心力衰竭動物模型研究進(jìn)展*

陳 明 魏易洪 侯玉鳴 湯 諾 鄧 兵 周 端 諸 晨 馬子霖

上海中醫(yī)藥大學(xué)附屬龍華醫(yī)院，上海市 200032

心力衰竭(心衰)是各種心臟結(jié)構(gòu)或功能性疾病導(dǎo)致心室充盈或射血能力受損而引起的一組綜合征，是大多數(shù)心血管疾病的最終階段，發(fā)病率和死亡率較高，5年存活率與惡性腫瘤接近[1]。心力衰竭發(fā)病機(jī)制復(fù)雜多樣，尚未完全闡明，研究其發(fā)病機(jī)制是我們防治心衰疾病的重要途徑。動物實(shí)驗(yàn)是臨床研究的基礎(chǔ)，選擇合適的動物模型尤為重要[2]。故本文就國內(nèi)外建立心衰動物模型的常見方法及優(yōu)缺點(diǎn)做一簡要綜述。

1 主動脈縮窄術(shù)

通過主動脈縮窄制備心衰模型以胸主動脈縮窄和腹主動脈縮窄兩種最為常見。通過注射針頭、手術(shù)線與胸主動脈或腹主動脈結(jié)扎，制作縮窄環(huán)，增加心臟負(fù)荷，從而模擬心衰模型。

1.1 胸主動脈縮窄術(shù) Li Jin等[3]對CD-1小鼠通過腹腔注射麻醉，手術(shù)結(jié)扎主動脈弓，假手術(shù)組采用同樣手術(shù)方式但不結(jié)扎，8周后發(fā)現(xiàn)模型組小鼠死亡率為54%，左室收縮末徑(LVESd)和左室舒張末徑(LVEDd)較對照組明顯增大(P<0.01)，射血分?jǐn)?shù)(EF)明顯降低(P<0.01)。黃誠等[4]將C57BL/6小鼠沿胸骨正中分層打開胸腔，鈍性分離小鼠主動脈弓，平行主動脈弓進(jìn)行結(jié)扎。術(shù)后2周有明顯心肌肥厚，4周心衰，8周嚴(yán)重心衰，8周后模型組小鼠全部存活，較假手術(shù)組，4周后為43%，8周后31%，提示模型成功。

所以，胸主動脈縮窄術(shù)多選用小鼠進(jìn)行心衰模型制備，模型周期多為4～8周，故可根據(jù)實(shí)驗(yàn)所需動物心衰的嚴(yán)重程度靈活選擇模型制備周期和縮窄環(huán)直徑，通過檢測小鼠心超指標(biāo)來判斷模型是否成功。

1.2 腹主動脈縮窄術(shù) 鄭瓊莉等[5]選取SD大鼠，于劍突下沿正中線切開2～3cm，游離腹主動脈，用7號針頭和0號手術(shù)線平行腹主動脈結(jié)扎。以 LVEDP≥15mmHg(1mmHg=0.133kPa)作為模型成功標(biāo)準(zhǔn)。4周后模型組大鼠死亡率為13.3%，存活大鼠均造模成功。方煥松等[6]選用8號針頭同樣方法縮窄 8周。8周后大鼠死亡率為27%，模型成功率為73%。

腹主動脈縮窄法相較于胸主動脈縮窄法，腹主動脈縮窄法多選用大鼠，大鼠腹主動脈更易分離并進(jìn)行結(jié)扎，且腹主動脈縮窄操作較易，適合上手。與胸主動脈縮窄一樣，手術(shù)造模加上實(shí)驗(yàn)人員操作不夠?qū)I(yè)導(dǎo)致較高死亡率，故在動物采購和飼養(yǎng)過程中要充分考慮。

2 冠狀動脈結(jié)扎法

冠狀動脈結(jié)扎制備動物心衰模型是模擬人體心肌缺血或心梗而導(dǎo)致的心衰。王永霞等[7]在SD大鼠左側(cè)第3、4肋間橫向切開1.5cm，動脈圓錐與左心耳之間1mm處對左冠狀動脈前降支進(jìn)行結(jié)扎。4周后大鼠心超EF<50%，死亡率為18%。Xu Yan等[8]選用同樣方法，4周后模型組大鼠死亡率為13%，存活大鼠心超EF值降至34%，較假手術(shù)組明顯降低(P<0.01)，血清BNP顯著升高(P<0.01)。張躍華等[9]選用新西蘭家兔結(jié)扎冠狀動脈，術(shù)中兩只因手術(shù)誘發(fā)室顫死亡，死亡率20%。4周后心超顯示模型組EF降至40%，較假手術(shù)組顯著下降(P<0.05)。

冠狀動脈結(jié)扎法制備心衰模型多適用于大鼠及一些大型動物，相較于小鼠來說更容易在造模過程中分離左冠狀動脈前降支，但是該方法較為復(fù)雜，對于實(shí)驗(yàn)者要求較高，不易上手，需要在手術(shù)過程中密切觀察動物心電圖的變化。該法同樣在術(shù)后進(jìn)行心超檢測，以EF值≤40%作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，相較于主動脈縮窄法來說更加快速、高效。

