猪静脉移植病模型的建立与评价

摘要

在该方案中，通过左胸壁上的小切口进行新型猪静脉旁路移植术，而无需体外循环。进行了术后病理学研究，显示内膜增厚。

摘要

静脉移植疾病 （VGD） 是冠状动脉旁路移植术 （CABG） 失败的主要原因。需要CABG-VGD的大型动物模型来研究疾病机制和制定治疗策略。

为了进行手术，我们通过第三肋间隙进入心腔，仔细解剖乳腺内静脉并将其浸入生理盐水中。然后治疗右主冠状动脉缺血。切开目标血管，放置分流栓，并吻合移植静脉远端。升主动脉部分阻塞，穿孔后吻合移植静脉近端。检查移植静脉是否通畅，并结扎右冠状动脉近端。

在迷你猪中进行冠状动脉旁路移植术，以收获左内乳静脉以用作血管移植物。血清生化检查用于评估手术后动物的生理状态。超声检查显示移植血管近端、中端和远端无梗阻。在手术模型中，在CABG手术后的组织学检查中观察到移植物中的湍流血流，并且在移植物中观察到与内膜增生相关的静脉移植物狭窄。本研究为建立可重复的冠状动脉旁路移植术诱导的VGD模型提供了详细的外科手术。

引言

尽管近年来冠心病死亡率显著下降，但美国每年有一半的中年人出现缺血性心脏相关症状，三分之一的老年人死于冠心病¹。冠状动脉旁路移植术（CABG）是改善心肌缺血的有效手术方式，更重要的是，它是治疗多血管冠状动脉疾病不可替代的手术方式²。然而，随着时间的推移，血管移植物会出现炎症、内膜增生和进行性动脉粥样硬化，已知会导致静脉移植失败或静脉移植疾病 （VGD）³。在冠状动脉旁路移植术后的患者中，如果发生再狭窄，在某些情况下只能更换患病的血管²。老年患者和增加的合并症使得重做冠状动脉旁路移植术非常具有挑战性。延缓或控制与移植血管相关的病理问题是一个亟待解决的问题。需要CABG-VGD的大型动物模型来研究疾病机制和制定治疗策略。研究人员已经成功地在小鼠⁴，大鼠⁵，兔^子6和猪7等小型和大型动物中建立了动物VGD^模型。与小动物相比，猪等大型动物具有与人类相似的解剖结构和生理特征，寿命^更长8，9。因此，大型动物更适合于探索静脉移植疾病的长期病理变化和药物或器械的临床前测试。我们和我们的合作团队已经成功地应用手术技术建立了猪心力衰竭模型，并描述了该模型中的心脏病理变化¹⁰。

CABG手术在临床实践中已经标准化，但当它应用于VGD动物模型的建立时，物种之间的差异，动物设备和设施的获取，动物外科手术以及动物饲养和护理是研究人员面临的巨大挑战。与临床实践一样，用于建立VGD动物模型的CABG手术方法包括中线胸骨切开术¹¹ 和左外侧开胸术¹²。中线胸骨切开术更常用^13，14。然而，这种方法对人类和动物都有很高的风险。在Thankam等人报告的研究中，用于建模的六头猪中有两头在手术中死亡¹⁵。高模型死亡率会增加研究成本并影响结果的准确性。早些时候的一项研究表明，在猪^中，左胸壁切口可以建立CABG诱导的VGD11。在这里，本研究旨在描述一种循序渐进的方案，为小型猪中CABG诱导的VGD模型建立可重复的手术，并评估该模型的表型。实验方案由心脏外科和麻醉团队共同设计。手术前根据实验室中其他迷你猪的尸体确定左第三肋间隙的手术入路，并根据中心¹⁶使用的方法进行麻醉方法。通过血液生化检查、超声检查和组织学检查来评估动物模型。

研究方案

实验动物的护理和使用程序经广东省实验动物监测研究所机构动物护理和使用委员会批准。所有实验均按照《实验动物护理和使用指南》（2011年第8版，美国国家研究委员会）进行。手术过程如图 1所示。

