大鼠心力衰竭模型的構(gòu)建與鑒定

蘆玲巧，曾翔俊，郝 剛

(首都醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心機(jī)能實(shí)驗(yàn)室，北京 100069)

大鼠心力衰竭模型的構(gòu)建與鑒定

蘆玲巧，曾翔俊，郝 剛

(首都醫(yī)科大學(xué)基礎(chǔ)醫(yī)學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心機(jī)能實(shí)驗(yàn)室，北京 100069)

目的 比較主動(dòng)脈弓縮窄和腹主動(dòng)脈縮窄復(fù)制心力衰竭衰模型的異同，探索快速有效的心衰動(dòng)物模型。方法 將大鼠分為主動(dòng)脈縮窄手術(shù)組，腹主動(dòng)脈縮窄手術(shù)組和對照組(C組)。主動(dòng)脈縮窄手術(shù)組實(shí)施頸部手術(shù)，在主動(dòng)脈弓處縮窄動(dòng)脈直徑;腹主動(dòng)脈縮窄手術(shù)組實(shí)施腹部手術(shù)，在腹主動(dòng)脈處縮窄動(dòng)脈直徑;C組實(shí)施頸部手術(shù)但不實(shí)施動(dòng)脈縮窄手術(shù)。各組實(shí)驗(yàn)動(dòng)物均正常喂養(yǎng)4～6周后進(jìn)行心臟的超聲檢測和心臟血流動(dòng)力學(xué)檢測。結(jié)果 心臟超聲結(jié)果顯示:主動(dòng)脈弓縮窄手術(shù)組左心室壁厚度和左心室腔內(nèi)徑在術(shù)后4周明顯高于正常組;而腹主動(dòng)脈縮窄手術(shù)組左心室壁厚度和左心室腔內(nèi)徑在術(shù)后4周較正常組沒有明顯增加。術(shù)后6周，腹主動(dòng)脈縮窄手術(shù)組左心室壁厚度和左心室腔內(nèi)徑都明顯增加，而主動(dòng)脈弓縮窄手術(shù)組左心室壁厚度沒有明顯改變，左心室腔內(nèi)經(jīng)明顯增加。血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)顯示:主動(dòng)脈弓縮窄手術(shù)組LVESP、LVEDP、LVDP、±dp/dtmax都明顯低于腹主動(dòng)脈縮窄手術(shù)組。結(jié)論 主動(dòng)脈弓縮窄手術(shù)復(fù)制心肌肥大導(dǎo)致心功能衰竭模型效果明顯快于腹主動(dòng)脈縮窄手術(shù)復(fù)制的心肌肥大導(dǎo)致心功能衰竭模型。

主動(dòng)脈弓;腹主動(dòng)脈;心力衰竭;模型，動(dòng)物

心力衰竭是臨床諸多心臟疾病的終末階段，長期以來，探討其發(fā)生機(jī)制是基礎(chǔ)與臨床研究的熱點(diǎn)問題［1］。心功能不全的發(fā)展直至心力衰竭是一個(gè)慢性過程，臨床觀察其動(dòng)態(tài)變化有較多的困難，因此，模擬臨床患者的發(fā)病過程建立相應(yīng)的動(dòng)物模型，已成為研究其變化的重要手段之一［2］。國內(nèi)目前大多數(shù)采用大鼠的腹主動(dòng)脈縮窄手術(shù)制作大鼠心肌肥大及心衰模型，模型成功需要較長時(shí)間［2，3］。國外有實(shí)驗(yàn)通過縮窄大鼠主動(dòng)脈弓，造成左室后負(fù)荷加重，長期存活形成慢性心衰模型，有效縮短造模時(shí)間［4］。我們將此方法與傳統(tǒng)方法加以比較，并建立和摸索出此種模型的質(zhì)量控制標(biāo)準(zhǔn)，為探索心功能不全的發(fā)生機(jī)制提供高效的動(dòng)物模型。

1 材料和方法

1.1 動(dòng)物

雄性 wistar大鼠60只，體重 180～230 g，中國人民解放軍軍事醫(yī)學(xué)科學(xué)院實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中心(動(dòng)物許可證號SCXK2007－004)提供。動(dòng)物隨機(jī)分為3組:主動(dòng)脈結(jié)扎手術(shù)組(A組，n=20)、腹主動(dòng)脈結(jié)扎手術(shù)組(B組，n=20)、對照組(C組，n=20)。

