心力衰竭动物模型研究进展*

陈 明 魏易洪 侯玉鸣 汤 诺 邓 兵 周 端 诸 晨 马子霖

上海中医药大学附属龙华医院，上海市 200032

心力衰竭(心衰)是各种心脏结构或功能性疾病导致心室充盈或射血能力受损而引起的一组综合征，是大多数心血管疾病的最终阶段，发病率和死亡率较高，5年存活率与恶性肿瘤接近[1]。心力衰竭发病机制复杂多样，尚未完全阐明，研究其发病机制是我们防治心衰疾病的重要途径。动物实验是临床研究的基础，选择合适的动物模型尤为重要[2]。故本文就国内外建立心衰动物模型的常见方法及优缺点做一简要综述。

1 主动脉缩窄术

通过主动脉缩窄制备心衰模型以胸主动脉缩窄和腹主动脉缩窄两种最为常见。通过注射针头、手术线与胸主动脉或腹主动脉结扎，制作缩窄环，增加心脏负荷，从而模拟心衰模型。

1.1 胸主动脉缩窄术 Li Jin等[3]对CD-1小鼠通过腹腔注射麻醉，手术结扎主动脉弓，假手术组采用同样手术方式但不结扎，8周后发现模型组小鼠死亡率为54%，左室收缩末径(LVESd)和左室舒张末径(LVEDd)较对照组明显增大(P<0.01)，射血分数(EF)明显降低(P<0.01)。黄诚等[4]将C57BL/6小鼠沿胸骨正中分层打开胸腔，钝性分离小鼠主动脉弓，平行主动脉弓进行结扎。术后2周有明显心肌肥厚，4周心衰，8周严重心衰，8周后模型组小鼠全部存活，较假手术组，4周后为43%，8周后31%，提示模型成功。

所以，胸主动脉缩窄术多选用小鼠进行心衰模型制备，模型周期多为4～8周，故可根据实验所需动物心衰的严重程度灵活选择模型制备周期和缩窄环直径，通过检测小鼠心超指标来判断模型是否成功。

1.2 腹主动脉缩窄术 郑琼莉等[5]选取SD大鼠，于剑突下沿正中线切开2～3cm，游离腹主动脉，用7号针头和0号手术线平行腹主动脉结扎。以 LVEDP≥15mmHg(1mmHg=0.133kPa)作为模型成功标准。4周后模型组大鼠死亡率为13.3%，存活大鼠均造模成功。方焕松等[6]选用8号针头同样方法缩窄 8周。8周后大鼠死亡率为27%，模型成功率为73%。

腹主动脉缩窄法相较于胸主动脉缩窄法，腹主动脉缩窄法多选用大鼠，大鼠腹主动脉更易分离并进行结扎，且腹主动脉缩窄操作较易，适合上手。与胸主动脉缩窄一样，手术造模加上实验人员操作不够专业导致较高死亡率，故在动物采购和饲养过程中要充分考虑。

2 冠状动脉结扎法

冠状动脉结扎制备动物心衰模型是模拟人体心肌缺血或心梗而导致的心衰。王永霞等[7]在SD大鼠左侧第3、4肋间横向切开1.5cm，动脉圆锥与左心耳之间1mm处对左冠状动脉前降支进行结扎。4周后大鼠心超EF<50%，死亡率为18%。Xu Yan等[8]选用同样方法，4周后模型组大鼠死亡率为13%，存活大鼠心超EF值降至34%，较假手术组明显降低(P<0.01)，血清BNP显著升高(P<0.01)。张跃华等[9]选用新西兰家兔结扎冠状动脉，术中两只因手术诱发室颤死亡，死亡率20%。4周后心超显示模型组EF降至40%，较假手术组显著下降(P<0.05)。

冠状动脉结扎法制备心衰模型多适用于大鼠及一些大型动物，相较于小鼠来说更容易在造模过程中分离左冠状动脉前降支，但是该方法较为复杂，对于实验者要求较高，不易上手，需要在手术过程中密切观察动物心电图的变化。该法同样在术后进行心超检测，以EF值≤40%作为衡量标准，相较于主动脉缩窄法来说更加快速、高效。

