壓力超負荷致心力衰竭動物模型的研究進展

梁逸強，潘朝鋅，何新兵，楊清華，溫志浩，張振千，吳海珊，周 端

充血性心力衰竭（congestive heart failure，CHF）研究已成為近年來心臟病研究的重點課題之一。隨著對CHF發病機制、病理生理及臨床預防和治療研究的深入，建立了許多不同動物的充血性心力衰竭模型。本文就壓力超負荷法致心力衰竭模型作一簡述，供研究者在建立心力衰竭動物模型時參考。

1 動物選用

許多動物都可用于制作壓力超負荷致心衰模型，如大鼠、小鼠、豚鼠、犬、兔、羊、貓等。主動脈縮窄模型可選用犬、大鼠、兔、豚鼠、羊等。主動脈瓣狹窄模型可選用犬、兔、羊等。肺動脈狹窄模型可選用犬、大鼠、兔、豚鼠、貓等。實驗性高血壓模型可選用犬、大鼠、兔等。急性肺栓塞模型可選用兔。其中，大鼠、兔和犬是最常用于作為制作壓力超負荷致心衰模型的動物，而大鼠中又常選用Wistar大鼠和Sprauge-Dawley大鼠。兔及犬個體相對較大，對其進行操作及觀察較為容易，是較為理想的試驗動物，但因其價格較為昂貴，所以許多研究人員更傾向于選用個體適中，操作及觀察相對方便，價格相對便宜的大鼠作為制作壓力超負荷致心衰模型的首選動物。

2 動物模型的分類

依據壓力超負荷致心衰發生的快慢，一般可以將心力衰竭動物模型分為急性心力衰竭及慢性心力衰竭兩種類型。壓力超負荷致急性及慢性心力衰竭動物模型的制作方法和原理基本相同，其主要的區別在于模型用于實驗的時間有所不同，分別在造模成功后早期及造模成功后中期、晚期使用。

3 壓力超負荷致心衰動物模型的制作方法

3.1 升、降主動脈縮窄模型 升、降主動脈縮窄模型主要是通過造成左心室血液流出道受阻，左心室后負荷加重，心臟通過動用代償機制如心肌肥厚等，以減少室壁張力和改善心肌收縮力，但是左室肥厚不一定發生心衰，然而代償機制均有一定的限度，超過這些限度致心臟失代償時，就會出現心衰癥狀［1］。升、降主動脈縮窄模型比較容易發生心力衰竭，技術操作方便、重復性比較好、造價相對低廉、創傷較小、手術時間短。所造成的癥狀與臨床左心衰、右心衰癥狀相似，能很好地模擬壓力超負荷導致左室肥厚的演變過程。升、降主動脈縮窄模型的不足之處在于狹窄程度不易掌握。如果縮窄過松，模型不易形成心力衰竭，縮窄過緊則容易形成急性左心衰竭，導致模型死亡率較高。

