葉亮，李鐵巖，曹浩，張治國，盧蓉，丁海燕，范慧敏*

(1.同濟大學附屬東方醫(yī)院心外科，上?！?00123； 2.同濟大學附屬東方醫(yī)院手術(shù)室，上?！?00123)

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搏動型心室輔助裝置大動物模型的建立

葉亮1，李鐵巖1，曹浩1，張治國1，盧蓉1，丁海燕2，范慧敏1*

(1.同濟大學附屬東方醫(yī)院心外科，上海200123； 2.同濟大學附屬東方醫(yī)院手術(shù)室，上海200123)

【摘要】目的建立可用于搏動型心室輔助裝置動物實驗的大動物模型。 方法選取實驗動物小尾寒羊3只，麻醉后建立動靜脈通路，左側(cè)開胸建立體外循環(huán)，心臟誘顫，心尖部打孔縫合心尖插管，降主動脈縫合主動脈插管，連接DPVAD，啟動驅(qū)動器，觀察血泵運轉(zhuǎn)情況和實驗動物情況。結(jié)果血泵運轉(zhuǎn)良好，血泵隨驅(qū)動器正壓負壓驅(qū)動血液單向流動。同時動物左心室負荷減輕，動脈血壓升高。結(jié)論建立搏動型心室輔助裝置的大動物模型對于進行國產(chǎn)化心室輔助裝置的研發(fā)具有重要意義。

【關鍵詞】心室輔助裝置；羊；動物模型

隨著技術(shù)進步，心室輔助裝置近年來得到快速發(fā)展，但國外產(chǎn)品價格昂貴，而且尚未進入國內(nèi)市場。相比國外，國內(nèi)較為落后，目前仍然沒有成熟可用的產(chǎn)品，但已經(jīng)開始引起重視，各類研究不斷增多。氣動式搏動型心室輔助裝置在兒童的短期循環(huán)輔助領域仍不可替代，本研究在于建立適合的大動物模型，為國產(chǎn)化氣動式搏動型心室輔助裝置的實驗研究服務。

1材料與方法

1.1實驗動物和主要設備

成年雄性小尾寒羊3只，體重(50±5)kg。主要設備：國產(chǎn)化氣動式搏動型心室輔助裝置(domestic pulsatile ventricular assist device，DPVAD)及專門為實驗動物研制的管道(圖1)，呼吸機(Dr?gerSavina)，體外循環(huán)機(天津匯康)，國產(chǎn)模式氧合器(科威)，監(jiān)護儀(飛利浦SureSigns VM8)，及其他全套手術(shù)室器械、設備。實驗在同濟大學附屬東方醫(yī)院動物實驗室進行【SYXK(滬)2009-0022】，并按實驗動物使用的3R原則給予人道的關懷。

圖1　專為實驗動物研制的管道　　Fig.1　The inlet and outlet cannulae designed for the animal research

1.2手術(shù)方法

1.2.1麻醉

先氯胺酮250 mg + 阿托品0.5 mg肌注，5 min左右實驗羊進入麻醉狀態(tài)后，開放耳緣靜脈，靜推5 mL丙泊酚。將動物放置手術(shù)臺，仰臥位，靜推司可林100 mg，逆行氣管插管，確認后連接呼吸機，10 mL/kg潮氣量，通氣頻率10～15次/分。維持靜脈推泵：司可林300～500 mg/h，丙泊酚300 mg/h，芬太尼0.3 mg分次靜推。

