超聲引導(dǎo)下起搏器植入構(gòu)建犬慢性心力衰竭模型的方法

王清 馬學(xué)齡 梁小燕 美迪娜·葉爾肯 蘆顏美

【摘要】目的 探討超聲引導(dǎo)下起搏器植入構(gòu)建犬慢性心力衰竭（CHF）模型的方法。方法 隨機(jī)選擇健康犬5只，在超聲引導(dǎo)下，將人用起搏電極經(jīng)頸外靜脈植入右心室心尖部，連接人用起搏器后，將其放置在右側(cè)頸部囊袋中，采用心室非同步起搏模式，180次/min（3 d），220次/min（3 d），250次/min（3周），輸出電壓4.0 V，脈寬0.5 ms。通過(guò)觀察起搏前后犬的臨床表現(xiàn)、超聲心動(dòng)圖、血漿腦鈉肽水平以及心臟形態(tài)學(xué)變化來(lái)評(píng)價(jià)犬CHF模型構(gòu)建的成效。結(jié)果 5只犬經(jīng)右心室起搏4周后均出現(xiàn)食欲減退、呼吸困難、活動(dòng)量減少等臨床表現(xiàn)，超聲心動(dòng)圖證實(shí)左室射血分?jǐn)?shù)降低，酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)檢測(cè)血漿腦鈉肽水平升高，病理染色結(jié)果顯示膠原纖維增多，透射電子顯微鏡結(jié)果顯示心肌肌原纖維斷裂、肌節(jié)損傷、Z線消失、線粒體溶解和破碎。結(jié)論 采用超聲引導(dǎo)經(jīng)頸外靜脈植入人用起搏器建立的犬CHF模型操作方便，成功率高，是一種安全高效的CHF模型構(gòu)建方法。

【關(guān)鍵詞】超聲引導(dǎo)；起搏器；犬；慢性心力衰竭

【DOI】10.16806/j.cnki.issn.1004-3934.2024.05.018

Ultrasound-Guided Pacemaker Implantation to Construct A Canine Model of Chronic Heart Failure

【Abstract】Objective To explore the method of constructing canine chronic heart failure（CHF） model by ultrasound-guided pacemaker implantation.Methods Five healthy canines were randomly selected.Under the guidance of ultrasound，the human pacemaker electrode was implanted into the right ventricular apex through the external jugular vein.After connecting the human pacemaker，it was placed in the right neck pocket.The ventricular asynchronous pacing mode was used with a pacing frequency of 180 beats per minute for 3 days，followed by 220 beats per minute for 3 days and finally 250 beats per minute for 3 weeks，the output voltage was 4.0 V and the pulse width was 0.5 ms.The effectiveness of constructing a canine CHF model was assessed by the clinical manifestations，echocardiography results，plasma brain natriuretic peptide（BNP） levels，and cardiac morphological changes before and after pacing.Results After 4 weeks of right ventricular pacing，5 canines showed clinical manifestations such as loss of appetite，dyspnea and decreased activity.Echocardiography confirmed a decrease in left ventricular ejection fraction.The plasma BNP level was increased by ELISA.The results of pathological staining showed that collagen fibers were increased.Transmission electron microscopy results showed that myocardial myofibrils were broken，sarcomeres were damaged，Z-lines were disappeared，and mitochondria were dissolved and cracked.Conclusion The canine model of CHF established by ultrasound-guided external jugular vein implantation of a human pacemaker is easy to operate and has a high success rate.It is a safe and efficient method for constructing a CHF model.

【Keywords】Ultrasound-guided;Pacemaker;Canine;Chronic heart failure

慢性心力衰竭（chronic heart failure，CHF）是心血管疾病進(jìn)展的最終階段，具有較高的發(fā)病率和死亡率，在醫(yī)療、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)方面是一個(gè)重大問(wèn)題［1-3］。多年來(lái)，人們已建立了各種動(dòng)物心力衰竭模型以研究CHF［4-5］。其中，大動(dòng)物（如犬）模型更接近人類的CHF病理生理過(guò)程并具有優(yōu)勢(shì)［6-7］。然而，目前構(gòu)建一個(gè)成功的犬CHF模型仍然不易，需良好的實(shí)驗(yàn)條件和操作技術(shù)。在本研究中，筆者對(duì)目前犬CHF模型的構(gòu)建進(jìn)行了改進(jìn)，旨在簡(jiǎn)化起搏器植入方案，提高模型成功率，為今后研究CHF機(jī)制提供更好的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 材料

人用起搏器（創(chuàng)領(lǐng)心律醫(yī)療公司，中國(guó)），人用螺旋電極（創(chuàng)領(lǐng)心律醫(yī)療公司，中國(guó)），電生理儀LEAD-7000（四川錦江電子科技公司，中國(guó)），經(jīng)胸多普勒超聲成像系統(tǒng)（Philips公司，美國(guó)），透射電子顯微鏡（JEOL Ltd.公司，日本）。

1.2 動(dòng)物與手術(shù)

