介紹一種利用聚氨酯高分子材料和有機溶劑四氫呋喃配制的溶液制備犬門脈高壓癥動物模型的方法, 并評價成模效果。選用西安本地雜種犬12只, 取上腹部小切口, 經門靜脈推注8%(W/V)的聚氨酯-四氫呋喃溶液建立門脈高壓癥模型。分別在造模前、造模中、造模后4、8、12周測量實驗犬門靜脈壓力, 以造模前門靜脈壓力作為正常參考值, 評估模型建立效果。結果顯示經門靜脈注射聚氨酯-四氫呋喃溶液后門靜脈壓力可立即升至造模前的2.5倍, 4周后門靜脈壓力維持在造模前的1.5倍以上。該法制備犬門脈高壓癥模型操作簡單、死亡率低、門靜脈壓力維持穩定, 尤其是腹腔粘連極輕, 門靜脈的結構和位置保持正常, 非常適合外科手術治療門脈高壓癥方面的研究。
引用本文: 嚴小鵬, 任馮剛, 馬佳, 董鼎輝, 薛飛, 呂毅. 門脈注射聚氨酯-四氫呋喃溶液制備犬門脈高壓癥模型. 生物醫學工程學雜志, 2015, 32(3): 645-649. doi: 10.7507/1001-5515.20150117 復制
引言
肝炎肝硬化導致的門脈高壓癥是臨床常見疾病,門脈高壓癥可引起食管胃底靜脈曲張破裂出血,是上消化道出血最常見的原因。臨床治療肝硬化門脈高壓癥的手術方法眾多,對于各種手術方式的利弊各學者間爭議較大。大動物門脈高壓癥模型能夠為研究各種外科手術方法的利弊提供有力證據,然而目前大動物門脈高壓癥動物模型的建立方法雖然較多,但都存在著各自的缺點。本文配制出了制備犬門脈高壓癥動物模型的一種復合高分子材料溶液,通過門靜脈穿刺直接注射即可快速制備出犬門脈高壓癥模型,并且具有操作簡單、成功率高的優點,尤其是腹腔基本無粘連,正常的門靜脈結構和解剖位置不被影響,利于二次手術操作,非常適用于門脈高壓癥的外科手術干預研究。
1 材料與方法
1.1 實驗材料
1.1.1 實驗動物
西安本地雜種犬12只(購于西安交通大學動物實驗中心),雌雄不限,年齡>12月,體重15~20 kg。本實驗研究經西安交通大學醫學部生物醫學倫理委員會審核批準,所有實驗動物在實驗過程中均嚴格按照我國實驗動物福利要求進行。
1.1.2 實驗試劑
醫用聚氨酯(天津市康盾寶醫用聚氨酯技術有限公司);四氫呋喃(分析純)(天津市津東天正精細化學試劑廠);肝素(12500 IU/100 mg, 江蘇萬邦生化醫藥股份有限公司);青霉素鉀(華北制藥股份有限公司);生理鹽水(石家莊四藥有限公司)。
1.1.3 實驗儀器
MEC-2000便攜式多參數監護儀及有創壓力傳感器(深圳邁瑞生物醫療電子股份有限公司)。
1.2 實驗方法
1.2.1 聚氨酯-四氫呋喃溶液的配制
醫用聚氨酯顆粒8 g,經超聲清洗后室溫干燥備用。四氫呋喃溶液100 mL中加入8 g醫用聚氨酯顆粒,密封,輕微震蕩約24 h即成濃度為8%(W/V)的聚氨酯-四氫呋喃溶液。
1.2.2 動物分組及模型制備
所有實驗犬均適應性籠養1周后開始實施手術。采用3%戊巴比妥鈉(1 mL/kg)腹腔注射麻醉,麻醉滿意后仰臥位固定,氣管插管,常規備皮、消毒、鋪無菌手術單。取上腹部正中切口,長約5 cm,逐層切開進腹,暴露門靜脈。穿刺部位在脾靜脈匯入部上方約5 mm處,22 G聚四氟乙烯套管針直接刺入門靜脈,見血從套管流出后,拔出針芯,立即通過三通與注射器相連,排盡氣泡后接事先充滿肝素鹽水(12.5 IU/mL)的一次性壓力傳感裝置專用測壓管路,壓力轉換頭接心電監護儀的有創血壓監測接口,以犬右心房水平面為基準進行校正調零,妥善固定壓力傳感裝置。測量門靜脈壓力值作為犬門靜脈壓的正常參考值。然后用玻璃管注射器吸取聚氨酯-四氫呋喃溶液(1 mL/kg),7號針在門靜脈入肝處直接穿刺門靜脈快速推注,同時動態觀察門靜脈壓力值,一般使門靜脈壓力上升至正常值的2.5倍為宜。小心拔出注射器針頭和聚四氟乙烯套管穿刺針,小紗布按壓門靜脈壁上的針孔約5 min,出血止住即可逐層關腹,拔除氣管插管。術后給予青霉素鉀1.6×105 U肌肉注射,一日兩次,連續3日。術后所有犬常規籠養。