3 化学药物法

化学药物对动物进行干预制备心衰模型的方法应用广泛，常见方法有阿霉素法、异丙肾上腺素法、盐酸普罗帕酮法等。

3.1 阿霉素法 阿霉素临床被广泛应用于各种恶性肿瘤的治疗。阿霉素对心肌组织有剂量依赖性毒性，常在使用数月或数年引发严重心肌损害，进而引发心衰。徐建虎等[10]选用Wistar大鼠。腹腔注射量参照2mg/kg，前2周每周注射2次，后8周每周1次。10周后模型组大鼠死亡率为25%，BNP较空白组明显增高(P<0.01)。João Lucas O’Connell等[11]选用Wistar大鼠，采用两种阿霉素注射方法进行比较，对50只大鼠在2周内进行6次注射，累积注射量15mg/kg。对51只大鼠每周注射1次，持续9周，累积注射量18mg/kg。最终，两种方案死亡率均高，短期组死亡率为48%，长期组49%。心超显示短期组无明显变化，长期组EF减少17%。长期组造模效果明显优于短期组。可以发现阿霉素注射方案各有不同，但周期过短，短时间内用量过大不利于大鼠成模，周期多为6周以上，累计用量在15～18mg/kg。马君等[12]选用ICR小鼠制备急性心衰模型。模型制备过程中对小鼠隔日腹腔注射阿霉素，累计用量为42mg/kg，最终死亡率为19%，存活小鼠均造模成功。

可以发现，阿霉素诱导动物心衰模型中，大鼠和小鼠都是常用模型，注射阿霉素的剂量和频率各异，成模后多选用心超检测模型是否成功。相比之下，大鼠的死亡率较高，成本较大，小鼠单位重量所需给药量高于大鼠，而且在选择短期通过阿霉素诱导动物心衰模型中小鼠优于大鼠。

唐云等[13]经兔耳缘静脉注射阿霉素8周，每周2次，每次1mg/kg。造模结束后通过检测兔EF值与正常组相比明显降低(P<0.01)；LVESd、LVEDd较正常组明显升高(P<0.01)，说明造模成功，但其中因腹泻脱水死亡13只，其他原因5只，死亡率为25.7%，模型组存活家兔成功率为77%。制备兔心衰模型中阿霉素诱导较其他方法简单，易上手，但是由于阿霉素的副作用会造成结肠炎和骨髓抑制，导致家兔严重腹泻甚至因腹泻脱水而休克死亡，导致模型死亡率较高。

3.2 异丙肾上腺素法 刘昕等[14]选用SD大鼠连续10d进行腹腔注射异丙肾上腺素，剂量为50mg/kg，第11天进行心超检测。发现心衰组EF值由85%降至74%，LVESd、LVEDd明显增大(P<0.05)，大鼠死亡率35%。何芮等[15]对C57BL/6小鼠按照60mg/kg剂量持续注射4周，每日1次。结果仅6只存活，死亡率40%，模型组小鼠BNP明显增高，EF值降至51%。

目前来看，异丙肾上腺素诱导心衰模型，无论是大鼠还是小鼠死亡率都极高，因异丙肾上腺素为β受体阻滞剂，若对动物进行过量使用可导致动物心衰，故尝试用其进行心衰制备模型，但是发现大鼠或小鼠对该药物耐受性较差，或者目前研究中注射频率和剂量还不成熟，动物死亡率远高于阿霉素法，且心超EF值等指标观察心衰模型效果也弱于阿霉素法。但该法成模较快、操作简单，如果可以探索出更好的用量及频率，有机会达到较好效果。

