动物慢性心衰模型评价及诊断现况

2017-11-01管志远郑慧萍万峰张喆

中国心血管病研究 2017年10期

关键词：左室心衰动物

管志远郑慧萍万峰张喆

动物慢性心衰模型评价及诊断现况

管志远郑慧萍万峰张喆

作者单位：100083 北京市，北京大学第三医院心脏外科

心力衰竭；动物模型；指标

心力衰竭是心脏泵血功能衰竭，无法将静脉回流的血液充分泵出以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。国外流行病学资料表明，发达国家成年人群中总发病率为1%～2%，年龄＞70岁的人群中，升高至10%以上[1,2]。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%[3]。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[4-10]。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、治疗及预后的研究提供良好平台。

动物心衰诊断指标最早是1982年Bishopl等[11]（最早是在《Congestive heart failure》提到）提出。心衰动物模型评价指标包括：动物表现的疲倦、乏力、精神萎靡，基本生命体征监测、心电图、超声、血气分析及心导管等检查等。1999年Fox等[12]系统描述了动物心衰分级（见表1）。但是该分级存在一定不足：①标准的制定很大程度上借鉴人体的心衰诊断标准，缺乏循证医学证据。②心衰的指标不够详细，可操作性不强。也有研究者使用人体心衰分级方式对动物进行分级[13]。随着医疗技术进步，新的检测手段不断被应用到心衰动物模型的研究中，使研究结果更为客观。本文将从行为体征指标、超声心动图检查、有创血流监测、胸部放射学及其他检查等方面对动物心衰诊断指标及诊断标准现况进行综述。

表1 国际动物心衰评价表

1 行为体征指标

动物心衰的行为体征方面指标包括精神状态、活动情况、皮毛变化、饮食情况及呼吸频率等。徐建虎等[14]在建立大鼠心力衰竭模型中观察到，心衰组大鼠3周前体征逐渐增加，3周后表现出精神状态差，眼睑分泌物增多，活动能力下降，活动逐渐减少，进食减少，被毛松软、脱毛，呼吸加快，喜欢聚团，个别大鼠出现腹泄、腹部膨隆明显、腹水严重等表现。焦鹏等[15]使用快速起搏方法建立猪心衰模型时发现，快速起搏10～14 d后动物均出现活动能力逐渐下降、活动后气促明显、食欲减退（进食减少）；起搏3周后，全部实验动物均有平静时呼吸急促、活动后加剧，腹胀明显，尿量减少，双肺湿啰音。该心衰指标优势是便于操作，简单易行。缺点是客观性差、缺乏明确标准、主观因素对观察影响较明显。

2 超声心动图指标

目前心衰研究中超声心动图是使用率最高的检测手段。首先动物体位包括站位或卧位：站位一般对体型较大的动物、压力相关性研究或是存在呼吸困难的动物；卧位一般选择把动物放置在有侧孔实验桌面上，超声检查一般在侧面进行。Chetboul等[16]通过对站位与卧位犬的心衰结果进行对比，发现站位与卧位犬超声心动图结果大致一致。此外对超声相关性能设置上要求包括超声波深度适当、强度可渐进性调整、使用总增益设置、焦点位置、光束宽度和扫频频率重复等[17]。超声模式选择上包括二维模式、时间—运动模式、光谱多普勒模式及彩色多普勒模式等[18-23]。超声视图包括右胸骨长轴视图、右胸骨短轴视图、左侧胸骨旁视图、肋下视图、左颅侧胸骨旁视图等。观察指标的选择通常受所选择的超声类型、超声视图情况等因素影响。观察指标包括线性指标和流速指标两类数据测量。其中线性指标测量包括主动脉根部的舒张末期直径（enddiastolic diameter of the aortic root，Ao）、左心房的舒张末期直径（end-diastolic TM diameter of the left atrium，LA）、左心室舒张末期直径（end-diastolic diameter of the left ventricle，LVd）、左心室收缩末期直径（end-systolic diameter of the left ventricle，LVs）、缩短分数（shortening fraction，SF）等。流速观察指标包括主动脉流速（aortic flow）、肺动脉流速（pulmonary flow）、二尖瓣 E 峰（mitral E wave）、二尖瓣A峰（mitral A wave）、二尖瓣E/A比率（mitral E/A ratio）等。左室舒张功能分级取决于E、A峰[24]。Toyoda等[25]研究阿霉素诱导舒张期心力衰竭模型中使用SF、LVEF、LVd、左室舒张末期压力、每搏输出量成功描述了心衰的发生。Mcdonald等[26]研究冠状动脉阻断心衰模型中使用休息状态心输出量、每搏输出量、LVEF、肺动脉压、肺毛细血管锲压及左房压评价心衰发生情况。Wang等[27]研究犬心衰心肌扭转机制中运用左室舒张末期容积、收缩末期容积、舒张末期压力等评估心衰发生程度。李为民等[28]以EF＜45%作为心衰标准评估和鉴定模型的成功率。一般情况下犬心脏功能以EF＜40%作为心衰发生的指标[29]。此外，因受动物年龄、体重、超声类型等因素影响，目前暂无统一标准以明确心衰超声的具体指标。临床常用的方式是术前测量相关心脏超声指标并以此为基线，评估心衰发生后心衰情况与该基线是否存在统计学差异，并且结合行为学、分子-内分泌学、病理等相关指标以确定心衰发生情况。