1.2.2手術(shù)準備

動物先仰臥位，頸部皮膚剃毛，氣管旁切開，分離頸動靜脈，穿刺放置靜脈導管進行檢測靜脈壓和給予血管活性藥物，穿刺頸動脈監(jiān)測血壓。

1.2.3手術(shù)過程

右側(cè)臥位，暴露左側(cè)胸壁，剃毛，定位第4肋間，做皮膚切口，分層切開肌層，進胸，用濕紗布保護左肺，暴露心臟，切開心包。在主動脈弓靠降主動脈縫荷包，插動脈灌注管。右心耳縫荷包，插一根心房引流管。連接管道開始體外循環(huán)，誘顫器誘顫，心尖部打孔(圖2)，用帶墊片3/0 prolene線縫一圈間斷縫合線，分別穿過DPVAD心尖插管頭端裙邊，收緊將心尖插管頭部插入左室，打結(jié)(圖3)。撤除誘顫，除顫至心跳恢復。側(cè)壁鉗鉗夾降主動脈，切開，與DPVAD主動脈插管吻合后松開側(cè)壁鉗。DPVAD泵內(nèi)注水排氣，連接泵與兩根插管，連接泵與驅(qū)動器，設置并打開驅(qū)動器。體外循環(huán)逐漸減量至停止，拔除靜脈及動脈插管，止血，放置胸腔引流管后關胸。將DPVAD兩根管道固定在實驗動物左側(cè)胸壁(圖4)。

圖2　體外循環(huán)，誘顫器誘顫，心尖部打孔　　Fig.2　Punch a hole at the apex of left ventricle with cardiopulmonary bypass during ventricular fibrillation

圖3　心尖部流入道縫合　　Fig.3　The inflow conduit is secured to the apex of left ventricle

圖4　連接管道，啟動DPVAD工作　　Fig.4　The pipes were connected and DPVAD was started

1.2.4術(shù)后觀察

調(diào)整驅(qū)動器至驅(qū)動正壓120 mmHg，驅(qū)動負壓100 mmHg，頻率60次/分，收縮舒張比為0.2，觀察血壓情況。

2結(jié)果

2.1DPVAD工作情況

三次實驗DPVAD工作良好，可觀察到隨著驅(qū)動器的正壓負壓驅(qū)動，血泵內(nèi)部隔膜隨之抽吸推壓運動，血泵內(nèi)血液順單向瓣膜進行流動。驅(qū)動器顯示壓力波形為正壓和負壓變換的雙向波形。

2.2實驗動物情況

DPVAD能有效的減輕左室負荷和提升實驗動物血壓。DPVAD開啟后可見左室抽空，容積明顯減小，左室收縮活動輕松，左室負荷明顯減輕。DPVAD開啟后見動脈血壓明顯上升，平均收縮壓上升30 mmHg左右。

3討論

心衰患者數(shù)量龐大，治療費用高昂，給整個社會帶來了沉重負擔。心衰治療方法局限，效果并不理想。機械輔助循環(huán)(mechanical circulation support，MCS)的出現(xiàn)，為終末期心衰的治療帶來了一線曙光。MCS能增加心衰患者的心輸出量，減輕心臟的前后負荷從而減少心肌細胞氧耗，提高舒張期血壓，在部分替代心臟泵功能的同時，使得心臟處于休息狀態(tài)，其作用迅速肯定，是藥物治療無法比擬的[1-3]。心臟作為循環(huán)血泵，其他功能較少，是最有希望首先被人造器官取代的器官之一。近十年來，科技的進步使得MCS出現(xiàn)井噴，各類新型VAD裝置不斷涌現(xiàn)，體積越來越小，安裝更方便，工作更可靠，臨床效果也越來越好[4-5]。

氣動式搏動泵雖然在一些分類中被劃分為第一代，但是其仍具有不可替代性，至今仍在臨床使用。氣動式搏動泵的設計與連續(xù)流動泵完全不同。它嚴格遵循了仿生的原則，按哺乳動物心臟的原理進行設計。其泵體為不規(guī)則球囊，由硬質(zhì)透明高分子材料制成，中間有一層隔膜，分隔血囊和氣囊。血囊的進出口各有一個單項活瓣。氣囊通過導管與驅(qū)動器相連。驅(qū)動器按頻率觸發(fā)產(chǎn)生正壓和負壓，驅(qū)動血囊中的血液按單向活瓣的方向流動。完全模擬了心臟工作形式，血流具有類似正常脈搏的搏動性。這對于動物的微循環(huán)是非常有利的。由于是通過隔膜由氣體推動，血液破壞小于軸流泵。驅(qū)動器一般外置，動力強大，能滿足高流量的輸出，這些都是優(yōu)點。其也有缺點，由于外形過大，一般只能外置，驅(qū)動器體積龐大，需要推行，對患者生活造成不便。安裝暫時也沒有微創(chuàng)的方式。但正是由于這些特點，使得氣動式搏動泵在小兒應用上大顯身手。小兒胸腔小，即使小型的離心泵也不能植入，并且，小兒心衰患者一般不能進行永久替代治療，而是短時輔助尋求心臟移植。氣動式搏動泵驅(qū)動力強，產(chǎn)生搏動血流，泵體外置，可以進行雙心室輔助、短期輔助，這些特點都很適合，使得其在小兒心衰的治療的領域具有了不可替代性[6-7]。