包偉珂等［2］使用雄性 Wistar大鼠，術后3個月開始，縮窄組大鼠出現呼吸困難，術后5個月出現大鼠死亡。術后3～5個月縮窄組左室收縮壓（LASP）下降14%，左室舒張末壓（LVEDP）升高24%，左室壓力變化最大速率＋dp／dtmax和-dp／dtmax分別下降44%和43%。實驗結果表明，幼年Wistar大鼠升主動脈慢性縮窄術后（3～5）個月可產生穩定的后負荷心衰。姚志峰等［3］使用雄性C57BL／6小鼠，體重18g～22g，用26G針頭和升主動脈結扎后，拔出26G針頭，使升主動脈縮窄70%以上。第1周末、第2周末小鼠頸動脈壓力顯示，升主動脈縮窄的小鼠血壓同未做縮窄的小鼠相比，壓力升高大約50mmHg，證明壓力超負荷模型成功建立。HE染色、Masson染色和心臟超聲結果顯示，小鼠升主動脈縮窄后，心臟開始出現代償性肥厚，造模后第2周心室壁厚度達高峰，第4周發現心室壁厚度變薄、射血分數下降，出現心力衰竭的癥狀。張曼等［4］采用升主動脈縮窄造模，20周后成功建立了慢性心衰模型。實驗結果顯示，心衰組與假手術組相比，左室舒張末壓明顯增高，左室肥厚指數明顯增加，左室收縮壓和左室壓力變化±dp／dt max明顯減低，心衰大鼠心肌組織RhoA、Rho激酶mRNA表達明顯增高。表明Rho／Rho激酶傳導途徑參與慢性心衰發生與發展的過程。Liao等［5］使用雄性C57BL／6小鼠，體重18g～23g，用27G針頭和7-0絲線結扎升主動脈后，拔出27G針頭，使升主動脈縮窄0.4 mm，造成縮窄升主動脈小鼠模型。結果顯示，升主動脈縮窄后，左、右頸內動脈收縮壓之間壓力梯度為50.5mmHg。4周模型組肺重量與體重比（LW／BW）是假手術組小鼠平均1.5倍。模型組小鼠左室收縮末期內徑（LVSD）和左室舒張末期內徑（LVDD）在2周顯著下降，從4周～11周LVSD增加，而左室短軸縮短率（LV FS）顯著降低，11周LVDD增加明顯。趙曉靜等［6］使用雄性豚鼠，體重250g～300g，開胸，經升主動脈穿一根3號絲線后，沿絲線穿入長1.0cm～1.2cm、內徑約1mm的塑料管，絲線一端打一個松結，另一端穿入該松結內，收緊松結并將活結下移至塑料管兩端相接，在距升主動脈根部約5mm處固定塑料管，并且在第二次結扎后剪除剩余絲線。實驗結果顯示，升主動脈縮窄合并呼吸困難組出現明顯的左心室舒張期末壓（LVEDP）和左心室收縮壓峰值（LVP）增高，且心室重量、心室重量（濕重）與體重比值（VBR）增大，左心室室壁厚度增加，均提示CHF的形成。李曉梅等［7］選用雄性昆明（KM）小鼠，體重22g～25g，開胸，用5號絲線與在右頸總動脈分出后0.3cm處放置的26G～27G針頭（直徑0.4mm～0.6mm）進行結扎，抽出墊扎針，對主動脈弓進行60%～70%中度狹窄建立縮窄模型后，采用高頻超聲心動圖進行觀察，結果顯示術后4周縮窄組即出現心肌向心性肥厚的表現；左心室擴張，但心功能正常；12周左室壁無進一步增厚的表現，出現了失代償性心力衰竭。解剖發現，第4周小鼠左室重量、左室重量指數明顯增加。熊晨等［8］選用雄性豚鼠20只，體重250g～300g，開胸，分離出降主動脈。術后左心室壓和LVEDP明顯增高，且LVW／BW及LW／BW明顯增大，左心室室壁厚度明顯增加，±dp／dtmax下降，均提示CHF的形成。