1.2 制作方法

主動(dòng)脈弓縮窄手術(shù)組將大鼠稱重后，皮下注射阿托品1 mg/kg，抑制呼吸道分泌物，肌注10 000 U青霉素，預(yù)防感染。30 min后，10%水合氯醛0.3mL/100g腹腔注射麻醉，固定四肢仰臥于大鼠手術(shù)臺(tái)上。用16F靜脈留置針做氣管插管，經(jīng)口自聲門處插入氣管，外接 HX－300S動(dòng)物呼吸機(jī)(成都泰盟科技有限公司)輔助呼吸，潮氣量8～10mL/min，呼吸頻率60次/min。大鼠四肢皮下連接心電監(jiān)護(hù)電極，術(shù)中行心電監(jiān)護(hù)。做頸部手術(shù)，剪去頸部到胸骨柄的毛，碘伏消毒，自胸骨柄上方剪開皮膚及肌肉筋膜，鈍性分離頸前肌肉暴露胸骨上窩，以血管鉗緊貼胸骨下方緩慢插入胸腔，邊插邊向兩側(cè)鈍性分離，動(dòng)作應(yīng)柔和，避免劃破肺臟。然后沿胸骨正中白線剪開胸骨，鈍性分離氣管前肌群及胸腺，可見主動(dòng)脈弓橫跨于氣管前方，兩側(cè)分別為右頸總動(dòng)脈和左頭臂干動(dòng)脈。分離主動(dòng)脈弓，以7號縫合線穿過主動(dòng)脈弓與氣管間隙，將外徑為0.8mm的鈦合金針放于主動(dòng)脈弓上方(頭臂干動(dòng)脈與左頸總動(dòng)脈之間)，結(jié)扎后，迅速取出鈦合金針，然后逐層關(guān)胸，皮下注射生理鹽水5mL以防脫水。以暖燈保持大鼠體溫，脫離呼吸機(jī)。觀察大鼠的自主呼吸，待略有清醒時(shí)，摘掉呼吸管，裝籠飼養(yǎng)。為預(yù)防感染術(shù)后3 d，每日肌內(nèi)注射青霉素100 000 U。腹主動(dòng)脈縮窄手術(shù)組采用Anne等［4］腹主動(dòng)脈縮窄法制備大鼠壓力超負(fù)荷性慢性心力衰竭模型［5］，將動(dòng)物用10%水合氯醛0.35mL/100 g腹腔注射麻醉后，仰臥位固定，剪去劍突下到恥骨聯(lián)合上方區(qū)域的毛，碘伏消毒。在劍突下約1cm處向下剪開皮膚，長度3cm左右即可看見腹白線［6］，沿腹白線切開，用紗布將內(nèi)臟輕輕推向左側(cè)，暴露并鈍性分離腹主動(dòng)脈。將外徑為0.8mm的鈦合金針放于腹主動(dòng)脈上方，結(jié)扎后，迅速取出鈦合金針。然后逐層關(guān)閉腹部切口，皮下注射生理鹽水5mL以防脫水。以暖燈保持大鼠體溫。觀察大鼠的自主呼吸，待略有清醒時(shí)裝籠飼養(yǎng)。術(shù)后3 d每日青霉素100 000 U肌內(nèi)注射，預(yù)防感染［3］。對照組為同期開胸假手術(shù)，即僅將絲線繞過主動(dòng)脈弓，不進(jìn)行結(jié)扎。

1.3 小動(dòng)物B超測定

術(shù)后4周和6周做心臟超聲檢測左心室前后壁厚度(LVPW)、左心室壁收縮舒張功能及收縮期和舒張期左心室腔直徑［5］。方法如下:大鼠麻醉后固定，連接心電圖，應(yīng)用高分辨率小動(dòng)物超聲影像系統(tǒng) (Vevo 770TM，high resolution imaging system，VisualSonics Inc，Canada)探頭頻率 8.0～12.0 MHz，取胸骨旁左室短軸切面，在二尖瓣腱索水平記錄M型超聲運(yùn)動(dòng)曲線后，分別測量舒張末期室間隔厚度(IVST)、左室后壁厚度(LVPWT)、左室舒張末期內(nèi)徑(LVEDd)和左室收縮末期內(nèi)徑(LVESd)，計(jì)算短軸縮短率(FS)和射血分?jǐn)?shù)(EF)。各指標(biāo)均在連續(xù)3個(gè)心動(dòng)周期上測量后取其平均值。

