压力超负荷致心力衰竭动物模型的研究进展

梁逸强，潘朝锌，何新兵，杨清华，温志浩，张振千，吴海珊，周 端

充血性心力衰竭（congestive heart failure，CHF）研究已成为近年来心脏病研究的重点课题之一。随着对CHF发病机制、病理生理及临床预防和治疗研究的深入，建立了许多不同动物的充血性心力衰竭模型。本文就压力超负荷法致心力衰竭模型作一简述，供研究者在建立心力衰竭动物模型时参考。

1 动物选用

许多动物都可用于制作压力超负荷致心衰模型，如大鼠、小鼠、豚鼠、犬、兔、羊、猫等。主动脉缩窄模型可选用犬、大鼠、兔、豚鼠、羊等。主动脉瓣狭窄模型可选用犬、兔、羊等。肺动脉狭窄模型可选用犬、大鼠、兔、豚鼠、猫等。实验性高血压模型可选用犬、大鼠、兔等。急性肺栓塞模型可选用兔。其中，大鼠、兔和犬是最常用于作为制作压力超负荷致心衰模型的动物，而大鼠中又常选用Wistar大鼠和Sprauge-Dawley大鼠。兔及犬个体相对较大，对其进行操作及观察较为容易，是较为理想的试验动物，但因其价格较为昂贵，所以许多研究人员更倾向于选用个体适中，操作及观察相对方便，价格相对便宜的大鼠作为制作压力超负荷致心衰模型的首选动物。

2 动物模型的分类

依据压力超负荷致心衰发生的快慢，一般可以将心力衰竭动物模型分为急性心力衰竭及慢性心力衰竭两种类型。压力超负荷致急性及慢性心力衰竭动物模型的制作方法和原理基本相同，其主要的区别在于模型用于实验的时间有所不同，分别在造模成功后早期及造模成功后中期、晚期使用。

3 压力超负荷致心衰动物模型的制作方法

3.1 升、降主动脉缩窄模型 升、降主动脉缩窄模型主要是通过造成左心室血液流出道受阻，左心室后负荷加重，心脏通过动用代偿机制如心肌肥厚等，以减少室壁张力和改善心肌收缩力，但是左室肥厚不一定发生心衰，然而代偿机制均有一定的限度，超过这些限度致心脏失代偿时，就会出现心衰症状［1］。升、降主动脉缩窄模型比较容易发生心力衰竭，技术操作方便、重复性比较好、造价相对低廉、创伤较小、手术时间短。所造成的症状与临床左心衰、右心衰症状相似，能很好地模拟压力超负荷导致左室肥厚的演变过程。升、降主动脉缩窄模型的不足之处在于狭窄程度不易掌握。如果缩窄过松，模型不易形成心力衰竭，缩窄过紧则容易形成急性左心衰竭，导致模型死亡率较高。

