心肌缺血再灌注损伤模型的实验动物种属选择和建模方法比较

杨嘉俊，吴贤生

（广东省医学实验动物中心，广东佛山 528248）

心肌缺血/ 再灌注损伤（myocardial ischemia reperfusion injury, MIRI）是指心肌组织在短暂缺血后恢复血流而导致组织进一步损伤的现象，是当前世界人类健康和生活质量的重大威胁，也是心血管疾病研究领域的热点。

MIRI 动物模型可选择的动物种属较多，制备方法也有差异，并且细微的实验条件变化往往影响试验的可重复性。本文将比较和归纳各种MIRI 动物模型的特点，为研究者在开展MIRI 的相关研究选择动物模型时提供参考依据。

1 动物选择

1.1 大 鼠 大鼠作为最常见的实验动物之一，其遗传背景清楚、繁殖能力强、生长快速，易于购买且价格低廉。大鼠的冠状动脉左旋降支变异较小，用于MIRI 模型制备时具有较好的重复性。上述优点使得大鼠成为制备MIRI 模型的理想实验动物，也是目前国内外在开展MIRI 的整体实验时使用最多的动物品种。此外，相比其他种属实验动物，大鼠因其在科学研究中使用频率高，相应的检测试剂等也更齐全，为开展研究指标的检测提供更多便利。

1.2 小 鼠 小鼠作为另一种最常见的实验动物，具有与大鼠相似的特点，并且价格较大鼠更加低廉。但是小鼠由于个体较小，在用于MIRI 研究时，对实验操作技术要求更高以保证造模结果的一致性；同时受到体型过小的限制，可以采集和用于检测的样品量较少，限制了检测指标的种类。

1.3 兔 与其他种属不同，兔具有2 个独立的胸腔气室。在不损伤胸腔隔膜的前提下，兔可以依靠右侧肺部维持自主呼吸，因此在制备MIRI 模型时无需以呼吸机维持肺部通气，可以减少因气管插管和维持肺部通气造成的肺损伤，提高动物术后存活率和增大模型的可重复性。兔具有发达的耳部血管，方便术后静脉给药干预和术后不同时间点采集和检测血液指标。

1.4 犬 犬体积大小适中，性情温顺，是心血管外科最常用的实验动物。犬血管丰富，方便研究过程中血液指标采集，是药物代谢研究的良好实验动物。犬心脏冠脉粗大，除了可以采用常规的线扎法外，也可以采用球囊封堵法阻断冠脉血流，可精准控制冠脉的开放，减少手术造模对动物心脏和肺部的损伤。此外，较大的心脏也更利于进行体外MIRI的研究。

1.5 猪 小型猪的体型与实验犬相似，线扎法、球囊封堵法等造模方法同样适用于小型猪。并且和犬及其他常用的实验动物相比，猪的心脏大小、结构和冠状动脉的解剖结构、生理特点等都与人更相近，因此成为临床异体心脏移植手术的首选供体选择，在MIRI 模型制备时相比其他种属动物更具研究价值。但小型猪性情不如实验犬温顺，术后给药干预和指标采集等操作对实验操作人员的要求更高。

1.6 其他种系动物 除上述常见动物种属外，非人灵长类也可用于MIRI 的研究，其造模方法与犬、小型猪相似。但当前国内外非人灵长类的资源极其紧缺，近年来极少见使用非人灵长类的MIRI 研究报道。树鼩因与灵长类具有较近的亲缘关系而被更多的研究者关注，并且被应用到MIRI 的研究。豚鼠心脏动作电位、Ca2+流量与人类极为相似，常用于离体MIRI 的研究。

2 动物模型的制备方法

2.1 大、小鼠MIRI 模型 大鼠MIRI 模型的制备主要分为使用呼吸机维持肺部通气的常规操作法和不使用呼吸机维持肺通气的快速操作法。常规操作法中，通常使用戊巴比妥钠或乌来糖麻醉大鼠后，进行气管插管，并以呼吸机维持肺部通气。待大鼠呼吸平稳后，剪开胸腔，剪开心包膜，结扎冠状动脉左旋降支（LAD），阻断心肌血流。心肌缺血时间到达预设值后，剪开结扎线，恢复LAD 供血。术后排出胸腔气体，闭胸，完成造模。快速操作法则是不采用机械维持肺部通气，在开胸后迅速挤出大鼠心脏，结扎LAD，心脏复位后以血管钳等暂时闭胸。心肌缺血时间到达预设值后，再次开胸恢复冠脉血流。大鼠在MIRI 的研究中使用数量最多，研究者对大鼠MIRI 模型也做了优化和调整，例如张卫强等通过在结扎线下垫凹槽型塑料软圆管，减少了再灌注剪线时对心肌的损伤；王平安等通过预埋鱼线和冠脉结扎，到达预设时间后抽出鱼线完成冠脉复通，提高了造模效率。小鼠的MIRI 模型制备方法与大鼠MIRI 模型制备方法大体一致，采用快速操作配合预埋鱼线/导管的方法，可以提高造模效率。

2.2 兔MIRI 模型 兔MIRI 模型的制备方法与大鼠MIRI 模型制备方法相似，主要操作为开胸后以线扎法阻断冠脉血流，到达预设缺血时间后通过剪线或者抽出预埋的软管回复冠脉血流以制备MIRI模型。但与大鼠MIRI 模型相比，兔MIRI 模型的制备存在2 个较大的差异。（1）兔的胸腔由纵膈分为互不相同的左右两部分，在不损伤纵膈时，兔可以在剪开左侧胸腔后依靠右肺维持自主呼吸。李卓等发现，与传统使用呼吸机维持肺部通气相比，依靠兔右肺自主呼吸条件下制备MIRI 模型，动物术后存活率，MIRI 模型术后可显著提高。（2）与大鼠相比，兔LAD 变异较大，在制备MIRI 模型时，通常需排除LAD 过短而不适合制备MIRI 模型的个体。张磊等考虑到人及哺乳类动物90%以上的房室结动脉及2/3 的窦房结动脉均起源于右冠状动脉，通过结扎右冠脉的方法制备MIRI 模型，成功制备了右心MIRI 模型。