1.4 血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)的測定

術(shù)后6周水合氯醛35 mg/kg腹腔注麻醉。將自制的微型導(dǎo)管連接壓力換能器經(jīng)右頸總動(dòng)脈行左心室插管。另一端連于BL－420F生理機(jī)能實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)記錄儀(成都泰盟科技有限公司)，穩(wěn)定5 min后，測量左室收縮壓(LVSP)，左室舒張末壓(LVEDP)，左心室壓力變化最大速率積分(LV+dp/dtmax和LV－dp/dtmax)等血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

實(shí)驗(yàn)結(jié)果以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。三組樣本的顯著性差異采用單因素方差分析，最小差異分析進(jìn)行兩兩比較。P＜0.05，做為差異顯著性檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果

2.1 實(shí)驗(yàn)組一般狀況

主動(dòng)脈縮窄手術(shù)組大鼠呈現(xiàn)毛發(fā)光澤不良，呼吸急促，活動(dòng)能力下降。大鼠術(shù)后24 h內(nèi)死亡2只，術(shù)后 1周內(nèi)死亡 1只，4周死亡 1只，存活率80%。腹主動(dòng)脈縮窄手術(shù)組，24 h內(nèi)死亡2只，術(shù)后1周內(nèi)死亡3只;4周死亡1只，6周死亡1只，存活率65%。對照組20只，死亡0只，存活率100%。

2.2 心室壁及心功能變化

各組大鼠分別在手術(shù)前，術(shù)后4周和6周進(jìn)行心臟超聲檢查。舒張期結(jié)果(表1)發(fā)現(xiàn):與手術(shù)前相比，主動(dòng)脈弓縮窄術(shù)后4周，大鼠心室前后壁均出現(xiàn)室壁增厚的表現(xiàn)，手術(shù)后6周，心室壁增厚的表現(xiàn)明顯減輕。這說明主動(dòng)脈弓縮窄手術(shù)組大鼠在4周是出現(xiàn)心室肌代償性的肥厚，6周時(shí)心室肌已經(jīng)出現(xiàn)明顯失代償，纖維化，因此室壁變薄，同時(shí)我們也觀察到手術(shù)后6周左心室腔明顯增大。腹主動(dòng)脈縮窄術(shù)后4周，做心室壁和心室腔都沒有出現(xiàn)明顯的增厚和擴(kuò)大的表現(xiàn)。而手術(shù)后6周，左心室后壁出現(xiàn)明顯的室壁增厚的表現(xiàn)，而左心室腔在6周內(nèi)都沒有明顯的擴(kuò)大表現(xiàn)。

收縮期超聲結(jié)果(表2)發(fā)現(xiàn):與手術(shù)前相比，主動(dòng)脈弓縮窄術(shù)后4周，大鼠心室前后壁均出現(xiàn)室壁增厚的表現(xiàn)，手術(shù)后6周，心室壁增厚的表現(xiàn)明顯減輕。這說明主動(dòng)脈弓縮窄手術(shù)組大鼠在4周是出現(xiàn)心室肌代償性的肥厚，6周時(shí)心室肌已經(jīng)出現(xiàn)明顯失代償，纖維化，因此室壁變薄，同時(shí)我們也觀察到手術(shù)后6周左心室腔明顯增大。腹主動(dòng)脈縮窄術(shù)后4周，做心室壁和心室腔都沒有出現(xiàn)明顯的增厚和擴(kuò)大的表現(xiàn)。而手術(shù)后6周，左心室后壁出現(xiàn)明顯的室壁增厚的表現(xiàn)，而左心室腔在6周內(nèi)都沒有明顯的擴(kuò)大表現(xiàn)。

各組大鼠在手術(shù)后6周進(jìn)行心功能測定，結(jié)果發(fā)現(xiàn):與對照組相比，各組心率沒有明顯改變，主動(dòng)脈弓縮窄手術(shù)組左室收縮末期壓力(left ventricle end systolic pressure，LVESP)、左室舒張末期壓力(left ventricle diastolic pressure，LVEDP)左室發(fā)展壓(left ventricle developing pressure)、左室壓力最大變化速率(±dp/dtmax)均明顯降低，而腹主動(dòng)脈縮窄手術(shù)組各項(xiàng)指標(biāo)無明顯改變(表3)。

表1 各組大鼠舒張期左心室壁厚度及左心室腔內(nèi)徑(±s)Tab.1 The thickness and diameter of left ventricle in diastolic phase(±s)

表1 各組大鼠舒張期左心室壁厚度及左心室腔內(nèi)徑(±s)Tab.1 The thickness and diameter of left ventricle in diastolic phase(±s)

*p＜0.05，＊＊p＜0.01 vs. 各組正常值Note:*p ＜0.05，＊＊p ＜ 0.01 vs.normal values.

