大鼠失血性休克及微循环观察实验的优化探索

闫学德,曹冬梅,王 燕,杨 瑞,张 海,章卫平

(海军军医大学基础医学院病理生理学教研室, 上海 200433;△通讯作者)

病理生理学是一门连接基础医学与临床医学的重要桥梁学科,强调从实践中寻找疾病发生发展的规律[1]。病理生理学机能实验教学是病理生理学授课的重要环节,可以帮助学员加强对抽象概念的理解,提高对医学的兴趣,培养手术操作技能,同时培养学员发现问题、解决问题的科研思维创新能力[2,3]。

休克是临床上危重症疾病常见的病理生理学过程,也是战争中最常见的可预见性死亡原因[4]。及时发现休克并给予对应治疗,可以有效挽救病人和伤员的生命。因此,大鼠失血性休克及微循环观察实验一直是病理生理学机能实验的重要教学内容。它通过观察失血性休克过程中血压与微循环的变化,帮助学员理解休克的基本发病环节,进而更好地理解不同休克阶段对应的微循环变化,体会休克防治的重要意义。但由于该实验内容丰富,操作复杂,结果受动物状态和环境温度等影响较大,因而在实际教学过程中,学员独立完成实验的成功率仅为60%-70%,甚至全班所有学员的实验均以失败告终的情况也偶有发生[5],不利于教员引导和启发学员将观察到的实验结果与理论知识之间进行联系和分析。鉴于此,我们分析了该实验带教过程中存在的主要问题,从课前准备、实施方式和硬件设施几个方面进行了一系列改革,并在一部分学员中进行了探索性实施,取得了良好的授课效果。学员在实验课上的模型复制成功率明显提高,观察到的微循环改变更加典型。

1 加强课前准备,优化实验方案

实验课前准备是实验课顺利展开,实现预期教学效果的重要保证[6]。教研室强调 “人”和“物”两方面的课前准备。“人”是指授课教员。一般来说,青年教员走上讲台从带好实验课开始,我室的实验带教亦以助教为主。为了保证教学质量,每一位青年教员在实验课开课前都需对该教学班次的相应理论课进行跟班听课,以确保将实验结果与理论课上的内容更好地联系结合。大鼠失血性休克及微循环观察实验对应的理论课章节为休克和弥散性血管内凝血。同时,我室严格落实试讲制度,要求相应理论课教员必须参加并给出指导意见,对实验带教教员的理论知识和教学能力进行把关。首次上课的助教实行三级试讲制度,即面对教研室专家的试讲、面对院级督导专家的试讲和面对校级督导专家的试讲,三级试讲均通过后方能带教实验课。“物”是指针对仪器、试剂和动物的课前准备,具体来讲就是预实验。由于每年实验课的开课时间不同使外部环境存在差异,试剂和实验动物也存在批次差异,因此,授课教员每次实验课授课前都要求进行预实验,针对该班次优化实验方案。例如,大鼠全身肝素化操作的条件控制对结果影响较大。肝素用量不足,会造成大鼠血液易凝,影响血压测量和微循环观察;而肝素用量过大,会造成肠系膜渗血,模糊视野,严重时可致大出血,使实验失败。在以往的实验过程中,由于学员操作等原因经常会出现放血前大鼠就出现微循环灌流不足的情况,学员往往会追加推注肝素来改善微循环灌流。就应不应该给予肝素,给多少肝素的问题,通过预实验,我们认为大鼠开腹前经静脉插管推注肝素进行全身肝素化是必要的,而开腹后不宜继续追加肝素,否则极易出现肝素过量、肠系膜血管大量渗血的情况。且我们认为追加的肝素溶液主要作用是扩容从而改善了微循环,完全可以用生理盐水来替代。而给多少肝素则根据该批次大鼠的体重和状态,通过预实验来优化最佳给药剂量。同时,学员在观察肠系膜微循环的过程中要注意局部保温和减少机械刺激,从而避免血管痉挛引起的微循环障碍。

2 制作实验微视频,提高预习效果

本校病理生理学实验开课时间为大三上学期。大多数学员尚未接触动物外科学的学习,缺乏手术操作的基本知识和技能。而大鼠的血管插管等操作较之大动物手术更为精细复杂,是该实验成功率不高的重要原因。此外,部分学员未养成课前预习的习惯,对实验教材的阅读积极性低;部分学员课上不仔细听教员讲解,开始实验后边看实验手册边操作,使得手术操作速度缓慢且容易出错。我们曾针对此制作了休克实验操作视频,但由于整个视频时长较长,文件较大,很多学员并未在课前将视频看完。为了适应当代大学生碎片化学习方式[7],从现今社会大学生思维特点出发,提高学员预习效果,我们将该实验的操作过程分解为大鼠肌肉麻醉、动静脉的探查与游离、动静脉插管、大鼠全身肝素化、管道的连接与充盈、观察槽的准备与加热、肠系膜微循环寻找、测量初始血压与第一次放血、血液回输与第二次放血9个步骤。每个步骤录制单独的教学微视频,每个视频时长不超过5 min。这种方式更加贴合以学习者为中心原则[8],一方面方便学员利用手机以及断续方式进行课前预习,另一方面,有助于学员在课上对不熟悉的操作步骤进行快速回顾,极大地优化了学员的学习体验。

