心肺腦復蘇模型心臟一步研究的標準化

現代對心理學心腦康復的研究有賴于在人類心臟啟動初期設計的動態模型的使用。許多模型的構建使用了電刺激、窒息缺氧、重力壓縮或氯化鉀注射等方法，導致了心臟猝死模型的形成。通常用于研究心肺腦康復過程中身體病理生理的變化，探索新的治療方法，改進現有的心肺復發方法，如藥物劑量、胸外壓技術、除震能量、腦恢復等。由于不同的動物種類心腦血管的解剖結構差異,新陳代謝、生理功能不同,對藥物和影響因素的反應不同,可能導致某一動物實驗的研究結果不一定能在另一動物實驗中再現。因此,動物類型選擇是否適當、動物實驗前的狀態、實驗監測參數、條件等直接關系到動物模型制作能否成功、能否達到所選課題的目的要求等重要問題。本文根據我們的實驗經驗和有關文獻,重點總結現有常見幾種心肺腦復蘇動物模型的動物和實驗方法的選擇特點。材料和方法1心臟遞停動物模型的動物不同的動物種類新陳代謝、生理功能不同,對麻醉、藥物、缺血、低氧的反應也不同,產生同樣的生理效應可能需要不同的藥物劑量。不同動物具有不同的心血管系統的解剖結構,包括心肌血供,側枝循環、胸部的順應性,這些往往影響到動物產生心臟驟停的時間和動物對胸外按壓的反應性。因此在制作心臟驟停動物模型前應先選擇一種合適的動物。在設置實驗組和對照組時應注意動物的年齡、性別、體重、健康狀況、體溫等的可比性。目前用來做心臟驟停動物模型的大致有大的哺乳類動物豬、犬,小的嚙齒類動物Sprague-Dawley大鼠和小鼠等。各種動物有各自的優缺點。1.1神經模型的應用在篩選和論證實驗時需用大量動物,采用大鼠有一定的好處,所得結果可用于設計與臨床相關的大動物如豬、狗等的實驗。同時大鼠在建立神經模型和用來評價神經檢測結果的一體化行為技術的研究方面被證明是非常有用的。目前已建立起一系列可靠的鼠心臟驟停模型。由于近親繁殖與遠系繁殖大鼠的種類不同,解剖結構方面有所變異,如Wistar大鼠的軟腦膜小動脈較短,在研究腦微循環時可能產生腦灌注壓力較高的問題;另外,在使用電擊誘發心室顫動時大鼠可能出現自動除顫的問題。因此應該統一研究中所用大鼠的類型和來源,并作明確說明。1.2標準化動物模型小鼠用于心臟驟停動物模型近幾年剛剛開始。Bottiger等最早使用小鼠來研究腦復蘇。2002年Lei等建立小鼠心肺復蘇動物模型,提供了一個與結果有良好相關性的標準化動物模型。此實驗觀察冠脈灌注壓(CPP)、平均動脈壓(MAP)和呼氣末二氧化碳分壓(PETCO2)對心臟循環功能和CPR成功率的影響,發現小鼠模型同大鼠模型一樣具有良好的CPR成功率和動物模型的穩定性和可重復性。在此實驗中還發現小鼠模型能支持對心臟驟停時腎上腺素受體對心臟和外周血管作用的持續性研究。但此實驗尚未進一步行基因工程小鼠研究。1.3動物的心血管功能犬被用來作為一般哺乳動物模型已經有一百多年的歷史了,因此有大量來自這個方面的數據。犬的心血管功能與人的很相似,因此是一種可靠的備選模型。但是犬的心臟有較多的側支循環存在和心肌血流不同于人類,因此在制作動物模型時應考慮到這一差異。另外不同繁殖犬的胸腔、心臟和腦的大小及形狀會有差異,可能會影響結果和預后,因此應對實驗結果進行有關這方面的分析。1.4體重、年齡及體重豬的研究資料比犬少得多,主要是近幾年使用新技術而獲得。人與豬在代謝和心血管功能及冠脈結構方面極為相似,但須注意的是豬的左奇靜脈血流直接進入冠狀竇,而不像人類進入腔靜脈。若體重和年齡相似,不管如何飼養,豬胸腔、心臟和大腦的大小及形狀比較一致。