管志远 郑慧萍 万峰 张喆

综 述

犬心衰动物模型制作现况及进展

管志远 郑慧萍 万峰 张喆

心力衰竭； 犬； 模型

心力衰竭是心脏泵血功能衰竭，无法满足全身组织代谢需求的一种病理生理状态及临床综合征。随着老龄化的到来，心力衰竭的发病率逐年增加并对人类健康产生严重威胁。国外流行病学资料表明，发达国家成人人群心衰总发病率为1%～2%，在年龄＞70岁的人群中升高至10%以上[1]。国内最新的流行病学研究发现，中国35～74岁的人群中有400万慢性心衰患者，发病率为0.9%，住院30 d内死亡率为5.4%[2]。心衰的病理生理特征与血流动力学、神经内分泌系统、肿瘤坏死因子及肾素-血管紧张素系统密切相关[3-8]。心衰模型可模拟心衰病理生理发展过程，从而为心衰发生、发展、治疗及预后提供良好平台。但目前任何一个研究模型均不能完全重现人类心衰发展过程，而且不同类型心衰模型存在各自的缺点。本文将对常见的犬动物心衰模型的制作方法、适应证及优缺点进行文献综述。

1 容量超负荷心衰模型

容量超负荷心衰模型是最为常用的心衰模型制作方法[9]。血流动力学改变包括：①中心静脉压、右房压、肺动脉压、肺毛细血管契压升高；②肾素-血管紧张素系统激活引起水钠潴留。

1.1 动静脉瘘法 动静脉瘘包括颈动静脉-静脉瘘、肾动脉分支以下的主动脉-下腔静脉、腹主动脉-髂静脉等方法。Zucker等[10]通过分别阻断下腔静脉及腹主动脉后，在肾动脉水平以下建立主动脉-腔静脉瘘（吻合口长度10～15 mm），术后通过评估左室舒张末期最大内径、腹水、肺水肿等评估心衰情况，结果证明左室舒张末期最大内径明显增加。Chekanov[11]使用建立下腔静脉-主动脉瘘（端端吻合，10～12 mm），1个月后左室射血分数从术前的（77±5）%降至（66±4）%，2 个月后降至（43±6）%，从而成功建立心衰模型。Tessier等[12]通过首先建立颈内静脉与颈动脉的侧-侧吻合的瘘口（2 cm），并联合使用多柔比星（1～2 mg/kg)静脉注射，使左室舒张末期体积扩大50%，并成功建立心衰模型。

1.2 瓣膜腱索破坏法 瓣膜腱索破坏法是通过切断犬的二尖腱索或是用塑料管破坏二尖瓣尖造成二尖瓣关闭不全，进而引起心衰发生。Kleaveland等[13]在比格犬动脉放置动脉抓取钳破坏二尖瓣腱索或小叶产生二尖瓣返流，3个月舒张末期容积、左室质量、左室舒张末期压明显增加，心输出量降低，进而成功制作超负荷心衰模型。Young等[14]也同样使用颈动脉放置鼠齿抓取钳破坏二尖瓣腱索，从而使肺毛细血管楔形压力增加20 mm Hg（1 mm Hg=0.133 kPa），心输出量下降50%，术后6个月因二尖瓣返流使左室舒张末期容积增加75%。此外通过静脉使用晶体液可以很容易制作心衰模型[15]。容量负荷心衰模型目前多用于心功能储备及评价心脏舒张功能障碍。该模型优点是临床相关性高，但缺点是花费时间较长。

