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小型猪作为心脏安全药理学的体内实验动物模型

简介:在包括药理学研究在内的生命科学领域,猪被期望成为除狗或猴子的另一种模式。由于猪除了人类的皮肤之外,还具有类似于心血管、呼吸、代谢和胃肠系统的生物学特性,实验动物和/或猴子的使用可能会引起动物爱好者的强烈关注。由于小型猪在成年后体重在34到68公斤之间,非常小的小型猪,6月龄时体重为7kg. 然而,对于典型的心肌离子通道调节剂引起的心血管反应,还缺乏背景知识,这对于将这种新型动物应用于心脏安全药理学领域是必不可少的。在本研究中,我们通过评估吡西奈胺、维拉帕米和E-4031的心血管作用,将小型猪分为体内实验模型,它们可以分别优先抑制心脏Na+、Ca2+和K+通道。清醒动物通常具有比健康人更多的复极储备,使动物对药物诱导QT间期延长不敏感。使动物对药物诱导QT间期延长不敏感。氟烷麻醉在一定程度上抑制心脏IKS和IKR与自主神经张力,导致复极储备减少。健康意识清醒者和氟烷麻醉犬复极储备的程度已被认为是相似的。因此,氟烷麻醉犬的药物诱导QT间期延长很好地模拟了健康人的QT间期延长。用氟烷吸入麻醉,在同一麻醉条件下与以前的报告直接比较其药物诱发的心血管反应。

心血管变量:小型猪8±2月龄,体重8.6±1.1kg(n=13)。肌肉注射氯胺酮(16 mg/kg)/甲苯噻嗪(1.6 mg/kg)预麻醉。将24G插管置入耳廓浅静脉,静脉注射丙泊酚20 mg/d,诱导麻醉状态。气管插管后,用1%氟烷,100%氧气维持麻醉。潮气量和呼吸速率分别设定在10 mL/kg和15次/分钟。两组临床上可用的6F大小导管鞘套分别插入右股动脉和静脉。经右股静脉导管鞘内静脉注射肝素钙100 IU/kg,以防止凝血。心电图上R波峰值时间点的左心室压定义为左心室舒张末期压。在窦性节律时,获得左心室压最大值(LVDP/DTMax)和左心室舒张末期压,以估计左心室收缩力和预负荷。心电图由A-B导联获得。QT间期用Van de Water公式校正:QTc=QT-0.087×(RR-1000),因为该公式最初是为狗开发的。

实验操作:监测主动脉和左心室压力以及心电图,并用实时全自动数据分析系统进行分析。连续记录的三个复合物被用来计算心血管变量的平均值。基础评估后,在10分钟内静脉注射1毫克/千克的吡西奈胺,并在给药开始后的5, 10, 15、20和30分钟对每一个变量进行评估(n=4)。维拉帕米的剂量为0.1毫克/公斤,以相同的方式评估吡西奈胺(n=4)。在10分钟内静脉注射低剂量0.01 mg/kg的E-4031,在给药开始后5, 10, 15、20和30分钟评价每一个参数(n=5)。额外的E-4031以高剂量0.1 mg/kg输注10min以上,并且在给药开始后的5, 10, 15、20, 30, 45和60分钟对每个变量进行评估。根据以往报道确定了吡西奈胺、维拉帕米和E-4031的剂量。

血浆药物浓度:用肝素化注射器从股动脉抽取2毫升血液,在吡西奈胺和维拉帕米开始后10, 15和30分钟,在低剂量E-4031开始后5, 10, 15和30分钟;在高剂量E-4031开始后5, 10, 15、30和60分钟测定血浆药物浓度;将血液样品在1500℃离心30 min,在4℃下制备血浆,然后在-80℃保存,直至测定药物浓度。HPLC法测定血浆中吡西奈胺、维拉帕米和E-4031的血药浓度。

结果:描述了吡西奈胺、维拉帕米和E-4031对心电图、主动脉压力和左心室压的影响。血浆浓度、心率、平均血压、左室舒张末期压和LVD/DTMax、PR间期、QRS宽度、QT间期和QTc的时间变化过程。

吡西奈胺的药代动力学和药效学研究:在输注开始后10 min观察到吡西奈胺的峰值血浆浓度,为2.37±0.22μg/ml。. 心率、平均血压、左室舒张末期压和LVDP/DTMAX的药物前控制值(C)分别为83±6 BPM、58±3毫米汞柱、11±2毫米汞柱和612±43毫米汞柱/秒。吡西奈胺在给药开始后10~30分钟显著降低心率、平均血压和LVDP/DTMax,而左室舒张末期压无明显变化。PR间期、QRS宽度、QT间期和QTc的前药对照值(C)分别为128±9 ms、88±9 ms、418±37 ms和441±39。吡西奈胺10~30分钟显著延长PR间期、QRS宽度、QT间期和QTc,。

维拉帕米的药代动力学和药效学研究:在输注开始后10分钟观察维拉帕米的峰值血浆浓度,为627±77 ng/ml。心率、平均血压、左室舒张末期压和LVD/DTMax的药物前控制值(C)分别为72±4 BPM、48±6毫米汞柱、12±1毫米汞柱和456±39毫米汞柱/秒。维拉帕米在给药开始后5~30分钟降低心率和平均血压。给药后15~30分钟降低LVDP/DTMAX,左心室舒张末期压无明显变化。PR间期、QRS宽度、QT间期和QTc的前药对照值(C)分别为132±7 ms、80±5 ms、444±19 ms和458±16。维拉帕米10~30分钟使PR间期延长,10~20分钟QRS宽度缩短,10~30分钟QTc缩短,QT间期无明显变化。

E-4031的药代动力学和药效学研究:低剂量和高剂量的E-4031在输注开始后10分钟达到峰值,分别为29±12和594±309 ng/ml。心率、平均血压、左室舒张末期压和LVDP/DTMax的药物前控制值(C)分别为82±19 BPM、66±7毫米汞柱、14±1毫米汞柱和734±56毫米汞柱/秒。在输注开始后15~20分钟低剂量使心率降低,而其他心脏血流动力学变量则无明显变化。在输注开始后5~30分钟高剂量使心率下降,5~60分钟降低平均血压,10~30分钟降低LVDP/DTMAX,而左室舒张末期压无明显变化。PR间期、QRS宽度、QT间期和QTc的前药对照值(C)分别为132±14 ms、73±5 ms、416±47 ms和426±31。低剂量使QT间期延长,5~30 min QTc延长,5~60分钟高剂量QTc延长,PR间期或QRS宽度无明显变化。

结论:本研究的特点是微型猪作为体内实验模型,通过评估吡西奈胺、维拉帕米和E-4031对心血管作用,首次比较了人和狗的心血管效应。小型猪血浆中吡西奈胺、维拉帕米和E-4031的峰值血浆浓度比狗预期的高1.7~4.8倍,这可能是由于小型猪的药物有效容积、体内的脂肪含量比狗少。药物诱导的心血管反应的程度通常小型猪比狗大。可以通过以下的可能性来解释:即小型猪独特的药代动力学曲线,较少的大反射介导交感神经增强、复极储备较小。这使小型猪成为评估化药心脏安全性的新型动物模型。

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