包伟珂等［2］使用雄性 Wistar大鼠，术后3个月开始，缩窄组大鼠出现呼吸困难，术后5个月出现大鼠死亡。术后3～5个月缩窄组左室收缩压（LASP）下降14%，左室舒张末压（LVEDP）升高24%，左室压力变化最大速率＋dp／dtmax和-dp／dtmax分别下降44%和43%。实验结果表明，幼年Wistar大鼠升主动脉慢性缩窄术后（3～5）个月可产生稳定的后负荷心衰。姚志峰等［3］使用雄性C57BL／6小鼠，体重18g～22g，用26G针头和升主动脉结扎后，拔出26G针头，使升主动脉缩窄70%以上。第1周末、第2周末小鼠颈动脉压力显示，升主动脉缩窄的小鼠血压同未做缩窄的小鼠相比，压力升高大约50mmHg，证明压力超负荷模型成功建立。HE染色、Masson染色和心脏超声结果显示，小鼠升主动脉缩窄后，心脏开始出现代偿性肥厚，造模后第2周心室壁厚度达高峰，第4周发现心室壁厚度变薄、射血分数下降，出现心力衰竭的症状。张曼等［4］采用升主动脉缩窄造模，20周后成功建立了慢性心衰模型。实验结果显示，心衰组与假手术组相比，左室舒张末压明显增高，左室肥厚指数明显增加，左室收缩压和左室压力变化±dp／dt max明显减低，心衰大鼠心肌组织RhoA、Rho激酶mRNA表达明显增高。表明Rho／Rho激酶传导途径参与慢性心衰发生与发展的过程。Liao等［5］使用雄性C57BL／6小鼠，体重18g～23g，用27G针头和7-0丝线结扎升主动脉后，拔出27G针头，使升主动脉缩窄0.4 mm，造成缩窄升主动脉小鼠模型。结果显示，升主动脉缩窄后，左、右颈内动脉收缩压之间压力梯度为50.5mmHg。4周模型组肺重量与体重比（LW／BW）是假手术组小鼠平均1.5倍。模型组小鼠左室收缩末期内径（LVSD）和左室舒张末期内径（LVDD）在2周显著下降，从4周～11周LVSD增加，而左室短轴缩短率（LV FS）显著降低，11周LVDD增加明显。赵晓静等［6］使用雄性豚鼠，体重250g～300g，开胸，经升主动脉穿一根3号丝线后，沿丝线穿入长1.0cm～1.2cm、内径约1mm的塑料管，丝线一端打一个松结，另一端穿入该松结内，收紧松结并将活结下移至塑料管两端相接，在距升主动脉根部约5mm处固定塑料管，并且在第二次结扎后剪除剩余丝线。实验结果显示，升主动脉缩窄合并呼吸困难组出现明显的左心室舒张期末压（LVEDP）和左心室收缩压峰值（LVP）增高，且心室重量、心室重量（湿重）与体重比值（VBR）增大，左心室室壁厚度增加，均提示CHF的形成。李晓梅等［7］选用雄性昆明（KM）小鼠，体重22g～25g，开胸，用5号丝线与在右颈总动脉分出后0.3cm处放置的26G～27G针头（直径0.4mm～0.6mm）进行结扎，抽出垫扎针，对主动脉弓进行60%～70%中度狭窄建立缩窄模型后，采用高频超声心动图进行观察，结果显示术后4周缩窄组即出现心肌向心性肥厚的表现；左心室扩张，但心功能正常；12周左室壁无进一步增厚的表现，出现了失代偿性心力衰竭。解剖发现，第4周小鼠左室重量、左室重量指数明显增加。熊晨等［8］选用雄性豚鼠20只，体重250g～300g，开胸，分离出降主动脉。术后左心室压和LVEDP明显增高，且LVW／BW及LW／BW明显增大，左心室室壁厚度明显增加，±dp／dtmax下降，均提示CHF的形成。

Stamm等［9］选用10d龄新西兰兔，进行降主动脉套扎，超声研究结果显示，造模后6周～7周，左心室质量／容量比值增加＞30%，提示CHF兔建模成功。

3.2 肺动脉缩窄模型 肺动脉缩窄模型主要是人为地造成动物肺动脉狭窄，通过造成右心室排血障碍，右心室后负荷增加，右心室肥厚，左室肥厚在代偿时不出现心力衰竭，但长期发展当代偿机制失去代偿能力时即会产生心衰［10］。肺动脉缩窄模型制作的优点在于成功率较高。缺点在于模型对动物创伤较大，容易造成大出血、肺损伤等情况，动物不易存活，以及开胸导致胸廓压力变化，加大了心室压力测量的难度。Everett等［11］使用雌雄各半犬，体重7kg～12kg，开胸，沿胸骨中线分离肺动脉，经肺动脉穿一根丝线后，沿丝线穿入聚乙烯管，将丝线收紧，直到右心室在舒张期最大限度地扩张，但没有发生室性心律失常。使用5FSwan-Ganz导管测量右心室压力，发现模型组8个狭窄犬右心室收缩压增加76mmHg±6mmHg，而4个假手术组犬右心室收缩压增加40mmHg±5mmHg。在肺动脉狭窄后的24d，右心室的湿重增加了84%，其中前5d右心室的湿重增加最快。造模后的前5d右心室的总蛋白合成率每天增加了13.6%，而假手术犬每天增加了6.2%。5d后的左心室蛋白质合成率有所下降，但在肺动脉狭窄的24d里蛋白质合成率仍然显著升高。Zierhut等［12］采用SD大鼠肺动脉狭窄模型，肺动脉狭窄造模后外径为1.7mm，结果与假手术组动物相比，肺动脉狭窄引起右室收缩压（SBP）显著增加，左心室（LV）功能参数没有改变。肺动脉狭窄引起右心室（RV）游离壁以及RV细胞体积重量增加，而LV的重量不变。与模型组比较，雷米普利轻微增加左室收缩压和LV dp／dtmax，而雷米普利对RV收缩压和RV游离壁的体重增加并没有受到影响。Braun等［13］使用雄性Wistar大鼠，体重180g～220g，肺绑扎动脉（PAB）3周造模，研究肺绑扎动脉引起的压力超负荷导致右心室（RV）肥大和心肌细胞凋亡，结果显示，PAB诱导RV肥大的心肌蛋白激酶C同工酶，此酶不同于肾素-血管紧张素系统（RAS）引起的RV肥大，也证明了RAS在PAB诱导的心肌细胞凋亡的重要作用。Leeuwenburgh等［14］对羊行肺动脉缩窄术，建立肺动脉狭窄模型，造成右心室超负荷，出现右心衰竭。羊肺动脉缩窄术造模后，右心室等容舒张期的时间和dp／dtmin与对照组相比均显著增高。表明慢性RV压力超负荷后，RV早期松弛时间延长和舒张刚度增加，说明了RV舒张功能受损。