2 压力超负荷心衰模型

2.1 主动脉阻断心衰模型 主动脉阻断心衰模型是通过主动脉局部阻断或受压，增加左心后负荷，从而导致左室压力慢性升高、心肌肥厚及心肌损伤，最终模拟出心衰模型。Carabello等[16]在犬的左前降支周围黏附长度固定贴合带，随着犬的生长，心输出量增加，会导致相对的主动脉狭窄，从而成功建立心衰模型。Chien等[17]先用收缩带停止静脉弓静脉回流，并使用J型血管夹阻断升主动脉并预置缝合线，当升主动脉扩张大约50%，释放血管夹并测量左室及主动脉压力。随后使用预置线局部扎紧升主动脉从而获取所需的压力，术后2～6个月，压力梯度为50～200 mm Hg，心脏体积明显增大。该模型优势在于比较容易控制压力梯度，并可以在较短时间内再现左室增大。但该模型不能再现神经激素调控及左室收缩功能障碍。

2.2 野百合碱心衰模型 野百合碱心衰模型是通过静脉注射方式注射野百合碱（3～5 mg/kg），持续6～12个月成功诱导心衰发生。野百合碱是一种双稠吡咯啶型生物碱，可引起肺血管综合征，表现为增生性肺血管炎、肺动脉高压及肺性脑病[18,19]。Chen等[20]通过对成年犬注射野百合碱后6个月观察到犬的平均右室压、平均肺动脉压及肺毛细血管楔压明显增加，从而成功制作出慢性心衰模型。值得注意的是，成年狗肝组织中并不存在代谢野百合碱的酶，所以对野百合碱的使用需要严格控制剂量。野百合碱模型主要是用于评估肺动脉高压引起的内膜增生及基因调控表达机制、神经内分泌、血流动力学变化等心衰模型制作。

3 药物诱导心衰模型

3.1 多柔比星（阿霉素） 多柔比星（阿霉素）心衰模型是指在外周静脉或冠状动脉注射多柔比星（2～4 mg/kg，2 min 或 1 mg/kg，30 min）制作心衰模型。其机理是因为多柔比星可诱导脂质过氧化超微结构破坏，包括线粒体肿胀、线粒体颗粒空泡化及心肌损伤[21]。Bristow等[22]研究冠状动脉内注射多柔比星（2～4 mg/kg）并评估对犬血流动力学影响，结果发现多柔比星与心衰程度具备剂量相关性。多柔比星可以通过冠状动脉或静脉途径给药。冠状动脉内注射可以通过术中预置引流管或经皮介入方式给药，这样只产生心脏毒性作用从而避免全身反应。此外也可以联合动静脉瘘方式建立心衰模型。Tessier等[12]对存在动静脉瘘的山羊模型持续给予多柔比星13周，发现山羊模型均存在心衰症状。多柔比星使用剂量与心衰严重程度之间存在剂量正相关性，1 mg/kg比0.5 mg/kg多柔比星更容易建立心衰模型。该模型优点是心衰模型较为稳定，容易诱导且避免全身并发症发生，对犬内环境影响较小。缺点是：①模型建立过程与心律失常有高度相关性，导致建模失败率高；②存在骨髓及胃肠道毒性，影响实验结果。

3.2 普萘洛尔 普萘洛尔心衰模型制作方法是大剂量使用（5 mg/kg）普萘洛尔建立心衰模型。其机制为，普萘洛尔是一种β受体阻滞剂，可长期负性抑制心肌收缩性，静脉注射可明显降低平均动脉压、心输出量、左室最大舒张内径。Soltero等[23]通过高剂量普萘洛尔（5 mg/kg）静脉注射成功诱导心衰模型，等容收缩期左心室内压力上升的最大速率（dp/dtmax）明显降低。普萘洛尔心衰模型的优点在于可塑造一个稳定且可控制的急性心衰模型，但不能使心室扩张从而限制心衰辅助装置等技术应用。

3.3 皂素及丙咪嗪 皂素心衰模型制作方法是在开胸的犬冠状动脉内注射皂苷使容量超负荷，并联合静脉注射甲氧胺诱导成功建立稳定心衰模型。Kamijo等[24]的研究结果证明，左室舒张末期压力增加，主动脉血流降低，系统性血管阻力、右心房压力明显增加。该心衰模型特点是可明显降低心输出量并增加外周血管阻力，从而成功建立全心心衰模型。丙咪嗪是对心脏功能有明显损害作用的三环抗抑郁药物，机制为可阻断钠通道及β肾上腺能受体阻滞剂。Lucas等[25]给犬静脉输注丙咪嗪，30 min后导管测压证实dp/dtmax、左心室压力明显降低，心室舒张末期压力明显增加，60 min后超声心动图提示左室射血分数明显降低。丙咪嗪建立心衰模型的特点是心律失常发生率低。

