「心力衰竭动物模型」的建立方法及评价

心力衰竭（heart failure，HF)又称充血性心力衰竭，是指心脏泵血功能降低，不能将静脉回流的血液充分排出以满足全身组织代谢需要的一种病理生理状态及临床综合征。往往由各种疾病引起心肌收缩能力减弱，从而使心脏的血液输出量减少，不足以满足机体的需要，并由此产生一系列症状和体征。

心力衰竭是各种心血管疾病的严重阶段和终末期，发病率高，死亡率高，严重危害人类健康，是最重要的心血管病之一。为进一步研究HF的发生发展分子机制，寻找新的治疗策略和靶点，HF动物模型的应用是不可忽略的环节。

心力衰竭动物模型的建立方式多种多样，各种模型的心功能改变和特点也各不相同，因此，了解不同的造模方式有利于我们建立合适的心衰动物模型。

一、手术诱导模型

01 心脏压力超负荷型

高血压和心室血液流出道受阻是造成心脏压力超负荷的常见原因。

心脏压力超负荷心衰模型形成的主要途径是用线或特制的动脉夹缩窄大血管口径，进而使得心室血液流出道受阻，因此，建立该模型的关键在于控制血管缩窄程度。

严重缩窄可造成急性心力衰竭，中度缩窄时首先出现心肌肥大，随着肥大心肌转变为衰竭心肌而出现慢性心力衰竭。

下面重点阐述使用较多的腹主脉狭窄法

制备该模型时，可根据实验需要采用不同型号的注射针头紧贴其平行放置，手术线将两者一起结扎，而后抽出注射针头，即可造成腹主动脉狭窄。

据文献报道，对于体质量在240-320g左右的大鼠，7号注射针头可造成腹主动脉缩窄70-80％。9号注射针头可使大鼠腹主动脉直径减少35-40％。而8号针头可使腹主动脉横截面积缩窄为原来的5％左右。

腹主动脉缩窄法术因经济、实用、相对简单的操作而成为慢性心力衰竭（CHF）实验研究的常用模型，该模型可模拟临床慢性充血性心力衰竭的病理过程。但狭窄程度难以掌握，需经过摸索，不可狭窄或过松，过松不易形成心衰，过紧则死亡率高。腹主动脉缩窄模型需时较长，有时不易产生心力衰竭。

02 缺血（或梗死）型

①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。左前降支冠状动脉结扎造成的心肌梗死与临床上因冠状动脉阻塞所引起的心肌梗死病理特征相符合，结扎4周后即可得到稳定的心肌梗死动物模型，故现在很多研究者认为该法是一种理想的心力衰竭动物模型。

（推荐阅读：心肌梗死动物模型）

冠状动脉结扎法模型的复制原理是通过模拟低心输出量来诱导慢性心力衰竭。该模型接近人类充血性心力衰竭的病理生理演变过程，适用于心肌梗死与心肌肥厚过渡到心衰时的改变、药物对心衰的预防作用等的研究。

但是该方法实际操作难度较大，对手术者的操作水平要求颇高，需要实验人员经过长期训练方能熟练掌握，且术后病死率居高不下，阻碍了其应用。

②冠状动脉阻塞法

通过导管介入技术向造模动物的冠状动脉注入水银、塑料微球、血栓等栓塞物质，使其心肌组织发生缺血，最终模拟人类慢性缺血性心力衰竭的整个病理过程。

此法可制备心肌梗死性心力衰竭模型，与冠脉结扎法相比，此法创伤小，重复性好，并发症少，成功率高及可控性强。但需要精密仪器配合，经济成本较高。

03 心脏血容量超负荷型

制作容量负荷性动物心力衰竭模型的原理是使实验动物动脉系统的血液分流到低压的静脉系统，以此增加心脏的前负荷和静脉的回心血量，最终导致心力衰竭。

该模型的制作主要是通过人为造成动静脉短路，主动脉关闭不全、二尖瓣关闭不全和大量快速输液来制作。目前动静脉短路法常用于实验，通常使用腹主动脉-下腔静脉短路法。

动、静脉短路法可建立慢性心衰模型可靠，临床拟似性较好，适用于研究心力衰竭的代偿机制和因容量超负荷导致的不伴有收缩功能障碍的舒张功能不全。但建立此种模型需要较好的条件和设备，操作较复杂，成功率决定于技术水平。

