肺动脉压的检测方法优化研究

卢志强，张艳军，庄朋伟，张金保，徐利满，孙凤娇(天津中医药大学，天津市中药药理重点实验室，天津　300193)



肺动脉压的检测方法优化研究

卢志强，张艳军，庄朋伟，张金保，徐利满，孙凤娇
(天津中医药大学，天津市中药药理重点实验室，天津300193)

中国图书分类号: R-332; R322.121; R331.37; R540. 46; R544

摘要:目的优化传统大鼠右心导管术，建立一种快速、稳定、可靠的右心导管导引插管检测肺动脉压方法。方法选用90只♂wistar大鼠，对传统右心导管插管法进行优化研究，比较PE50、PUⅠ、PUⅡ3种导管插管成功率以及平均时间，改良传统大鼠右心导管术，并将改良后的右心导管导引插管法应用于肺动脉高压实验研究。结果PUⅠ导管明显优于PE50及PUⅡ导管(P＜0. 05);右心导管导引插管法在插管成功率及插管时间上优于传统右心直接插管法(P＜0. 05或者P＜0. 01);运用改良后右心导管导引插管法检测的肺动脉高压大鼠血流动力学相关指标，压力波形规则，实验数据可靠。结论经改良后的右心导管导引插管法检测肺动脉压具有成功率高、操作简便快速等优点，在该领域研究中具有推广应用价值。

关键词:肺动脉，压右心导管术;右心导管导引插管法;右心导管直接插管法;肺动脉高压;血流动力学

网络出版时间:2015－6－5 11:22网络出版地址: http://www.cnki.net/kcms/detail/34.1086.R.20150605.1122.028.html

◇实验方法学◇

张艳军(1967－)，男，博士，教授，博士生导师，通讯作者，E-mail: zyjsunye@163.com;

庄朋伟(1982－)，男，博士，副教授，通讯作者，E-mail: zhuangpengwei@163.com

肺动脉高压(PAH)是一高度恶性肺血管疾病，主要是由于各种原因引起的肺部血管阻塞，导致肺动脉压力持久性增高、肺血管阻力进行性增加，限制肺动脉血流量，如果不及时治疗，患者在确诊后2～3年内死于难以控制的右心衰竭［1－2］。目前对于肺动脉高压等肺血管疾病的诊断与评价存在多种方式，包括右心导管术、肺功能检测、肺通气灌注扫描、多普勒超声心动图、胸腔镜肺活检、胸部X线检查以及化验检查等［3－5］。随着医疗技术的发展，目前各种无创诊断技术不断更新升级，但右心导管术仍然是金标准［6］。因右心导管术是唯一准确测定肺血管血流动力学状态的方法，所以严格讲，如无右心导管资料不能诊断PAH，WHO的PAH资料登记委员会就明确规定入选患者必须有右心导管资料。在实验研究中，肺动脉高压疾病模型的复制以及相关的评价手段越来越受重视，右心导管检测肺动脉压力成为相关实验研究中重要环节。传统的右心导管直接插管法是检测肺动脉压常用方法，但由于大鼠血管管径较小，插管过程需要通过多个生理弯曲，难度较大，往往需要反复调整角度才能成功，费时而且成功率较小，对大鼠损伤较大［7］。本研究在传统肺动脉压检测方法的基础上，提出采用微导丝辅助导引的方法快速准确插管至肺动脉，尝试进行对传统肺动脉压方法优化研究。

1　材料与方法

1.1实验材料

1.1.1实验药品野百合碱(MCT，批号: GR-132-140225，南京广润生物制品有限公司)，以无水乙醇和生理盐水(2∶8)混合液配成为1%的溶液备用;戊巴比妥钠，白色粉末，含量≥99%，每瓶25 g，上海索莱宝生物科技有限公司分装，用0. 9%生理盐水配成3%的溶液;肝素钠注射液，2 mL: 12500 U，河北常山生化药业股份有限公司生产，临用前用生理盐水稀释200 U/mL;无水乙醇，0. 9%氯化钠注射液等。

