文献分享 | JCDD | A 型主动脉夹层的急性大型动物模型的建立与验证

大家好，进行一篇专业文献分享，相关的知识内容是大动物心脏疾病模型制备。文献名为《Development and Validation of an Acute Large Animal Model for Type A Aortic Dissection》。本研究（J. Cardiovasc. Dev. Dis. 2025, 12, 496）由德国汉诺威医学院（Hannover Medical School）心胸移植与血管外科团队开展，提出了一种革命性的“混合手术（Hybrid Approach）”造模策略。该策略巧妙结合了开放手术的“精准性”与血管内介入的“微创扩展性”： 通过正中开胸和直视手术，精确地在升主动脉（Brachiocephalic trunk近端）制作入口破口，确保病变符合斯坦福A型的解剖定义。 利用介入导丝和球囊导管，在血管壁层间进行物理扩张，模拟高压血流对中层的撕裂作用，使夹层向远端（主动脉弓及降主动脉）延伸。人为制造远端再破口（Re-entry），建立稳定的真假腔交通，防止假腔血栓化闭塞，从而维持长期的夹层状态以供观察 1。

研究背景

急性斯坦福A型主动脉夹层（Acute Stanford Type A Aortic Dissection, TAAD）是心血管外科领域最为凶险的急症之一。根据国际急性主动脉夹层注册研究（IRAD）的数据，A型夹层占所有急性夹层病例的62.3% 1。其致死率极高，在未接受手术干预的情况下，发病后最初48小时内死亡率以每小时1%至2%的速度递增 1。即便在现代医学飞速发展的今天，包括深低温停循环、选择性脑灌注及混合手术室技术（Hybrid Operating Room）的应用，院内死亡率仍高达26% 1。

面对如此严峻的临床挑战，转化医学研究显得尤为重要。然而，长期以来，A型主动脉夹层的基础研究受限于缺乏理想的动物模型。人类临床研究主要基于回顾性分析，难以复现夹层发生的瞬间及其早期病理生理演变。现有的动物模型主要集中在啮齿类动物（通过药物诱导，如β-氨基丙腈或血管紧张素II），这些模型虽然易于通过基因编辑研究分子机制，但其血管解剖结构、血流动力学特性及血管壁生物力学强度与人类相去甚远，无法用于测试临床手术器械或演练复杂的外科术式 1。

大动物模型的历史演变与局限

在大型动物模型（如猪、犬、羊）的探索历史上，研究者们曾尝试多种造模方法，但均存在显著缺陷：

• 纯外科模型（Surgical Models）： 早在1959年，Blanton等人通过手术切开主动脉壁中层来模拟夹层。然而，这种方法创伤巨大，需要阻断升主动脉，常导致实验动物在术中因严重出血或心力衰竭死亡，且由于缺乏血流冲击，夹层往往局限在切口附近，无法向远端扩展，难以模拟真实的“双腔”血流动力学 1。

• 纯血管内介入模型（Endovascular Models）： 随着介入技术的发展，Fujii（2000年）和Okuno（2012年）等人尝试利用导管、球囊或高压注射造影剂在血管腔内制造破口。这种方法虽然微创，但主要局限于降主动脉（B型夹层），因为在升主动脉（A型夹层区域）进行盲操极易造成心脏穿孔或瓣膜损伤，且难以精确控制破口的位置和大小 1。

• 酶学诱导模型： 利用弹性蛋白酶或胶原酶破坏血管壁结构。这种方法耗时长（通常需要数周），且病变形成具有不可预测性，难以满足急性急救器械测试的需求 1。

研究设计与实验方法

实验对象与伦理合规

本研究严格遵循《实验动物护理与使用指南》，并获得下萨克森州消费者保护与食品安全局（LAVES）的伦理批准（批准号：33.19-42502-04-24-00728）。

• 实验动物： 选用6头德国长白猪（German Landrace swine）。

• 人口学特征： 4雄2雌，平均月龄7个月，平均体重69.7公斤（范围60-83公斤）。选择这一体重的猪是因为其主动脉直径、管壁厚度及心脏输出量与成年人类高度相似，是心血管器械测试的黄金标准模型 1。

