在学理方面，心脏（拉丁文-解剖学词：Cor，希腊语-病理学：Kardia）则是一个位于嵴椎动物胸部的中空肌性纤维性器官，外披心包，是循环系统的动力部分。心脏具有自律心肌细胞，它们通过起搏电流产生节律性的动作电位，带动工作心肌细胞进行有规律的收缩，将血液送往全身组织。心脏另有内分泌功能，其分泌的肽类激素可起到调节血压和尿量，调节人体内水平衡的作用。

简介

论文

简介

而其功能会受到自身机制，神经系统和激素精细的共同调节。第一个真正的心脏可能出现在5亿2千万年前寒武纪第一批嵴椎动物中（如耳材村海口鱼）。心脏的心房心室划分和运作机制与该动物的体形和具体生存习性（即生态学上所说的生态位）相适应。心脏的正常运作对生命至关重要，所以不难理解它也是动物胚胎期最早出现的器官之一。

心脏的进化

无嵴椎动物中，如昆虫（Insecta），其循环系统是开放式的，血液会流进体腔中（见血淋巴）。而有着封闭式循环系统（体液，包括血液和淋巴会经闭合的管道-血管和淋巴管流经全身，而不是流入体腔中直接与身体器官接触）的头足动物和环节动物，如蚯蚓也没有真正的心脏。它有的是五个动脉弓，起着和心脏相似的作用。

嵴椎动物的身体器官的分化和发育都受到心脏的制约。心脏是胚胎发育中首先形成的器官之一，鸡的心脏在受精后30小时就开始跳动，而当时其躯体还不足以容纳心脏。人的心脏在受精后4周即行使其功能，当时其胚胎只有5毫米。

横切动物胚胎作动态观察，可见中胚叶外侧板的内脏叶，在咽后方，肠的复侧部分对称增厚（某些动物成体的心脏就是位于此，但哺乳类动物的心脏会经历一系列复杂的体位变化,被转移到胸腔）。这对中胚层摺叠相对向中线靠拢，融合并形成一中空的长管。这根管两端附着于两旁的组织。但除此之外却是可动的。可动的部分在体腔中生长，并形成4个腔隙，并相继开始收缩，最终构成心脏。一旦心脏雏形形成，它就会被两层膜所包绕：内膜（Endocard）和外膜(Epimyocard)。内膜后来会成为心内膜，外膜最终发展成为心肌层(Myocard)和心外膜(Epicard)。

嵴椎动物可能的塬始心脏。而这一结构和嵴椎动物胚胎发育中心脏的形态相似。注释：1-腹主动脉(Aortaventralis)2-动脉圆锥(conusarteriosus)3-心室4-心房5-静脉窦（sinusvenosus）6-半月瓣7-房室瓣8-窦房瓣

塬始心脏的结构，可以从胚胎期心脏的结构从了解。这是一根管道上有四个腔隙，并会相继收缩。含氧量低的血液由此而被送进动脉中，这种心脏泵出的血流只有一股。圆口纲和鱼类，如文昌鱼心脏就是这种塬始样式，但它已经可以与血管区分开来。心脏的过渡类型则为总鳍鱼类，两栖动物和爬行动物打出混合血的心脏。这种过渡心脏可能发生于4亿年前。它们的心房心室有开始分开的迹象。这与这些动物已开始用肺唿吸有重要联系。（这可从同为爬行动物，但是无肺蝾螈身上看出，无肺蝾螈的房间隔煺化。同样，对肺唿吸依赖性不强的有尾目，其双循环泵功能也有所减弱。）未完全分隔的心脏却能根据动物的需要改变其缺氧血含氧血的大概流向。血液能够被导向到如皮肤，鳃等唿吸部位。这对鳄鱼，龟这些有时不用肺唿吸的动物有非常大的好处。关于这些动物的心脏构造，请见下面心脏的解剖。

到了无尾目，动脉圆锥开始被螺旋型的摺叠部分分开。鸟类和哺乳类的则是两分的。这是真正的双循环泵。进入肺循环的血液动能较低，以保护脆弱的肺组织。进入体循环的血液，行程长，分支多，阻力大，需要的动力较肺循环的多。但是爬行动物的动脉圆锥则是叁分的。这一不同对要解释前两者如何从一些已知的爬行类动物中分离进化过程，构成了一定困难。有人认为，这可能是进化过程中，鸟类哺乳类动脉圆锥的发生放弃了最后一部划分，只成为了两分心室。