Stamm等［9］選用10d齡新西蘭兔，進行降主動脈套扎，超聲研究結果顯示，造模后6周～7周，左心室質量／容量比值增加＞30%，提示CHF兔建模成功。

3.2 肺動脈縮窄模型 肺動脈縮窄模型主要是人為地造成動物肺動脈狹窄，通過造成右心室排血障礙，右心室后負荷增加，右心室肥厚，左室肥厚在代償時不出現心力衰竭，但長期發展當代償機制失去代償能力時即會產生心衰［10］。肺動脈縮窄模型制作的優點在于成功率較高。缺點在于模型對動物創傷較大，容易造成大出血、肺損傷等情況，動物不易存活，以及開胸導致胸廓壓力變化，加大了心室壓力測量的難度。Everett等［11］使用雌雄各半犬，體重7kg～12kg，開胸，沿胸骨中線分離肺動脈，經肺動脈穿一根絲線后，沿絲線穿入聚乙烯管，將絲線收緊，直到右心室在舒張期最大限度地擴張，但沒有發生室性心律失常。使用5FSwan-Ganz導管測量右心室壓力，發現模型組8個狹窄犬右心室收縮壓增加76mmHg±6mmHg，而4個假手術組犬右心室收縮壓增加40mmHg±5mmHg。在肺動脈狹窄后的24d，右心室的濕重增加了84%，其中前5d右心室的濕重增加最快。造模后的前5d右心室的總蛋白合成率每天增加了13.6%，而假手術犬每天增加了6.2%。5d后的左心室蛋白質合成率有所下降，但在肺動脈狹窄的24d里蛋白質合成率仍然顯著升高。Zierhut等［12］采用SD大鼠肺動脈狹窄模型，肺動脈狹窄造模后外徑為1.7mm，結果與假手術組動物相比，肺動脈狹窄引起右室收縮壓（SBP）顯著增加，左心室（LV）功能參數沒有改變。肺動脈狹窄引起右心室（RV）游離壁以及RV細胞體積重量增加，而LV的重量不變。與模型組比較，雷米普利輕微增加左室收縮壓和LV dp／dtmax，而雷米普利對RV收縮壓和RV游離壁的體重增加并沒有受到影響。Braun等［13］使用雄性Wistar大鼠，體重180g～220g，肺綁扎動脈（PAB）3周造模，研究肺綁扎動脈引起的壓力超負荷導致右心室（RV）肥大和心肌細胞凋亡，結果顯示，PAB誘導RV肥大的心肌蛋白激酶C同工酶，此酶不同于腎素-血管緊張素系統（RAS）引起的RV肥大，也證明了RAS在PAB誘導的心肌細胞凋亡的重要作用。Leeuwenburgh等［14］對羊行肺動脈縮窄術，建立肺動脈狹窄模型，造成右心室超負荷，出現右心衰竭。羊肺動脈縮窄術造模后，右心室等容舒張期的時間和dp／dtmin與對照組相比均顯著增高。表明慢性RV壓力超負荷后，RV早期松弛時間延長和舒張剛度增加，說明了RV舒張功能受損。

3.3 腹主動脈縮窄法 腹主動脈縮窄模型通過動物壓力負荷增加，左心室后負荷加重，使心肌向心性肥厚，進一步發展，當心臟失代償時，就會出現左心衰、右心衰癥狀和體征。腹主動脈縮窄模型既可以引起心臟后負荷的增加，又可以引起雙腎血流減少，可激活RAS等神經內分泌、細胞因子的機制，能較好的模擬壓力負荷增高導致左心室肥厚演變過程。腹主動脈縮窄模型具有手術時間短，操作相對簡單，技術難度不大，費用較為低廉，模型成功率較高等優點。該模型的缺點是實驗所需的時間比較長。胡詠梅等［15］選用Wistar大鼠，造模時在雙腎動脈上方0.5 cm處將8號針頭與腹主動脈共同結扎，拔除針頭，造成腹主動脈管腔環形縮窄約50%～60%。4周末模型組心功能指標平均動脈壓（MBP）、LVSP升高28%、14%（P＜0.05），左室重量指數（LVMI）增加16.9%（P＜0.05）。8周末模型組心功能指標惡化，大鼠收縮、舒張功能均明顯異常，達心衰模型。8號針頭縮窄腹主動脈4周心衰成功率為16.67%，8周心衰率達73.68%，提示腹主動脈縮窄心衰模型與縮窄時間密切相關。吳琦等［16］使用SD大鼠，體重220g～250g，造模時用內徑為0.7mm的銀夾不完全結扎左右腎動脈之間的腹主動脈，使之外徑狹窄至0.7mm，制備壓力超負荷性心室重構模型。造模35d后，實驗模型組動物的SBP、舒張壓（DBP）、MBP明顯升高，心臟質量指數HWI，LVWI顯著性增加，說明心臟后負荷增加是引起心肌細胞肥大、心室重構的主要原因之一。于遠望等［17］使用雌性SD大鼠，體重180g～230g，采用腹主動脈縮窄法造模，術后8周模型組心肌膠原組織容積分數（CVF）及Ⅰ型膠原（CollagenⅠ）和Ⅲ型膠原（CollagenⅢ）的CVF明顯增加。李永勝等［18］、Rose等［19］使用大鼠行腹主動脈縮窄術建立左室心肌肥厚模型，術后第4周開始測量左心室重與體重（LVW／BW），LVMI等指標，研究結果顯示，模型均發生了明確心肌肥厚。任海玲等［20］采用縮窄腹主動脈大鼠動物模型，研究動物模型與大鼠心、腎、肺內小動脈的關系。研究結果顯示，壓力超負荷與心、肺、腎小血管的動態重構關系密切。夏嘉鼎等［21］研究發現縮窄腹主動脈復制的心衰大鼠模型心肌組織TNF-α表達顯著增加。Jouannot等［22］使用大鼠腹主動脈縮窄法造模，造模后出現早期且短暫的最大等長收縮力（PO）和最大的肌肉縮短速度（maximum shortening velocity，Vmax）下降。在主動脈縮窄處放開縮窄線后的第5天，與對照組比較，PO增高，而主動脈縮窄處放開縮窄線后的第8天、第15天，PO和Vmax正常。王瑞芳等［23］使用6周齡雄性Wistar大鼠，分別行腎上和腎下腹主動脈縮窄術，腎上腹主動脈縮窄組在雙側腎動脈分支上方0.5cm處，腎下腹主動脈縮窄組在分支下方0.5cm處，均選擇6號針頭緊貼于腹主動脈壁平行放置，使用3-0號絲線將針頭和腹主動脈共同結扎，抽出針頭，造成腹主動脈狹窄約為60%。術后4周腎上和腎下組大鼠分別出現室間隔厚度、左室后壁厚度、左室心肌重量比對照組增加；術后12周腎上腹主動脈縮窄組出現心衰表現。