1.2.3 門靜脈壓力測量
所有犬在造模前、造模中、造模后4、8、12周均采用開腹下門靜脈穿刺直接測量門靜脈壓力變化,方法與造模手術中測壓方法相同。
1.2.4 血清生化指標檢測
所有實驗犬均在造模前以及造模后1 d、3 d、7 d、2周、4周、8周、12周經大隱靜脈采血檢測谷丙轉氨酶(alanine transaminase, ALT)、谷草轉氨酶(aspartate transaminase, AST)、總蛋白(total protein, TP)和白蛋白(albumin, ALB)。
1.2.5 肝臟肉眼觀察和光鏡下組織學觀察
造模后12周,靜脈推注過量麻醉藥處死動物,剖腹觀察腹腔及門靜脈黏連狀況,取出肝臟,肉眼觀察肝臟大體標本,同時多點切取小塊肝臟組織10%福爾馬林固定,常規石蠟包埋切片,HE染色,光鏡下觀察肝臟組織學結構。
1.2.6 統計學處理
數據以均值±標準差表示,采用SPSS 17.0軟件進行分析,組間比較采用成組t檢驗,以P<0.05為差異有統計學意義。
2 結果
2.1 門靜脈壓力變化
實驗犬門靜脈壓力造模前為(7.93±0.80)mm Hg,推注聚氨酯-四氫呋喃溶液后門靜脈壓力升至(17.79±1.26)mm Hg(P<0.001),術后4周門靜脈壓力為(14.44±1.77)mm Hg較造模術中略有所下降,但與造模前比較仍顯著升高(P<0.001),維持在1.5倍以上,術后8周、12周門靜脈壓力維持穩定,與造模前相比均升高(P<0.001),門靜脈壓力穩定地維持在正常值的1.5倍以上,如圖 1所示。

*與造模前比較,
*
2.2 血清生化指標
血清生化檢查顯示,在推注聚氨酯-四氫呋喃溶液后肝功能指標升高,尤以ALT和AST在術后3 d升高最為顯著(P<0.001),但在7 d以后逐漸下降,在造模后2周左右ALT和AST降至造模前水平,血清蛋白TP和ALB水平在造模前后無顯著改變,如圖 2所示。

*與造模前比較,
*
2.3 肝臟大體及組織學觀察
造模后12周,剖腹觀察可見實驗組腹腔無粘連,門靜脈解剖位置及結構清晰可見,無周圍組織粘連。肝臟大小、形態、質地正常,無肉眼可見的病理改變。自門靜脈起始部開始沿門靜脈主干及其分支剖開門靜脈系統,清晰可見門靜脈內成固態條索狀沿門脈系統分布的“樹狀”聚氨酯,有細小絲狀聚氨酯延伸分布于門靜脈細小分支,門脈系統內未見肉眼血栓形成,如圖 3所示。病理學觀察可見造模后12周肝小葉結構稍有紊亂,但沒有明顯的假小葉形成,如圖 4所示。

(a)沿門靜脈走形分布的條索狀聚氨酯;(b)聚氨酯可分布至門靜脈細小分支;(c)沿門靜脈解剖分離出的條索狀聚氨酯