1.动物术前准备

1. 将10头体重30-35公斤的3个月大的雄性迷你猪随机分为假猪组（n = 5）和VGD组（n = 5）。
2. 使用体重指数（BMI）评估猪的术前和术后健康状况。按如下方式计算 BMI:
   BMI = 体重 （kg）/（体长 [cm] × 体长 [cm]）
   注意:体长是从猪的鼻子到尾巴的根部测量的。
3. 手术前禁食动物12小时，以避免麻醉后误吸。准备麻醉器具和手术器械，包括麻醉机、气体、麻醉药物、麻醉管道、专用喉镜、手术器械、肋骨保持器、缝合线、甲状腺牵开器、手术钳等。对手术中使用的所有器械进行消毒。

2. 准备动物进行手术

1. 称量动物并计算麻醉剂量。肌内注射包含2mg / kg的1:1替他明和唑拉西泮，0.2mg / kg地西泮和0.02mg / kg阿托品¹⁷的麻醉混合物。使用芬太尼（50毫克/千克）缓解术中疼痛³⁰.
2. 确保达到适当的麻醉平面，并将留置静脉导管 （20G） 插入边缘耳静脉以建立耳通路。将猪转移到手术台上并将其置于仰卧位。用绷带固定四肢，并用无菌窗帘抬高头部。
   注意:麻醉状态通过眼球中枢固定，瞳孔缩小，瞳孔反射丧失和疼痛反射丧失来监测。 心率和血压保持在低于基线的水平。外科医生应在麻痹时监测心率、血压和其他参数，如果心率升高>基线以上 20%，则应增加麻醉剂量。
3. 使用兽医喉镜暴露会厌和声门。用7.0-7.5Fr插管进行气管插管，并将其连接到麻醉呼吸回路。
   注意:呼吸机用于持续正压通气，潮气量为 280 mL，吸气/呼气比为 1:2，呼吸频率为 20 次/分钟，呼气末正压通气 （5 cm H₂O）。
4. 静脉注射维库溴铵（0.1mg / kg）以在外科手术过程中放松肌肉，并使用2%异氟醚以16-20 bpm的呼吸频率和10mL / kg的潮气量维持麻醉。
   注意:给予维库溴铵以确保瘫痪动物有足够的麻醉深度，特别是因为诱导药物和异氟醚的剂量处于推荐的下限。
5. 在猪的眼睛上使用兽医软膏以防止麻醉时干燥。使用电热毯将猪的体温保持在38°C±5°C。
6. 使用心电图监测心率、血氧水平和体温。

3. 外科手术

1. 剃除左胸壁，交替涂抹三轮 0.7% 碘和 75% 酒精，以无菌准备手术区域，直至左下颌角、下至脐带、左至腋窝后线和右侧至腋窝前部。在手术区域周围放置无菌手术单。
2. 在左第三个肋间隙用电刀做一个7-10厘米的横向切口，并逐层分离皮下组织（图2A）。用骨剪刀取出第三肋骨的5-6厘米段，并在露出第三肋骨 - 胸骨关节后通过牵开器暴露乳内静脉（图2B）。
3. 在胸骨左侧找到乳内静脉和左侧乳内动脉。用血管钳对乳内静脉进行钝性清扫。
4. 通过用电刀电凝左乳内静脉的分支进行止血。如果止血不完全，请使用棉线结扎止血。在收获时结扎并标记静脉的两端（图2C）。
5. 通过加入 2 mL 肝素钠溶液和 98 mL 生理盐水制备肝素生理盐水。去除静脉后，将肝素生理盐水注射到静脉中进行预处理（图2D）。然后，将静脉放入生理盐水中并保留备用。
6. 如上所述做一个类似的切口，并去除假组的乳内静脉。打开心包，然后关闭假手术组的胸壁。使用假手术组的乳内静脉进行病理控制，无需冠状动脉旁路移植。
7. 用电刀在心包上做一个~7厘米的切口，露出右冠状动脉干。悬挂心包并用1-0手术缝合线缝合同侧的皮肤（图2E）。将右冠状动脉干与周围组织分开（图2E）。
8. 用钢丝钩绕过主动脉附近孤立的右冠状动脉近端下的阻断带，并通过收紧和放松阻断带（图2F）治疗心肌，三个周期为2分钟缺血和5分钟再灌注（图2F）。在缺血/再灌注预处理期间，用心电图监测器监测心脏的电活动（图2G）。
   注意:当右冠状动脉阻塞时，心电图显示心率加快和ST段抬高。
9. 收紧束带以阻断右侧冠状动脉血流。切开覆盖血管的心外膜。暴露冠状动脉壁，并用手术刀片的尖端对着血管前壁的中心纵向切割。
10. 切开管腔后，用剪刀扩大切口并放置冠状动脉分流器。用线圈将分流器的一端通过撕裂插入冠状动脉远端。将冠状动脉中的血液分流到空心冠状动脉分流器中，以确保手术区域清晰（图2H）。
11. 使用7-0聚丙烯缝合线在乳腺内静脉和右冠状动脉干之间进行端到端连续缝合（图2I）。在升主动脉的中间，用半闭塞夹住升主动脉的左前外侧壁。
12. 用手术刀片在已切开外膜的主动脉壁上做一个小切口，将冲头头端的滑动轴头端通过这个切口插入主动脉腔，将滑动轴向外收缩，上面的圆刀切下一块动脉壁。冲头切出的组织块直径约为3毫米（图2J）。
13. 拉出分流器。使用6-0聚丙烯缝合线在乳腺内静脉和主动脉壁之间进行端到端连续缝合（图2K）。打开半遮挡夹。
14. 使用超声记录吻合部位近端右冠状动脉干的旁路流量。使用心电图监测心脏的电活动（图2L）。
15. 将一根临时引流管（Fr: 16）插入胸腔，让血液和液体排出。用1-0棉线缝合心包切口，逐层闭合胸部（从内到外:胸膜层，肌肉层，皮下组织层，皮肤层），同时将青霉素（约0.5g）粉末放入每层。使用1-0棉线缝合皮肤切口后取出引流管。