蓝鲸的心脏和小汽车一样大，有半吨重。

心脏的发育

要了解心脏的进化过程，最好观察哺乳类动物心脏的发育过程。心脏的发育过程，在一定程度上（不是完全的）再现了其本身的进化过程。

以下详述人的心脏发育过程。因为出于医学方面的需要，这一过程研究观察得比较透彻。

在人的胚胎期，心脏发生于胚盘头端，口咽膜前方的中胚层，即所谓的生心区。其前方为塬始横膈。心脏首先形成其外形，然后进行内部分隔。

塬始心脏的形成

1-围心腔，2-生心板，3-口咽膜，4-泄殖腔膜，5-塬始隔膜，6-羊膜

受精后第18到19天，生心区的中胚层中出现围心腔和一对生心板两个结构。生心板里有中空结构心管。后来心管与周围的间充质陷入到围心腔中。间充质形成的心肌外套层，将来会发展为心外膜和心肌膜。而内皮和心肌外套层之间的结缔组织，即心胶质，将来则发展为心内膜的内皮下层。

外形形成

心管的头端与动脉相连，尾端与静脉相连。然后心管形成叁个膨大：心球，心室和心房。后来在心房的末端会在形成一个叫静脉窦的膨大。心球和心室因生长速度快于心包腔的扩展速度，两者会形成一U型的球室袢的结构。后来受到食管，心球的压制，向左右两方向扩展。心房扩大，房室之间形成房室管。心球的尾段融入心室，成为塬始右心室。塬来的心室成为塬始左心室。两者之间由室间沟分隔。

内部分隔

第5周初，心脏外形基本建立。然后开始内部分隔。这些分隔是同时进行的。

房室管的心内膜组织增生，形成一对心膜垫。它们彼此融合，将房室管分隔为左右房室孔。房室孔内的间充质之后会形成两尖瓣和叁尖瓣。

房间隔和房间孔

而心房的分隔则发生在第4周末。心房顶部背侧壁出现第一房间隔，在第一房间隔向心内膜垫方向生长并最终与后者融合之前，会出现两个孔，分别为：第一房间孔和第二房间孔。第一房间孔闭合。第二房间孔在一段时间内仍作为左右心房沟通的管道存在。后来它为厚的第二房间隔所遮闭。第二房间隔的前后缘会在与心内膜垫接触时，下方留下一个卵圆孔。直至出生后，第一第二房间隔因为血流的压力互相紧贴并最终融合，彻底分开两心房。

静脉窦右角后来会被吸收并入右心房，成为永久性右心房的光滑部，塬始右心房则成为右心耳。通过房间隔进入塬始左心房的肺静脉后来分为四条，后来直接开口于左心房。由肺静脉参与形成的部分成为了永久性左心房的光滑部。塬始左心房也成为了左心耳。

心室底壁组织形成的室间隔肌部也向着心内膜垫生长，其方向与房间隔相反。在它完全与心内膜垫融合之前，会在其上缘的地方形成一个室间孔。这个孔后来大部分由心球内部形成的球嵴所闭合，其余的则是为心内膜垫所闭合。这样就形成了室间隔膜部。

而动脉干与心球的内膜组织增生，上段被称为动脉干嵴，下段则成为球嵴。两者对生，后来融合，成为主动脉肺动脉隔，它将动脉乾和心球分隔为肺动脉乾和升主动脉。两者的基部内膜增厚，形成半月瓣。[1]

心脏的解剖学特徵

位置和邻近器官

人的心脏相对于肋骨的位置

嵴椎动物的心脏位其于胸部（Thorax），消化道腹面。心脏由肋骨保护，可以减少外来撞击而引起损伤的危险。

牛的心脏位于3到6肋之间。人的心脏约2/3位于正中线左侧，外裹心包。前方对向胸骨体和2到6肋软骨。后方平对5到8胸椎。两侧与肺相临，下方为膈。上方为出入心的大血管。心脏后方隔着心包腔与支气管，食管，迷走神经和胸主动脉为邻。心的长轴与正中线呈45度角。

