超聲引導下起搏器植入構建犬慢性心力衰竭模型的方法

王清 馬學齡 梁小燕 美迪娜·葉爾肯 蘆顏美

【摘要】目的 探討超聲引導下起搏器植入構建犬慢性心力衰竭（CHF）模型的方法。方法 隨機選擇健康犬5只，在超聲引導下，將人用起搏電極經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。通過觀察起搏前后犬的臨床表現(xiàn)、超聲心動圖、血漿腦鈉肽水平以及心臟形態(tài)學變化來評價犬CHF模型構建的成效。結果 5只犬經右心室起搏4周后均出現(xiàn)食欲減退、呼吸困難、活動量減少等臨床表現(xiàn)，超聲心動圖證實左室射血分數(shù)降低，酶聯(lián)免疫吸附試驗檢測血漿腦鈉肽水平升高，病理染色結果顯示膠原纖維增多，透射電子顯微鏡結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。結論 采用超聲引導經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模型構建方法。

【關鍵詞】超聲引導；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、社會和經濟方面是一個重大問題［1-3］。多年來，人們已建立了各種動物心力衰竭模型以研究CHF［4-5］。其中，大動物（如犬）模型更接近人類的CHF病理生理過程并具有優(yōu)勢［6-7］。然而，目前構建一個成功的犬CHF模型仍然不易，需良好的實驗條件和操作技術。在本研究中，筆者對目前犬CHF模型的構建進行了改進，旨在簡化起搏器植入方案，提高模型成功率，為今后研究CHF機制提供更好的實驗基礎。

1 材料和方法

1.1 材料

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

1.2 動物與手術

1.2.1 動物與術前準備

本實驗采用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)科大學動物實驗中心提供，該研究經新疆醫(yī)科大學倫理委員會批準實施（IACUC-201902-K03）。實驗前禁食12 h，備皮，稱重。用0.5 mL舒泰聯(lián)合0.5 mL陸眠寧以1：1的比例對犬進行麻醉，氣管插管，呼吸機輔助呼吸，隨后予以戊巴比妥（3 g/100 mL）靜脈持續(xù)泵入維持麻醉。起搏器植入術后起搏前、起搏后通過超聲心動圖檢查了解心臟結構和功能，分別測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、左心室舒張末期內徑、左心室收縮末期內徑等指標，并計算左心室短軸縮短率和左室射血分數(shù)。同時，將人用起搏器和人用螺旋電極經高壓滅菌處理備用。

1.2.2 手術步驟

手術全程遵從無菌操作原則，建立靜脈通道，術中給予青霉素320萬IU+100 mL 0.9%NaCl靜脈滴注。充分暴露頸外靜脈，經頸外靜脈穿刺后依次送入導引鋼絲、血管鞘，在超聲引導下送入人用螺旋電極，超聲視野下見螺旋電極跨越三尖瓣到達右心室心尖部后，在犬頸部與鎖骨之間的皮下作長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?？紤]到犬術后感染和急性左心衰竭的可能，在犬麻醉蘇醒前，采用程控儀關閉起搏器。

1.2.3 術后處理

術后每日給予青霉素320萬IU+10 mL 0.9%NaCl靜脈推注以預防感染。同時每天觀察犬有無囊袋感染、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)下給予超聲心動圖檢查，復查電極及起搏器位置。明確起搏器無移位、無損毀或電極斷裂等情況后程控起搏器，將起搏器頻率調整為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周后完善超聲心動圖檢查，檢測血漿腦鈉肽（brain natriuretic peptide，BNP）水平。

最后將犬處死，取出心臟，留心肌組織標本進行病理和透射電子顯微鏡檢測。另一組正常犬心肌組織標本作為對照。

1.3 統(tǒng)計學分析

使用SPSS 26.0軟件進行統(tǒng)計學分析，使用Image J軟件對病理進行定量分析，使用GraphPad Prism 9.5.1軟件制作統(tǒng)計圖。計量資料用均數(shù)±標準差（±s）表示，犬CHF模型自身前后對照比較采用配對t檢驗；對照組、CHF組兩組間定量資料比較，采用兩獨立樣本t檢驗，P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 起搏前及起搏4周后犬的一般情況

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

2.2 起搏前后超聲心動圖檢查

在起搏器植入術后起搏前和起搏4周后對犬進行超聲心動圖檢查。與起搏前相比，起搏4周后犬的射血分數(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徑明顯增加（P<0.05）、左心室收縮末期內徑顯著增加（P<0.01）。見圖1和表1。

2.3 起搏前后血漿BNP變化

采用酶聯(lián)免疫吸附試驗檢測起搏前后犬血漿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)計學意義（P<0.01）。見圖2。

2.4 病理變化

分別給對照組（Control組）和CHF組的心肌組織進行天狼星紅染色和Masson染色，比較二者變化。與Control組相比，CHF組可見明顯的膠原纖維沉積，見圖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組的膠原容積分數(shù)顯著增加，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.01），見圖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病理生理機制相似的動物模型。現(xiàn)有的心力衰竭模型有容量超負荷心力衰竭模型、壓力超負荷心力衰竭模型、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，使用大動物（如犬）進行造模，是研究充血性心力衰竭發(fā)病機制的重要模型之一［12］。然而，開胸手術、起搏導致的心源性猝死和急性左心衰竭、術后感染以及起搏器植入后引起的囊袋感染是導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、重復性和實驗性，以及提高模型的成功率，本實驗在前人研究［15-16］的犬CHF模型基礎上進行了一些改進。

