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深低温停循环、体外循环等对脑的影响和脑的反应是十分复杂的，要深入探讨其机制与防治离不开动物实验，许多研究不可能也不容许在人体上试验。因此，可以通过动物模型的间接研究，进而有意识地改变那些在自然条件下不可能或不容易排除的因素，以便更加准确地观察模型的实验结果，并将研究结果推及于人类，从而有助于更有效地认识体外循环对脑影响的发生、发展规律和研究防治措施。而实验动物选择得当与否，是研究成败的关键。
中枢神经系统损伤一直是心血管外科体外循环术后最突出的并发症及致死因素。体外循环中形成的各种微栓、炎症反应、低温、低流量和低压灌注、深低温停循环和非搏动血流等因素是目前公认的导致心血管术后脑损伤的最主要因素。致病因素的广泛性致使单一或几种手段同时应用均难以根除脑并发症的发生。导致这一现状的最为关键的因素是体外循环术后脑损伤的潜在的分子机制尚未阐明，因而在这一领域急需进行相关的临床基础研究来攻克这一难题。
最近，在脑缺血、中风、缺血再灌注损伤和脑外伤等一系列脑损伤的研究中发现，在处于兴奋性神经毒性作用下游存有一个关键分子事件即聚腺苷二磷酸核糖聚合酶-1（PARP-1）过度激活，其更接近细胞的终极损伤结果-坏死或（和）凋亡。但体外循环后脑损伤不同于常温情况下的脑缺血或缺血-再灌注损伤，PARP依赖的细胞损伤在体外循环后脑损伤中是否发挥作用，需要进一步证实。
材料和方法：
实验一:建立深低温停循环术后脑损伤的动物模型:中华小型猪18头，分为对照组即为假实验组(n=6)，体外循环组（n=6/组）。对照组除不进行体外循环外，其他操作与体外循环组相同。体外循环组又分为:单纯体外循环组，体外循环十深低温停循环组。正中开胸，经升主动脉和右心房分别插动脉供血管和静脉引流管建立体外循环，循环平稳后逐渐降温，待直肠温至18℃时，停循环60分钟，复温到36℃后并行循环30分钟，生命体征平稳后停体外循环。整个过程中持续监测心率、动脉血压、肛温，间断血气检查PaCO2、PaO2、血离子等，术后常规给予监护，保证实验动物存活。在术前1天，行所有动物的脑DWI检查作为对照，术后48小时，再次行活体动物脑的DWI检查，并进行术前、术后24小时及48小时神经行为评分。
实验二:在建立的动物模型的基础上探讨聚腺苷二磷酸核糖聚合酶-1(PARP-1)依赖的细胞损伤在体外循环后脑损伤中的分子机制。在已造好的动物模型的基础上，术后48小时，再次行活体动物脑的DWI检查证实深低温停循环是否造成了脑损伤。为下一步确定取材部位提供理论依据。术后48小时根据猪脑定位图谱和DWI检测阳性部位留取脑顶叶皮层和海马CA1区组织，分别进行HE染色、电镜、原位细胞凋亡检测了解细胞凋亡和（或）坏死情况、PARP-1、bcl-2、bax免疫组化检测和PARP-1、AIF的Western Blot检测了解细胞凋亡情况、PARP-1活性变化及AIF表达情况及它们之间的关系。用SPSS13.0软件进行资料的统计学处理，各项数据采用均值±标准差（或标准误）的形式表示，组间比较采用t检验方法，组内比较采用Repeated measures ANOVA或Kruskal-Willis检验方法，多重比较依次采用Dunn和Bonferroni比较方法。
结果：
实验一:采用正中开胸，升主动脉和右心房插管，降温到18℃，停循环60min的方法建立深低温停循环动物模型，术后给予监护。12只体外循环组动物均术中过程平稳，术后存活11只，1只术后2小时死亡，死亡原因为出血。11只动物均出现了不同程度的脑功能障碍，表现为无法正常站立，反射迟钝等。对所有实验动物均进行术前和术后48小时DWI（弥散加权成像）检测。以术前检测结果为对照，以排除实验动物原有的脑损伤灶。对照组动物术后检查结果和术前相比无差异，无阳性发现。实验组动物术后DWI检查和术前相比，有明显的新发DWI阳性病灶，DHCA组较单纯CPB组阳性病灶多，病变主要位于大脑皮层和海马区。术后24小时和48小时对实验动物进行神经行为评分和术前比较，对照组评分结果与术前无差异，实验组评分结果与术前有明显差异，DHCA组较单纯CPB组评分更低。结果证明用此方法建立猪深低温停循环术后脑损伤的动物模型是可行的，并保证了术后的存活。
实验二:组织病理学检测结果提示DHCA组高度嗜曙红染色的神经元和伴有核固缩和核碎裂的萎缩神经元数量显著多于单纯CPB组和对照组。电镜检测显示DHCA组海马CA1区和皮质内神经元核膜变得不规则，局部水肿，并可见凹口，染色质边集，核内可见染色质凝聚，线粒体空泡变性，显著高于单纯CPB组。线粒体受损程度评分显示，DHCA组的评分显著高于单纯CPB组。DHCA组未见Bcl-2蛋白染色阳性的细胞，但该区可见大量细胞被苏木精染色后细胞核固缩、不规则等变化的细胞，CPB组可见Bax蛋白染色阳性的细胞，DHCA组可见大量Bax蛋白染色阳性的细胞。DHCA组PAR表达明显高于单纯CPB组，平均阳性染色率分别为:顶叶皮层顶叶皮层40.2±4.4％和16.4±3.5％，海马CA1区52.3±6.1％和18.7±4.3％，差别均有统计学意(P＜0.05)。PARP-1和AIF Western Blot检测结果DHCA组可见PARP-1的裂解片段p89和AIF在DNA内切酶与核酸外切酶G协同诱发染色质凝集和DNA断裂，产生的p50片段出现，而对照组和单纯CPB组未见PARP-1的裂解片段p89和AIF裂解的p50片段出现。
结论：
1.猪比其他哺乳类动物在解剖、生理、营养、代谢等方面更类似于人，而且来源方便，成本较低，在CPB预充比例、血气管理方法、麻醉管理、DHCA建立方法、术后监护、组织标本的取材等方面也探索出了很多经验保证了动物的存活，使其适用于DHCA后脑损伤的研究。因此，猪是理想的深低温停循环脑保护模型动物。
2.DHCA后脑损伤是由caspases依赖的细胞凋亡、PARP-1依赖的细胞损伤和AIF诱导的细胞凋亡共同作用的结果。PARP-1过度激活及细胞坏死和（或）凋亡这些级联的分子事件在DHCA后脑损伤的分子机制中发挥重要作用。