• 分组设计：

• 实验组（n=6）： 接受全套混合造模手术。

• 对照组（n=2）： 仅作为病理学对照，不进行手术操作，用于提供正常的升主动脉组织学基线数据 1。

麻醉与围术期管理

为了在剧烈的手术创伤下维持动物生命体征，研究团队制定了精细的麻醉方案：

• 诱导麻醉： 使用赛拉嗪2 mg/kg i.m.）和氯胺酮（Ketamine, 50 mg/kg i.m.）进行肌注诱导，确保动物在无应激状态下进入镇静 1。

• 维持麻醉： 气管插管后，通过吸入异氟醚（Isoflurane, 浓度2-3 Vol.%）维持全麻状态。

• 术中监测：

• 心电监护： 持续监测心率与节律，防范术中因操作心脏引发的恶性心律失常。

• 血氧饱和度与体温： 维持生理稳态。

• 体位： 仰卧位，充分暴露胸部及双侧腹股沟区 1。

关键手术步骤详解：混合造模技术 (Detailed Surgical Protocol)

这是本研究的核心技术环节，具体步骤如下：

血管通路的建立与双有创测压

与常规手术不同，本实验建立了“双动脉测压”系统，这对判断夹层是否形成至关重要。

• 远端监测（股动脉）： 切开左侧腹股沟，游离左股动脉（Left Common Femoral Artery），置入动脉导管。该导管监测降主动脉及下肢灌注压 1。

• 近端监测（颈动脉）： 经皮穿刺右颈总动脉（Right Common Carotid Artery）。该导管监测升主动脉及脑灌注压。

• 临床意义： 在夹层形成时，若假腔压迫真腔导致远端血流受阻，可见股动脉压力显著低于颈动脉压力（即“脉搏短绌”现象），这是术中判断造模成功的关键生理指标 1。

手术显露与荷包缝合 (Tobacco-Pouch Suture)

• 入路： 实施正中胸骨切开术（Median Sternotomy），切开心包并悬吊，充分暴露心脏及升主动脉。

• 预处理： 在头臂干（Brachiocephalic trunk）起始部近端约1厘米处的升主动脉前壁，预先缝制一个荷包缝合（Tobacco-pouch suture/Purse-string suture）。这一步骤至关重要，它既用于术中固定介入器械，防止血液沿器械喷溅，也用于术后快速闭合血管切口，减少出血 1。

侧壁钳夹与扇形切除 (Tangential Clamping & Fan-Shaped Resection)

为了制造持久的内膜破口，研究者采用了一种极其精细的切除技术，而非简单的穿刺。

• 侧壁钳夹： 使用无损伤血管钳纵向钳夹升主动脉前壁（包含烟包缝合区域）。这种“侧壁钳夹（Tangential Clamping）”技术允许在不阻断主动脉血流的情况下进行局部操作，维持了心脏的正常射血，避免了体外循环的使用 1。

• 切开： 在钳夹区域内，沿血管纵轴切开约1厘米长的切口，切透外膜和部分中层。

• 扇形切除（Fan-shaped Removal）： 这是技术难点。术者使用圆形刀片，切除切口远端的扇形部分内膜和中层组织。

• 目的： 单纯的线形切口容易在血流冲击下自行闭合或愈合。通过物理移除一块扇形组织，人为制造了一个无法自愈的“组织缺损”，确保了真腔血液能持续灌入中层，这是维持夹层开放的关键 1。

盐水水剥离与假腔建立 (Hydro-dissection)

• 钝性分离： 暴露中层间隙后，使用显微镊和蚊式钳在层间进行钝性分离，向远端潜行约1厘米。

• 注水扩张： 将套管（Cannula）插入分离出的层间隙，快速推注20毫升生理盐水（NaCl solution）。

• 机制： 利用液体的不可压缩性产生水压楔击效应（Hydraulic Wedge Effect），将紧密连接的弹力纤维层通过水压暴力撕开，初步形成假腔雏形 1。

导丝引导与球囊扩张 (Balloon Dilation)

为了将局限的升主动脉壁内血肿扩展为累及全主动脉的夹层：

• 置入导丝： 通过Seldinger技术，将软导丝经由切口送入刚刚建立的假腔内，并向远端推送。

• 球囊扩张： 沿导丝送入球囊导管。在假腔内充盈球囊，并以1厘米为间隔逐步回撤。

• 作用： 球囊的径向张力强行撕裂中层结缔组织，将夹层范围物理性地扩展至主动脉弓甚至降主动脉。这一步模拟了高血压患者体内高压血流对血管壁的撕裂作用 1。

再破口建立与切口闭合

• 再破口（Re-entry）： 将导管用力从假腔捅破内膜回到真腔（通常在远端）。建立“入口-出口”回路，使假腔内形成流动血液而非死腔血栓，模拟慢性夹层的血流动力学。