3.3 腹主动脉缩窄法 腹主动脉缩窄模型通过动物压力负荷增加，左心室后负荷加重，使心肌向心性肥厚，进一步发展，当心脏失代偿时，就会出现左心衰、右心衰症状和体征。腹主动脉缩窄模型既可以引起心脏后负荷的增加，又可以引起双肾血流减少，可激活RAS等神经内分泌、细胞因子的机制，能较好的模拟压力负荷增高导致左心室肥厚演变过程。腹主动脉缩窄模型具有手术时间短，操作相对简单，技术难度不大，费用较为低廉，模型成功率较高等优点。该模型的缺点是实验所需的时间比较长。胡咏梅等［15］选用Wistar大鼠，造模时在双肾动脉上方0.5 cm处将8号针头与腹主动脉共同结扎，拔除针头，造成腹主动脉管腔环形缩窄约50%～60%。4周末模型组心功能指标平均动脉压（MBP）、LVSP升高28%、14%（P＜0.05），左室重量指数（LVMI）增加16.9%（P＜0.05）。8周末模型组心功能指标恶化，大鼠收缩、舒张功能均明显异常，达心衰模型。8号针头缩窄腹主动脉4周心衰成功率为16.67%，8周心衰率达73.68%，提示腹主动脉缩窄心衰模型与缩窄时间密切相关。吴琦等［16］使用SD大鼠，体重220g～250g，造模时用内径为0.7mm的银夹不完全结扎左右肾动脉之间的腹主动脉，使之外径狭窄至0.7mm，制备压力超负荷性心室重构模型。造模35d后，实验模型组动物的SBP、舒张压（DBP）、MBP明显升高，心脏质量指数HWI，LVWI显著性增加，说明心脏后负荷增加是引起心肌细胞肥大、心室重构的主要原因之一。于远望等［17］使用雌性SD大鼠，体重180g～230g，采用腹主动脉缩窄法造模，术后8周模型组心肌胶原组织容积分数（CVF）及Ⅰ型胶原（CollagenⅠ）和Ⅲ型胶原（CollagenⅢ）的CVF明显增加。李永胜等［18］、Rose等［19］使用大鼠行腹主动脉缩窄术建立左室心肌肥厚模型，术后第4周开始测量左心室重与体重（LVW／BW），LVMI等指标，研究结果显示，模型均发生了明确心肌肥厚。任海玲等［20］采用缩窄腹主动脉大鼠动物模型，研究动物模型与大鼠心、肾、肺内小动脉的关系。研究结果显示，压力超负荷与心、肺、肾小血管的动态重构关系密切。夏嘉鼎等［21］研究发现缩窄腹主动脉复制的心衰大鼠模型心肌组织TNF-α表达显著增加。Jouannot等［22］使用大鼠腹主动脉缩窄法造模，造模后出现早期且短暂的最大等长收缩力（PO）和最大的肌肉缩短速度（maximum shortening velocity，Vmax）下降。在主动脉缩窄处放开缩窄线后的第5天，与对照组比较，PO增高，而主动脉缩窄处放开缩窄线后的第8天、第15天，PO和Vmax正常。王瑞芳等［23］使用6周龄雄性Wistar大鼠，分别行肾上和肾下腹主动脉缩窄术，肾上腹主动脉缩窄组在双侧肾动脉分支上方0.5cm处，肾下腹主动脉缩窄组在分支下方0.5cm处，均选择6号针头紧贴于腹主动脉壁平行放置，使用3-0号丝线将针头和腹主动脉共同结扎，抽出针头，造成腹主动脉狭窄约为60%。术后4周肾上和肾下组大鼠分别出现室间隔厚度、左室后壁厚度、左室心肌重量比对照组增加；术后12周肾上腹主动脉缩窄组出现心衰表现。