1.1.2实验器材powerlab八导电生理记录仪(ML870，ADInstruments Pty Ltd，Australia); PE50导管(SCI BB31695-PE/3，规格0. 58×0. 99;美国健康医疗仪器国际公司); PUⅠ导管(SCI BB520-40，规格: 0. 635×1. 02;美国健康医疗仪器国际公司); PUⅡ导管(SCI BB520-33，规格: 0. 550×0. 838;美国健康医疗仪器国际公司); Y型止血阀及微导丝(中山市普利斯微创介入医疗有限公司);三通开关;无菌手术包(手术剪刀、眼科剪、眼科镊、动脉夹、纱布、医用棉球、缝针和缝线等)。

1.1.3实验动物90只♂Wistar大鼠(200～220 g)SPF级，购于中国医学科学院实验动物研究所，许可证号: SCXK(京)2009－0004.

1.2方法

1.2.1实验分组及PAH模型大鼠复制将90大鼠适应性饲养1周后，随机分为6组(n =15):(1)PE50组，(2)PUⅠ组，(3)PUⅡ组，(4)PUⅠ改良插管组，(5)PAH组，(6)对照组。其中1－4组适应性饲养后即用于肺动脉压检测方法优化实验，PAH组单次60 mg·kg－1腹腔注射野百合碱造模，对照组注射相同剂量的生理盐水，造模3周后，第5、6组用于肺动脉高压血流动力学检测实验。

1.2.2肺动脉压检测导管的制备与选择取长度20 cm的3种不同硬度的导管及长度5 cm外径0. 45 mm的细软铁丝，按照文献参考方法［8］，将铁丝穿入导管内，制备成直径为5 mm的圆圈，置入60℃的温水中10 min，然后迅速置入冰水中，使之快速冷却成型，取出铁丝，用直尺标记好刻度，修剪导管，制备弧度为(120°－140°)、圆弧长度1 cm、半径0. 5 cm左右的右心导管。

将第1－3组大鼠以戊巴比妥钠45 mg·kg－1腹腔麻醉，仰卧固定于实验台上，剪去颈部鼠毛后用碘酊消毒手术部位皮肤。取上述3种不同硬度的导管，采用传统右心导管直接插管法检测肺动脉压［9－10］，将导管从右颈外静脉插入，经过右心室到肺动脉，再反复调整插管，20 min内反复插管多次不入者记为失败。分析比较3种导管插管手术的单次插管成功率、多次插管成功率以及插管成功平均时间。

1.2.3肺动脉压检测方法优化比较右心导管直接插管法:15只大鼠腹腔麻醉后，使用PUⅠ导管按照传统方法插管，方法及结果同“1. 2. 2”。

右心导管导引插管法:将制备好的PUⅠ导管与7号针头连接，针头的尾端依次接连Y型止血阀以及三通开关(Fig 1 A)。在三通开关的侧口端连接肝素针管，注入肝素生理盐水，排走导管及所有接头处气泡，然后将微导丝从止血阀口插入导管(插入深度以距导管前段2 mm为宜)，插入导丝后的导管弯曲部分变为平直(Fig 1B)。取PUⅠ改良插管组大鼠以戊巴比妥钠45 mg·kg－1腹腔麻醉，仰卧固定于实验台上，剪去颈部鼠毛后用碘酊消毒手术部位皮肤，纵向切开颈部皮肤，分离右颈外静脉约1. 5 cm，结扎远心端，用动脉夹夹住血管近心端，从远心端用自制的钩针刺穿并挑起颈静脉，插入导管。用缝线结扎血管壁于导管上，松紧以切口不漏血且导管能自由出入为度。导管中充满含0.03%肝素的生理盐水，并与压力传感器连接，通过powerlab八导生理记录仪进行记录，密切观察powerlab软件窗口上所示压力波形的变化。将导管缓慢插入上腔静脉，插入时注意导管与血管的走向一致，插入1. 5 cm左右到达上腔静脉与腋静脉汇合处，调整导管角度，将导管插入1 cm左右至右心房，此时开始出现微弱的压力波形(如Fig 3中RA波段)，继续将导管插入1～2 cm左右便可进入右心室(如Fig 2A)，血压波谷降至0 mmHg附近，具有明显舒张期而顶峰呈钝头双峰波形(如Fig 3中RV波段)时即表明导管口己通过三尖瓣进入右心室腔内，记录右心室压力曲线。拨出微导丝，导管恢复自然弯曲弧度(如Fig 2B)，停留片刻后，再将导管在右心室血流的作用下送入1～2 cm，便可顺流进入肺动脉(如Fig 2C)，当出现典型动脉压波形(如Fig 3中PA段，舒张压明显升高，波幅变小)时，将导管稍微拉出1～2 mm，固定导管，通过压力传感器采集肺动脉压力数据。