4 心衰快速起搏模型

心衰快速起搏模型制作方法是通过右颈静脉或开胸方式将电极植入右室或左室心尖部心外膜下，快速起搏装置使心率提高至180～260 bpm，持续数周即可建立心衰模型。心衰发生机制包括：①心肌过快收缩可导致心肌耗氧量增加，能量物质（肌酸、ATP等）大量耗竭引起心衰；②神经内分泌系统（交感神经系统、肾素-血管紧张素）激活促进水钠潴留；③快速起搏引起活化钙通道数目减少，使心肌收缩能力下降；④心脏舒张期缩短，加重心肌缺血；⑤反应性细胞肥大及心肌纤维化导致心室重塑。第一例心衰快速起搏模型是在1962年由Whipple等[26]在犬动物模型上成功制作。目前心脏快速起搏来诱导制作心衰模型在大型动物上广泛应用。Kashem等[27]在犬心内放置CardioClasp装置并在第2、3、4周把心率增加至 220 bpm、230 bpm、240 bpm，结果成功制备心衰模型。Takagaki等[28]通过单纯犬心内置入快速心室起搏（230 bpm），4周后成功诱导心衰发生。此外模拟心脏手术所用时间（开关开胸手术，持续45 min）并在术后第3天开始将心率降至190 bpm，4周后犬的左室射血功能明显下降，收缩末期压力-容积关系的斜率、射血分数、心输出量均明显降低。心动过速导致的细胞凋亡与心衰发生呈正相关关系。停止刺激后2～3周心脏收缩及舒张功能可恢复。该模型优点是操作时间短、创伤较小；缺点是心衰实现过程较短、实验对象不稳定、混杂因素较多。

5 心肌缺血心衰模型

心肌缺血是心力衰竭最为重要的发病原因，其生理病理机制与左室心肌重塑及顺应性改变相关。

5.1 微栓子心衰模型 微栓子心衰模型制作方法是通过导管将直径90 μm，约20 000个聚苯乙烯微栓塞球植入左冠状动脉，3次重复注射且间隔15 min，成功获得心衰模型［左室射血分数从（59%±5）%减少至（26%±5）%］[29]。微栓子心衰模型机制为明显减少冠状动脉血流、增加左室舒张末期末压并提高血浆去甲肾上腺素水平。Hedayati等[30]使用微栓塞球联合胸主动脉环绕阻断建立心衰模型，将0.5 ml，约40 000个/ml聚苯乙烯微球混合在造影剂中推注到冠状动脉中，监测左室射血从63.5%降低至36.5%。微栓子心衰模型的优点是可高度模拟临床发展过程、无明显有创操作、减少多系统损伤发生；但缺点是建模失败率较高（30%～50%），对操作者的技术要求、经济花费、时间均较高。