Figure3. Polyurethane distributed along the portal vein with a cord-like structure(a) the cord-like polyurethane distributed along the portal vein; (b) the polyurethane could distributed in small branches of portal vein system; (c) the cord-like polyurethane isolated from the portal vein anatomically

3 討論
門脈高壓癥模型的建立方法較多,有化學藥物肝損傷法[1-4](四氯化碳、二甲基亞硝胺、硫代乙酰胺)、門靜脈縮窄法[5-6]、門脈系統異物栓塞法[7-10],膽總管結扎法[11]等。化學藥物肝損傷法適用于大鼠等小動物肝硬化模型的制備,模型制備成功率較高,其肝硬化病理表現與人類肝硬化較為相似,主要用來做藥理、藥效實驗。門靜脈縮窄法通過絲線部分縮窄門靜脈一次手術即可完成,但門脈縮窄程度不易掌握,縮窄程度不夠門靜脈壓力升高不明顯,門靜脈過分縮窄易造成腸道淤血動物死亡,因此門脈縮窄法成功率較低。門靜脈系統異物栓塞法制備肝前型門脈高壓癥模型最為重要的就是栓塞異物的選擇。李宗芳等[7]采用1/2門靜脈縮窄聯合絲線栓堵法制備犬門脈高壓癥模型,效果可靠。但是操作繁瑣,最重要的是手術操作對腹腔刺激較為嚴重,因而常造成嚴重的腹腔黏連尤其是門靜脈部位周圍組織包裹黏連嚴重,非常不利于后期的門腔分流等手術操作。同時,絲線慢性栓塞門靜脈最終導致門靜脈系統閉塞,從病理上來講與臨床門脈高壓癥差異較大。白芨粉等異物門靜脈栓塞法同樣最終導致門靜脈完全閉塞,不適用分流手術效果的實驗研究。
本實驗采用聚氨酯-四氫呋喃溶液制備犬門脈高壓癥模型對動物腹腔干擾小,僅需腹部極小切口在滿足暴露門靜脈的條件下,通過注射器直接穿刺門靜脈推注聚氨酯復合溶液即可完成。對門靜脈的損傷也極其微小,針刺口通過短暫壓迫即可止血,保證了安全性。
聚氨酯是一種生物相容性極佳的高分子材料,已被作為人造血管的原料用于生物體內[12]。四氫呋喃是極性很高的化學溶劑,極易溶于水,能溶解絕大多數高分子材料,對生物體有較大的毒性。聚氨酯-四氫呋喃進入血管后,四氫呋喃迅速溶于血液里面的水,并隨著血液流動被帶走,從而造成聚氨酯析出,并呈現出柔軟的絲絮狀,隨著血液的流動漂流到血管小分支內成固態存在。聚氨酯-四氫呋喃溶液濃度越高黏性越大,流動性越差,靜脈推注越困難,甚至會導致針頭堵塞;反之,溶液濃度越低,流動性越佳,越易推注,但在滿足門脈部分栓堵的條件下隨著溶液推注量增加,進入動物體內的四氫呋喃用量增加,對動物的毒性危害就越大,動物死亡率較高。8%(W/V)的溶度配比是作者經過多次試驗,探索出來的最為合適的濃度。該濃度下既能保證順利推注,又能最大限度地減少四氫呋喃的用量,提高了動物的存活率。同時,在8%(W/V)的濃度下,將門靜脈壓力升高至正常值兩倍的聚氨酯-四氫呋喃溶液的用量大約為1 mL/kg。
實驗犬在靜脈推注聚氨酯-四氫呋喃溶液后3天,ALT和AST升高到正常值的數倍,其他肝功能指標基本能維持正常。主要原因為四氫呋喃對肝臟造成的急性損傷,但此種肝損傷是一過性的,在術后1周至2周實驗犬AST和ALT逐漸恢復至正常。成“樹狀”分布于門靜脈系統的聚氨酯除了能增加門脈血流阻力外,對肝臟功能無影響。而且,由于聚氨酯血液相容性高,門靜脈系統內不會形成血栓,也就不會造成門靜脈的完全閉塞,這與臨床上的門脈高壓癥比較相似,這也是本法優于其他門脈異物栓塞法的最大優點。
