树鼩心电图和超声心动图评价分析

孙效容苏丹杨棣远张敏罗峰徐钰惟贵文娟陈玥*

（1. 四川大学生物治疗国家重点实验室，成都 610041；2. 成都合拓创展生物科技有限公司，成都 610041；3. 宁夏医科大学总医院，银川 750004）

树鼩（Tupaia belangeri chinensis）是一种形似松鼠的小型哺乳动物［1］，与非人灵长类在进化上存在高度相似性［2－3］。 树鼩在消化系统［4－5］、免疫系统［6－7］、神经系统［8－9］、骨关节炎［10］、 精神心理学［11－12］、病毒［13］、眼科［14］等领域广泛应用于科学研究，在生物医学研究和药物安全性评价方面，已有学者提出树鼩具有替代非人灵长类动物的价值［15］。

成年树鼩正常心率每分钟约300 次，树鼩受到外界刺激处于应激状态，或者情绪高度兴奋时心率每分钟可达600 次左右［16］，说明树鼩的心血管调节能力和心功能储备非常强，提示树鼩可能是一种很好的心血管疾病动物模型。 但树鼩在心血管方面的研究较少，部分学者采用离体心脏心肌缺血再灌注进行树鼩心脏体外研究［17］，目前关于树鼩心脏相关在体研究主要包括：心电图测定［18］，通过无创血压计（鼠仪）测定树鼩血压和心率［19］评估心脏电生理和外周血压。 同时，有研究人员通过7T 心脏磁共振对心脏功能进行研究［20］，但7T 磁共振对设备和操作人员要求极高，难以广泛应用于树鼩心脏功能的研究。 国内外尚未见树鼩相关超声心动图研究报道。

心电图用于评估临床心脏疾病患者和临床前动物实验中心脏生物电的变化，尤其在各类心律失常、心室心房肥大、心肌梗死、心肌缺血等心脏疾病中广泛运用［21］。 超声心动图是临床心血管疾病患者和临床前心脏动物模型最常用的无创检测手段［22］，广泛用于观察患者或动物的心脏、瓣膜、大血管结构及血流变化。 组织病理学是临床及临床前最重要的检测指标。 本研究应用心电图机肢体导联监测树鼩心脏生物电信号，超声心动图测定心脏左室各壁厚度，软件自动测定树鼩左室收缩末期容积（end-systolic volume，ESV）、舒张末期容积（enddiastolic volume，EDV），并自动计算出射血分数（ejection fraction， EF）、 短轴缩短率（fractional shorting，FS）等多项心脏结构和功能指标，并进行心脏组织学的观察。 本研究较为全面的对健康树鼩心脏进行研究，首次使用超声心动图对树鼩心功能进行评价分析，研究结果显示树鼩具备用于建立人类心脏疾病研究动物模型的潜力，同时提供健康树鼩心电信号、超声图像、心脏结构和功能各类指标、心脏组织学特点等，为树鼩作为心脏方面研究的实验动物奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 实验动物

10 只普通级健康成年树鼩，雌雄各半，年龄2 ～3 岁，体重123 ～152 g，平均体重140 g。 树鼩由昆明医科大学购买自中国科学院昆明动物研究所【SCXK（滇）K2022－0003】，本批树鼩由昆明医科大学赠送，饲养于成都合拓创展生物科技有限公司【SYXK（川）2021－242】。 饲养环境：普通环境饲养自由饮食水，人工照明，12／12 h 昼夜明暗交替，设定相对湿度40% ～60%，温度控制在20 ～25℃。所有操作均符合实验动物伦理学要求，经成都合拓创展生物科技有限公司伦理委员会批准（2022IINHT01T01）。

1.1.2 主要试剂与仪器

异氟烷（深圳市瑞沃德生命科技有限公司，中国），多聚甲醛（武汉赛维尔生物科技有限公司，中国），无水乙醇、二甲苯（国药集团化学试剂有限公司，中国）。 BeneHeart R12 心电图机（深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司，中国），M9Vet 便携式彩色多普勒超声系统（深圳迈瑞生物医疗电子股份有限公司，中国），ABS 型呼吸麻醉机（上海玉研科学仪器有限公司），RM2016 病理切片机（上海徕卡仪器有限公司，中国），PH100 生物显微镜（凤凰光学股份有限公司，中国）。

