压力超负荷法制作心力衰竭动物模型研究进展

压力超负荷法制作心力衰竭动物模型研究进展孙翊1秦富忠2,3*1 山西医科大学，太原 030001，山西2 山西省心血管病医院，太原030024，山西3 山西省心血管病研究所，太原 030024，山西【摘要】心力衰竭是严重危害人类健康的心血管疾病之一。

建立动物模型模拟病理生理过程是研究心力衰竭的重要途径。

通过查阅近几年文献，本文综述了压力超负荷法制作心力衰竭模型的各种方法,以深入认识造模方法，提高研究的针对性。

【关键词】心力衰竭；压力超负荷；动物模型【中图分类号】R541.6 【文献标识码】A 【文章编号】Research Progress on Animal Models of Pressure Overload-Induced HeartFailureYi Sun1 Fuzhong Qin2,3*1 Shanxi Medical University, Taiyuan 030001,Shanxi, PR China2 Shanxi Cardiovascular Hospital, Taiyuan 030024, Shanxi, PR China3 Shanxi Province Cardiovascular Disease Institute, Taiyuan 030024, Shanxi, PR China【Abstract】Heart failure (HF) is one of cardiovascular diseases which severely does harm to human being’s heath. Making appropriate HF animal models to imitate pathophysiological process is the main method for research. Upon review of literature in recent years,this paper summarizes the establishment methods of HF by pressure overload，in order to develop a deep understanding of animal models and promote pertinency of HF research.【Key words】Heart Failure; Pressure Overload; Animal Models心力衰竭是各种心脏疾病的终末阶段，是以左室结构、功能改变，神经内分泌激活为共同的病理生理改变，以肺循环和（或）体循环淤血，器官、组织血液灌注不足为临床表现的一组综合征，主要表现为呼吸困难、体力活动受限和体液潴留。

我国心衰的发病率非常高，据《2014中国心血管病报告》显示，人群慢性心力衰竭患病率为0.9%，男性0.7%，女性1.0%，慢性心力衰竭住院患者30天死亡率为5.4%。

据我国五十家医院住院病例调查，心力衰竭住院率占同期心血管病的20％；死亡率却占40％，提示预后严重。

尽管心衰的治疗方法在不断进步，但是仍有越来越多的心脏病患者发展为心衰，由于医学伦理方面原因限制了人体体内实验，所以迫切需要模拟各种原因来建立动物心衰模型来探究其发生的病理生理及相关的防治工作。

心力衰竭模型模型有多种制作方法，包括压力超负荷法：缩窄升主动脉、腹主动脉、高血压模型；容量超负荷法：动静脉瘘、心脏瓣膜关闭不全、下腔静脉缩窄、快速静脉输液等；心室快速起搏法；心肌缺血法：结扎或电凝冠状动脉、冠状动脉栓塞、冠状动脉血栓形成法等；心肌损伤法：用药物、细菌毒素、射线等损伤心肌；基因改造法；特殊类型的心衰模型：离体灌流心衰模型、右心衰模型、舒张性心衰模型等。

本文重点讨论压力超负荷制作心力衰竭的方法。

1 心力衰竭模型实验动物的选择心力衰竭动物模型多选用小鼠、大鼠、豚鼠、兔、犬、猫、猪、羊等动物。

小鼠基因与人类高度同源，生化指标及调控机制与人类相似，现多采用基因缺陷小鼠进行心衰模型研究。

但小鼠体形较小，对手术操作要求较高。

豚鼠体形适中、性情温顺，与人类在某些电生理方面较为相似，而且在手术操作、造模时间及可重复性和实验花费方面有一定优势，虽然大鼠较豚鼠更为躁动，但其更易存活且价格更为便宜，已经成为心衰模型中的首选动物。

兔、犬、猫、猪、羊等动物体形更大，循环系统更为接近人类。

手术操作容易许多，造模更易成功，但也更为昂贵。

2 压力超负荷法制备心衰模型压力负荷指心肌收缩之后遇到的阻力或负荷，主要取决于主动脉的顺应性、外周血管阻力、血液黏度和循环血容量。

主要通过主动脉缩窄术或采用继发（自发）高血压模型来增加后负荷，模拟了血压升高-心肌肥厚-失代偿性心衰的病理生理过程。

其中，主动脉缩窄法关键在于选择合适体重的大鼠、采用不同粗细的针头从而把握好缩窄程度，如果缩窄过松，会导致心衰造模时间延长甚至造模失败，缩窄过紧则容易形成急性左心衰竭，提高动物的死亡率。

