腹主动脉缩窄法建立大鼠心衰模型的研究*

谭 巍 任 澎

(1. 新疆维吾尔自治区人民医院，乌鲁木齐 830000)(2. 新疆维吾尔自治区人民医院心内科，乌鲁木齐 830000)

心力衰竭(Heart Failure，HF)为一类发病机制复杂的临床综合征，主要由心功能及心脏结构受损导致的心室充盈或泵血能力障碍，影响着患者的生存质量及远期预后。多年来，由于人类对心力衰竭发病机制的探究越来越全面，对其预防及治疗也有了更深入的了解，而建立合适的心衰模型对心衰的进一步研究也有着重要指导意义，其中，大鼠价格低廉，操作简便，被用于心血管动物实验研究已有多年。缩窄大鼠腹主动脉或升主动脉法致大鼠心衰与人类慢性心衰过程相似，都是较常用的制作大鼠心力衰竭的方法。本文将进一步研究将大鼠腹主动脉缩窄至不同程度对其血流动力学、心肌组织形态学的影响，为今后研究者建立大鼠心衰模型提供更为有效的制作方法。

1 材料与方法

1.1 实验动物

雄性Wistar大鼠50只，由新疆医科大学第一附属医院实验动物中心提供，许可证号：SCXK(新)2011-0004，体质量(200±20)g，随机分成3组：A组为假手术组(n=10)，B组缩窄腹主动脉直径至0.45 mm(n=20),C组缩窄腹主动脉直径至0.7 mm(n=20)。

1.2 仪器

超声诊断仪(惠普M2424 A)；12 MHz高频探头(飞利浦21380 A)；电子天平(上海寺冈电子有限公司 DS-425)；手术显微镜(德国卡尔蔡司S100/

OPMIPico)；10%水合氯醛(上海莱江生物科技有限公司 R00635)；注射用青霉素钠(石药集团 H13021634)；4%多聚甲醛(博士德生物 AR1069)。

1.3 建立模型方法

所有大鼠术前禁食12 h，10%水合氯醛(0.3 mL/100 g)腹腔注射麻醉，仰卧位固定，手术区域备皮、消毒。沿腹白线逐层切开皮肤及肌肉组织至剑突，充分暴露腹腔，在左肾动脉上方钝性分离腹主动脉，A组只分离腹主动脉，不结扎；B组将4.5号注射针头(直径0.45 mm)与腹主动脉平行放置，用6号PROLENE手术线将两者一起结扎(图1)，可见左肾缺血变白，然后抽出针头，将内脏归位；C组用U型银夹(银夹内径0.7 mm)造成腹主动脉部分狭窄(图2)，分层关闭腹腔，3号慕斯线逐层缝合肌肉及皮肤；所有大鼠术后均给予青霉素80万U/只，连续3 d肌肉注射，预防感染。

图1 缩窄腹主动脉至0.45 mmFig.1 Narrowed abdominal aortadiameter up to 0.45 mm

图2 缩窄腹主动脉至0.7 mmFig.2 Narrowed abdominal aortadiameter up to 0.7 mm

1.4 超声心动检测

大鼠造模第4周和第8周分别行超声心动图检测，用10%水合氯醛(0.3 mL/100 g)腹腔注射麻醉，胸部备皮，使用12 MHz高频探头取胸骨旁左室短轴切面，由二维超声引导M型曲线进行测量。测量指标：舒张末期室间隔厚度(IVSd)、舒张末期左室后壁厚度(LVPWd)、左室舒张末期内径(LVEDd)、左室收缩末期内径(LVEDs)和射血分数(LVEF)。以上指标均在连续测量3个心动周期后取平均值。

1.5 心脏标本处理

超声心动图检测后将大鼠由腹主动脉放血处死，打开胸、腹腔后迅速剪下心脏、肺脏，用生理盐水冲洗残余血液，滤纸吸干水分，去除多余组织，用电子天平秤取全心质量(HW)、左心室质量(LVWI)、肺质量，与体质量比值分别得出左心室质量指数LVWI、心/体比、肺/体比。

1.6 心肌组织形态学改变

将心肌组织沿室间隔切除右心室，只保留左心室，剪取左室冠状面中部环状心肌组织，置于4%多聚甲醛溶液中固定，脱水后浸蜡包埋、切片，常规苏木素-伊红染色 (hematoxylin-eosin staining，HE)，在400倍倒置荧光显微镜下观察。