记录每只大鼠插管成功所需时间、各组单次插管成功率、20 min内插管成功率，通过powerlab八生理记录仪采集并记录右心室及肺动脉压力曲线(采样率2000Hz)。

1.2.4右心导管导引插管法检测PAH大鼠右心及肺动脉血流动力学指标将肺动脉高压组与对照组大鼠以戊巴比妥钠45 mg·kg－1腹腔麻醉后，采用改良后的右心导管导引插管法检测右心室血流动力学相关指标(HR、RVSP、RVEDP、±dp/dtmax)以及肺动脉压相关指标(PASP、PADP)，记录导管进入右心房、右心室及肺动脉的压力波形。

Fig 1　Conduit connection diagram1: PUCatheter; 2: Needles; 3: Y-type hemostasis valve; 4: 3-way stop cock;5: Micro-guidewire.

Fig 2　Schematic view of the sequential steps that lead to pulmonary arterial catheterization

A: Placement of themicro-guidewire catheter in the right ventricle via the right jugular vein.B: Pull out of the micro-guidewire.C: Placement of the catheter by advancing it across the pulmonary valve intothe pulmonary artery.

1.3统计学处理实验数据利用统计软件SPSS 16. 0进行统计分析，计量资料用±s表示，采用两独立样本t检验，计数资料采用卡方检验。

2　结果

2.1导管的优化选择结果导管的材质对于大鼠右心插管至关重要，直接影响插管的成功率以及速度。本研究选择了包括常用的PE50导管在内的3种不同硬度的导管(硬度: PE50＞PUⅠ＞PUⅡ)，通过传统右心插管法分析比较3种导管插管单次插管成功率、20 min内插管成功率、插管成功时间，其结果见Tab 1。结果显示，中等硬度的PUⅠ导管单次插管成功率以及20 min内总成功率明显高于传统PE50导管以及硬度更小的PUⅡ导管(P＜0. 05)，插管成功所需时间明显小于PE50组(P＜0. 05)。此外在插管过程中，由于硬度过大，PE50导管出现2只大鼠插管后导致心脏被刺破

Tab 1　Results of right heart catheterization by 3 different catheter(±s，n =15)

Tab 1　Results of right heart catheterization by 3 different catheter(±s，n =15)

Tipe　Success rateSuccess rateAverage time(Single test)(20 min)/min PE50　13.33%　53.33%　12.69±8.33 PUⅠ　46.67%*　73.33%#　6.38±4.06*PUⅡ20.00%　33.33%　7.18±3.46*P＜0.05 vs PE50 group;#P＜0.05 vs PUⅡgroup.

而异常死亡现象，PUⅠ导管材质硬度适中，未出现大鼠异常死亡现象。实验结果表明，PUⅠ导管在大鼠右心插管手术中具有明显优势。

2.2肺动脉压检测方法优化结果传统方法与改良方法在插管速度与成功率上对比结果见Tab 2。实验结果显示，与传统的直接插管方法比较，经过改良后的导引插管法能明显提高单次插管成功率、20 min内总成功率以及明显缩短插管时间(P＜0. 05或P＜0. 01)。实验结果表明，与传统方法相比，右心导管导引插管法具有高成功率，高速率的优势。

Tab 2　Comparison results of traditional methods and improved methods(n =15)