此种模型类似临床高心输出量心衰，较多用于CHF时神经内分泌机制的改变、水电解质紊乱和肾功能异常以及药物实验性的研究。

二、药物诱导模型

此类模型的制作原理是将引起心肌功能异常或心脏损伤的化合物注射入动物体内，以造成抑制心肌的收缩功能或心脏损伤，最终引起心力衰竭。

建立药物诱发心衰模型方法简便，重复性好。但该模型不能反映临床心力衰竭的病理变化。

此种模型可作为药理学工具用于评价对心脏具有毒性的药物，也可用来评价某些强心药的作用。但因系急性实验模型，不一定能反映药物对慢性充血性心衰的作用与疗效。

①阿霉素诱导法（损害心肌致心衰）

阿霉素是一种广谱抗肿瘤化疗药物，常用于治疗白血病和淋巴瘤，由于其作用无选择性，对心脏组织有明显毒性，会导致心肌组织氧自由基的损伤和生物膜脂质的过氧化反应，可引起实验动物心脏衰竭。

此法简单易行且心衰出现的时间可以预测。

此法能模拟心肌性心力衰竭，操作简单易行且心衰出现的时间可以预测，一般适用于慢性充血性心力衰竭、心肌病的研究以及新的治疗方法评估。但该模型左心功能不全的程度是可变的，而且心律失常发病率相对较高，导致模型病死率较高。

②异丙肾上腺素诱导法（过度兴奋心脏致心衰）

异丙肾上腺素(isoprenaline，1SO)为β受体激动剂，可加快心率，增强心肌收缩力，长期使用可诱导心肌细胞纤维化和坏死，并导致心室重构，最终引发心力衰竭。目前关于采用异丙肾上腺素诱导心力衰竭模型的文献报道较多。

该方法无创伤，易于重复并且诱导时间较短，可诱导不同程度心功能损害的慢性心力衰竭模型，适用于心力衰竭不同阶段的分子生物学特征及病理生理变化的研究。但是由于动物批次、药物批号、给药途径的不同会影响动物模 型的制备，必须进行预试以确定最终的实验方案。

③戊巴比妥钠诱导法（抑制心肌致心衰）

戊巴比妥钠具有负性变力作用，可严重抑制心肌收缩功能，进而导致心力衰竭。此法操作简便，重复性好，多用来建立急性心衰动物模型，此模型为医学界公认模型，准确性、可信度较高，但不能反映临床病理变化。

④乙醇诱导法（诱导心肌细胞凋亡致心衰）

乙醇中毒严重者可引起心血管损害，从而引发心力衰竭。不少研究证明，乙醇及其代谢物乙醛、脂肪酸乙烷酯在血液中沉积可诱导心肌细胞凋亡，明显降低心肌收缩力及心房自律性，抑制左心房静息后增强效应，延长左心房功能不应期，最终导致心力衰竭。

该造模方法可控性好，能复制急性乙醇中毒引起的心血管疾病，适用于急性乙醇中毒所致心力衰竭的发病机制研究及药物研发，但诱导时间长。

⑤野百合碱诱导法（损伤肺部致心衰）

野百合碱(MCT)是从豆科植物野百合中提取的一种具有细胞毒性作用的生物碱，其具有生物活性的脱氢产物野百合碱吡咯，随血液循环通过肺脏时可沉积于肺小动脉壁及肺毛细血管，导致肺血管内皮损伤，破坏肺组织内皮细胞等，引起进行性中层增生，最终导致肺动脉高压，长期肺动脉高压则可诱导形成右心室肥厚，最终导致右心衰竭。