3.4 去氧皮質醇-鹽負荷法 去氧皮質醇-鹽負荷法主要是通過給動物喂養鹽水，從而增加鈉水潴留，并且配合單側腎切除，模擬高血壓心肌肥厚的發病過程。此法模型操作較簡單，費用相對低廉。缺點是心力衰竭的發生率較難于控制。Tiritilli［24］使用5周齡豚鼠，體重300g，左側腎切除，手術1周后豚鼠用10 mg去氧皮質醇（DOCA），5天／周，共用10周，同時飲用水含9 g／L NaCl和2g／L KCl。研究結果表明，到10周的豚鼠DOCA-鹽負荷法造成血壓顯著的增加（30%），左室重量增加（37%），左心室壁增加（36%），LV重量／體重增加（23%）和左室容量增加（51%）。李慧麗等［25］使用雄性SD大鼠12只，體重200g～300 g，切除左側腎臟，術后1周后，模型組大鼠肌注DOCA 25mg／只，2次／周，4周后改為1次／周，繼續用藥4周，同時飲用水含9 g／L NaCl和2g／L KCl。模型組大鼠造模8周后，LV的±dp／dt max明顯下降，同時出現左心室肥厚的表現。方國璋等［26］采用DOCA硅膠管皮下埋入法，大鼠術后喂1%鹽水并配合左腎切除，心元膠囊能明顯改善心衰大鼠的心功能和心肌收縮力。

4 結 語

引起心臟壓力超負荷常見病因有心室血液流出道受阻和高血壓，比如主動脈縮窄，主動脈瓣狹窄，肺動脈縮窄，肺動脈瓣狹窄，腹主動脈縮窄，鹽敏感性高血壓等均可加重心臟后負荷，當心臟處于失代償期，就會導致心力衰竭出現。后負荷加重的程度與心肌肥厚程度等有相關性。其機制主要是心臟后負荷增加，導致心臟做功與耗氧量增加，交感神經系統、RAS等的激活，導致血流動力學、神經內分泌、細胞因子等功能異常，而導致心肌肥厚、心室重構，逐漸形成CHF。