1.2 方法

1.2.1 心电图检测

小心抓取树鼩，持续吸入1.0% ～2.5%异氟烷麻醉，树鼩仰卧位固定在固定板上，树鼩心率较快，设定心电图机灵敏度20 mm／mV，心电图机走纸速度50 mm／s。 按照常规导联线连接电极，电极使用无菌1 mL 注射器针头刺入皮下，记录3 个肢体导联（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ）和3 个加压肢体导联（aVR、aVL、aVF）生物电信号，以PDF 格式存储和输出。

1.2.2 超声心动图检测

树鼩持续吸入1.0% ～2.5%异氟烷麻醉，剔除胸前毛发，树鼩左侧倾斜约30°卧位，探头L20-5 s（频率16 MHz），深度2.5 cm 对树鼩进行B 型和M型超声心动图检查，探头位于树鼩左胸在各切面观察心肌壁和瓣膜的形态及运动情况，多普勒超声测定血液流速。 在左室短轴乳头肌平面进行M 型超声心动图测定，测量舒张末期室间隔厚度（end diastolic interventricular septum，IVSd）、左室舒张末期内径（left ventricular end diastolic dimension，LVIDd）、左室舒张末期后壁厚度（end diastolic left ventricular posterior wall，LVPWd），收缩末期室间隔厚度（end systolic interventricular septum，IVSs）、左室收缩末期内径（left ventricular end systolic dimension，LVIDs）、收缩末期左室后壁厚度（end systolic left ventricular posterior wall，LVPWs），软件自动计算得出左室心功能数据，包括舒张末期容积（EDV）、收缩末期容积（ESV）、射血分数（EF）和左室短轴缩短率（FS）。 连续采集10 个心动周期的动态图像并进行数据分析。

1.2.3 心脏组织学染色

心脏取材后4%多聚甲醛固定，常规石蜡包埋存在这4 μm 厚度切片，HE 染色后封片，用生物显微镜进行心脏结构和心肌细胞形态的观察及图像采集。

1.3 统计学分析

2 结果

2.1 心电图

成年树鼩正常心电图见图1，可见树鼩为窦性心律，节律规则，未见异常起搏点，未见异常传导。心电图可见明显P 波，QRS 波群，T 波，其中肢体导联Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，单极加压肢体导联aVF 的QRS 主波方向均为正向波，单极加压肢体导联aVR、aVL 的QRS主波为负向波，T 波方向与主波方向一致，以Ⅱ导联为例，对各波进行标注。 10 只树鼩心率282 ～333 bpm。 树鼩较人心率（60 ～100 bpm）快，心电图的波形和各波方向与人一致。

2.2 超声心动图

树鼩超声心动图检测可见左右心房及左右心室，见图2A，四腔心切面可见4 个心腔中，左心室较大，心脏各结构完整未见异常通道，各腔室搏动有力。 左室短轴乳头肌平面测定心脏结构和功能各参数，测定方法见图2B，测定数据见表1。 多普勒超声见各瓣膜和大血管血流正常，图2C，各瓣膜结构完整且功能完好，二尖瓣血流频谱可见E、A 峰，见图2D。

表1 成年树鼩超声心动图检测数据（ ± s，n ＝10）Table 1 Values of echocardiography in normal adult tree shrew（ ± s，n ＝10）

表1 成年树鼩超声心动图检测数据（ ± s，n ＝10）Table 1 Values of echocardiography in normal adult tree shrew（ ± s，n ＝10）