1.2.1 動(dòng)物與術(shù)前準(zhǔn)備

本實(shí)驗(yàn)采用5只1～2歲的健康比格犬，雌雄不限，體重（18±2）kg，由新疆醫(yī)科大學(xué)動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心提供，該研究經(jīng)新疆醫(yī)科大學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)實(shí)施（IACUC-201902-K03）。實(shí)驗(yàn)前禁食12 h，備皮，稱重。用0.5 mL舒泰聯(lián)合0.5 mL陸眠寧以1：1的比例對(duì)犬進(jìn)行麻醉，氣管插管，呼吸機(jī)輔助呼吸，隨后予以戊巴比妥（3 g/100 mL）靜脈持續(xù)泵入維持麻醉。起搏器植入術(shù)后起搏前、起搏后通過(guò)超聲心動(dòng)圖檢查了解心臟結(jié)構(gòu)和功能，分別測(cè)定舒張期和收縮期左心室后壁厚度、舒張期和收縮期室間隔厚度、左心室舒張末期內(nèi)徑、左心室收縮末期內(nèi)徑等指標(biāo)，并計(jì)算左心室短軸縮短率和左室射血分?jǐn)?shù)。同時(shí)，將人用起搏器和人用螺旋電極經(jīng)高壓滅菌處理備用。

1.2.2 手術(shù)步驟

手術(shù)全程遵從無(wú)菌操作原則，建立靜脈通道，術(shù)中給予青霉素320萬(wàn)IU+100 mL 0.9%NaCl靜脈滴注。充分暴露頸外靜脈，經(jīng)頸外靜脈穿刺后依次送入導(dǎo)引鋼絲、血管鞘，在超聲引導(dǎo)下送入人用螺旋電極，超聲視野下見(jiàn)螺旋電極跨越三尖瓣到達(dá)右心室心尖部后，在犬頸部與鎖骨之間的皮下作長(zhǎng)5～6 cm切口做為囊袋，將電極尾端與人用起搏器相連埋入囊袋。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（輸出電壓4.0 V，脈寬0.5 ms），心電圖提示起搏功能良好后固定電極，逐層縫合皮膚。考慮到犬術(shù)后感染和急性左心衰竭的可能，在犬麻醉蘇醒前，采用程控儀關(guān)閉起搏器。

1.2.3 術(shù)后處理

術(shù)后每日給予青霉素320萬(wàn)IU+10 mL 0.9%NaCl靜脈推注以預(yù)防感染。同時(shí)每天觀察犬有無(wú)囊袋感染、出血和滲液。至第14天，觀察犬的一般情況，并在犬清醒狀態(tài)下給予超聲心動(dòng)圖檢查，復(fù)查電極及起搏器位置。明確起搏器無(wú)移位、無(wú)損毀或電極斷裂等情況后程控起搏器，將起搏器頻率調(diào)整為180次/min（3 d），220次/min（3 d），250次/min（3周），輸出電壓4.0 V，脈寬0.5 ms。起搏4周后完善超聲心動(dòng)圖檢查，檢測(cè)血漿腦鈉肽（brain natriuretic peptide，BNP）水平。

最后將犬處死，取出心臟，留心肌組織標(biāo)本進(jìn)行病理和透射電子顯微鏡檢測(cè)。另一組正常犬心肌組織標(biāo)本作為對(duì)照。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

使用SPSS 26.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，使用Image J軟件對(duì)病理進(jìn)行定量分析，使用GraphPad Prism 9.5.1軟件制作統(tǒng)計(jì)圖。計(jì)量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，犬CHF模型自身前后對(duì)照比較采用配對(duì)t檢驗(yàn)；對(duì)照組、CHF組兩組間定量資料比較，采用兩獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 起搏前及起搏4周后犬的一般情況

5只犬術(shù)后一般情況良好，飲食、活動(dòng)均無(wú)明顯變化，有2只犬在術(shù)后出現(xiàn)囊袋感染，經(jīng)囊袋抽液和抗生素治療后，囊袋感染控制并機(jī)化，且所有犬術(shù)區(qū)愈合良好。5只犬經(jīng)4周起搏后，均出現(xiàn)食欲減退、呼吸困難、活動(dòng)量減少等臨床表現(xiàn)，2只犬可見(jiàn)心包積液，4只犬可見(jiàn)腹腔積液。

2.2 起搏前后超聲心動(dòng)圖檢查

在起搏器植入術(shù)后起搏前和起搏4周后對(duì)犬進(jìn)行超聲心動(dòng)圖檢查。與起搏前相比，起搏4周后犬的射血分?jǐn)?shù)由60.55%±2.38%降至32.15%±5.45%（P<0.01）、左心室短軸縮短率由36.05%±1.88%降至17.21%±3.22%（P<0.01）。另外，起搏4周后犬的收縮期左心室后壁厚度顯著降低（P<0.01）、舒張期左心室后壁厚度、舒張期和收縮期室間隔厚度明顯降低（P<0.05），而左心室舒張末期內(nèi)徑明顯增加（P<0.05）、左心室收縮末期內(nèi)徑顯著增加（P<0.01）。見(jiàn)圖1和表1。