在實驗條件上：（1）采用超聲引導下完成整個手術，并且植入過程與臨床類似，該模型未選擇X射線引導，避免了X射線對實驗人員帶來的影響。（2）為預防感染，本研究在構建起搏犬CHF模型的術中術后給予青霉素預防感染［17］，這在一定程度上降低了術后感染的風險，且減少了術后囊袋感染的發(fā)生。本研究中有2只犬出現(xiàn)囊袋感染現(xiàn)象，經囊袋抽液和抗生素治療后，囊袋感染控制并機化。（3）在本次研究中，筆者使用了人用起搏器和人用螺旋電極。這與以往的實驗有所不同，以往的實驗通常選擇動物用起搏器以及改裝后的人用螺旋電極來進行造模［18］。使用人用起搏器和人用螺旋電極，極大地簡化了實驗方案，為今后提供了更為便捷的造模方法。（4）術后過分躁動可能會導致犬自行咬斷導線而致電極脫位。為避免這一問題，在本研究中，筆者采用植入術后關閉起搏器2周的方法來減少術后犬出現(xiàn)過分躁動的現(xiàn)象。結果顯示5只犬均未出現(xiàn)電極脫位。此外，術后囊袋感染和高頻率起搏很容易導致感染性心內膜炎、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險。本研究中，術后關閉起搏器，給予2周的恢復期，在此期間給予抗生素預防感染和加強護理，降低了犬的死亡風險，從而提高了起搏器植入術的成功率。綜上，術后2周非起搏階段可能對促進犬術后恢復、減少植入后死亡具有一定的優(yōu)勢。

總之，本研究采用超聲引導下起搏器植入方法，成功構建了犬CHF模型。該方法操作簡便，模型制作高效且安全，動物死亡率較低。這為今后構建大動物CHF模型提供了重要的參考價值，同時為深入研究人類CHF的發(fā)病機制奠定了實驗基礎。

參考文獻

［1］Emmons-Bell S，Johnson C，Roth G.Prevalence，incidence and survival of heart failure：a systematic review［J］.Heart，2022，108（17）：1351-1360.

［2］Savarese G，Lund LH.Global public health burden of heart failure［J］.Card Fail Rev，2017，3（1）：7-11.

［3］Savarese G，Becher PM，Lund LH，et al.Global burden of heart failure：a comprehensive and updated review of epidemiology［J］.Cardiovasc Res，2023，118（17）：3272-3287.

［4］Cops J，Haesen S，de Moor B，et al.Current animal models for the study of congestion in heart failure：an overview［J］.Heart Fail Rev，2019，24（3）：387-397.

［5］Pilz PM，Ward JE，Chang WT，et al.Large and small animal models of heart failure with reduced ejection fraction［J］.Circ Res，2022，130（12）：1888-1905.

［6］Dixon JA，Spinale FG.Large animal models of heart failure：a critical link in the translation of basic science to clinical practice［J］.Circ Heart Fail，2009，2（3）：262-271.

［7］Hasenfuss G.Animal models of human cardiovascular disease，heart failure and hypertrophy［J］.Cardiovasc Res，1998，39（1）：60-76.

［8］Sedmera D，Neckar J，Benes J，et al.Changes in myocardial composition and conduction properties in rat heart failure model induced by chronic volume overload［J］.Front Physiol，2016，7：367.

［9］Cumbermack KM，Cheng J，Nong Y，et al.A juvenile murine heart failure model of pressure overload［J］.Pediatr Cardiol，2011，32（2）：145-153.

［10］Khan MS，Smego D，Ishidoya Y，et al.A canine model of chronic ischemic heart failure［J］.Am J Physiol Heart Circ Physiol，2023，324（6）：H751-H761.

［11］Luo Q，Jin Q，Zhang N，et al.Antifibrillatory effects of renal denervation on ventricular fibrillation in a canine model of pacing-induced heart failure［J］.Exp Physiol，2018，103（1）：19-30.

［12］Levent P，Kocaturk M，Akgun E，et al.Platelet proteome changes in dogs with congestive heart failure［J］.BMC Vet Res，2020，16（1）：466.

［13］da Costa A，Kirkorian G，Cucherat M，et al.Antibiotic prophylaxis for permanent pacemaker implantation［J］.Circulation，1998，97（18）：1796-1801.

［14］Rahman R，Saba S，Bazaz R，et al.Infection and readmission rate of cardiac implantable electronic device insertions：an observational single center study［J］.Am J Infect Control，2016，44（3）：278-282.

［15］Belevych AE，Terentyev D，Terentyeva R，et al.The relationship between arrhythmogenesis and impaired contractility in heart failure：role of altered ryanodine receptor function［J］.Cardiovasc Res，2011，90（3）：493-502.

［16］Powers JC，Recchia F.Canine model of pacing-induced heart failure［J］.Methods Mol Biol，2018，1816：309-325.

［17］徐威，張春霞，趙冰，等.永久性心臟起搏器植入術后感染患者的護理［J］.中國循證心血管醫(yī)學雜志，2013，4（5）：424.

［18］張曼，匡曉暉，馮玉凡，等.一種快速起搏右心室誘導犬慢性心衰模型的新方法［J］.四川動物，2016，35（2）：261-265.