2.1升主动脉缩窄Michael Ibrahim等用200-300g大鼠，0.9mm针头缩窄升主动脉，术后6周左室肥厚，术后10周引起心肌细胞肥大，差异均有统计学意义。

[1][2] Zoltán Szabó等用8周龄C57BL/6雄性小鼠，27G针头缩窄升主动脉，术后8周左室射血分数（EF%，ejection fraction）、心肌缩短分数（FS%，fractional shortening）下降，心脏重量/体重（HW/BW，heart weight/body weight）比值升高，差异均有统计学意义，提示心脏功能低下，心肌肥厚显著。

[3]Fuzhong Qin, Deborah A. Siwik等在关于活性氧在压力超负荷心衰模型中介导Ca2+-ATP酶活性降低的研究中，用10周龄小鼠，27G针头缩窄升主动脉12周后，发现与对照组相比，模型组心脏重量、心脏重量/体重比值、肺脏重量、肺脏重量/体重比值均增加，差异有统计学意义。

术后超声发现，与对照组相比，左室前壁厚度（AWTd）、厚壁厚度（PWTd）、收缩末期容积（LVESD）均增加，左室缩短分数（LV FS%）下降，术后1周起差异即有统计学意义。

[4]升主动脉缩窄术手术难度较大，一般需要自制穿线器引导丝线缩窄于头臂干和左颈总动脉之间，而且国内外越来越多得采用转基因小鼠造模，无疑对造模技术提出了更高的要求。

2.2 腹主动脉缩窄Ryuichi Matsukawaa, Yoshitaka Hirooka等用12周龄Wister大鼠，21G针头缩窄15周后，测得左室舒张末期内径（LVDd）增大，FS%降低，HW/BW增加，肺脏重量/体重（LW/BW，lung weight/body weight）增加，体重（BW，body weight）降低，均有统计学意义，提示大鼠已经达到心衰状态。

[5]该造模方法术后动物存活率较高，但术后饲养时间较长，造模关键在于缩窄位置要位于双肾动脉分叉以上。

2.3 肺动脉缩窄Shohei Ikeda, Kimio Satoh等为证明Rho激酶通路在右心肥厚及功能障碍中的作用，用27G针头分别缩窄小鼠肺动脉和升主动脉，约30天，成功造成心衰模型，实验过程中，与升主动脉缩窄相比，肺动脉缩窄右心衰竭明显、右心室氧化应激更严重、死亡率更高。

[6]2.4 肾血管性高血压Zhu GQ等用250-300g的SD大鼠，用内径0.2mm银夹缩窄右肾动脉，保留左肾，即两肾一夹法制作肾血管性高血压模型，术后4周测得模型组心脏重量（Heart weight，HW）、左室重量（Left ventricular weight，LVW）、LVW/HW ratio、LVW/BW ratio、平均动脉压（MAP）均升高，差异有统计学意义，模拟了血压升高诱导心衰的前期阶段[7]。

2.5 盐敏感性高血压去氧皮质酮属于肾上腺皮质激素类药，有增加细胞外液容积、提高Na+浓度及降低细胞外液K+浓度的作用，对维持水盐代谢、维持血压起着重要作用。

Alberto Tiritilli使用去氧皮质酮－盐负荷法（DOCA-salts），即切除左肾，1周后开始肌注醋酸去氧皮质酮，每周5天，每次10mg，饮水用含9 g/L NaCl 和2 g/L KCl的盐水，10周后成功用豚鼠模拟了高血压性心肌肥厚，这是心衰的早期阶段。

[8]此方法操作简单迅速、死亡率低、费用低廉，可配合主动脉缩窄或容量超负荷手术造成高血压-左室肥厚-心衰的病理生理过程。

Adams V等用Dahl 盐敏感大鼠喂以8% NaCl，成功建立心衰模型[9]。

2.6 自发性高血压Marcelo D.M.等用自发性高血压大鼠（Spontaneously Hypertensive Rats，SHR）喂养6个月后出现明显心力衰竭。