2.3肺动脉高压大鼠右心及肺动脉血流动力学结果为了验证改良后的右心插管法检测效果，本研究选择肺动脉高压疾病常用的MCT诱导的PAH模型，采用优选后的导管以及改良后的插管法检测正常以及PAH大鼠的右心房、右心室及肺动脉血压，每组15只，单次插管成功率均在80%以上，20 min检测成功率为100%。实验记录各组的压力曲线，如Fig 3，4所示，采用改良后插管法检测的右心房、右心室及肺动脉压力曲线界限分明，各阶段波形规则，正常组与PAH组压力曲线具有以下特点:(1)右心房压力在0－10 mmHg之间，两组无明显差异。(2)正常组右心室压力曲线可见明显舒张期特征峰，最小压力在0 mmHg左右，顶峰呈钝头双峰波形。与正常组相比，模型组右心室压力曲线发生明显改变，最小压力升高，而且顶部锋形呈弓背型抬高。(3)两组肺动脉压力曲线差异明显，正常组肺动脉压波幅较小，压力信号比较杂，除了有明显的主峰外，还有许多周期重复的杂峰，模型组波幅较大，收缩压与心室收缩压接近，主峰突出，杂峰较少。

正常组与PAH组右心室及肺动脉血流动力学数据见Tab 3，所有数控均以±s表示，组内数据均一且离散程度较小，表明检测方法稳定，重复性较好。数据显示，与正常组相比，MCT造模3周后，右心血压(RVSP、RVEDP)以及肺动脉压力(PASP、PADP)明显升高(P＜0. 01)，Max dp/dt明显升高(P＜0. 05)，Min dp/dt明显降低(P＜0. 05)。实验结果表明MCT造模后肺循环阻力增大，右心功能代偿性增加，心脏负荷增加，心室顺应性降低，表现出典型肺动脉高压累及至心脏的血流动力学特征。

Tab 3　Hemodynamics results of RV and the PA in PAH group and the normal group(±s)

Tab 3　Hemodynamics results of RV and the PA in PAH group and the normal group(±s)

*P＜0.05，＊＊P＜0.01 vs control group.

Group Hemodynamics RVSP/mmHg 　RVEDP/mmHg 　HR/bpm 　Max dp/dt/mmHg·s－1　Min dp/dt/mmHg·s－1PASP/mmHg 　PADP/mmHg Control group 　38.93±2.87 　3.1±0.95 　333.77±16.67 　5210.35±719.34　　－3380.81±1093.67 　35.35±2.25 　16.11±1.51 PAH group 　55.16±8.58＊＊　5.91±0.69＊＊339.5±22.95 　7230.19±1182.16*　　－4453.84±961.42*　51.31±8.97

Fig 3　Pressure curve of right atrium，right ventricle and pulmonary arteryin normal ratRA: Right atrium; RV: Right ventricle; PA: Pulmonary artery

Fig 4　Pressure curve of right atrium，right ventricle and pulmonary artery in PAH ratRA: Right atrium; RV: Right ventricle; PA: Pulmonary artery.

3　讨论

右心导管术是一种有创介入技术，将心导管经颈外静脉送入上腔静脉、右心房、右心室，最后至肺动脉，整个过程中需要通过腋静脉与颈外静脉交汇处、上腔静脉入房室以及心室入肺动脉3个生理弯曲。目前，在实验操作中最常用的方法主要依靠压力曲线波形和大小判断导管位置，采用右心导管直接插管法，但导管难以顺利进入肺动脉，插管方向很难精确控制，而且在反复插管过程中容易造成损伤大鼠心脏损伤，影响血流动力学结果。此外也有采用X线机辅助判断插管位置，但由于大鼠血管较细，加上解剖结构的生理弯曲，虽然在一定程度上能确定导管的位置，但同样难以解决的问题还是导管的导向，而且操作较为复杂，成本较高，难以推广。基于传统右心导管直接插管法的缺陷与不足，本研究针对传统方法进行改良，选择出合适右导管，提出右心导管导引插管法，明显提高了肺动脉压检测的效率和成功率。