类型Items数值Value舒张末期室间隔厚度（mm）IVSd（mm）1.65 ± 0.19收缩末期室间隔厚度（mm）IVSs（mm）2.93 ± 0.18左室舒张末期内径（mm）LVIDd（mm）7.88 ± 0.28左室收缩末期内径（mm）LVIDs（mm）4.63 ± 0.13左室舒张末期后壁厚度（mm）LVPWd（mm）1.71 ± 0.11左室收缩末期后壁厚度（mm）LVPWs（mm）2.96 ± 0.23舒张末期容积（mm）EDV（mL）1.08 ± 0.08收缩末期容积（mm）ESV（mL）0.26 ± 0.02每搏输出量（mL）SV（mL）0.82 ± 0.08射血分数（%）EF（%）76.17 ± 2.26短轴缩短率（%）FS（%）41.21 ± 3.16心率（bpm）HR（bpm）308.10 ± 16.12

图2 成年树鼩超声心动图Figure 2 Echocardiography of adult tree shrew

2.3 心脏组织学

树鼩心脏HE 染色后观察，见图3。 心室壁共分3 层，分别为心内膜层、心肌层和心外膜层。 心内膜较薄，内皮为单层扁平上皮细胞，与血管内皮相似并连续，心内膜下层可见成纤维细胞、胶原纤维、小血管和神经，其中小血管非常丰富。 心室壁肌纤维分浅、中、深3 层，心室壁肌纤维走形分为内纵、中环、外斜3 层与人正常心肌分层一致。 与同等体重范围大鼠相比，树鼩心肌层较厚，心肌纤维数量更多，排列更加紧密规则，肌纤维间血管更加丰富。高倍镜下见心肌细胞为长梭形，椭圆形的细胞核位于心肌细胞中央区域。 心外膜由间皮和薄层结缔组织组成，心外膜深层含有血管和神经纤维。

图3 成年树鼩心脏HE 染色Figure 3 HE staining of adult tree shrew

3 讨论

本实验中，应用心电图机测定树鼩肢体导联心电图，观察正常成年树鼩的心脏节律，树鼩为窦性心律，心率较快，节律规则，与文献报道的树鼩心电特征基本一致［18］。 超声心动图观察心脏各结构并测定心脏功能，树鼩的心脏结构与人类似，通过经胸无创超声心动图检测可多次重复测定心脏的功能，具有超声专业背景的人员有合适的超声设备和探头即可操作完成，图像质量高，可获得用于分析的心脏结构数据和心功能数据参数多。 树鼩心脏组织学染色，发现树鼩心脏分层与人类似，HE 染色即可清晰观察到心脏形态和心肌细胞的情况。

树鼩作为一种新型实验动物，病毒感染性模型、基因组学、神经和免疫系统等疾病研究中有丰富的应用和研究［23］。 树鼩运动能力强，攀爬时常呈现直立状态，结合树鼩与人的高度同源性，且树鼩与人一样是昼出夜伏的动物，提示树鼩具有与大小鼠等啮齿类动物更天然的优势。 经心脏组织学观察可见，树鼩心脏心肌纤维数量更多，排列紧密，且肌纤维间血管分布更为广泛，为心肌运动提供更好的基础和动力。 上述心脏结构及功能特征，可能是健康树鼩在特定应激或情绪亢奋状态下，心率可由每分钟300 次左右，激增至每分钟600 次左右的组织基础。 在心血管系统研究中可能有较大的潜力。本文通过临床常用的心电图和超声心功能检测初步研究树鼩的心脏生物电活动与心脏结构和功能，组织学检测全面对树鼩心脏进行分析，为树鼩心脏疾病模型的建立和分析奠定基础。

临床心脏检测中，还需要采用心肌酶谱、心衰标志物等实验室检测对心脏功能进行辅助评价，由于树鼩体重较小，采集较多血液损伤较大，本实验未进行心脏血液学的实验室检测。 此外，本实验采用的动物数量较少，作为正常标准数据库仍较不足。

综上所述，本实验首次结合心电图、超声心动图、心脏组织学对树鼩心脏进行综合分析，提示树鼩在心脏结构和功能上与人类似，为树鼩心脏疾病动物模型的建立和应用奠定了基础。