3.3 盐酸普罗帕酮法 普罗帕酮为抗心律失常药物，但过量使用会导致心律失常，可能引起急性心衰，故尝试构建动物心衰模型。李文文等[16]分离SD大鼠右颈总动脉，结扎后进行左心室插管，记录大鼠左心室内压和动脉压。术后15min，大鼠舌下静脉予以16.5mg/kg盐酸普罗帕酮，当左心室内压最大上升/下降速率(±dp/dtmax)下降为2/3以下，在右侧颈外浅静脉注射盐酸普罗帕酮，剂量为0.19mg/(kg·min)，最后(±dp/dtmax)保持5min即表明模型成功。Lu Zhang等[17]在术中记录心率和(±dp/dtmax)，当心率和(±dp/dtmax)值降至50%时停止盐酸普罗帕酮注入。降低的(±dp/dtmax)值稳定5min后，认定心衰模型建立成功。

盐酸普罗帕酮法较阿霉素和异丙肾上腺素法实验操作复杂，对实验仪器要求更高，对实验人员技术和熟练度要求极高，且目前相关文献报道较少，在模型制备过程中动物存活率及模型效果不是很清楚，所以该法还有更多的探索空间。

4 心室快速起搏法

在实验模型发展过程中发现犬科动物相较于啮齿类动物能够更好代表人类生理学。BaoXi Gao等[18]对5只比格犬通过快速右心室起搏诱发心力衰竭。比格犬正常心跳约90次/min，对比格犬植入240次/min频率的起搏器，开启4周。4周后，动物均存活，EF值为30%，提示造模成功。Da Luo等[19]结扎犬左前降支近端，造成犬急性心肌梗死，心梗后1h在左心室侧壁上缝合一枚180～220次/min频率的电极，维持6h。所有犬EF值均降到35%以下，但在术中因心律失常导致2只死亡。Urszula Paslawska等[20]选用15只大白猪进行连续右心室起搏。起搏器设定为170次/min。每月对心衰症状和体征进行评估，并检测心超。结果全部存活，其中7只轻度心衰[起搏(9±4)周]、4只中度心衰[起搏(18±2)周]和4只重度心衰[起搏(24±9)周]。

心室快速起搏法主要用于大型动物如犬、猪等心衰模型的构建，可以发现该法较传统手术方法创伤小、精确度高、动物存活率极高。通过心超等方法检测发现模型效果非常理想，可以很好用于后续的相关实验。且大型动物模型更具代表性，更加贴近人类，但相应科研成本也更高，技术要求高，需要经过专业培训和具有极高熟练度，才能达到理想效果。

5 总结

本文针对心衰常见动物模型构建方法和优缺点进行简要综述。目前常见方法有主动脉缩窄术、冠状动脉结扎法、化学药物法、心室快速起搏法，每种方法都有各自优缺点和不同的适用范围。从造模方法上看，大动物中犬和猪多采用快速起搏右心室的方法，该法克服了以往开胸手术造成创伤大、死亡率高的缺点，具有创伤小、精确度高、较易上手、成功率高的优势，但是这种方法相较于其他方法成本较高、实验难度大、需要专业技术人员才能达到理想效果。主动脉缩窄术和冠脉结扎法创伤较大，导致动物死亡率较高，但成本较低，较易上手，临床应用比较成熟。化学药物法相较于其他三种方法最为简单，但死亡率较高，毒副作用较大。其中阿霉素应用最广泛，大鼠、小鼠、兔等都是其常见的动物心衰模型，异丙肾上腺素法和盐酸普罗帕酮法还需深入研究。从动物模型来看，动物模型可分为大、小动物模型，大动物模型在病理、生理、解剖等方面更接近于人类，所构建的模型对于研究心衰机制更加可信，但是也要考虑研究具体方向、经费、实验难度等来决定选用哪种动物模型。小动物模型中，大鼠凭借造模方法多样、操作较为简便、成本较低等优势成为目前的主要模型。从评判模型成功标准来看，无论哪种动物如条件允许，多采用心超检测相关指标，EF值应用尤为广泛，也可通过心电图、血清BNP等方法加以评判。因此，各种动物模型、方法都有自身优缺点，根据实验需要选择合适的动物模型和方法，从而更好地探索心力衰竭作用机制，是我们以后的努力方向。