3 胸部放射学指标

动物心衰的胸部放射学指标常被应用帮助心衰模型诊断。胸部放射学包括胸部X线片或CT检查，其中胸部X线片包括右侧、左外侧及腹背侧投影检查。心衰放射性综合评分包括左心房扩大程度、肺静脉充血、心源性水肿及胸腔积液等指标[30,31]。该指标较客观，适合失代偿心衰的实验对象，但对代偿期心衰的准确率较低。

4 分子生物学指标

动物心衰的分子生物学常用指标包括N端末端钠尿肽原（NT-BNP）、心房钠尿肽（ANP）、脑利钠肽（BNP）、血管内皮素、去甲肾上腺素等指标。Staub等[32]发现，患心脏病的犬NT-proBNP比对照组高，当NT-proBNP＞445 pmol/L时，心衰的敏感度为83.2%、特异性为90%，同时NT-proBNP与心率、呼吸频率、肾功能相关。Asano等[33]的研究发现，存在充血性心衰的犬ANP和BNP存在明显差异；相对于代偿期心衰的犬，失代偿犬的ANP及BNP明显增加，但各心衰阶段中ANP与BNP无相关性。Fine等[34]的研究发现，充血性心衰犬的NT-proBNP表现较高水平（2554 pmol/L比357 pmol/L），证明血清中NT-proBNP对于诊断伴有呼吸窘迫的心衰有较明显意义。王亮等[35]的研究通过冠状动脉微栓塞方式制作心衰模型，发现BNP水平从术前（1.86±0.18）pg/ml升高至术后（2.37±0.07）pg/ml（P＜0.01）。BNP主要由左心室心肌细胞分泌，具有利钠、利尿、扩张血管、抑制肾素－血管紧张素－醛固酮系统和交感神经系统活性等抗心衰作用。慢性心衰时血浆BNP明显升高，其升高程度与慢性心衰的严重程度呈正相关，BNP成为评判慢性心衰严重程度、预后和药物疗效最敏感的生化指标[36,37]。Rademaker等[38]的研究发现，在羊心衰模型中血管内皮素水平明显增加。Gu等[36]的研究发现，去甲肾上腺素水平在大鼠心衰模型中明显增加［术前组（0.168±0.016）ng/ml比术后组（0.203±0.019）ng/ml］，去甲肾上腺素水平升高机制与肾素酶表达受肾血流量的影响，肾脏肾脏酶合成受损从而导致循环中去甲肾上腺素水平积聚有关。

5 病理诊断

动物心衰模型诊断金标准是病理诊断[38]。常见病理染色方法包括苏木精和伊红染色（HE染色）、左室胶原特异染色等方法。镜下特点包括：①心室或心房肥大或扩张；②心肌纤维化；③瓣膜病变；④射血病变；⑤腱索撕裂；⑥心肌萎缩。其病理改变与心衰发生机制密切相关[39,40]。

6 心电图描记指标

心电图描记一般用于大型动物心衰模型评估。通常实验对象右侧卧位，电极放置在动物四肢。诊断指标包括：①QRS宽度（ms）；②ST偏差/coving；③室性早熟复合物（VPC）；④心房心律失常[41,42]。

7 血流动力学指标

心导管一般通过股静脉或是颈静脉植入右室中，测量指标包括心输出量、心率、心指数、每搏输出量指数、右室输出指数、左室输出指数、全身血管阻力、总电阻、肺血管压力、平均动脉压及平均肺动脉压等[43]。心电图QRS波群起始点所对应的左心室压力点代表左室舒张末期压力（LVEDP），根据左室压力曲线的一阶微分曲线测量收缩期压力最大变化速率（dp/dtmax）及舒张期负的最大压力变化速率（dp/dtmin）[44,45]。Weiss等[46]的研究确定了等容舒张压力衰减时间常数与dP/dt呈负指数关系，但与收缩压、收缩末期肌纤维长度及心率无明显相关性。

8 讨论与展望

本文系统性论述常用的心衰模型评价指标及诊断标准。在心衰模型制作过程中，如何运用相关指标完整准确地评估心衰发生情况对心衰研究起到至关重要的作用。鉴于实验动物年龄、体重等多种因素影响，评价指标难以统一。选择合适的心衰评价指标与心衰模型研究的目的、方法可行性、动物模型本身稳定性等因素相关。

目前心衰模型常使用的指标包括行为学观察指标、超声心动图指标、胸部放射学指标、分子生物学指标、病理诊断、心电图描记指标、血流动力学指标等。此外心衰评估指标还包括磁共振、正电子发射断层扫描、单光子发射CT检查等，可为准确评估心衰模型中冠状动脉血运情况及心肌存活情况提供可靠证据[47-50]。但因为费用较高、检查难度大、检查精度等原因使上述检查使用及推广依然受到很大局限。所以，选择合适的评价指标对心衰模型研究及实验的进展、科学问题分析非常重要。

心衰模型的评价标准目前并没有统一的指南，这与评估方法选择、心衰模型实验方法较多、动物心衰变化研究较少等多方面因素相关。已有的标准中较常用的是国际小动物心血管健康协会指南或是选择人体心衰指南作为标准[51]。但上述标准都存在各种不足：①标准可操作性差；②人体与动物在基础数据方面差别较大；③标准设立时间较长，且缺乏目前较常用指标，对实验研究缺乏指导性。所以，目前动物心衰模型往往是通过对动物术前相关指标情况，评估是否有心衰发生，进而使相关数据更具备说服力。但该标准缺乏统一性及准确性，不利于相关模型的建立及推广，所以建立准确的心衰诊断标准依然需要进一步研究。

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