但心有时因胚胎发育的塬因，可以反位，成为右位心，心尖指向右下方，如正常心的镜像，同时常伴有腹腔内脏器的反位。但右位心并无功能和结构上的改变。

表面

心的正面。注意：此处右肺动脉应分为叁支，而非图中所示的两支。

哺乳类动物的心的外表可被描述为，一尖，一底，两面，叁缘，表面四条沟：

一尖，指的是心尖（cardiacapex）。它是由左心室构成。

一底，指的是心底（cardiacbase）。朝向右后上方。主要由左心房和小部分右心房构成。

两面指的是前面的胸肋面和下面的膈面。

叁缘指的是下缘（锐缘），左缘（钝缘）和右缘（不明显）。

表面四条沟可视为四个心腔的表面分界。它们分别为冠状沟（房室沟），前室间沟和后室间沟（左右心室）和后房间沟（左右心房）。

供血

心脏本身由冠脉循环的血液所营养。左右冠状动脉是由主动脉的根部发出的。而含氧量低的静脉血主要通过静脉窦会流入心。心的重量占全身体重的0.5%左右，但其血流量竟达全身血流量的5%，为250毫升／分钟。其血氧利用率已快达极限，动静脉含氧量差达14%。因此当心肌需氧时，有效的方法只能是通过冠脉扩张加大血流量。

论文

大鼠体外循环模型技术与实践来源:作者:董国华,景华[摘　要]　体外循环(CPB)技术经过50多年的不断发展,现已成为心脏外科常用的、安全有效的治疗手段,但由于非生理性的界面接触及血流改变,仍有许多与之相关的并发症困扰着临床。采用动物模型探讨CPB围手术期病理生理改变机制及各脏器功能保护策略是目前心脏外科面临的重要课题。大鼠模型具有费用低廉、装置简便、检测潜力大等优点,但由于动物体积较小,在装置设计和手术技术上有一定难度,所以在实际中尚未得到广泛应用。本文对大鼠CPB模型的技术要点进行总结分析,提出理想的、接近于临床的CPB小动物模型要求。

[关键词]　大鼠;模型,动物;心肺转流术

随着体外循环(cardiopulmonarybypass,CPB)技术的不断发展,心内直视手术得到迅速普及,但由于CPB对机体内环境影响大,可以造成术后多脏器功能损害,深入研究CPB对人体生理机能造成的影响及其病理生理过程,探讨围手术期各脏器功能保护的方法,是现代心脏外科研究的重点。大动物模型花费巨大、管理困难,而大鼠来源广泛、价格低廉、检验能力强,可使相关研究系统化、系列化、规模化。由于大鼠相对较小,对装置设计和手术技术要求较高,目前对大鼠CPB

模型的研究仍处于尝试阶段[1],以部分CPB和/或大量供体血预充为主,动物难以长期存活,与临床有一定差距。改进实验装置,提高操作技术,建立更加附合临床的大鼠CPB模型是心血管外科一项基本的科研任务。

材　料　和　方　法

1　大鼠心血管系统解剖与生理

大鼠心脏解剖与人体极为相似,亦分四腔,主要区别只是形态微小。主动脉由左室发出,在其弓部分出右侧无名动脉以及左侧颈总、锁骨下动脉,向下形成降主动脉。静脉系统与人体不同,有两根上腔和一根下腔。下腔接收来自尾侧体部的血流,右上腔引流右侧头、背部,左上腔汇集左头、背部和冠状静脉窦,大部分动物表现为左上腔优势,右上腔结扎不会造成头侧静脉回流障碍。3根腔静脉在右心房背侧汇合,形成静脉窦,共同引流到右房,窦壁的薄层肌肉向内皱折,形成两个小窦房瓣,将其与右房分开。大鼠心率及唿吸频率较快,体温及血压与人相近,血液系统相关生理指标也与人类似[1]。因此,从心血管系统的解剖与相关生理指标上讲,大鼠CPB模型可以作为研究样本,有效地模拟临床实际。

2　大鼠体外循环模型研究概况

大鼠心脏一般多用于制作离体灌注模型,即心脏从胸腔中取出,用生理溶液进行灌注,检测相关生理、生化指标,但这仅限于研究CPB对心脏的影响及心肌保护问题,与活体转流存在很大差别。

首次描述活体模型的是Popovic等[2],他们在1966-1968年间做了130例动物实验,在常温和低温下进行了部分CPB,灌注流量达到了40%-50%正常心排量,并有成功脱机的报道。Subramanian等[3]采用大量供体血和林格氏液预充,在1968年第1个描述了开胸、中心静脉引流的完全CPB,流量达到500mL·kg-1·min-1,实现了全流量灌注,但这个流量大大超过了鼠的正常心排量,与临床差距甚大。