• 闭合： 收紧预置的荷包缝合，打结固定导丝（部分实验中保留导丝以维持开通），松开侧壁钳。仔细检查吻合口有无喷血，评估血管壁是否出现特征性的“蓝色”壁内血肿外观 1。

实验结果与数据分析

手术成功率与并发症

研究共纳入6只实验猪，手术结果如下：

• 总体成功率： 83.3% (5/6)。

• 术中存活率： 5只动物顺利完成造模并存活至术后12小时观察终点。

• 失败病例分析（动物编号 2/24）：

• 事件： 该动物在球囊扩张过程中突发血流动力学崩溃。

• 尸检发现： 升主动脉发生医源性全层穿孔。

• 原因推测： 可能是导丝穿透了脆弱的外膜，或是球囊扩张压力过大超过了外膜的承受极限。这一病例凸显了该模型对外科操作手法的极高要求——必须在极其薄弱的中层空间内操作，稍有不慎即导致破裂出血 1。

血流动力学反应

在成功的5例模型中，术中监测捕捉到了典型的夹层血流动力学特征：

• 压力阶差： 夹层形成瞬间，股动脉（远端）平均动脉压出现下降趋势，而颈动脉（近端）压力维持或升高。这种上下肢血压不对称（Malperfusion syndrome）是A型夹层压迫真腔的经典临床体征 1。

• 稳定性： 尽管经历了剧烈的血管损伤，存活的5只动物在术后12小时内生命体征保持相对平稳，未出现迟发性破裂或顽固性低血压，证明了该模型在急性期测试窗口内的稳定性 1。

大体病理学评估 (Macroscopic Evaluation)

术后12小时处死动物，完整取下心脏及胸腹主动脉进行解剖。

• 肉眼观：

• 壁内血肿： 所有成功病例的主动脉壁外膜侧均可见暗红或紫蓝色的壁内血肿（Intramural Hematoma），触之有波动感。

• 双腔结构： 纵向切开血管后，清晰可见真腔与假腔并存。

• 内膜破口： 在升主动脉可见清晰的手术切开及扇形切除遗留的内膜缺损。

• 血栓形成： 假腔内可见不同程度的血栓沉积（Thrombosis）。例如，动物22-24F样本中，夹层撕裂长达5.8厘米，一直延伸至主动脉弓，假腔内充满暗红色凝血块 1。

• 对照组： 2只对照动物的主动脉内膜光滑，管壁色泽粉红，无任何分层或血肿迹象，证实了实验组病变为医源性操作所致 1。

组织病理学深度分析 (Microscopic Analysis)

样本经福尔马林固定、石蜡包埋后，进行了HE（苏木精-伊红）、EvG（弹力纤维染色）及Ladewig（纤维蛋白染色）三种染色。

核心病理特征

显微镜下观察证实了模型高度还原了人类夹层的“中层病变”：

1. 中层撕裂（Medial Delamination）： 显微镜下可见中膜平滑肌层发生纵向分离，这是夹层的病理金标准。

2. 弹力纤维断裂（Elastic Fiber Fragmentation）： EvG染色显示，原本平行排列的波浪状弹力纤维板在撕裂处发生断裂、卷曲（Rolled）和崩解。这是血管壁丧失回弹力、假腔持续扩大的结构基础 1。

3. 平滑肌细胞丢失： 撕裂区域附近的平滑肌细胞核消失或固缩，提示缺血坏死。

4. 急性血栓与纤维素沉积： Ladewig染色在假腔内捕捉到了大量的纤维蛋白网（Fibrin deposits）和红细胞聚集，证实了假腔内曾有血液流动并启动了凝血级联反应 1。

讨论与综合评价

模型的可重复性与稳定性

本研究最大的贡献在于建立了一套可标准化（Standardized）的操作流程。通过明确定义“扇形切除”的大小、“注水剥离”的容量（20ml）以及“球囊扩张”的步进距离（1cm），该团队将高度依赖术者经验的复杂造模手术转化为可复制的科学步骤。83%的成功率在同类大动物研究中属于较高水平，特别是考虑到A型夹层涉及升主动脉这一高风险区域 1。

与现有模型的横向对比

• 对比 Peng et al. (2023)： Peng等人曾尝试使用全血管内技术（Endovascular system）在猪体内植入支架并诱导夹层。虽然验证了支架的可行性，但其诱导的夹层往往范围极小，且缺乏详细的组织病理学验证。相比之下，本研究的混合模型产生了长达5.8cm的撕裂，且提供了详尽的细胞级病理证据，证明了损伤的确切性质 1。