3.4 去氧皮质醇-盐负荷法 去氧皮质醇-盐负荷法主要是通过给动物喂养盐水，从而增加钠水潴留，并且配合单侧肾切除，模拟高血压心肌肥厚的发病过程。此法模型操作较简单，费用相对低廉。缺点是心力衰竭的发生率较难于控制。Tiritilli［24］使用5周龄豚鼠，体重300g，左侧肾切除，手术1周后豚鼠用10 mg去氧皮质醇（DOCA），5天／周，共用10周，同时饮用水含9 g／L NaCl和2g／L KCl。研究结果表明，到10周的豚鼠DOCA-盐负荷法造成血压显著的增加（30%），左室重量增加（37%），左心室壁增加（36%），LV重量／体重增加（23%）和左室容量增加（51%）。李慧丽等［25］使用雄性SD大鼠12只，体重200g～300 g，切除左侧肾脏，术后1周后，模型组大鼠肌注DOCA 25mg／只，2次／周，4周后改为1次／周，继续用药4周，同时饮用水含9 g／L NaCl和2g／L KCl。模型组大鼠造模8周后，LV的±dp／dt max明显下降，同时出现左心室肥厚的表现。方国璋等［26］采用DOCA硅胶管皮下埋入法，大鼠术后喂1%盐水并配合左肾切除，心元胶囊能明显改善心衰大鼠的心功能和心肌收缩力。

4 结 语

引起心脏压力超负荷常见病因有心室血液流出道受阻和高血压，比如主动脉缩窄，主动脉瓣狭窄，肺动脉缩窄，肺动脉瓣狭窄，腹主动脉缩窄，盐敏感性高血压等均可加重心脏后负荷，当心脏处于失代偿期，就会导致心力衰竭出现。后负荷加重的程度与心肌肥厚程度等有相关性。其机制主要是心脏后负荷增加，导致心脏做功与耗氧量增加，交感神经系统、RAS等的激活，导致血流动力学、神经内分泌、细胞因子等功能异常，而导致心肌肥厚、心室重构，逐渐形成CHF。

现已建立的动物心衰模型有：压力超负荷，心脏快速起搏，容量超负荷过度，结扎冠状动脉或冠脉内注入微栓子，遗传性，药物等。而压力超负荷所致心力衰竭动物模型，包括有主动脉缩窄，主动脉瓣狭窄，肺动脉缩窄，肺动脉瓣狭窄，腹主动脉缩窄，盐敏感性高血压，急性肺动脉栓塞等模型。其中主动脉瓣狭窄，肺动脉瓣狭窄，急性肺动脉栓塞等模型，因其造模技术要求高，操作难，成功率低，费用高等问题，极少有这些模型产生心力衰竭的数据报道。如急性肺动脉栓塞模型，虽然李建生等［27］、张敬霞等［28］、王运仓等［29］建立了急性肺动脉栓塞模型，但是并没有急性肺动脉栓塞导致心力衰竭的模型报道。心脏压力超负荷心衰模型主要是通过线或者金属动脉夹等缩窄血管，而控制血管缩窄程度是建立心脏压力超负荷心衰模型是否成功的关键。如果模型缩窄过松，模型不易形成心力衰竭，过紧则容易形成急性左心衰竭，导致模型动物的死亡率增加。Braunwald等［30］提出关于CHF动物模型制作标准及评价标准。目前，对心衰动物模型的评价主要包括：动物表现、心电图、心肌细胞病理检查及心导管检查等几个方面。动物模型若出现心室重构、血流动力学紊乱及心功能恶化等情况，提示CHF模型制备是成功的。然而，引起心力衰竭的原因很多，心力衰竭的发病机制非常复杂，单一的动物模型不能模仿心衰所有阶段的病理生理的发展变化，还需要我们进一步摸索探讨心衰的动物模型，使模型更加具有可重复性，可靠性，易行性，可控性，适用性，经济性等特点，为心力衰竭的研究提供更为合适的动物模型。今后将会有越来越多更稳定、更能模拟心衰的病理生理、临床表现的动物CHF模型出现，推动CHF研究的发展。

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