定時間誘發心室顫動,因此被認為是更為理想的心肺復蘇模型。

陳蒙華等[14]根據非同步心室起搏可以誘發室速和室顫的原理,應用經食道心臟起搏的方法給予10只老齡大鼠非同步快速心室起搏,結果10只大鼠均成功誘發室顫,4 min后經常規冠脈灌注壓(CPR),必要時加用腎上腺素,10只大鼠均復蘇成功。該技術操作簡單、成功率搞、重復性好、可控制行強等特點。

6 小鼠心臟驟停動物模型的建立

小鼠用于心臟驟停動物模型近幾年剛剛開始。Bottiger等[15]最早使用小鼠來研究腦復蘇。2002年 Lei等[16]建立小鼠心肺復蘇動物模型,提供了一個與結果有良好相關性的標準化動物模型。此實驗觀察CPP、平均動脈壓(M AP)和呼氣末二氧化碳分壓(PETCO2)對心臟循環功能和CPR成功率的影響,發現小鼠模型同大鼠模型一樣具有良好的CPR成功率和動物模型的穩定性和可重復性。小鼠模型能支持對心臟驟停時腎上腺素受體對心臟和外周血管作用的持續性研究。

陳蒙華等[17]應用食道心臟起搏的方法對小鼠誘發室顫,取得了滿意的效果。經食管心臟起搏誘發室顫4極5 F起搏電極經口插入食管約4 cm,電極近端與BL-420E生物機能實驗系統的電生理刺激輸出端相連。先測定心室起搏閾值;誘發室顫電壓應高于起搏閾值3 V～5 V。采用連續快速起搏誘發室顫,當起搏90 s后暫停起搏并觀察1 s～2 s,如心電圖顯示,起搏誘發出來的室顫自動轉律時,應立即再起搏30 s,直至誘發出的室顫持續存在、或出現無脈性電活動或一條直線(無心電活動)為止,通常需要起搏90 s～180 s不等。

7 結 語

心臟驟停動物模型的種類很多,制作方法有難有易,應根據實驗目的、實驗室具備的條件(設備、技術力量)、實驗經費等綜合分析,選擇最適宜的動物模型。自 Utstein-Style指南頒布以來,心臟驟停動物模型實驗研究及文獻報道已逐步規范與統一。將來繼續通過Utstein-Style指南對各心臟驟停動物模型實驗研究的總體引導,統一化、標準化各種動物模型的制作方法和評估參數,反復驗證各種方法的可行性和可重復性,實驗研究者們就可以選擇到一種與各自研究的疾病有最為相似的病理生理學改變和血流動力學變化,與臨床病例有良好相關性的最佳動物模型。隨著實驗研究的增多,經驗不斷積累,對此類研究將更加完善。

[1]Guidelines 2000 for cariopulmonary resuscitation and emergency cardiovascular care.Part 6:Advanced cardiovascular life support[J].Circulation,2003,102(8 Suppl):186-166.

[2]Lei S,Weil M H,Tang WC,et al.Cardiopulmonary resuscitation in the mouse[J].J A ppl Phy siol,2002,93(4):1222-1226.

[3]Paiva EF,Perondi M B,Kern KB,et al.Effect of amiodarone on haemody namics during cardiopulmonary resuscitation in a canine model of resistant ventricular fibrillation[J].Resuscitation,2003,58(2):203-208.

[4]周正宇,王禹斌,周慧英,等.豬心室顫動模型的建立[J].實驗動物與比較醫學,2007,27(4):251-252.

[5]金修才,楊興易,趙良,等.心臟停跳復蘇犬大腦組織內皮素-1含量和Na+-K+ATP酶活性的變化[J].中國急救醫學,2000,20(8):451-452.

[6]Chen MH,Liu TW,Xie L,et al.A comparison of transoesophageal cardiac pacing and epinephrine for cardiopulmonary resuscitation[J].Am J Emerg Med,2006,Inpress.

[7]李正斌,王學廷,孫宗立,等.兩種方法致兔心臟驟停后復蘇對實驗結果的影響[J].中國急救醫學,2002,22(3):131-132.

[8]譚秀娟,徐宏偉,蔡宏偉,等.一種新的心臟停跳復蘇動物模型[J].中國急救醫學,1992,12(3):7.

[9]陳銘,徐濟良,花海明,等.血管加壓素在家貓心肺復蘇中作用的研究[J].徐州醫學院學報,2007,27(9):584-588.

[10]Tanahashi N,Fukuuchi Y,Tomita M,et al.Pentoxifylline ameliorates postischemic delayed hypoperfusion of the cerebral co rtex following cardiac arrest in cats[J].J Neurol Sci,1995,132(2):105-109.

[11]Hickey RW,Kochanek PM,Ferimer H,et al.Induced hyperthermia exacerbates neurologic neuronal histologic damage after asphyxial cardiac arrest in rats[J].Crit Care Med,2003,31(2):531-535.

[12]Fang X,T ang W,Sun S,et al.Delta-Opioid-induced pharmacologic myocardial hibernation during cardiopulmonary resuscitation[J].Crit Care Med,2006,34(12 Suppl):S486-S489.

[13]Fang X,Tang W,Sun S,et al.Mechanism by which activation of delta-opioid receptor reduces the severity of postresuscitation myocardial dy sfunction[J].Crit Care Med,2006,34(10):607-612.

[14]陳蒙華,劉唐威,謝露,等.老齡大鼠心室顫動模型的建立[J].中華老年心腦血管病雜志,2006,8(3):208.

[15]Bottiger BW,Krumnikl JJ,Gass P,et al.The cerebral no-reflow phenomenon after cardiac arrest in rats-influence of low-flow reperfusion[J].Resuscitation,1997,34(1):79-87.

[16]Lei S,Weil M H,Tang WCh,et al.Cardiopulmonary resuscitation in the mouse[J].Appl Phy siol,2002,93(4):1222-1226.

[17]陳蒙華,謝露,宋鳳卿,等.小鼠心臟驟停動物模型的建立[J].中國急救醫學,2005,25(12):897-898.