2.3 起搏前后血漿BNP變化

采用酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)檢測(cè)起搏前后犬血漿BNP水平的變化。與起搏前相比，起搏后犬的血漿BNP水平顯著高于起搏前，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.01）。見(jiàn)圖2。

2.4 病理變化

分別給對(duì)照組（Control組）和CHF組的心肌組織進(jìn)行天狼星紅染色和Masson染色，比較二者變化。與Control組相比，CHF組可見(jiàn)明顯的膠原纖維沉積，見(jiàn)圖3A。天狼星紅染色和Masson染色的心肌組織定量分析顯示，與Control組相比，CHF組的膠原容積分?jǐn)?shù)顯著增加，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.01），見(jiàn)圖3B。

2.5 透射電子顯微鏡變化

分別給Control組和CHF組的心肌組織進(jìn)行透射電子顯微鏡檢查，Control組顯示肌節(jié)排列整齊、Z線分布形態(tài)和線粒體形態(tài)正常。而CHF組觀察到心肌肌原纖維斷裂、肌節(jié)損傷、Z線消失、線粒體溶解和破碎，見(jiàn)圖4。

3 討論

CHF是多種心臟疾病的最終階段。研究CHF的前提是制作與人類CHF病理生理機(jī)制相似的動(dòng)物模型。現(xiàn)有的心力衰竭模型有容量超負(fù)荷心力衰竭模型、壓力超負(fù)荷心力衰竭模型、充血性心力衰竭模型和心肌缺血性心力衰竭模型等［8-11］。起搏犬CHF模型則模擬了充血性心力衰竭模型，使用大動(dòng)物（如犬）進(jìn)行造模，是研究充血性心力衰竭發(fā)病機(jī)制的重要模型之一［12］。然而，開(kāi)胸手術(shù)、起搏導(dǎo)致的心源性猝死和急性左心衰竭、術(shù)后感染以及起搏器植入后引起的囊袋感染是導(dǎo)致該模型成功率較低的主要原因［13-14］。為提高模型的可操作性、重復(fù)性和實(shí)驗(yàn)性，以及提高模型的成功率，本實(shí)驗(yàn)在前人研究［15-16］的犬CHF模型基礎(chǔ)上進(jìn)行了一些改進(jìn)。

在實(shí)驗(yàn)條件上：（1）采用超聲引導(dǎo)下完成整個(gè)手術(shù)，并且植入過(guò)程與臨床類似，該模型未選擇X射線引導(dǎo)，避免了X射線對(duì)實(shí)驗(yàn)人員帶來(lái)的影響。（2）為預(yù)防感染，本研究在構(gòu)建起搏犬CHF模型的術(shù)中術(shù)后給予青霉素預(yù)防感染［17］，這在一定程度上降低了術(shù)后感染的風(fēng)險(xiǎn)，且減少了術(shù)后囊袋感染的發(fā)生。本研究中有2只犬出現(xiàn)囊袋感染現(xiàn)象，經(jīng)囊袋抽液和抗生素治療后，囊袋感染控制并機(jī)化。（3）在本次研究中，筆者使用了人用起搏器和人用螺旋電極。這與以往的實(shí)驗(yàn)有所不同，以往的實(shí)驗(yàn)通常選擇動(dòng)物用起搏器以及改裝后的人用螺旋電極來(lái)進(jìn)行造模［18］。使用人用起搏器和人用螺旋電極，極大地簡(jiǎn)化了實(shí)驗(yàn)方案，為今后提供了更為便捷的造模方法。（4）術(shù)后過(guò)分躁動(dòng)可能會(huì)導(dǎo)致犬自行咬斷導(dǎo)線而致電極脫位。為避免這一問(wèn)題，在本研究中，筆者采用植入術(shù)后關(guān)閉起搏器2周的方法來(lái)減少術(shù)后犬出現(xiàn)過(guò)分躁動(dòng)的現(xiàn)象。結(jié)果顯示5只犬均未出現(xiàn)電極脫位。此外，術(shù)后囊袋感染和高頻率起搏很容易導(dǎo)致感染性心內(nèi)膜炎、膿毒血癥和急性左心衰竭，這些因素共同作用可能增加犬的死亡風(fēng)險(xiǎn)。本研究中，術(shù)后關(guān)閉起搏器，給予2周的恢復(fù)期，在此期間給予抗生素預(yù)防感染和加強(qiáng)護(hù)理，降低了犬的死亡風(fēng)險(xiǎn)，從而提高了起搏器植入術(shù)的成功率。綜上，術(shù)后2周非起搏階段可能對(duì)促進(jìn)犬術(shù)后恢復(fù)、減少植入后死亡具有一定的優(yōu)勢(shì)。

總之，本研究采用超聲引導(dǎo)下起搏器植入方法，成功構(gòu)建了犬CHF模型。該方法操作簡(jiǎn)便，模型制作高效且安全，動(dòng)物死亡率較低。這為今后構(gòu)建大動(dòng)物CHF模型提供了重要的參考價(jià)值，同時(shí)為深入研究人類CHF的發(fā)病機(jī)制奠定了實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

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