現已建立的動物心衰模型有：壓力超負荷，心臟快速起搏，容量超負荷過度，結扎冠狀動脈或冠脈內注入微栓子，遺傳性，藥物等。而壓力超負荷所致心力衰竭動物模型，包括有主動脈縮窄，主動脈瓣狹窄，肺動脈縮窄，肺動脈瓣狹窄，腹主動脈縮窄，鹽敏感性高血壓，急性肺動脈栓塞等模型。其中主動脈瓣狹窄，肺動脈瓣狹窄，急性肺動脈栓塞等模型，因其造模技術要求高，操作難，成功率低，費用高等問題，極少有這些模型產生心力衰竭的數據報道。如急性肺動脈栓塞模型，雖然李建生等［27］、張敬霞等［28］、王運倉等［29］建立了急性肺動脈栓塞模型，但是并沒有急性肺動脈栓塞導致心力衰竭的模型報道。心臟壓力超負荷心衰模型主要是通過線或者金屬動脈夾等縮窄血管，而控制血管縮窄程度是建立心臟壓力超負荷心衰模型是否成功的關鍵。如果模型縮窄過松，模型不易形成心力衰竭，過緊則容易形成急性左心衰竭，導致模型動物的死亡率增加。Braunwald等［30］提出關于CHF動物模型制作標準及評價標準。目前，對心衰動物模型的評價主要包括：動物表現、心電圖、心肌細胞病理檢查及心導管檢查等幾個方面。動物模型若出現心室重構、血流動力學紊亂及心功能惡化等情況，提示CHF模型制備是成功的。然而，引起心力衰竭的原因很多，心力衰竭的發病機制非常復雜，單一的動物模型不能模仿心衰所有階段的病理生理的發展變化，還需要我們進一步摸索探討心衰的動物模型，使模型更加具有可重復性，可靠性，易行性，可控性，適用性，經濟性等特點，為心力衰竭的研究提供更為合適的動物模型。今后將會有越來越多更穩定、更能模擬心衰的病理生理、臨床表現的動物CHF模型出現，推動CHF研究的發展。

［1］ 徐淑云，卞如濂，陳修.藥理實驗方法學［M］.北京：人民衛生出版社，2001：1082.

［2］ 包偉珂，柏樹令，王軍，等.升主動脈縮窄心衰鼠模型制作及臨床意義［J］.中國臨床解剖學雜志，1999，17（1）：66-67.

［3］ 姚志峰，鄒云增，李紀明，等.G-CSF對壓力超負荷引起的心室重構和心力衰竭的影響［J］.中國分子心臟病學雜志，2007，7（6）：317-323.

［4］ 張曼，屈晨，曾定尹.Rho／Rho激酶在壓力負荷心力衰竭大鼠心肌組織的表達［J］.中華心血管病雜志，2005，33（1）：73-76.

［5］ Liao YL，Ishikura F，Beppu S，et al.Echocardiographic assessment of LV hypertrophy and function in aortic-banded mice：Necropsy validation［J］.Am J Physiol Heart Circ Physiol，2002，282（5）：H1703-H1708.

［6］ 趙曉靜，崔長琮，張海柱，等.豚鼠慢性充血性心力衰竭及致心肌肥厚模型的研究［J］.醫學研究生學報，2003，16（12）：891-893.

［7］ 李曉梅，馬依彤，楊毅寧，等.小鼠主動脈弓縮窄模型的建立及評價［J］.中國比較醫學雜志，2008，18（11）：24-29.

［8］ 熊晨，貢樹基，武彥昭，等.豚鼠慢性充血性心力衰竭動物模型的研究［J］.白求恩軍醫學院學報，2007，5（3）：129-131.

［9］ Stamm C，Friehs I，Cowan DB，et al.Inhibition of tumor necrosis factor-alpha improves postischemic recovery of hypertrophied hearts［J］.Circulation，2001，104（Suppl 1）：I350-I355.

［10］ 徐淑云，卞如濂，陳修.藥理實驗方法學［M］.北京：人民衛生出版社，2001：1026.