聚氨酯-四氫呋喃溶液制備門脈高壓癥模型操作簡單,對腹腔刺激小,腹腔無粘連,非常適用于門脈高壓癥的外科手術研究。術中推注聚氨酯-四氫呋喃溶液(1 mL/kg)可使門脈壓力立即升至正常壓力2倍以上;隨著門靜脈側枝循環的建立,術后門脈壓力會有所下降,但4周以后,門脈壓力趨于穩定,并能維持門脈壓力在正常值的1.5倍以上,此時方適合進行下一步實驗。
本方法制備門脈高壓癥模型屬于肝前型,肝臟組織病理不發生改變,不形成肝硬化,這與臨床患者的肝炎肝硬化導致的門脈高壓癥發病機制不同,因此不適用于研究肝硬化門脈高壓癥的發病機制及藥理、藥效實驗研究。
引言
肝炎肝硬化導致的門脈高壓癥是臨床常見疾病,門脈高壓癥可引起食管胃底靜脈曲張破裂出血,是上消化道出血最常見的原因。臨床治療肝硬化門脈高壓癥的手術方法眾多,對于各種手術方式的利弊各學者間爭議較大。大動物門脈高壓癥模型能夠為研究各種外科手術方法的利弊提供有力證據,然而目前大動物門脈高壓癥動物模型的建立方法雖然較多,但都存在著各自的缺點。本文配制出了制備犬門脈高壓癥動物模型的一種復合高分子材料溶液,通過門靜脈穿刺直接注射即可快速制備出犬門脈高壓癥模型,并且具有操作簡單、成功率高的優點,尤其是腹腔基本無粘連,正常的門靜脈結構和解剖位置不被影響,利于二次手術操作,非常適用于門脈高壓癥的外科手術干預研究。
1 材料與方法
1.1 實驗材料
1.1.1 實驗動物
西安本地雜種犬12只(購于西安交通大學動物實驗中心),雌雄不限,年齡>12月,體重15~20 kg。本實驗研究經西安交通大學醫學部生物醫學倫理委員會審核批準,所有實驗動物在實驗過程中均嚴格按照我國實驗動物福利要求進行。
1.1.2 實驗試劑
醫用聚氨酯(天津市康盾寶醫用聚氨酯技術有限公司);四氫呋喃(分析純)(天津市津東天正精細化學試劑廠);肝素(12500 IU/100 mg, 江蘇萬邦生化醫藥股份有限公司);青霉素鉀(華北制藥股份有限公司);生理鹽水(石家莊四藥有限公司)。
1.1.3 實驗儀器
MEC-2000便攜式多參數監護儀及有創壓力傳感器(深圳邁瑞生物醫療電子股份有限公司)。
1.2 實驗方法
1.2.1 聚氨酯-四氫呋喃溶液的配制
醫用聚氨酯顆粒8 g,經超聲清洗后室溫干燥備用。四氫呋喃溶液100 mL中加入8 g醫用聚氨酯顆粒,密封,輕微震蕩約24 h即成濃度為8%(W/V)的聚氨酯-四氫呋喃溶液。
1.2.2 動物分組及模型制備
所有實驗犬均適應性籠養1周后開始實施手術。采用3%戊巴比妥鈉(1 mL/kg)腹腔注射麻醉,麻醉滿意后仰臥位固定,氣管插管,常規備皮、消毒、鋪無菌手術單。取上腹部正中切口,長約5 cm,逐層切開進腹,暴露門靜脈。穿刺部位在脾靜脈匯入部上方約5 mm處,22 G聚四氟乙烯套管針直接刺入門靜脈,見血從套管流出后,拔出針芯,立即通過三通與注射器相連,排盡氣泡后接事先充滿肝素鹽水(12.5 IU/mL)的一次性壓力傳感裝置專用測壓管路,壓力轉換頭接心電監護儀的有創血壓監測接口,以犬右心房水平面為基準進行校正調零,妥善固定壓力傳感裝置。測量門靜脈壓力值作為犬門靜脈壓的正常參考值。然后用玻璃管注射器吸取聚氨酯-四氫呋喃溶液(1 mL/kg),7號針在門靜脈入肝處直接穿刺門靜脈快速推注,同時動態觀察門靜脈壓力值,一般使門靜脈壓力上升至正常值的2.5倍為宜。小心拔出注射器針頭和聚四氟乙烯套管穿刺針,小紗布按壓門靜脈壁上的針孔約5 min,出血止住即可逐層關腹,拔除氣管插管。術后給予青霉素鉀1.6×105 U肌肉注射,一日兩次,連續3日。術后所有犬常規籠養。
1.2.3 門靜脈壓力測量
