心肺脑复苏动物模型

建立成功的心肺脑复苏动物模型对研究心肺脑复苏过程中的病理生理变化观察药物疗效、改善复苏效果等具有重要意义。本文拟对适合于心肺脑复苏研究的动物模型的种类、制作方法、特点做一概述。

一、动物种类、设备

术前准备适合于复苏研究的动物有绵羊、犬、小猪、兔、大鼠, 国内较多选择犬、兔、大鼠。动物心跳停止前, 均需气管切开插管、外周静脉插管备用; 需呼吸机, 依据心跳停止方法与复苏方法不同还需某些设备。

二、心肺脑复苏模型

1、电击的心肺脑复苏模型

(1) 经右心室导管诱发室颤　经右心室导管用交流电诱发室颤是引起循环骤停的经典模型, 国外学者多采用这种方法, 此方法复苏效果好, 动物存活率高。Noc 等以小猪为实验动物, 导管通过中心静脉进入右心室, 交流电1～5mA 直接作用于右心室内膜诱发室颤,室颤持续4min 后利用胸外按压装置进行复苏;

Idris 等和Gazmuri 等通过同样方法诱发室颤, 研究通气对复苏的影响; 国内李淑梅等选择犬为实验动物, 戊巴比妥钠25mg/ kg 麻醉, 气管插管正压通气下左侧开胸, 自颈外静脉插管入右心室用以心室致颤及起搏, 以针型电极记录标准导联心电图。

打开心包以心外膜电极附于心外膜上, 记录心外膜心电图, 在左冠状动脉分叉部位0.5cm 处用双期法结扎前降支, 持续4min , 制成急性心肌梗死模型, 经右心室起搏电极给予成串的脉冲刺激, 导致心室颤动3min , 同时停止正压通气, 复苏采用心脏按压、复苏用药、电除颤,用来研究不同剂量肾上腺素对复苏的影响。

(2) 体外电击　指体外经胸壁以60～70V 直流电持续5s 电休克, 直至心电图出现室颤 , 动脉压降为0 , 必要时可重复, 停止机械辅助呼吸, 10min 后开始复苏, 采用开胸标准心肺复苏法,同时应用肾上腺素、碳酸氢钠等药物,以机械控制通气使恢复自主循环。

国内金修才等选择犬为实验动物, 在氯胺酮10mg/ kg 诱导麻醉后, 以3 %戊巴比妥30mg/ kg 进行维持麻醉, 并行气管插管, 呼吸机辅助呼吸(SIMV) (潮气量约为15ml/ kg , 频率约为20 次/ min) ,同时行心电监护, 并股动脉、股静脉插管, 监测动脉压、中心静脉压等指标,依照此模型制作方法制备犬心搏骤停复苏模型用于复苏犬脑组织内皮素-1 含量和Na+-K+ATP 酶活性变化的实验研究。

(3) 开胸直视电击　指用交流电直视下诱发心室颤动, 复苏采用直视下心脏按压及复苏用药(肾上腺素、利多卡因) , 血压用多巴胺或加用肾上腺素维持。

国内余猛进等选择兔为实验动物, 3 %戊巴比妥1ml/ kg 静脉麻醉, 气管切开机械呼吸, 潮气量约为15 ～20ml/ kg , 频率约为20 次/ min , 分离一侧颈动脉插管连于二导生理记录仪监测动脉压, 剪开胸骨体下1/ 3 暴露心脏,兔四肢连于心电图机, 记录心电图Ⅱ导, 依上述方法用Ⅳ交流电直视下诱发心室颤动4min , 制备心搏骤停复苏模型用于红细胞电泳和红细胞变形性的实验研究。

通过电击制作心肺脑复苏模型可选用直流电或交流电, 选择能量有所差别, 故对心肌损害必有差异, 这将影响复苏的成功率, 目前缺乏相互间的比较, 依据所选动物分析, 此方法较适合于大动物。因临床猝死患者80 %为室颤所致, 故这种模型能较好地模拟临床心肺脑复苏的病理生理变化过程, 尤其是猝死的研究。

2、窒息后心肺脑复苏模型

指在呼气末夹闭气管, 造成窒息缺氧而使动物心跳停止。

高瑞、武建军等选择大鼠为实验动物, 用戊巴比妥35mg/ kg 腹腔内注射麻醉, 气管切开,气管内插管, 建立静脉通路, 在大鼠呼气末时夹闭气管, 在窒息7min 左右心脏完全停搏, 复苏开始后立即静脉注射肾上腺素0102mg/ kg , 机械通气(100 %氧气) 、通气频率80 次/ min、潮气量6ml/ kg , 同时进行人工胸外心脏按压,按压频率160 次/ min , 按压深度为大鼠胸廓前后径的1/ 3。

大鼠窒息模型是心肺脑复苏实验研究中常用的小动物复苏模型。Von Planta 等的研究表明, 大鼠在心搏停搏和心肺复苏期间, 其血流动力学、酸碱平衡及代谢与大动物、甚至与临床患者心肺复苏期间的变化基本一致。此外大鼠品种多、易于饲养、价格低廉, 故不失为一理想选择。DeBehnke等以犬为实验动物。