一般認為成人研究用體重20-25kg的豬作為模型,小兒研究用體重4-5kg的豬作為模型是最適合的。Dorph等和邢建洲等用體重15-16kg、出生后6-8周的約克豬體外循環模型進行腦保護研究,認為深低溫停循環模型研究腦保護優于上腔靜脈逆行腦灌注模型。1.5室顫模型的建立貓被用來做心臟驟停動物模型不多,1981年Todd等用貓建立室顫模型用于研究腦缺血。研究中發現該模型在心臟驟停后一系列如血壓、血氣等參數的變化較穩定,同時它足以評估神經損傷的程度,用于研究腦缺血的病理生理學改變和評價心臟驟停后各種不同的治療方法。1.6增勢數量趨勢應用家兔進行心肺腦復蘇的實驗研究近年有增多趨勢。Xu等和Takashi等應用電刺激法和上腔靜脈、主動脈夾閉法制作家兔心臟驟停模型具有價格低廉、方法簡便等優點。2術前動物準備根據Utstein-Style指南要求,涉及以下幾個方面需要實驗前妥善完成,才能保證實驗的順利進行和實驗結果的可靠性。2.1保持實驗組和對照組之間術前狀態的一致性和相似性因為實驗前狀態如有無未糾正的酸中毒、脫水、高低熱及麻醉和鎮痛的差異等都會對結果有重要影響,而且對自主循環恢復時間和長期存活率影響更大,因此必須保持實驗組和對照組之間術前狀態的一致性和可比性。2.2麻醉深度及并發癥的預防用于CPR模型麻醉或鎮痛藥很多,如氯胺酮、氟烷、戊巴比妥鈉等。由于它們大多會對血流動力學產生影響,且不同動物對缺血和麻醉有不同的神經和心血管反應,應注意麻醉藥劑量與體重比率、吸入和呼出氣濃度等。在誘發心臟驟停前一刻應停止麻醉以減少對心血管或大腦功能的影響。維持一定的麻醉深度為手術所必需,而且降低了動物的應激反應,避免兒茶酚胺增多所致的大腦代謝增強而影響結果,因此手術時如血壓增高或心率增快可能是由于疼痛刺激,應增加麻醉藥劑量;若窒息模型中用了神經肌肉阻滯劑,動物敏感性降低。2.3灌注壓、通氣末co2包括心率、心輸出量、血壓、平均動脈壓(MAP)、冠脈灌注壓(CPP)、呼氣末CO2分壓(PETCO2)、動靜脈血氣、電解質、深部體溫等。成功的監測為判斷心臟驟停模型的建成和復蘇成功所必需,也是實驗順利進行的保證。2.4做壓力控制呼吸由于影響組織氧合、酸堿平衡及心輸出量,通氣在心臟驟停期間也是一個重要參數。由于在心肺復蘇時肺順應性降低,若使用壓力控制呼吸機,每分鐘通氣量也隨著降低,最好選用時間循環容量控制呼吸機以避免這些誤差。吸入氧濃度、氣流控制方式及通氣模式是基本參數,心臟驟停前、心臟驟停期間和心肺復蘇期間需要不同的參數要求,要注意調整。3不同方法的適用性由于心臟驟停動物模型的復制方法較多,各自有其優缺點,應根據實驗目的、實驗室條件、實驗經費,同時結合Utstein-Style指南要求等綜合分析適宜的動物模型方法。不同的模型代表了心跳呼吸驟停的不同發生機制,如電刺激誘發模型代表室顫導致的心跳驟停,而腔靜脈、主動脈夾閉的模型則代表電機械分離造成的心跳驟停,因此在選擇各種不同方法前首先應選擇與所要研究有相似發病機制的動物模型。右心起搏導管交流致顫法是常用的經典模型制作方法,技術成熟,為廣大學者所接受。判斷心跳驟停發生的時刻直觀,臨床大部分心跳驟停是由室顫引起,因此用它來制作模型具有相似的病理生理學機制,有助于動物研究與臨床人體的結合。但它的技術較復雜,設備昂貴,模型成功率較低,據統計約70%左右。胸外交流電休克法,其復蘇大多采用高流量心肺轉流術(CPB),從我們的實驗來看,該方法技術較復雜,而且容易引起局部皮膚的燒焦、骨骼肌強直痙攣及高能量電流對心肌等的損傷,對實驗結果可能產生一定影響;同時由于各個動物的胸壁厚度不同,選擇電擊的電流量也不同,參數控制較困難。