5.2 冠状动脉阻断心衰模型 冠状动脉阻断心衰模型是通过结扎前降支的分支或多处结扎方法来模拟局部心肌缺血，一般多在术后4周左右出现左室扩大、左室舒张末压升高，进而出现心衰。Moainie等[31]通过结扎前降支分支来诱导心室前外侧壁急性心肌梗死，10～12周后直视下观察到左室舒张末期容积增大1倍以上，左室收缩末容积增加近3倍；超声心动图检查提示左室射血分数降低、左室舒张末期压力增加、心输出量降低。但值得注意的是，前降支远端或回旋支分支结扎容易产生室壁瘤、乳头肌梗死并产生严重二尖瓣返流。Llaneras等[32]通过造影方式确定回旋支提供血供心肌的范围，分别结扎回旋支的第一支、第二支及第三支，发现结扎第一、二支时左室约（23±3.0）%面积梗死，无明显乳头肌梗死。当结扎第二、三支时导致左室（21.4±4.0）%梗死，并包括后乳头肌梗死[33]。也正因为这个特征，其可用于模拟二尖瓣膜损伤的模型。在慢性心衰模型制作中，为了避免直接冠状动脉结扎对心肌的急性损伤，AMEROID环、磁性线圈及液氮细针局部冷冻技术[34-36]也逐渐在缺血性心衰模型中应用。通过缺血心肌建立的心衰模型可最大程度上重现因急性心梗继发心衰的发展过程，且没有混杂因素影响。其缺点在于需要开胸操作、实验对象死亡率高、对手术者技术要求较高、心律失常发生率高等。

6 讨论

犬心衰模型是研究心力衰竭发生、发展、治疗及预后最常用的平台之一。这与犬本身的生理特点、解剖结构、对有创操作耐受性、伦理可行性及经济性等诸多优势因素有关。但具体如何选择心衰制作方法，要在研究方案基础上权衡各种模型优缺点综合决定。其中影响选择最为重要的因素是研究目的，即研究心衰的发病原因还是治疗方式。若心衰是因为心肌局部缺血引起可使用微栓塞球或冠状动脉结扎方式进行，若是全心衰竭可应用快速起搏或药物诱导等方法诱导。其次需要明确各种心衰模型特点，如冠状动脉结扎方式往往是建立一种永久不可逆的心衰模型，而快速起搏或药物模型在一定程度上是可逆的、临时的心衰模型（常用于心衰药理学研究）。此外，一个成功的心衰模型制作与实验人员熟练程度及操作设备有关，如冠状动脉结扎心衰模型制作过程中需要正中开胸、暴露冠状动脉及术中并发症的处理等能力。无论使用哪一种心衰模型制作方法，在实验准备、进行中、术后实验对象死亡都是不可避免的，一些心衰模型制作过程中死亡率更是高达50%[37]。死亡原因与心衰的病理过程、并发症复杂情况及最终临床结局相关。此外，值得注意的是，因为人体与实验犬之间存在生理、病理变化及疾病发展的差异性，使得任何一项动物研究都不可能完全模拟疾病在人体中的发展过程，实验结果也都不能简简单单的复制到人体上。所以，全面认识动物实验与人体的差异，对于研究心衰的发生、发展、治疗及预后至关重要。

7 展望

目前较常用的心衰模型均存在不同的缺点。新的微创心衰制作的方法如基因替换、基因剔除及转基因等技术，也被逐渐应用到心衰模型研究过程中。Greineder等[38]的研究发现，舒马替尼可抑制AMP激活蛋白激酶（AMPK）、血小板衍生生长因子受体（PDGFRs）和血管内皮生长因子受体（VEGFRs）1，2等三个关节位点从而阻断信号传导机制，造成心衰发生。Toko等[39]通过基因突变使Bcl-2表达减少或p53上调，从而导致心肌肌钙蛋白表达异常，造成扩张型心衰模型。其表现出来的对实验动物影响小、影响因素可控等优点将会对心衰相关发病机制、治疗及预后相关研究带来具大影响。

8 总结

理想犬心衰模型对研究心衰的发生过程、治疗、预后情况起到重要作用，但目前的模型均存在不同的缺点。所以，为了增强模型的可操作性、可重复性及实验性，并为研究人体心衰的发生、发展、治疗及预后提供合适的平台，还需进一步探索新的犬心衰模型建立方法。

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Heart failure； Canine； Model

10.3969/j.issn.1672－5301.2017.12.001

R541.6

A

1672-5301（2017）12-1057-05

100083 北京市，北京大学第三医院心脏外科

张喆，E-mail：zhangzhe@bjmu.edu.cn

2017-07-24）