影响大鼠右心导管插管的因素有很多，由于右心导管检测方法的特殊性，导管的硬度是插管成功的关键因素，硬度过大影响导管在血管中的顺应性，难以通过生理弯曲部分，直接导致血管壁、心脏瓣膜以及心室壁的损伤，影响插管的速率以及压力波形;硬度过小则不利导管的推入。PE50及PU导管分别是聚乙烯和聚氨酯材质的导管，常用于大鼠左右心室血流动力学监测［11－13］。与左心插管相比，右心插管对导管材质要求更高，但目前右心导管材质使用比较混乱。本研究按照传统插管方法，分析对比这两种材质的导管的手术成功率以及插管成功时间，发现中等硬度的PU导管Ⅰ较适合肺动脉压检测。

由于解剖结构的原因，导管的弧度成为影响右心插管成功率的另一关键因素。将右心导管通过颈外静脉导入脉肺动脉过程中，需要经过3个生理弯曲，最终需要约180°的转弯进入肺动脉，因此导管末端需要弯曲成一定弧度。在实验过程中，我们发现虽然具有一定弧度的右心导管理论上能顺应大鼠解剖结构进入肺动脉，但是实际操作中我们会发现，与直导管相比，带有一定弧度的导管极易进入下腔静脉或者卡于右心房，很难顺利进入右心室，单次插管成功极低。在此基础上，本研究采用导丝辅助方法，单次插管成功率达86. 67%，20 min内插管成功率为100%，平均插管时间为2. 15 min，明显提高插管效率与成功率。右心导管导引插管法具有以下优势:(1)导丝辅助插管法综合了直导管容易进入右心室及弯导管易入肺动脉优点，提高单次插管成功率，减少多次插管给大鼠心脏带来的损伤;(2)实时动态检测插管过程中血压变化，通过血压波形判断导管位置，无需X线机等辅助，操作简单易推广。

本研究将改良后的右心导管法应用于肺动脉高压疾病模型中，实验结果表明，采用改良后的方法检测右心室及肺动脉压，检测成功率高，波形稳定可靠，血流动力学数据良好，与相关文献研究结果一致［12，14－15］。通过本研究，我们对传统右心导管检测方法进行优化，提出右心导管导引插管法，能准确快速检测右心及肺动脉血流动力学相关指标，为相关疾病研究提供快速可靠的评价方法，在该领域研究中具有推广应用价值。

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Optimization of detection method of pulmonary arterial pressure

LU Zhi-qiang，ZHANG Yan-jun，ZHUANG Peng-wei，ZHANG Jin-bao，XU Li-man，SUN Feng-jiao
(Key Laboratory of Pharmacology of Chinese Materia Medica，Tianjin University of Traditional Chinese Medicine，Tianjin 300193，China)

Abstract:Aim To optimize the traditional method of right catheterization in rats and establish a rapid，stable and reliable method of the right heart catheter guided intubation to measure pulmonary artery pressure.Methods Nighty male wistar rats were used to optimize the method of detection of pulmonary arterial pressure.Three catheter namely PE50，PU I，and PU II were used for choosing the best intubation.The new technology of right catheterization was established and used for the research of pulmonary arterial hypertension.Results The PU I catheter was obviously better than PE50 and PU II catheter in the success rate and measurement time(P＜0. 05).The method of right heart catheter guided intubation was significantly superior to the traditional right heart direct intubation(P＜0. 05 or P＜0.01). After improving the right catheterization，the detection of hemodynamic indexes in PAH-model rat was successful with regular pressure curve and reliable experimental data.Conclusions

The right heart catheter guided intubation method has a high success rate and it can detect the pulmonary artery pressure quickly，easily，and can help other researchers to complete experiment as efficiently as possible.

Key words:pulmonary arterial pressure; right catheterization; right heart catheter guided intubation; right heart catheterization direct intubation; pulmonary arterial hypertension; hemodynamics

作者简介:卢志强(1985－)，男，博士生，研究方向:中药药理学，E-mail: luzq85@163.com;

基金项目:国家重点基础研究发展规划(973计划)(No 2011CB505300，2011CB505302)

收稿日期:2015－02－07，修回日期:2015－03－26

文献标志码:A

文章编号:1001－1978(2015)07－1028－05

doi:10.3969/j.issn.1001－1978.2015.07.028