國內(nèi)相關的研究仍不成熟，雖然早期和近期都有單位進行這方面的研究，但至今沒有臨床可用的產(chǎn)品。同時，這些進口設備價格高昂對于國內(nèi)患者而言，也難以接受。國產(chǎn)化的需求非常迫切[8]。

血泵的動物實驗必須要進行大動物體外循環(huán)手術(shù)，這方面經(jīng)驗相對較少，建立大動物模型對于進行國產(chǎn)化的心室輔助裝置的研究具有重要意義。本研究選取了小尾寒羊作為實驗動物，體重大小和人體比較接近，適合用于人體的體外循環(huán)管道、儲血罐和氧合器。但羊的胸腔形態(tài)和人體仍有差別，羊的胸腔左右窄，前后寬，手術(shù)宜采用側(cè)胸切口，這樣VAD只能安裝在左側(cè)面，本研究根據(jù)羊的胸腔形態(tài)特點特制了合適羊的心尖和大動脈插管。采用第4肋間進胸，方便左側(cè)建立體外循環(huán)，同時也容易將心尖抬起進行心尖部的操作和插管。本研究建立了適合進行搏動型心室輔助裝置的動物模型，形成了動物實驗的流程，為進一步進行國產(chǎn)化的心室輔助裝置研發(fā)打下堅實基礎。

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研究報告

Establishment of a sheep model of pulsatile ventricular assist device

YE Liang1, LI Tie-yan1, CAO Hao1, ZHANG Zhi-guo1, LU Rong1, DING Hai-yan2, FAN Hui-min1

(1. Department of Cardiac Surgery, 2. Operation Room, Shanghai East Hospital, Tongji University, Shanghai 200123, China)

【Abstract】ObjectiveTo establish a large animal (sheep) model to serve the experiments of domestic pulsatile ventricular assist device. Methods Three small-tail Han-sheep were anesthetized and the vein access and artery access were achieved. The cardiopulmonary bypass was established through left thoracotomy. Ventricular fibrillation was induced. An hole was made in the apex of left ventricle and the apex cannulation was sutured to it. The aortic cannulation was sutured to the descending aorta. The two cannulations were connected to the domestic pulsatile ventricular assist device (DPVAD) and the driver was turned on. The working of DPVAD and the conditions of the animals were observed. Results The DPVAD worked well and uni-directional blood flow was driven by positive and negative pressure. The left ventricle was unloaded and the blood pressure was raised up. Conclusion The establishment of sheep model of pulsatile ventrieular assist device may play important role for the research and development of DPVAD in our country.

【Key words】Ventricular assist device；Sheep；Animal model

[收稿日期]2015-01-18

Doi:10.3969/j.issn.1005-4847.2015.02.004

【中圖分類號】Q95-33，R645.2

【文獻標識碼】A

【文章編號】1005-4847(2015) 02-0124-03

[通訊作者]范慧敏 Email： frankfan@#edu.cn

[作者簡介]葉亮，男，副主任醫(yī)師，博士在讀，研究方向：輔助循環(huán)；Email： yeliangemail@163.com

[基金項目]上海領軍人才(2012-053)；上海市浦東新區(qū)衛(wèi)生系統(tǒng)領先人才(Grant No. PWR12011-01)；上海市醫(yī)學重點?？菩呐K外科(ZK2012A27)；上海市科委重點項目(13411951402)；上海市浦東新區(qū)衛(wèi)生系統(tǒng)重點學科群(Grant No.PWZxq2014-01)。