3 化學(xué)藥物法

化學(xué)藥物對動物進(jìn)行干預(yù)制備心衰模型的方法應(yīng)用廣泛，常見方法有阿霉素法、異丙腎上腺素法、鹽酸普羅帕酮法等。

3.1 阿霉素法 阿霉素臨床被廣泛應(yīng)用于各種惡性腫瘤的治療。阿霉素對心肌組織有劑量依賴性毒性，常在使用數(shù)月或數(shù)年引發(fā)嚴(yán)重心肌損害，進(jìn)而引發(fā)心衰。徐建虎等[10]選用Wistar大鼠。腹腔注射量參照2mg/kg，前2周每周注射2次，后8周每周1次。10周后模型組大鼠死亡率為25%，BNP較空白組明顯增高(P<0.01)。Jo?o Lucas O’Connell等[11]選用Wistar大鼠，采用兩種阿霉素注射方法進(jìn)行比較，對50只大鼠在2周內(nèi)進(jìn)行6次注射，累積注射量15mg/kg。對51只大鼠每周注射1次，持續(xù)9周，累積注射量18mg/kg。最終，兩種方案死亡率均高，短期組死亡率為48%，長期組49%。心超顯示短期組無明顯變化，長期組EF減少17%。長期組造模效果明顯優(yōu)于短期組。可以發(fā)現(xiàn)阿霉素注射方案各有不同，但周期過短，短時(shí)間內(nèi)用量過大不利于大鼠成模，周期多為6周以上，累計(jì)用量在15～18mg/kg。馬君等[12]選用ICR小鼠制備急性心衰模型。模型制備過程中對小鼠隔日腹腔注射阿霉素，累計(jì)用量為42mg/kg，最終死亡率為19%，存活小鼠均造模成功。

可以發(fā)現(xiàn)，阿霉素誘導(dǎo)動物心衰模型中，大鼠和小鼠都是常用模型，注射阿霉素的劑量和頻率各異，成模后多選用心超檢測模型是否成功。相比之下，大鼠的死亡率較高，成本較大，小鼠單位重量所需給藥量高于大鼠，而且在選擇短期通過阿霉素誘導(dǎo)動物心衰模型中小鼠優(yōu)于大鼠。

唐云等[13]經(jīng)兔耳緣靜脈注射阿霉素8周，每周2次，每次1mg/kg。造模結(jié)束后通過檢測兔EF值與正常組相比明顯降低(P<0.01)；LVESd、LVEDd較正常組明顯升高(P<0.01)，說明造模成功，但其中因腹瀉脫水死亡13只，其他原因5只，死亡率為25.7%，模型組存活家兔成功率為77%。制備兔心衰模型中阿霉素誘導(dǎo)較其他方法簡單，易上手，但是由于阿霉素的副作用會造成結(jié)腸炎和骨髓抑制，導(dǎo)致家兔嚴(yán)重腹瀉甚至因腹瀉脫水而休克死亡，導(dǎo)致模型死亡率較高。

3.2 異丙腎上腺素法 劉昕等[14]選用SD大鼠連續(xù)10d進(jìn)行腹腔注射異丙腎上腺素，劑量為50mg/kg，第11天進(jìn)行心超檢測。發(fā)現(xiàn)心衰組EF值由85%降至74%，LVESd、LVEDd明顯增大(P<0.05)，大鼠死亡率35%。何芮等[15]對C57BL/6小鼠按照60mg/kg劑量持續(xù)注射4周，每日1次。結(jié)果僅6只存活，死亡率40%，模型組小鼠BNP明顯增高，EF值降至51%。

目前來看，異丙腎上腺素誘導(dǎo)心衰模型，無論是大鼠還是小鼠死亡率都極高，因異丙腎上腺素為β受體阻滯劑，若對動物進(jìn)行過量使用可導(dǎo)致動物心衰，故嘗試用其進(jìn)行心衰制備模型，但是發(fā)現(xiàn)大鼠或小鼠對該藥物耐受性較差，或者目前研究中注射頻率和劑量還不成熟，動物死亡率遠(yuǎn)高于阿霉素法，且心超EF值等指標(biāo)觀察心衰模型效果也弱于阿霉素法。但該法成模較快、操作簡單，如果可以探索出更好的用量及頻率，有機(jī)會達(dá)到較好效果。

