心脏骤停动物模型制作方法研究进展

徐红涛,马林伟

心脏骤停(CA)是指心脏射血功能的突然终止,导致心脏骤停的病理生理机制最常见的是心室颤动。而对于心脏骤停后心肺复苏(cardiopulmonary resuscitation,CPR)每延迟1 min,生存率将下降7%～10%。心脏骤停和心肺复苏是复杂的病理生理变化过程,许多发病机制尚不清楚,由于临床研究受多方面因素的干扰,深入研究CPR的病理生理机制受到一定限制。动物模型是较为理想的载体模型,能够对各种混杂因素进行严格控制,并且实验结果具有可重复性,因此建立一个良好的动物模型,可为人类疾病发病机制的研究提供实验平台。目前用来做心脏骤停动物模型的大动物有:猪、犬等;小动物有:大鼠、小鼠、家兔、猫等,各种动物模型有各自的优缺点[1-3]。现就国内外此方面的工作作一综述。

1 猪心脏骤停动物模型的建立

周正宇等[4]用氯胺酮对猪进行麻醉,麻醉后行气管插管,连接呼吸机,监测呼吸末端二氧化碳,分离右颈静脉、左股动脉,监测中心静脉压、动脉压,待各项生理指标稳定10 min后,拔出静脉导管,沿颈静脉插入心导管,同时将心电图转换为胸导联,气囊充气,待心导管进入心室到达心室壁,心电图会出现特征性的心室波时线扎固定好心导管。心电图重新转换为二导联,心导管连接诱颤仪,5 mA交流电持续1 s～2 s,观察心电图和动脉压,出现室颤波及动脉压曲线近似为一直线时可判定室颤成功。该方法建立的室颤模型成功率高,稳定可靠。

2 犬心脏骤停动物模型的建立

金修才等[5]选择犬为实验动物,用氯胺酮戊巴比妥进行麻醉,并行气管插管,呼吸机辅助呼吸,同时行心电监护,并行股动脉、股静脉插管,监测中心静脉压、动脉压等指标,体外经胸壁以60 V～70 V直流电持续5 s电休克,直至心电图出现室颤,动脉压降为0,必要时可重复,停止机械辅助呼吸。

3 家兔心脏骤停动物模型的建立

应用家兔进行心肺脑复苏的实验研究近年有增多趋势。最常用和最简便的方法是通过窒息诱导家兔发生CA。通常在呼气末夹闭气管导管致缺氧型CA,CA时心电图表现多为无脉性电活动,少数为室颤和心脏骤停[6]。气管夹闭窒息法具有设备简单,成本低,操作容易,不开胸对肺功能影响小,更接近临床实际,模型制作成功率高,复苏后心率、血压很快恢复至心脏骤停前水平,模型稳定。

李正斌等[7]使用腔静脉钳夹法制家兔CA动物模型,常规麻醉,固定,气管插管,连接动物呼吸机,开胸暴露心脏、主动脉和腔静脉,分离股动脉,插管监测动脉血压。用动脉夹将主动脉和腔静脉夹闭3 min,同时关掉呼吸机,致使家兔室颤,3 min后去掉动脉夹,打开呼吸机,并进行心脏按压,使心脏复跳。该模型的缺点是创伤较大。谭秀娟等[8]采用电刺激的方法造成心脏骤停缺血/再灌注损伤模型。常规麻醉,固定,连接心电图机及心电监护仪监测心率与记录心电图,右股动脉插管与血压计连接,监测血压。气管切开插管连接动物人工呼吸机,开胸暴露心脏,将刺激器正极放在心尖部,负极放在主动脉根部,用频率120 Hz、波宽 2 ms～8 ms、电流20 mA 的方波刺激4 s,使心脏骤停,3 min后用心脏按压或除颤后辅以心脏按压,使心脏复跳,同时用呼吸机维持呼吸。