2.3 犬和小型猪MIRI 模型 （1）线扎法：犬和小型猪的线扎法制备方法与大鼠MIRI 造模方法相似，动物麻醉后进行气管插管，以呼吸机维持肺部通气。待呼吸平稳后开胸腔，通常在LAD 中远端穿线/管，结扎LAD 阻断血流。到达缺血预设时间后，恢复LAD 供血，制备MIRI 模型。

（2）球囊封堵法：动物麻醉后，在冠状动脉造影的引导下，可以将球囊探入心脏冠状动脉左旋降支中，通过控制球囊的充盈实现阻断或恢复冠状动脉从而制备MIRI 模型。本方法可以无需气管插管、无需使用呼吸机维持肺部通气和开胸腔，造模操作对动物肺部损伤小，动物术后恢复快速，死亡率小。但球囊封堵法对实验条件，尤其是影像学检查的要求高，通常需要介入科医生辅助。

（3）心脏体外循环（Cardiopulmonary Bypass，CPB）术后MIRI 模型：动物麻醉后进行气管插管，以呼吸机维持肺部通气。待呼吸平稳后开胸腔，心脏插管并链接人工心肺机，建立心脏体外循环。通过阻断和开放心脏的升主动脉，阻断心脏血流，建立MIRI 模型。本模型主要用于CPB 手术时心肌的保护策略研究。

2.4 豚鼠离体心脏MIRI 模型 豚鼠麻醉后，气管插管，以呼吸机维持肺部通气。剪开胸腔，暴露主动脉并完成在体插管。插管成功后剖下豚鼠心脏，转入37 ℃保温槽中，以KH 液进行逆向灌流。在离体心脏稳定后，阻断灌流管，使得全心缺血，达到预设的缺血时间后可恢复灌流，制备MIRI 模型。

3 模型制备中的影响因素

3.1 动物种属 不同种系的动物生物学特点和心脏解剖结构之间存在差异，研究者应根据研究目的和条件选择合适种属的动物和相应的造模方法。小鼠和大鼠常用于评价药物的MIRI 的治疗作用，而体型更大的犬和猪更多用于心外科MIRI 研究中。结扎冠脉是制备MIRI 中的重要环节，直接决定造模的成败。不同种属动物心脏冠脉的解剖结构直接影响结扎部位的选择。使用大、小鼠制备MIRI 模型时，通常选择冠状动脉左前降支。兔和犬则拥有相对更为粗大的左冠状动脉回旋支，也可考虑结扎左冠状动脉回旋支制备MIRI 模型。

3.2 麻醉方式和肺部通气 异氟烷对梗死心肌的保护作用最早于1997 年被确认，随后越来越多研究证实了吸入麻醉对MIRI 的保护作用。王曼等使用开胸结扎冠状动脉左前降支制备小型猪MIRI 模型时发现，与单纯静脉麻醉组比较，静脉- 吸入复合麻醉组小型猪手术过程中血液二氧化碳分压和氧分压更加稳定，心肌损伤程度也更小。王晓蕾等用七氟烷后处理可改善MIRI 大鼠心肌的血流，对受损心肌具有保护作用。在选择MIRI 模型制备条件时，研究者应考虑麻醉对造模结果的影响，并应当使得各组在相同的实验条件下完成造模。

采用非机械通气制备兔MIRI 模型时，兔左肺暂时失去通气功能，紧靠右肺维持呼吸，因此麻醉剂的选择和麻醉深度对造模的成功率有着重要影响。速眠新Ⅱ和戊巴比妥钠联用通常对兔呼吸具有较重的抑制作用，可以考虑使用速眠新Ⅱ和舒泰50联合麻醉以减轻呼吸抑制。

3.3 缺血时间 Lindsey 等认为，以降低MI 后心衰发生率为目的的研究，应当考虑非灌注模型，而以研究MI 保护作用为目的的研究，更适合采用灌注模型。短时间缺血，当心肌恢复血流灌注后可以迅速恢复正常；更长时间的缺血（例如30 min 以上）则通常引起心肌细胞不可逆损伤。关雷等认为出于节省实验时间的考虑，MIRI 模型的缺血时间应选择30～40 min 为宜。王燕等通过比较不同缺血时间对豚鼠离体心脏MIRI 损伤的影响，认为缺血50 min后再进行灌注，可以明显加重离体心肌的损伤。研究者应根据研究的目的选择合适的心肌缺血时间，例如评价药物保护作用时可以考虑使用较短的缺血时间条件，避免造模过深而造成心肌损伤不可逆。

4 小结

MIRI 研究中，可选择的实验动物种属较丰富，且有各自的生理特征和优缺点。研究者应当结合自己的研究目的、实验条件和研究指标选择合适的实验动物，并设计合适的造模方法。MIRI 模型制备时，麻醉条件、心肌缺血时间、术后观察时间和造模操作的熟练程度等条件差异往往对实验结果有着较大影响，甚至决定了模型的成败。在MIRI 药物研发和防治策略中，需要药物研发人员、临床医师和动物实验技术人员紧密配合，以提供稳定的、重复性高的实验条件。