3.3 鹽酸普羅帕酮法 普羅帕酮為抗心律失常藥物，但過量使用會導(dǎo)致心律失常，可能引起急性心衰，故嘗試構(gòu)建動物心衰模型。李文文等[16]分離SD大鼠右頸總動脈，結(jié)扎后進(jìn)行左心室插管，記錄大鼠左心室內(nèi)壓和動脈壓。術(shù)后15min，大鼠舌下靜脈予以16.5mg/kg鹽酸普羅帕酮，當(dāng)左心室內(nèi)壓最大上升/下降速率(±dp/dtmax)下降為2/3以下，在右側(cè)頸外淺靜脈注射鹽酸普羅帕酮，劑量為0.19mg/(kg·min)，最后(±dp/dtmax)保持5min即表明模型成功。Lu Zhang等[17]在術(shù)中記錄心率和(±dp/dtmax)，當(dāng)心率和(±dp/dtmax)值降至50%時(shí)停止鹽酸普羅帕酮注入。降低的(±dp/dtmax)值穩(wěn)定5min后，認(rèn)定心衰模型建立成功。

鹽酸普羅帕酮法較阿霉素和異丙腎上腺素法實(shí)驗(yàn)操作復(fù)雜，對實(shí)驗(yàn)儀器要求更高，對實(shí)驗(yàn)人員技術(shù)和熟練度要求極高，且目前相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道較少，在模型制備過程中動物存活率及模型效果不是很清楚，所以該法還有更多的探索空間。

4 心室快速起搏法

在實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ桶l(fā)展過程中發(fā)現(xiàn)犬科動物相較于嚙齒類動物能夠更好代表人類生理學(xué)。BaoXi Gao等[18]對5只比格犬通過快速右心室起搏誘發(fā)心力衰竭。比格犬正常心跳約90次/min，對比格犬植入240次/min頻率的起搏器，開啟4周。4周后，動物均存活，EF值為30%，提示造模成功。Da Luo等[19]結(jié)扎犬左前降支近端，造成犬急性心肌梗死，心梗后1h在左心室側(cè)壁上縫合一枚180～220次/min頻率的電極，維持6h。所有犬EF值均降到35%以下，但在術(shù)中因心律失常導(dǎo)致2只死亡。Urszula Paslawska等[20]選用15只大白豬進(jìn)行連續(xù)右心室起搏。起搏器設(shè)定為170次/min。每月對心衰癥狀和體征進(jìn)行評估，并檢測心超。結(jié)果全部存活，其中7只輕度心衰[起搏(9±4)周]、4只中度心衰[起搏(18±2)周]和4只重度心衰[起搏(24±9)周]。

心室快速起搏法主要用于大型動物如犬、豬等心衰模型的構(gòu)建，可以發(fā)現(xiàn)該法較傳統(tǒng)手術(shù)方法創(chuàng)傷小、精確度高、動物存活率極高。通過心超等方法檢測發(fā)現(xiàn)模型效果非常理想，可以很好用于后續(xù)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)。且大型動物模型更具代表性，更加貼近人類，但相應(yīng)科研成本也更高，技術(shù)要求高，需要經(jīng)過專業(yè)培訓(xùn)和具有極高熟練度，才能達(dá)到理想效果。

5 總結(jié)

本文針對心衰常見動物模型構(gòu)建方法和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行簡要綜述。目前常見方法有主動脈縮窄術(shù)、冠狀動脈結(jié)扎法、化學(xué)藥物法、心室快速起搏法，每種方法都有各自優(yōu)缺點(diǎn)和不同的適用范圍。從造模方法上看，大動物中犬和豬多采用快速起搏右心室的方法，該法克服了以往開胸手術(shù)造成創(chuàng)傷大、死亡率高的缺點(diǎn)，具有創(chuàng)傷小、精確度高、較易上手、成功率高的優(yōu)勢，但是這種方法相較于其他方法成本較高、實(shí)驗(yàn)難度大、需要專業(yè)技術(shù)人員才能達(dá)到理想效果。主動脈縮窄術(shù)和冠脈結(jié)扎法創(chuàng)傷較大，導(dǎo)致動物死亡率較高，但成本較低，較易上手，臨床應(yīng)用比較成熟?；瘜W(xué)藥物法相較于其他三種方法最為簡單，但死亡率較高，毒副作用較大。其中阿霉素應(yīng)用最廣泛，大鼠、小鼠、兔等都是其常見的動物心衰模型，異丙腎上腺素法和鹽酸普羅帕酮法還需深入研究。從動物模型來看，動物模型可分為大、小動物模型，大動物模型在病理、生理、解剖等方面更接近于人類，所構(gòu)建的模型對于研究心衰機(jī)制更加可信，但是也要考慮研究具體方向、經(jīng)費(fèi)、實(shí)驗(yàn)難度等來決定選用哪種動物模型。小動物模型中，大鼠憑借造模方法多樣、操作較為簡便、成本較低等優(yōu)勢成為目前的主要模型。從評判模型成功標(biāo)準(zhǔn)來看，無論哪種動物如條件允許，多采用心超檢測相關(guān)指標(biāo)，EF值應(yīng)用尤為廣泛，也可通過心電圖、血清BNP等方法加以評判。因此，各種動物模型、方法都有自身優(yōu)缺點(diǎn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要選擇合適的動物模型和方法，從而更好地探索心力衰竭作用機(jī)制，是我們以后的努力方向。