• 对比小动物模型： 虽然小鼠模型在基因通路研究中占优，但无法进行外科手术演练。本猪模型的主动脉直径约2-3cm，完全适配人类临床使用的覆膜支架（Stent Graft）和人工血管，是连接基础研究与临床试验的理想桥梁。

临床转化意义 (Translational Implications)

该模型的建立为以下领域的研究铺平了道路：

1. 新型支架测试： 可以在该模型上测试新型“开窗支架（Fenestrated Stents）”或“分支支架（Branched Stents）”在急诊A型夹层中的锚定效果和隔绝假腔的能力。

2. 生物标志物筛选： 由于造模时间点精确可知（T2时刻），研究者可以在夹层发生的第1分钟、第1小时、第6小时连续采血。这对于筛选早期诊断标志物（如D-二聚体、平滑肌肌球蛋白重链、弹性蛋白降解产物）具有不可替代的价值，因为临床患者入院时往往已过数小时 1。

3. 影像学验证： 该模型可用于开发和校准4D-Flow MRI等新型影像技术，研究真假腔内的血流动力学剪切力变化。

局限性分析

尽管结果令人鼓舞，本模型仍存在不可忽视的局限性：

1. 急性期限制： 观察时间仅为12小时。这意味着无法研究夹层的慢性期改变，如假腔的动脉瘤样扩张（Aneurysmal dilation）或内膜片的再内皮化（Re-endothelialization）。

2. 健康血管基质： 实验使用的是健康的年轻猪。人类A型夹层患者多伴有高血压、马凡综合征或动脉粥样硬化，血管壁本身存在中层囊性坏死（Cystic Medial Necrosis）。在健康猪血管上制造的夹层，其力学传导和撕裂特性可能与病理血管存在差异。例如，健康血管的弹力层极其坚韧，限制了夹层的自然扩展，解释了为何部分实验动物夹层长度仅为1cm 1。

3. 缺乏术中影像： 本研究主要依赖有创测压和肉眼观察判断成功，缺乏术中超声或造影的金标准验证，可能遗漏微小的内膜破口或无血流的盲端假腔。

总结

本研究成功开发并验证了一种基于猪的急性斯坦福A型主动脉夹层混合模型。通过创新的“外科切开+球囊扩张”技术，研究团队在保留受试动物生命体征的前提下，重现了人类TAAD的核心病理特征——内膜破口、中层撕裂及假腔血栓形成。该模型操作规范、可重复性强，填补了A型夹层大动物实验平台的空白。

未来研究建议

为了进一步提升模型的临床拟真度，建议未来的研究方向包括：

• 引入高血压因素： 在造模前通过药物（如苯肾上腺素）或肾动脉缩窄手术诱导实验猪产生系统性高血压，模拟人类患者的高危血流动力学环境，这可能会促进夹层向更远端撕裂。

• 延长生存期： 改进术后护理，引入重症监护（ICU）级别的支持，将观察期延长至7天或14天，以研究夹层的亚急性期演变及血管重塑机制。

• 多模态影像评估： 引入经食管超声心动图（TEE）和增强CT血管造影（CTA），实时记录内膜片的运动和假腔血流灌注，建立影像-病理对照数据库 1。

以下支持信息可在以下网址下载：https://www.mdpi.com/article/10.3390/jcdd12120496/s1

图 S1：动物 1/24 切除的主动脉标本的显微镜检查（病理编号 22-24A2）；

图 S2：动物 3/24 切除的主动脉标本的显微镜检查（病理编号 22-24C+）；

图 S3：动物 4/24 切除的主动脉标本的显微镜检查（病理编号 22-24D）；

图 S4：动物 6/24 切除的主动脉标本的显微镜检查（病理编号 22-24F）；

表 S1：切除的主动脉标本的半定量组织学分析。

本报告所有数据、方法学细节及结论均基于以下核心文献及补充材料：

• 1 Deniz, E.; Marsen, S.; et al. “Development and Validation of an Acute Large Animal Model for Type A Aortic Dissection.” J. Cardiovasc. Dev. Dis. 2025, 12, 496.

• 1 Snippets referencing the specific surgical details (fan-shaped removal, tobacco pouch).

• 2 Snippets confirming journal metrics and impact factors used for context validation.

引用的著作

1. jcdd-12-00496.pdf

2. Journal of Cardiovascular Development and Disease | An Open Access Journal from MDPI,  https://www.mdpi.com/journal/jcdd

3. 10th Anniversary – JCDD – MDPI, https://www.mdpi.com/journal/jcdd/anniversary