1.7 统计方法

2 结果

2.1 一般情况

手术后A组大鼠死亡0只，存活率100%。B组大鼠1周内死亡6只，2周内死亡3只，存活率55%。C组大鼠1周内死亡3只，2周内死亡3只，存活率70%。8周时行腹主动脉缩窄的大鼠均表现出脱毛、易怒、肺水肿、体质量增长缓慢，活动能力下降，对外界刺激反应迟钝等表现。

2.2 造模后超声心动图检查结果

术后4周，B组与A组各项指标均有极显著差异(P<0.01)，C组与A组相比，IVSd、LVPWd、LVEDs、EF有显著差异(P<0.05)，而LVEDd有增加趋势，但差异无统计学意义(P>0.05)，C组与B组相比，IVSd、LVPWd、LVEDs差异极显著(P<0.01)，LVEDd、EF也有显著差异(P<0.05)，见表1；8周时，B组和C组大鼠与假手术组相比IVSd、LVPWd、LVEDs、 LVEDd明显增加(P<0.05)，EF显著降低(P<0.01)；C组大鼠IVSd、LVPWd、LVEDs、LVEDd、EF变化程度没有B组明显，两组间差异有统计学意义(P<0.01)，见表2。3组大鼠超声心动图见图3～图8。

表1 4周大鼠超声心动图指标比较Table 1 Comparison of echocardiographic indexes at 4

表2 8周大鼠超声心动图指标比较Table 2 Comparison of echocardiographic indexes at

图3 A组4周Fig.3 Echocardiographic of group A at 4 weeks

图4 B组4周Fig.4 Echocardiographic of group B at 4 weeks

图5 C组4周Fig.5 Echocardiographic of group C at 4 weeks

图6 A组8周Fig.6 echocardiographic of group A at 8 weeks

图7 B组8周Fig.7 Echocardiographic of group B at 8 weeks

图8 C组8周Fig.8 echocardiographic of group C at 8 weeks

2.3 病理学指标

术后8周B组和C组与A组相比，LVWI、心/体比、肺/体比均有明显增大(P<0.01)；C组与B组相比LVWI、心/体比有显著差异(P<0.05)，肺/体比差异极显著(P<0.01)，见表3。

表3 腹主动脉缩窄组大鼠病理学指标的比较Table 3 Comparison of LVWI,heart/body ratio andlung/body ratio in each

2.4 心肌HE染色

在显微镜下观察心肌细胞的形态学改变,假手术组心肌细胞排列整齐，肌纤维纹理清晰，染色均匀(图9)；与假手术组相比，B组心肌纤维变粗，排列紊乱，染色不均，心肌细胞间隙明显增宽，细胞呈部分水肿，细胞核固缩，深染，间质纤维组织增生伴有炎症细胞浸润(图10)；而C组组织改变程度与A组、B组相比较，心肌纤维排列整齐程度、心肌细胞肥大程度、细胞间隙宽度，介于两者之间，局部细胞核深染(图11)。

图9 A组大鼠心肌(×400)Fig.9 Myocardium of group A(×400)

图10 B组大鼠心肌(×400)Fig.10 Myocardium of group B(×400)

图11 C组大鼠心肌(×400)Fig.11 Myocardium of group C(×400)

3 讨论

常用的大鼠心衰造模方法主要有以下几种：①压力超负荷型：缩窄大鼠主动脉、肺动脉、腹主动脉，该方法初期大鼠心脏代偿性增厚，后期心室壁厚度变薄、射血分数下降, 出现心力衰竭的症状。操作过程中控制血管缩窄程度是造模成功的关键因素[1]。②容量超负荷型：动静脉造瘘可行成急性容量负荷增加，该法可研究舒张功能障碍性心力衰竭[2]；③快速起搏法：适合充血性心脏衰竭的评价，便于连续观察心衰进展。虽然该方法手术创伤小，试验周期短，在几周后就可出现心功能障碍，但成本较高[3]。④化学因素法：部分药物等可通过影响心率、心肌细胞通道受体影响心功能[4]。⑤造成心肌缺血/梗死模型法：通过结扎冠脉动脉或冠状动脉微栓塞诱导心肌缺血、梗死，该法创伤大，实验动物死亡率高，对手术操作也有较高的要求。