王永清等以小猪为实验动物均采用同样方法观察纳洛酮在复苏时对心、肺、脑的作用。此方法适合于因缺氧引起心搏骤停的研究。

3、心房内注射氯化钾的心肺脑复苏模型

指将015M 的KCl 注入心腔, 心脏由于严重室颤而停搏, 复苏方法各异。

许幸等选择兔为实验动物研究心搏骤停后开始复苏的时间对神经系统预后的影响。实验经耳缘静脉注射戊巴比妥钠25～30mg/ kg 麻醉, 将颈前及右腹股沟区剃毛, 以015 %利多卡因做局部浸润麻醉, 气管切开插管, 切开右侧颈内静脉置入一薄壁导管向心插入6～8cm ,进入右心房。

以015M 的KCl 4～6ml 自右心房导管快速注入, 可使心搏于10s内停止。复苏采用闭胸式体外循环(CTCPB) 已证明是行之有效的方法,可用于犬等较大的动物, 也可适用于兔

等小动物。其技术要求高, 需要有适宜的体外循环装置, 但与标准胸外心脏按压或开胸心脏按压复苏法比较, CTCPB可精确掌握自循环骤停到机体获得有效组织复灌的时间, 使实验模型的条件更齐全, 故更利于观察干预(治疗) 的效果。

4、压迫心底血管丛的心肺脑复苏模型

指将动物心底血管丛完全阻断, 造成心脏输出完全阻断而引起心跳停止。

Hidekatsu Mizushima 等都以大鼠为实验动物, 大鼠麻醉后, 胸廓正中切开约2cm 长的切口, 将一根“L”型的金属棒在第四肋间水平插入纵隔, 并使弯钩沿纵隔背侧壁移动, 直至其处于心底主要血管丛的后面, 向上提起金属棒, 同时手指压在胸骨上使胸骨压向弯沟, 从而血管丛被阻断于手指与弯沟之间, 心脏输出完全阻断。

连续压迫2 ～ 3min后, 给予胸外按压、机械通气进行复苏。此方法操作不难, 大鼠死亡率低,存活时间长, 只要在10min 内给予心脏复苏大鼠均可存活。此方法已用于心搏骤停后血脑屏障和血脊髓屏障通透性变化的研究, 亦是一种癫痫模型。

5、胸部挤压的心肺脑复苏模型

指用重物压在动物胸廓上, 使心脏被挤压于胸骨和脊柱之间而停止搏动。Waqiver 等将3kg 左右的重量均匀地加至大鼠的胸廓上, 使心脏被挤压于胸骨和脊柱之间而停止搏动, 同时肺被压扁, 呼吸停止, 约7min 后复苏, 大鼠死亡率约为15 %。

此方法勿需外科操作, 非常简单, 术后大鼠存活时间较长。其缺血状态与外伤性胸部挤压、心脏停跳缺血相似, 大脑缺血的同时伴有严重的肺损伤, 故可用以这方面的研究。

6、主动脉、腔静脉钳夹的心肺脑复苏模型

先开胸, 暴露心脏、主动脉与腔静脉, 用动脉夹钳夹主动脉与腔静脉致心搏骤停血流断流, 放开动脉夹, 行心脏挤压, 或除颤后辅以挤压, 呼吸机维持机械通气, 使心脏复跳。李正斌等用兔制备了此模型用于心肺复苏家兔血浆ET、CGRP 含量变化的研究。

三、心跳停止、自主循环恢复判断标准

开胸手术可直接判断室颤、心脏停跳和复跳; 非开胸手术则可观察心尖搏动或根据心电图表现来判断心脏骤停和复跳。大动物(犬、小猪) 自主循环恢复需符合以下条件, 即无心脏按压时存在大动脉搏动, 收缩压≥50mm Hg 至少持续1min。

四、评价

心肺脑复苏动物模型种类较多, 操作有难有易, 应根据实验目的、实验室具备的条件(设备、技术力量) 、实验经费等综合分析, 选择最适宜的动物模型。心肺脑复苏的目的主要是保证心脏有足够的血液循环和氧供。动物实验表明: 每100g 心肌组织需要超过20ml/min 的血流量, 而大脑不应低于16ml/min 的血流量才有可能取得心脑的复苏成功 。临床监测患者心肺脑复苏效果的指标有心电图、冠脉灌注压、平均动脉压、心排血量等。综上各种模型均缺乏监测心肺脑复苏过程中血流动力学变化的客观指标, 亦不能比较各种方法复苏的成功率。今后应在已有的各种模型的基础上, 通过监测心肺脑复苏过程中冠脉灌注压、心输出量、脑血流量等客观指标, 试寻找与临床患者心肺脑复苏过程中血流动力学变化相似、复苏成功率高、操作简单的最佳动物模型。