[10]并以肺淤血（肺脏重量/体重>对照组均值加2倍标准差）和右室肥大（右室重量/体重>0.8mg/g）为心衰标准。

[11][12]SHR已成为研究高血压等心血管病变和降压药物的理想动物模型，SHR出生后血压随鼠龄不断升高，3-4个月时为高血压确立期，6个月时血压升到最高水平，幼年SHR交感活性增高，4周龄时虽然血压正常但已出现心脏重量增加，以后随血压升高进一步出现心血管并发症。

3 结语与展望压力超负荷法是建立动物心衰模型的最常用方法之一，以上对多种增加后负荷的方法作了简要综述。

心力衰竭的病因很多,在心衰不同阶段神经内分泌、心肾功能和组织学改变不同,防治措施也各有差别。

在人体上难以系统和深入研究这些变化,利用动物模型就可解决这些问题。

要研究高血压-左室肥厚-心力衰竭的病理生理过程，压力超负荷是最好的造模方法，但要研究其他原因引起的心力衰竭，还要根据研究重点选取更合适的造模方法，有时还要多种方法联合制作心衰模型。

心衰晚期,患者往往兼有多种疾病,如高血压、心绞痛、糖尿病和高脂血症等,并常受吸烟、饮食、社会环境和精神因素影响。

临床不易观察到单一因素的影响和动态变化,而动物模型则可深入系统地从事这方面研究。

所以，深刻认识造模方法并确保动物造模成功，对于心力衰竭的病因、病理生理及疾病的防治工作具有重要的意义。

参考文献[1]Ibrahim M, Kukadia P,Siedlecka U, et al. Cardiomyocyte Ca2+ handling and structure is regulated by degree and duration of mechanical load variation.J Cell Mol Med. 2012 Dec;16(12):2910-8[2] Del Monte F, Butler K, Boecker W, et al. Novel technique of aortic banding followed by gene transfer during hypertrophy and heart failure. Physiol Genomics. 2002;9(1):49-56.[3]Szabó Z1, Magga J, Alakoski T, et al. Connective Tissue Growth Factor Inhibition Attenuates Left Ventricular Remodeling and Dysfunction in Pressure Overload-Induced HeartFailure. .Hypertension. 2014 Jun;63(6):1235-40[4]Qin FZ, Deborah A. Siwik, David R, et al Cytosolic H2O2 mediates hypertrophy, apoptosis, and decreased SERCA activity in mice with chronic hemodynamic overload. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2014 May 15;306(10):H1453-63[5]Matsukawaa R, Hirooka Y, Ito K, et al.Central neuregulin-1/ErbB signalingmodulates cardiac function via sympathetic activity in pressure overload-induced heart failure.J Hypertens. 2014 Apr;32(4):817-25[6]Ikeda S1, Satoh K1, Kikuchi N, et al. Crucial Role of Rho-Kinase in Pressure Overload–Induced Right Ventricular Hypertrophy and Dysfunction in Mice. Arterioscler Thromb VascBiol. 2014 Jun;34(6):1260-71[7]Zhu GQ, Xu Y, Zhou LM, et al. Enhanced cardiac sympathetic afferent reflex involved in sympathetic overactivity in renovascular hypertensive rats. Exp Physiol. 2009 Jul;94(7):785-94[8]Tiritilli A. DOCA-salts induce heart failure in the guinea pig[J].Eur J Heart Fail. 2001 Oct;3(5):545-51.[9]Adams V,Alves M,Fischer T,et al.High intensity interval training attenuates endothelial dysfunction in a Dahl salt-sensitive rat model of heart failure with preserved ejection fraction (HFpEF).J Appl Physiol (1985). 2015 Sep 15;119(6):745-52[10]Cezar MD, Damatto RL, Pagan LU，et al. Early Spironolactone Treatment Attenuates Heart Failure Development by Improving Myocardial Function and Reducing Fibrosis in Spontaneously Hypertensive Rats. Cell Physiol Biochem. 2015;36(4):1453-66.[11]Martinez PF, Okoshi K, Zornoff LA, et al. Echocardiographic detection of congestive heart failure in postinfarction rats. J Appl Physiol (1985). 2011 Aug;111(2):543-51[12]Lima AR, Martinez PF, Okoshi K, et al. Myostatin and follistatin expression in skeletal muscles of rats with chronic heart failure. Int J Exp Pathol. 2010 Feb;91(1):54-62。