4 猫心脏骤停动物模型的建立

陈铭等[9]为了研究血管加压素在家猫心肺复苏中作用采用气管夹闭法制作了CA模型。Tanahashi等[10]为了观察Pentoxifylline对CA后脑血流的影响,给15只猫常规开胸,在直视下直流电电击诱发室颤,复制CA模型,30 s后给予电复律终止室颤,结果15只猫均恢复自主心律。

5 大鼠心脏骤停动物模型的建立

心肺复苏基础研究最常采用的是大鼠心脏骤停模型。相对于狗、猪等大动物模型,大鼠模型相对价格低廉,易于操作。目前大鼠心搏骤停模型主要有窒息法[11]、氯化钾停跳法和致颤法[12,13]。窒息法和氯化钾停跳法因操作相对简单常被国内研究采用,但存在一些缺点:不能保证每个动物都在同一时间内心跳停止;采用上述方法大多会诱发大鼠出现无脉性心电活动或者心室静止,和临床上心跳骤停患者初始心率多表现为室颤有一定差距;并且由于大鼠基础心率很快(大约350/min),具有自动复律的特点,上述方法往往不能防止大鼠自动转复室上性心律。通过致颤法导致室颤性心搏骤停的复苏模型更为接近临床实际,而且可以保证每个动物都能在既定时间诱发心室颤动,因此被认为是更为理想的心肺复苏模型。

陈蒙华等[14]根据非同步心室起搏可以诱发室速和室颤的原理,应用经食道心脏起搏的方法给予10只老龄大鼠非同步快速心室起搏,结果10只大鼠均成功诱发室颤,4 min后经常规冠脉灌注压(CPR),必要时加用肾上腺素,10只大鼠均复苏成功。该技术操作简单、成功率搞、重复性好、可控制行强等特点。

6 小鼠心脏骤停动物模型的建立

小鼠用于心脏骤停动物模型近几年刚刚开始。Bottiger等[15]最早使用小鼠来研究脑复苏。2002年 Lei等[16]建立小鼠心肺复苏动物模型,提供了一个与结果有良好相关性的标准化动物模型。此实验观察CPP、平均动脉压(M AP)和呼气末二氧化碳分压(PETCO2)对心脏循环功能和CPR成功率的影响,发现小鼠模型同大鼠模型一样具有良好的CPR成功率和动物模型的稳定性和可重复性。小鼠模型能支持对心脏骤停时肾上腺素受体对心脏和外周血管作用的持续性研究。

陈蒙华等[17]应用食道心脏起搏的方法对小鼠诱发室颤,取得了满意的效果。经食管心脏起搏诱发室颤4极5 F起搏电极经口插入食管约4 cm,电极近端与BL-420E生物机能实验系统的电生理刺激输出端相连。先测定心室起搏阈值;诱发室颤电压应高于起搏阈值3 V～5 V。采用连续快速起搏诱发室颤,当起搏90 s后暂停起搏并观察1 s～2 s,如心电图显示,起搏诱发出来的室颤自动转律时,应立即再起搏30 s,直至诱发出的室颤持续存在、或出现无脉性电活动或一条直线(无心电活动)为止,通常需要起搏90 s～180 s不等。

7 结 语

心脏骤停动物模型的种类很多,制作方法有难有易,应根据实验目的、实验室具备的条件(设备、技术力量)、实验经费等综合分析,选择最适宜的动物模型。自 Utstein-Style指南颁布以来,心脏骤停动物模型实验研究及文献报道已逐步规范与统一。将来继续通过Utstein-Style指南对各心脏骤停动物模型实验研究的总体引导,统一化、标准化各种动物模型的制作方法和评估参数,反复验证各种方法的可行性和可重复性,实验研究者们就可以选择到一种与各自研究的疾病有最为相似的病理生理学改变和血流动力学变化,与临床病例有良好相关性的最佳动物模型。随着实验研究的增多,经验不断积累,对此类研究将更加完善。

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

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