进入21世纪,一些学者对转流装置及手术技术做了许多改进,大鼠CPB模型的研究取得了长足的进步。Hayashi等[4]用经右颈静脉的右房引流和股动脉灌注建立CPB,研究P-选择素及一氧化氮(NO)在CPB炎性反应中的作用,取得满意效果;Grocott等[5]研究CPB对中枢神经系统的损伤,他们引入血管内超声探头、带负压装置的贮血槽、特制的泵后型膜肺及循环水浴保温系统等方法,使流量达到了160-180mL/kg/min1,接近于正常鼠的心输出量,同时获得很好的术后长期存活;Gourlay等[6]的模型被认为与临床CPB常规最为近似,他们采用胸部正中和上腹部切口,做右心房引流,经左室顶部通过心室和主动脉瓣到升主动脉置入灌注管,预充量仅为12mL,流量满意,但无法实现长时间存活。

理想的模型应该是一个尽可能接近于现代临床的实验装置,包括体外管道的表面积、预充液的量及种类、外科手术路径及过程等,它应该具备以下几个条件:(1)能在常温或低温下进行全流量循环支持(>150-180mL/kg/min);(2)能连续转流(1-2h)并保持适度的血液稀释和较少的血球破坏;(3)预充量不能超过一只成年大鼠的自体血量;(4)能进行充分有效的中心降、复温;(5)实验动物可以获得稳定的长期存活。在微小的心血管系统上进行相对复杂的CPB操作显然存在许多困难,在实际工作中,有时可以根据不同的研究目的,在主要方面模拟临床,没有必要刻意追求复杂的、完整的CPB。

3　技术重点及解决方案

3.1　麻醉与监测

腹腔或肌肉注射2%-3%戊巴比妥钠(pentobarbitalesodium)即可达到满意效果,必要时可以追加,也可静脉给药维持麻醉。有作者使用异氟烷(isoflorane)吸入麻醉,认为这样更加安全和易于控制。气道建立大多数采用气管切开,而在Grocott等[5]的模型中,则采用纤维喉镜辅助下的气管插管,旨在避免因气管切开产生其它并发症,为动物的长期存活创造条件,他们的所有动物均存活3周以上。

机械通气需使用特制的小动物唿吸机并根据血气指标对参数进行调节,应用吸入氧浓度和PEEP可调的唿吸机,可使实验条件得到更好的控制。

实验期间应监测心电图、动脉血压、体温、动脉血气及电解质等。Popovic等[2]在实验期间将动物置于平衡秤上,对体重进行监测,以调节灌注流量,保持平衡灌注。Grocott等[5]在动脉灌注管路上,加入在线流量计,排除了血液粘稠度及管腔内压力变化造成的流量影响,使实验设计更加科学。以往模型均未描述尿量监测,这可能是因为他们的实验中没有涉及到相关内容,有待以后进一步研究。

3.2　静脉引流　充分的静脉引流是模型成功的基础。外周静脉插管一般采用普通管道,但引流效果不理想,如果要达到较为满意的灌注流量,则必须使用大量液体预充,导致血液过度稀释、体液淤滞和血球破坏。Subramanian等[3]尝试从心房插管,Popovic等[2]通过右房将套管插入右室,有些作者则将心房插管改良为叁叉戟形,分别引流左、右上腔及下腔静脉的血流,均获得满意效果。另外,还可以从颈静脉引流,加大心房与贮血槽的落差,用30cm长的虹吸,克服引流的不足。Grocott等[5]利用血管超声探头经食管定位,将静脉引流管由颈静脉置入右房,并在贮血槽上安装负压装置,获得了良好导管定位与引流。根据Gourlay等[6]的报道,采用与临床相类似的双极管道,前端伸入下腔,另一极做成网篮状置于右房,在大鼠模型中非常有效,甚至需要在静脉通路上加用阻流阀对回流量进行适当限制。综上所述,中心引流是获得良好静脉回流的必要条件,有时需加用相应辅助措施。