［11］ Everett AW，Taylor RR，Sparrow MP.Protein synthesis during right-ventricular hypertrophy after pulmonary-artery stenosis in the dog［J］.Biochem J，1977，166（3）：315-321.

［12］ Zierhut W，Zimmer HG，Gerdes M.Influence of ramipril on right ventricular hypertrophy induced by pulmonary artery stenosis in rats［J］.J Cardiovasc Pharmacol，1990，16（3）：480-486.

［13］ Braun MU，Szalai P，Strasser RH，et al.Right ventricular hypertrophy and apoptosis after pulmonary artery banding：Regulation of PKC isozymes［J］.Cardiovascular Research，2003，59（3）：658-667.

［14］ Leeuwenburgh BP，Steendijk P，Helbing WA，et al.Indexes of diastolic RV function：Load dependence and changes after chronic RV pressure overload in lambs［J］.Am J Physiol Heart Circ Physiol，2002，28（2）：1350-1358.

［15］ 胡詠梅，李法琦，羅羽慧，等.腹主動脈縮窄大鼠模型制作及臨床意義［J］.重慶醫科大學學報，2004，29（3）：322-324.

［16］ 吳琦，陳長勛，顧偉梁，等.野菊花對心室重構大鼠心肌膠原及信號傳導的影響［J］.中國中藥雜志，2010，35（5）：623-629.

［17］ 于遠望，韓曼，張淑珍.參附芎澤注射液對壓力超負荷大鼠心肌膠原纖維重塑的影響［J］.陜西中醫，2008，29（10）：1430-1431.

［18］ 李永勝，嚴麗，雍永權，等.丹參酮ⅡA對高血壓大鼠肥厚心肌TGF-β1／Smads信號通路的影響［J］.中國中西醫結合雜志，2010，30（5）：499-503.

［19］ Rose M，Balakumar P，Singh M，et al.Ameliorative effect of combination of fenofibrate and rosiglitazone in pressure overload-induced cardiac hypertrophy in rats［J］.Pharmacology，2007，80（2-3）：177-184.

［20］ 任海玲，江時森，謝渡江，等.壓力超負荷大鼠心、肺、腎血管重構的動態研究［J］.中國微循環，2003，7（2）：93-95.

［21］ 夏嘉鼎，陳志堅，廖玉華，等.心力衰竭大鼠腫瘤壞死因子-α表達與室性心律失常關系的研究［J］.臨床心血管病雜志，2010，26（4）：258-262.

［22］ Jouannot P，Hatt PY.Rat myocardial mechanics during pressureinduced hypertrophy development and reversal［J］.Am J Physiol，1975，229（2）：355-364.

［23］ 王瑞芳，何昆侖，楊泉，等.壓力負荷誘導的大鼠舒張性心力衰竭模型的建立［J］.中華保健醫學雜志，2009，11（2）：92-95.

［24］ Tiritilli A.DOCA-salts induce heart failure in the guinea pig［J］.Eur J Heart Fail，2001，3（5）：545-551.

［25］ 李慧麗，王彬堯，張峰，等.一種慢性心力衰竭模型的建立［J］.心臟雜志，2004，16（3）：287.

［26］ 方國璋，王紅星，尹華虎，等.心元膠囊抗心衰作用的實驗研究［J］.中國中醫急癥，2002，3（11）：208.

［27］ 李建生，禹暉，毛松壽.選擇性肺動脈栓塞犬模型的制備［J］.中國醫學影像技術，1999（5）：356-357.

［28］ 張敬霞，陳永利，王佩顯，等.實驗性急性肺血栓栓塞癥肺動脈血管重構及意義［J］.天津醫藥，2007（6）：432-433.

［29］ 王運倉，李建科，張慶富.急性肺栓塞的實驗模型研究進展［J］.山東醫藥，2011，51（31）：115-116.

［30］ Braunwald E，Mock MB，Wastson JT.Congestive heart failure［M］.America：Grune ＆ Stratton Inc，1982：125.