指標(biāo) 主動(dòng)脈弓縮窄(mm)4 w 6 w左心室前壁厚度 1.772±0.306 2.487±0.678* 2.378±0.425 1.92±0.177 2.023±0.301 2.057±0 Indices Aortic arch constriction 腹主動(dòng)脈縮窄 (mm)Abdominal aorta constriction正常 4 w 6 w 正常6.303±0.525 6.635±0.782 6.932±0.692.368左心室后壁厚度 1.9±0.449 2.667±0.282＊＊ 2.082±0.343 2.147±0.154 2.735±0.476 2.777±0.676*左心室腔直徑 5.667±0.749 6.762±0.613* 7.323±0.804＊＊

表2 各組大鼠收縮期左心室壁厚度及左心室腔內(nèi)徑(±s)Tab.2 The thickness and diameter of left ventricle in systolic phase(±s)

表2 各組大鼠收縮期左心室壁厚度及左心室腔內(nèi)徑(±s)Tab.2 The thickness and diameter of left ventricle in systolic phase(±s)

*P ＜0.05，＊＊P ＜0.01 vs.各組正常值Note:*P ＜0.05，＊＊P ＜0.01 vs.normal values.

指標(biāo)Aortic arch constriction 腹主動(dòng)脈縮窄 (mm)Abdominal aorta constriction正常 4周 6周 正常 4周 6周主動(dòng)脈弓縮窄(mm)Indices左心室前壁厚度 3.075±0.14 4.033±0.721＊＊ 3.315±0.412 3.243±0.482 3.677±0.444 3.74±0 2.825±0.717 2.978±0.578 3.128±0.533.464左心室后壁厚度 2.738±0.554 3.913±0.315＊＊ 3.3±0.43* 3.347±0.166 3.855±0.549 4.037±0.601*室腔直徑 2.777±0.411 2.942±0.479 3.778±0.859*

表3 各組大鼠術(shù)后6周左心室心功能改變(±s)Tab.3 The heart function in the rats of each group 6 weeks after operation

表3 各組大鼠術(shù)后6周左心室心功能改變(±s)Tab.3 The heart function in the rats of each group 6 weeks after operation

＊＊P＜0.01 vs.腹主動(dòng)脈結(jié)扎組Note:＊＊P ＜ 0.01 vs.the abdominal aorta constriction group.

mmHg/s對照組 419±19 132.61±6.07 －3.98±1.05 136.58±6.395分組Groups心率HRbeat/min左室收縮末期壓LVESPmmHg左室舒張末期壓LVEDPmmHg左室發(fā)展壓LVDPmmHg左室最大收縮速率+dp/dtmaxmmHg/左室最大舒張速率－dp/dtmaxx16 3.59±0.42 －3.313±0.37 8.42±1.26 －5.405±1.12主動(dòng)脈弓縮窄 338±55 83.93±7.42＊＊ 21.89±9.44＊＊ 62.038±7.465＊＊ 1.14±0.24＊＊ －1.072±0.16＊＊腹主動(dòng)脈縮窄 396±35 109.95±9.13 －5.76±3.81 115.713±11.0

3 討論

動(dòng)脈縮窄手術(shù)復(fù)制心肌肥大導(dǎo)致的心力衰竭模型，其主要原理是動(dòng)脈直徑縮小后，血流阻力變大，使左心室后負(fù)荷增加，從而引起心肌肥大和心力衰竭的發(fā)生。主動(dòng)脈弓和腹主動(dòng)脈相比，前者距離心臟較近，因此主動(dòng)脈弓直徑縮小后，其血流動(dòng)力學(xué)的改變對左心的影響可能更明顯。

本實(shí)驗(yàn)采用外徑為0.8mm的鈦合金針，將主動(dòng)脈弓和腹主動(dòng)脈分別縮窄到0.8mm，檢測4周和6周后左心室壁厚度。結(jié)果發(fā)現(xiàn):主動(dòng)脈弓縮窄手術(shù)組術(shù)后4周左心室壁厚度在收縮期和舒張期都明顯高于正常組和腹主動(dòng)脈縮窄手術(shù)組。這一結(jié)果說明主動(dòng)脈弓縮窄手術(shù)可以更有效地增加左心室的后負(fù)荷，4周即可引起左心室心肌肥大。而6周的心臟超聲結(jié)果發(fā)現(xiàn):主動(dòng)脈弓縮窄手術(shù)組大鼠心臟左心室壁厚度較術(shù)后4周有所降低 (P＜0.05)，同時(shí)心功能檢測的結(jié)果發(fā)現(xiàn):主動(dòng)脈弓縮窄手術(shù)后6周，大鼠心功能明顯降低。這提示主動(dòng)脈弓縮窄術(shù)后6周大鼠心肌肥大已經(jīng)從代償發(fā)展到失代償，出現(xiàn)心力衰竭。