有研究者实验证实不同时限缩窄大鼠腹主动脉与模拟心室肥大到心衰过程密切相关[5]。还有研究者通过双重缩窄腹主动脉[6]或者在双肾上缩窄腹主动脉[7]，对比常规左肾上缩窄都取得了较好的造模成果。本实验中采用的动脉缩窄法是压力超负荷型的一种，通过人为缩小大鼠腹主动脉直径，引起心脏后负荷增加，心肌代偿性肥厚，长期后负荷过重，最终心脏功能失代偿，形成心力衰竭[8]。此外，腹主动脉缩窄法还可通过引起肾血流灌注不足，激活肾素-血管紧张素-醛固酮(RASS)系统，形成水钠潴留，激活血管紧张素转化酶(ACE)，引起AngⅡ增加，收缩血管，加重心脏负荷，形成心衰恶性循环，故能较好地模拟神经内分系统改变[9]。

国内实验有采用0.6 mm针头、0.8 mm针头、0.7 mm银夹缩窄，4周时大鼠心衰成模率较低，观察5周可出现收缩压、舒张压、心指数增加、心室肥厚，8～12周左右时成模率可有所升高[1、5、10]。本实验中分别采用0.45 mm针头和0.7 mm银夹在左肾上方缩窄腹主动脉，结果显示：4周时，0.45 mm针头缩窄组大鼠已经出现了明显心肌向心性肥厚改变，心室腔内径缩小，射血分数有所降低，但此时射血分数仍在正常范围内，说明此时还处于心功能代偿阶段。0.7 mm银夹缩窄组大鼠在第4周时与对照组相比和IVSd、LVPWd、LVEDs稍有增加(P<0.05)，LVEDd虽有增加趋势但无统计学意义(P>0.05)，射血分数也稍有降低，但差异不具有统计学意义(P>0.05)，说明此阶段0.7 mm银夹缩窄组大鼠心肌开始逐渐向心肌肥厚发生转变，但尚未出现明显病理生理改变。8周后，用0.45 mm针头缩窄组大鼠室间隔、左室后壁厚度进一步增加，左室腔内径增大，同时射血分数已减低至心衰水平，此时心脏收缩功能障碍，进入心衰失代偿阶段；而用0.7 mm银夹缩窄组此时才出现明显心肌肥厚，射血分数显著降低，但各项指标变化没有缩窄至0.45 mm组显著。提示腹主动脉缩窄法造大鼠心衰模型的与对缩窄程度的把控及缩窄时限的影响相关。

心肌质量指数(LVWI)是衡量心力衰竭程度的指标之一[11]，8周后的病理学指标显示：用0.45 mm针头缩窄组大鼠和用0.7 mm银夹缩窄组大鼠与假手术组相比均出现了明显左室心肌质量指数(LVWI)和心/体比增加，且0.45 mm针头缩窄组大鼠增加程度更为显著。心力衰竭时由于肺循环淤血，造成肺水肿，肺/体比可反映大鼠肺水肿程度，从实验数据可以看出实验后期0.45 mm针头缩窄组和0.7 mm银夹缩窄组都发生了严重肺水肿，0.45 mm针头缩窄组肺水肿程度明显高于0.7 mm银夹缩窄组。由此，说明从大鼠心肌肥厚发展至心力衰竭的进程中，0.7 mm银夹缩窄组无论是时限还是心衰程度都要明显落后于用0.45 mm针头缩窄组的大鼠，但由于用0.45 mm针头缩窄组大鼠对腹主动脉缩窄程度更大，易在术后发生急性心力衰竭，故死亡率也较高，而用0.7 mm银夹缩窄组对血流动力学影响较用0.45 mm针头缩窄组弱，形成心肌肥大和心力衰竭时间较长。

在本次研究的早期实验中，依照文献[12]使用升主动脉缩窄法模拟心衰模型，存活率仅为20%，分析死亡原因为手术操作不够熟练，手术过程复杂，对大鼠生理机能损伤较大，无法耐受，易致急性呼吸衰竭、心力衰竭等综合原因导致。另外，该方法无法模拟神经-内分泌系统激活及左室收缩功能障碍[13]。综上因素考虑，放弃升主动脉缩窄法，采用腹主动脉缩窄法。

综上所述，相较其他心衰造模方法，腹主动脉缩窄法对大鼠损伤小，操作方法简便，成模确切性高，是比较理想的造模方法。用0.45 mm针头缩窄腹主动脉可在短时间内形成典型心肌肥厚，心衰成模所需时间也有所缩短，但死亡率较高。每种造模方法都有其各自的优势与局限性，研究者可根据实验方向选择适合的方法，为心力衰竭的研究提供更多理论资料。