此造模方法经济可靠，操作简便，存活率高，高度模拟重度肺动脉高压致右心衰竭病理变化，适用于临床充血性右侧HF的研究，但造模时间长，适用于临床充血性右侧HF的研究。

三、饮食诱导模型（高脂饮食法）

肥胖可以引起充血性心力衰竭，高脂饲料中富含游离脂肪酸、胆固醇等，长时间高脂喂养实验动物，可诱导高脂血症、动脉粥样硬化和斑块、心血管壁狭窄、血流受阻，致使心脏缺血，最终导致心力衰竭。

该方法病理过程和自然因肥胖引起的心力衰竭发病过程相似，缺点是造模耗时长，缺血程度不易控制。

有些研究者为了提高模型成功率，先采用高脂饲料法诱导制备高血脂模型，然后在此基础上加以其他因素联合诱导，形成比较完善的心力衰竭模型。

四、遗传型模型

（1）自发性高血压(SHR)大鼠

自发性高血压(SHR)大鼠是一种遗传性高血压大鼠模型，高效模拟人类高血压导致心衰过程，是压力超负荷型心衰模型的一种。【SHR大鼠出生后1-2月出现心肌细胞变性，灶状坏死，后2-3月出现心肌纤维化，3-5月出现心肌肥大，心室扩张等病理变化。】

该模型形成时间较长，心力衰竭的发生及严重等级，与左心室扩张程度密切相关，能较好地演示从心肌肥厚到心力衰竭的发展过程，适用于心力衰竭发生发展机制的研究。

（2）SHHF大鼠

SHHF大鼠是一种可复制性自发性充血性心力衰竭的遗传模型，且都会出现呼吸困难、端坐呼吸、紫绀、皮下水肿和腹水等充血性心力衰竭的典型症状。SHHF大鼠携带facp肥胖基因，且其基因编码1个有缺陷的Leptin受体，从而导致肥胖和HF，从15个月就出现心力衰竭。

（3）自发衰老倾向(SAMP8)小鼠

自发衰老倾向(SAMP8)小鼠是与衰老相关的良好心力衰竭模型，适用于衰老相关HF的研究。

五、转基因模型

运用基因敲除或转基因小鼠模，使心脏特异基因表达改变，研究某些基因在心脏发生、发育以及HF中的作用及机制，是研究心力衰竭的发病机制和确定新的治疗靶点的宝贵工具。其不足之处是不能全面反映临床上心衰患者的真实病因、病理情况。

每一种动物模型都有其优缺点，建议根据实验要求选择合适的动物及造模方法。由于大型动物心衰模型对基础实验设备及操作技术要求较高，加之造模成本昂贵，故而在进行药效筛选及机制研究中，常选用成本低廉且操作相对简便的小型心衰动物模型。

下面，具体介绍由阿霉素诱导Wistar大鼠心力衰竭的造模步骤

实验动物：Wistar大鼠，300g左右，雌雄不限

饲养：SPF环境，正常饲养，无特殊饮食

造模前处理：无特殊准备，适应性饲养一周

造模过程：阿霉素用无菌生理盐水配制成1g/L溶液，每3d腹腔注射1次（3mg/kg)，连续5次，累积总量为15mg/kg，于两周内注射完成以诱导大鼠心衰模型。

造模后护理：无特殊护理

模型验证

（1）造模和心脏大体观

（2）心电图、超声心动图

（3）心肌活检病理分析

①HE染色。对照组大鼠心肌细胞排列整齐，结构清晰，致密，较少存在细胞外间质。模型组大鼠心肌细胞排列紊乱，心肌细胞扭曲，肥大，细胞与细胞之间的间隙增加，血管周围细胞外间质增多，有炎性细胞浸润。

②Masson染色。对照组大鼠仅有少量胶原纤维存在于血管周围和心肌细胞之间，而模型心肌间质胶原纤维增多明显，紊乱排列，坏死的肌纤维被蓝色的胶原纤维取代。

③TUNEL染色检测心肌细胞调亡。与对照组相比，阿霉素诱导的模型组中细胞调亡增加。

（4）ELISA检测指标变化

参考文献

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