直視下電擊心外膜法與其它方法相比較設備相對簡單,成本較低,電流僅通過心臟對全身影響小,致心跳驟停較迅速,心臟耗能及損傷小,復跳簡便,模型也較穩定,模型制作成功率高,復蘇后心率血壓能很快恢復至心臟驟停前水平,便于后續研究。但該法為有創方法,需開胸暴露心臟或大血管,操作較復雜,其產生心臟驟停與臨床常見的心臟驟停原因有一定差異。由于窒息引起的心臟驟停最常見于兒童(比如溺水或嘔吐物窒息),因此窒息法適用于模擬此類兒童疾病方面的實驗研究,同時也適用于研究中毒、創傷后的心臟驟停和因缺氧引起的心搏驟停。氣管夾閉窒息法具有設備簡單成本低,操作容易,不開胸對肺功能影響小,更接近臨床實際,停止夾管給予呼吸機支持及胸外心臟按壓加復蘇藥物多能復跳,模型制作成功率高,復蘇后心率、血壓很快恢復至心臟驟停前水平,模型穩定等優點。Utstein-Style指導方針中指出,由于誘導產生心跳驟停的起始時間對于實驗是個重要的信息,時間不同會明顯影響到監測指標的差異,因此在實驗報告中需要用圖表描述導致心跳驟停的時間、非干涉時間、心肺復蘇時間、自主循環恢復(ROSC)時間(returnofspontaneouscirculation)等。電擊致室顫法判斷心跳驟停時間相對較明確,而窒息法和放血法導致心跳驟停是個逐漸的過程而并非即刻形成,判斷較為困難,因此在用此兩方法的動物實驗報告中須明確指出各評估指標的界值,如血壓小于25mmHg,心率、心律或心電圖的圖形,這樣能讓其他研究者重復此實驗。另外,在描述電擊法時應該詳細描述電壓、電流(電流的振幅和持續時間)、導致心臟驟停的電擊次數等等,這樣有助于動物模型的標準化和可重復性。重物擠壓法毋需外科操作,非常簡單,術后大鼠存活時間較長,其缺血狀態與外傷性胸部擠壓心臟驟停缺血相似,故可以用于這方面的研究,如大腦缺血伴有肺挫傷,尤適用于此。Xu等使用的心房內注射氯化鉀法采用的為閉胸式體外循環復蘇法(CTCPB),可用于犬等較大的動物,其技術要求高,需有適宜的體外循環裝置,但與標準胸外心臟按壓和開胸心臟按壓復蘇法比較,CTCPB可精確掌握自循環驟停到機體獲得有效組織復灌的時間,更有利于觀察干預的效果。另外,各種不同方法制作的模型可能對實驗指標的結果產生影響。但李正斌等分別使用電擊誘發室顫和主動脈、腔靜脈鉗夾法制作模型,觀察血漿內皮素-1、降鈣素基因相關肽及電解質的變化,未發現兩種不同方法對所監測的實驗結果產生影響,不過對其它指標有無影響尚未見報道。雖然制作方法眾多,但目前尚缺乏比較各心臟驟停動物模型制作方法的客觀指標,不能比較各模型的復蘇效果和成功率。但由vonPlanta等提出的監測平均動脈壓(MAP)、冠脈灌注壓(CPP)和呼氣末二氧化碳分壓(PETCO2)是評估復蘇動物的心臟循環功能和預測復蘇成功率較好指標。但目前大部分研究重點把監測指標放在那些參數上,比如恢復自主循環時間(ROSC)、短期生存率。然而長期生存率和復蘇后腦功能狀況則是心肺腦復蘇研究中最重要的結果測量指標,因為這些結果與人最具相關性。一些評估神經學結果的方法如Glasgow-Pittsburgh昏迷評分、神經缺陷評分、整體和區域性的組織病理學損傷評分、腦電圖等已逐漸被用在研究中。然而如何去理解和描述這些測量技術的相對局限性和認識這些測量本身是否改變了動物的生理學特征在以后的心肺腦復蘇研究中顯得尤為重要。4研究方法與材料心肺復蘇的動物模型種類很多,各有各的