所有犬在造模前、造模中、造模后4、8、12周均采用開腹下門靜脈穿刺直接測量門靜脈壓力變化,方法與造模手術中測壓方法相同。
1.2.4 血清生化指標檢測
所有實驗犬均在造模前以及造模后1 d、3 d、7 d、2周、4周、8周、12周經大隱靜脈采血檢測谷丙轉氨酶(alanine transaminase, ALT)、谷草轉氨酶(aspartate transaminase, AST)、總蛋白(total protein, TP)和白蛋白(albumin, ALB)。
1.2.5 肝臟肉眼觀察和光鏡下組織學觀察
造模后12周,靜脈推注過量麻醉藥處死動物,剖腹觀察腹腔及門靜脈黏連狀況,取出肝臟,肉眼觀察肝臟大體標本,同時多點切取小塊肝臟組織10%福爾馬林固定,常規石蠟包埋切片,HE染色,光鏡下觀察肝臟組織學結構。
1.2.6 統計學處理
數據以均值±標準差表示,采用SPSS 17.0軟件進行分析,組間比較采用成組t檢驗,以P<0.05為差異有統計學意義。
2 結果
2.1 門靜脈壓力變化
實驗犬門靜脈壓力造模前為(7.93±0.80)mm Hg,推注聚氨酯-四氫呋喃溶液后門靜脈壓力升至(17.79±1.26)mm Hg(P<0.001),術后4周門靜脈壓力為(14.44±1.77)mm Hg較造模術中略有所下降,但與造模前比較仍顯著升高(P<0.001),維持在1.5倍以上,術后8周、12周門靜脈壓力維持穩定,與造模前相比均升高(P<0.001),門靜脈壓力穩定地維持在正常值的1.5倍以上,如圖 1所示。

*與造模前比較,
*
2.2 血清生化指標
血清生化檢查顯示,在推注聚氨酯-四氫呋喃溶液后肝功能指標升高,尤以ALT和AST在術后3 d升高最為顯著(P<0.001),但在7 d以后逐漸下降,在造模后2周左右ALT和AST降至造模前水平,血清蛋白TP和ALB水平在造模前后無顯著改變,如圖 2所示。

*與造模前比較,
*
2.3 肝臟大體及組織學觀察
造模后12周,剖腹觀察可見實驗組腹腔無粘連,門靜脈解剖位置及結構清晰可見,無周圍組織粘連。肝臟大小、形態、質地正常,無肉眼可見的病理改變。自門靜脈起始部開始沿門靜脈主干及其分支剖開門靜脈系統,清晰可見門靜脈內成固態條索狀沿門脈系統分布的“樹狀”聚氨酯,有細小絲狀聚氨酯延伸分布于門靜脈細小分支,門脈系統內未見肉眼血栓形成,如圖 3所示。病理學觀察可見造模后12周肝小葉結構稍有紊亂,但沒有明顯的假小葉形成,如圖 4所示。

(a)沿門靜脈走形分布的條索狀聚氨酯;(b)聚氨酯可分布至門靜脈細小分支;(c)沿門靜脈解剖分離出的條索狀聚氨酯
Figure3. Polyurethane distributed along the portal vein with a cord-like structure(a) the cord-like polyurethane distributed along the portal vein; (b) the polyurethane could distributed in small branches of portal vein system; (c) the cord-like polyurethane isolated from the portal vein anatomically

3 討論