4. 术后护理

1. 在动物恢复自主呼吸后移除气管插管。麻醉师应评估动物的生命体征（例如呼吸频率、心率、血氧饱和度等），并在动物醒来并恢复自发活动后取出心电图。将动物送回饲养室，并将假动物放入繁殖室的另一个围栏中。用电热毯让动物保持温暖。手术后每小时观察一次动物（至少4次）。
2. 手术后第二天喂动物。在动物饲料中加入阿司匹林（200毫克），每天2次，持续7天，以防止术后血栓形成并减轻伤口疼痛。
   注意:避免在手术当天喂食动物以防止误吸。
3. 每天肌内注射青霉素1次，连续7天，以防止术后感染（每公斤14，000单位）。

5. 超声波检查

1. 冠状动脉旁路移植术后，使用无菌超声探头套管包裹高频线性阵列探头。将探头放在静脉移植物的表面上。
2. 在二维超声模式下显示移植物的轮廓，然后切换到彩色多普勒模式以检测移植物中的血流。

6.静脉移植组织采集

1. 从耳静脉回路收集 10 mL 血液样本进行生化检测。（表1）。将血液样品以1，000 x g 离心5分钟，并使用自动生化分析仪进行生化测试。
2. 如前所述麻醉动物。确认麻醉深度后，从耳边缘静脉或前肢静脉注射10%氯化钾0.5mL/kg体重。然后，在手术后 30 天用电刀做一个 10 厘米的胸骨正中切口，以收获静脉移植物。按照步骤2.2.固定身体位置，灭菌并放置悬垂后，做一个正中胸骨切口以分裂胸骨。分离过程中，避开主血管和心脏，将移植的血管逐层分离。
3. 迅速切断连接心脏的大血管，将心脏和升主动脉放在冰片上，取出移植物血管桥、连接主动脉和右冠状动脉。用生理盐水在4°C冲洗所有样品。
4. 取整个3-4厘米大小的移植容器，分成4-5等份，转移到冷冻保存管中。快速将试管放入液氮中快速冷冻，然后移至-80°C超低温冰箱储存。
5. 为了进行分析，用冰冷的0.9%盐水冲洗移植物并将其固定在4%多聚甲醛溶液中。保持组织块大小与固定溶液的比例为1:10，并将组织固定超过12小时。
6. 将切片在50mL苏木精水溶液中染色3分钟。用 50 mL 的 0.5% 盐酸乙醇和 50 mL 的 0.2% 氨水洗涤每个 10 秒来分离切片。
7. 用流水冲洗1小时，然后在蒸馏水中浸泡3分钟。在70%和90%乙醇中脱水10分钟。放入50mL的0.5%酒精曙红染色溶液中2-3分钟。
8. 用纯乙醇使染色切片脱水10分钟，然后在纯二甲苯中浸泡10分钟以使样品透明。用中性胶水滴洒透明部分，并用盖玻片盖住。在40倍放大镜的光学显微镜下观察病理切片。