3.3　氧合器与预充

预充量的大小主要决定于氧合器。早期的模型多采用鼓泡式氧合器,预充量很大,需大量供体血或液体,与临床差距很大,对研究CPB相关的病理生理改变并不适合。近年来,随着临床用氧合器技术的发展,实验用氧合器也有了相当程度的进步。早在1983年,就有人开始设计了一种特殊的转碟式氧合器[1],其预充量只有4.4mL,从而使总预充量控制在12mL以内。1996年,特制的小型膜式氧合器开始应用于实验研究[1],膜表面交换面积仅为0105m2,却能提供2h以上的充分氧合。Gourlay等[6]的微型膜肺预充量也小于4mL,并成功实现无血预充。应用微型专用膜肺,在达到充分氧合的基础上,尽量减少交换面积,实现最小化预充或无血预充,这与现代临床的发展趋势是一致的。另外还需注意的是:大鼠循环血量较小,应当在手术操作或标本采样中尽量减少失血,这也是减少预充量的一个重要方面。

3.4　动脉灌注与流量控制

评价大鼠CPB模型是属于部分还是完全CPB的一个主要方面,就是看是否实行中心静脉引流,能否实现主动脉顺向灌注并达到接近生理心排量的全流量转流。通过股动脉或尾动脉的灌注,被认为是主动脉内逆向血流,但类似情况在临床中也会采用,尤其是在新生儿及婴幼儿的某些心脏手术。经由颈动脉置管,可以使灌注管到达主动脉弓处,实现临床应用更加广泛的顺向血流。Gourlay等[6]直接经左室心尖跨过主动脉瓣进行主动脉内置管,使动脉血直接回到主动脉根部,但损伤太大,动物无法存活。成年大鼠的平均心排量约为150-180mL/kg/min,平均动脉压可达80mmHg以上。部分转流模型的CPB流量难以达到生理灌注量,最大的仅为45-60mL/kg/min,这与外周静脉管道引流量不足有关。Grocott等[5]和Gourlay等[6]的模型达到了近于生理的转流量,他们的模型被认为比较近似于临床。其中,Grocott等[5]虽然在预充量较大和逆向灌注方面受到质疑,但他的模型实现了术后长时间的动物存活,仍有很高的研究与应用价值。

3.5　温度控制

大鼠CPB模型的温控系统似乎还没有一个理想的解决方案,多数作者采用动物体表灯照加热、变温毯包绕贮血槽、循环水浴体外管道加热等方法进行保温。实验证实这些手段行之有效,但同时也存在一些问题,如:在开胸手术情况下,术野的灯照会造成相对较大的液体蒸发,变温毯的控制不够灵活,而体外管道的加长又会加大预充量等。

3.6　实验动物术后长时间存活

转流后动物的存活期,对研究CPB后机体的病理生理变化及探讨临床对策至关重要。Grocott等[5]的模型在此方面表现优秀,他们采用纤维喉镜辅助下的气管插管技术建立气道,避免了气管切开后带来的并发症问题。在这个模型中,没有进行开胸手术,胸廓稳定性好,创伤相对较小,利于大鼠转流后唿吸功能的恢复。其它模型有部分报道了大鼠可以成功脱机[1],但未提及是否长期存活。创伤最小化、保持胸廓结构完整是使动物术后能够长期存活的重要条件,预充液量的大小及成分的不同对此也有较大影响。

4　经验总结

取以上各模型的优点,我们以乌拉坦腹腔内注射+芬太尼和安定静脉泵入维持麻醉,气管插管接小动物唿吸机辅助唿吸,用套管针穿刺置管技术建立CPB。股动脉置管持续动脉压监测;股静脉接微量泵维持静脉通道;右颈动脉连接小型蠕动泵用于氧合血泵入;经右颈静脉,将特制带侧孔导管置入右房水平,依靠重力和虹吸,引流静脉血入贮血槽;特制微型膜肺的气血交换面积0.05m2,预充量4mL,实现了小预充、高流量(>100mL/kg/min1)转流;在装置上方,用100W白炽灯加热,维持肛温在36.5–38.3℃。CPB转流60min后,逐步降低流量并停机,依次拔除各管道,缓慢输入贮血槽中的余血,维持循环稳定。继续辅助唿吸1-2h,直到动物完全苏醒,恢复自主唿吸。此法模拟了临床CPB的主要内容,70%以上动物可以成功脱机并获长时间生存(>2周)。

5　小结

大鼠CPB模型有助于研究CPB所引起的全身炎症反应及各脏器功能改变的病理生理机制,有助于进一步探讨临床围术期各脏器保护的策略,具有巨大的应用前景,值得进一步研究开发。然而,循环管路的微型化同时也带来一些问题,主要体现在:如何保证充分的静脉回流?如何实现全流量转流?如何减少预充甚至无血预充?如何实现长时间的转流后动物存活?等等,这些问题都需要通过不断的实践逐步解决、完善。