腹主動(dòng)脈縮窄組大鼠左心室壁厚度在術(shù)后4～6周都略有升高(P＞0.05)。這一結(jié)果說明腹主動(dòng)脈縮窄術(shù)后，其血流動(dòng)力學(xué)改變對心臟的影響較慢，心肌肥大的發(fā)生發(fā)展的時(shí)間較長［6］。心功能的檢測結(jié)果也發(fā)現(xiàn):腹主動(dòng)脈縮窄術(shù)后，大鼠心功能較主動(dòng)脈弓縮窄手術(shù)組降低的程度輕。據(jù)此我們認(rèn)為:腹主動(dòng)脈縮窄手術(shù)引起的血流動(dòng)力學(xué)改變對心臟的影響較主動(dòng)脈弓弱，因此造成心肌肥大和心力衰竭的時(shí)間較長。

在上述兩種模型的應(yīng)用過程中，我們可以根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)要求選擇不同的造模方式。如果需要在短時(shí)間內(nèi)造成心肌肥大，并出現(xiàn)心力衰竭，那我們可以選擇采用主動(dòng)脈弓縮窄的方法。但是該方法必須使用呼吸機(jī)，同時(shí)對手術(shù)者的要求較高，必須熟悉胸部及心臟的解剖結(jié)構(gòu)，可以順利找到頭臂干動(dòng)脈與左頸總動(dòng)脈及主動(dòng)脈弓。如果需要觀察心肌肥大發(fā)生發(fā)展的過程，探討心肌肥大發(fā)展成心力衰竭的機(jī)制［6］，我們可以采用腹主動(dòng)脈縮窄的方法。該方法的手術(shù)操作簡單，不需要呼吸機(jī)，但是術(shù)后感染的發(fā)生率較高，可能導(dǎo)致動(dòng)物的死亡率高。

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Establishment and Identification of Rat Models of Heart Failure

LU Ling－qiao，ZENG Xiag－Jun，HAO Gang
(Laboratory of Functional Experiments，School of Basic Medical Sciences，Capital Medical University，Beijing 100069，China)

Objective To compare the difference of two heart failure models established by constriction of aortic arch and abdominal aorta，and to explore an effective method to establish an animal model of heart failure.Methods Ninety healthy adult male Wistar rats were randomly divided into three groups.The rats in the group 1 had cervical operation to contract the aortic arch，the rats in the group 2 were operated on abdomen to contract the abdominal aorta，and the rats in the group C had surgery but no aorta constriction.All the rats were fed for 4 or 6 weeks.The heart function of the rats was detected with ultrasound and heart intubation.Results At 4 weeks after constriction，ultrasonic results showed a significant increase of the left ventricular wall thickness and internal diameter of the left ventriclular cavity in the aortic arch constriction group，and not significantly increased in the abdominal aorta constriction group，compared with those of the control group.At 6 weeks after constriction，both the left ventriclular wall thickness and internal diameter of the left ventricle were significantly increased in the abdominal aorta constriction group，while only the internal diameter of the left ventricle was significantly increased and without change of the left ventriclular wall thickmess in the aortic arch constriction group.Hemodynamic detection showed that LVESP，LVEDP，LVDP and ±dp/dtmax in the aortic arch constriction group were significantly lower than those of the abdominal aorta constriction group at 6 weeks after contraction.Conclusion The progression of heart failure caused by aortic arch constriction in the rats occurs obviously faster than that developed after abdominal aorta constricction.

Aortic arch;Abdominal aorta;Heart failure;Model，rat

R33

A

1671－7856(2012)08－0022－04

10.3969/j.issn.1671.7856.2012.008.005

2012－05－22

國家自然科學(xué)青年基金(30900573)資助，北京市級精品課程專項(xiàng)(TMX201101422607000040)資助。

蘆玲巧(1961－)，女，實(shí)驗(yàn)師。研究方向:動(dòng)物機(jī)能改變及疾病模型制作

郝剛(1958－)，男，教授。研究方向:心血管病理生理 E－mail:haogang@ccmu.edu.cn。