門脈高壓癥模型的建立方法較多,有化學藥物肝損傷法[1-4](四氯化碳、二甲基亞硝胺、硫代乙酰胺)、門靜脈縮窄法[5-6]、門脈系統異物栓塞法[7-10],膽總管結扎法[11]等。化學藥物肝損傷法適用于大鼠等小動物肝硬化模型的制備,模型制備成功率較高,其肝硬化病理表現與人類肝硬化較為相似,主要用來做藥理、藥效實驗。門靜脈縮窄法通過絲線部分縮窄門靜脈一次手術即可完成,但門脈縮窄程度不易掌握,縮窄程度不夠門靜脈壓力升高不明顯,門靜脈過分縮窄易造成腸道淤血動物死亡,因此門脈縮窄法成功率較低。門靜脈系統異物栓塞法制備肝前型門脈高壓癥模型最為重要的就是栓塞異物的選擇。李宗芳等[7]采用1/2門靜脈縮窄聯合絲線栓堵法制備犬門脈高壓癥模型,效果可靠。但是操作繁瑣,最重要的是手術操作對腹腔刺激較為嚴重,因而常造成嚴重的腹腔黏連尤其是門靜脈部位周圍組織包裹黏連嚴重,非常不利于后期的門腔分流等手術操作。同時,絲線慢性栓塞門靜脈最終導致門靜脈系統閉塞,從病理上來講與臨床門脈高壓癥差異較大。白芨粉等異物門靜脈栓塞法同樣最終導致門靜脈完全閉塞,不適用分流手術效果的實驗研究。
本實驗采用聚氨酯-四氫呋喃溶液制備犬門脈高壓癥模型對動物腹腔干擾小,僅需腹部極小切口在滿足暴露門靜脈的條件下,通過注射器直接穿刺門靜脈推注聚氨酯復合溶液即可完成。對門靜脈的損傷也極其微小,針刺口通過短暫壓迫即可止血,保證了安全性。
聚氨酯是一種生物相容性極佳的高分子材料,已被作為人造血管的原料用于生物體內[12]。四氫呋喃是極性很高的化學溶劑,極易溶于水,能溶解絕大多數高分子材料,對生物體有較大的毒性。聚氨酯-四氫呋喃進入血管后,四氫呋喃迅速溶于血液里面的水,并隨著血液流動被帶走,從而造成聚氨酯析出,并呈現出柔軟的絲絮狀,隨著血液的流動漂流到血管小分支內成固態存在。聚氨酯-四氫呋喃溶液濃度越高黏性越大,流動性越差,靜脈推注越困難,甚至會導致針頭堵塞;反之,溶液濃度越低,流動性越佳,越易推注,但在滿足門脈部分栓堵的條件下隨著溶液推注量增加,進入動物體內的四氫呋喃用量增加,對動物的毒性危害就越大,動物死亡率較高。8%(W/V)的溶度配比是作者經過多次試驗,探索出來的最為合適的濃度。該濃度下既能保證順利推注,又能最大限度地減少四氫呋喃的用量,提高了動物的存活率。同時,在8%(W/V)的濃度下,將門靜脈壓力升高至正常值兩倍的聚氨酯-四氫呋喃溶液的用量大約為1 mL/kg。
實驗犬在靜脈推注聚氨酯-四氫呋喃溶液后3天,ALT和AST升高到正常值的數倍,其他肝功能指標基本能維持正常。主要原因為四氫呋喃對肝臟造成的急性損傷,但此種肝損傷是一過性的,在術后1周至2周實驗犬AST和ALT逐漸恢復至正常。成“樹狀”分布于門靜脈系統的聚氨酯除了能增加門脈血流阻力外,對肝臟功能無影響。而且,由于聚氨酯血液相容性高,門靜脈系統內不會形成血栓,也就不會造成門靜脈的完全閉塞,這與臨床上的門脈高壓癥比較相似,這也是本法優于其他門脈異物栓塞法的最大優點。
聚氨酯-四氫呋喃溶液制備門脈高壓癥模型操作簡單,對腹腔刺激小,腹腔無粘連,非常適用于門脈高壓癥的外科手術研究。術中推注聚氨酯-四氫呋喃溶液(1 mL/kg)可使門脈壓力立即升至正常壓力2倍以上;隨著門靜脈側枝循環的建立,術后門脈壓力會有所下降,但4周以后,門脈壓力趨于穩定,并能維持門脈壓力在正常值的1.5倍以上,此時方適合進行下一步實驗。
本方法制備門脈高壓癥模型屬于肝前型,肝臟組織病理不發生改變,不形成肝硬化,這與臨床患者的肝炎肝硬化導致的門脈高壓癥發病機制不同,因此不適用于研究肝硬化門脈高壓癥的發病機制及藥理、藥效實驗研究。