结果

BMI 和血清生化指标
假和VGD组之间的BMI没有显着差异（假与VGD，22.05公斤/厘米² ±0.46公斤/厘米² 对21.14公斤/厘米² ±0.39公斤/厘米²， p = 0.46）。血清生化结果列于 表1。4个生化指标显示组间差异有统计学意义，包括天冬氨酸氨基转移酶（AST，假与VGD，25.25 IU/L±1.88 IU/L±31.5 IU/L2.58 IU/L），血清胆红素（假胆红素与VGD，2.5μmol/L±0.47μmol/L?...

讨论

在这项研究中，我们详细描述了在开发CABG诱导的VGD模型时动物选择，器械准备，外科手术和术后评估的方案。我们在CABG手术前后对静脉移植物进行了超声检查，并在手术后30天对移植物进行了组织学检查。在冠状动脉旁路移植术之前，乳内静脉的血流是正常的，而在乳内静脉的移植物中观察到逆行血流。与假手术组相比，手术组动物的肝肾功能受到一定程度的损害。考虑到冠状动脉移植疾病的发...

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Aortic Punch	Medtronic Inc. , America	3.0mm, 3.5mm, 4.0mm	Used for proximal coronary bridge anastomosis
Automatic biochemical analyzer	IDEXX Laboratories, Inc. America	Catalyst One
Cardiac coronary artery bypass grafting instrument kit	LANDANGER, France
Cardiogram monitor	Shenzhen Mindray Bio-Medical Electronics Co, Ltd	MEC-1000
Coronary Shunt	AXIUS	OF-1500, OF-2500, OF-3000	The product temporarily blocks the coronary artery during arteriotomy to reduce the amount of bleeding in the surgical field and provide blood flow to the distal end during anastomosis.  The Axius shunt plug is not an implant and should be removed prior to completion of the anastomosis.
Defibrillator	MEDIANA	Mediana D500
Diazepam	Nanguo pharmaceutical Co. LTD, Guangdong, China	H37023039	Narcotic inducer
Disposable manual electric knife	Covidien, America	E2516H
Electric negative pressure suction machine	Shanghai Baojia Medical Instrument Co, Ltd	YX932D
Esmolol	Guangzhou Wanzheng Pharmaceutical Co. LTD	H20055990	Emergency drugs
Ice machine	Local suppliers, Guangzhou, China
Lidocaine	Chengdu First Pharmaceutical Co. LTD	H51021662	Emergency drugs
Luxtec headlight system	Luxtec, America	AX-1375-BIF	Used for lighting fine parts during operation
Medical operation magnifier (glasses)	Germany Lista co, LTD	SuperVu Galilean 3.5×	Used for fine site operation during operation
Multi-function high-frequency electrotome	Shanghai Hutong Electronics Co, Ltd	GD350-B
Nitrogen canister	Local suppliers, Guangzhou, China
Nonabsorbable surgical suture (polypropylene suture)	Johnson & Johnson, America	6-0, 7-0	Used to suture blood vessels.
Nonabsorbable suture (cotton thread)	Covidien, America	1-0	Used for skin and muscle tissue tugging
Open heart surgery instrument kit	Shanghai Medical Instrument (Group) Co., LTD
Propofol injection	Xi 'an Libang Pharmaceutical Co. LTD	H19990282	Anesthetic sedative
Refrigerator	Local suppliers, Guangzhou, China
Respiratory anesthesia machine for animal	Shenzhen Reward Life Technology Co, Ltd, China	R620-S1
Semi-occlusion clamp	Xinhua Surgical Instrument Co., Ltd.	ZL1701RB	Temporarily cut off the aortic flow
vecuronium bromide	Richter, Hungary	JX20090127	Muscle relaxant
Veterinary ultrasound system	Royal Philips, Netherlands	CX50
Zoletil	Virbac, France	Zoletil 50	Animal narcotic