3 增加基本操作实践,提高实验成功率

大鼠失血性休克及微循环观察实验对学员动手能力要求较高[9]。实验过程不仅要保证动物的存活,还要在手术操作后有满足实验观察的良好生理状态。这对于刚接触医学又不具备手术操作技能的学生具有一定的难度。部分小组在大鼠第一次放血后,血压就出现了进行性下降,不能很好地观察到失血性休克代偿期的典型微循环变化以及休克早期补液的效果。这种情况主要是由于在大鼠动静脉插管过程中,学员操作不熟练,术中渗血较多以及耗时过长,导致在第一次放血前动物就已经发生了微循环障碍。还有部分小组由于操作不当,在插管成功后的实验过程中发生颈动脉插管脱落或刺穿颈动脉,也是造成大鼠实验中途死亡的重要原因。考虑到颈动、静脉插管操作不仅在休克实验中涉及,其他病理生理学机能实验也需要进行该操作,为了避免由于基本手术操作失误导致的模型复制失败,我们在实验课开课前单独增加了一次大鼠动静脉插管和气管插管的操作训练,以增加学员基本手术操作的熟练度,在正式实验课时缩短血管插管等手术操作时间,增加动物存活率和实验成功率。

4 升级实验设备,保证结果稳定性

本实验涉及有创法测量大鼠血压。以往的方法是通过三通管将颈动脉插管与汞柱式血压计相连接,直接从血压计读取大鼠平均动脉压的变化情况。在实际操作过程中,由于学员需要经常转动三通管来实现测压、放血等目的,一旦操作不当,很容易引起管道中液体倒灌入血压计,降低血压计的灵敏性和准确性;另一方面,操作时用力过猛容易拖拽颈动脉插管,造成插管脱落,或将颈动脉刺穿,造成大鼠失血。为了解决仪器材料等原因导致的实验失败,我们引入了信息化集成化信号采集与处理系统(简称BL-425I系统),替换了老式的BI-2000A微循环观测实验系统。BL-425I系统集成了420N 信号采集系统、微循环观测分析系统、可升降实验台、无影灯等设备,极大优化了大鼠失血性休克机能实验课的实验过程。其中420N信号采集系统可以通过探头将三通管中的血压信号转换为电信号,避免了汞柱式血压计的弊端,同时不仅可以及时读取平均动脉压,也可以实时反应大鼠动脉收缩压、舒张压以及心率的变化情况,有助于学员更准确地理解和掌握大鼠的生理状态变化。为了减少三通管调节过程中对颈动脉插管的扰动,我们一方面对三通管进行固定,增加了可移动、可调节的支架;另一方面,对颈动脉插管进行优化,在采用更加柔软的塑料材质的同时,适当增加插管长度,从5 cm延长到20 cm,既不影响血压测量,也有效避免了三通管突然的拖拽对颈动脉插管的影响。同时,新的BL-425I系统可以将实验过程完整记录在电脑中,方便学员提取实验数据进行数据分析和撰写实验报告,也方便教员掌握和分析学员实验状况,及时做出相应改进,提高教学质量。

5 优化后的效果评价

我们以2022学年秋季学期参加实验课的学员(优化改革实施后)作为研究组,2021学年秋季学期参加实验课的学员(优化改革实施前)作为对照组,对实验课授课效果进行了回顾性分析。研究组和对照组学员来自同一专业,且学期末病理生理学理论课闭卷考平均分相近。经统计,课前经过充分预习和操作训练的研究组学员在正式实验过程中,大鼠的存活率从77%提高到89%,放血前的初始血压更接近大鼠正常血压,血液回输后的血压回升也较对照组更为显著。以在显微镜下成功观察到大鼠失血性休克微循环缺血、淤血和衰竭三期的典型变化为实验成功的判断标准,研究组的模型复制成功率有大幅度提升(表1)。同时大鼠休克实验完成的时间也大幅度缩短,基本可以在4个学时内完成所有实验内容,留给授课教员更多解疑答惑的时间。

表1 大鼠存活率、放血前后血压和实验成功率

总之,大鼠失血性休克及微循环观察是病理生理学综合性实验中一个较复杂却经典的实验,对培养学员动手能力,加深对理论知识的理解都有着重要作用。上述优化探索不仅有效提升了实验成功率,帮助学员获得更多有效实验数据,也减少了学员和教员花费在插管等基本操作上的时间,将实验的重点放在微循环观察上。实验操作过程的加快使得教员可将更多的时间用于引导、启发学员思考实验现象与理论知识之间的联系,提高授课效果。在今后的教学实践中,我们仍需不断总结和改进实验教学方法,适应新时代大学生的特点和需求,激发学生的求知欲,培养其科研思维,为其今后从事临床和科研工作打好基础。