孫艷俠，王國干

（中國醫(yī)學科學院，北京協(xié)和醫(yī)學院，阜外心血管病醫(yī)院，心血管病研究所，心內(nèi)科 急重癥中心，北京 100037）

心衰的基礎(chǔ)病因多種多樣，共同的病理生理變化特點為：左室結(jié)構(gòu)，功能的改變和神經(jīng)內(nèi)分泌激素的激活。心衰是一個不斷發(fā)展的疾病，不同階段的病理生理和治療側(cè)重點不同。盡管目前各種治療使心衰取得了重大改善，但5年后死亡率仍超過

50％［1］。由于受到醫(yī)學倫理的限制，直接在人體上進行研究，受到很大限制，所以迫切需要建立心力衰竭的動物模型。建立與該病的病理生理以及血流動力學改變相似的動物模型是深入研究該病基礎(chǔ)。根據(jù)文獻報道心衰動物模型大體分為以下幾種：

1 心室快速起搏致心衰模型

1.1 1962年 Whipp le首次描述了實驗性心動過速可誘發(fā)心力衰竭的概念。在80年代后期該模型得到了較為深入的研究和廣泛的應(yīng)用。建此模型采用的主要是大型動物如犬、豬、羊和兔。1982年Riegger等人［2］將特制的起搏器植入犬的心房，以240～280次/分頻率起搏心臟，成功建立了一種新的心力衰竭動物模型。1984年Riegger等又將此起搏技術(shù)進行了改進，將起搏電極植入犬的心室，并與埋藏在前胸皮下的起搏器相連，使得心衰模型的成功率提高。國外研究者多采用開胸后植入起搏電極，國內(nèi)學者楊萍等［3］則通過豬前腿內(nèi)側(cè)小隱靜脈將起搏電極插入心臟的方法；焦鵬等人［4］在 x線監(jiān)測下將電極經(jīng)右側(cè)頭臂靜脈送入并固定于右心室。通過靜脈將電極插入心臟的方法建立的心衰模型對動物的創(chuàng)傷較小，更接近臨床情況?？焖倨鸩T導的豬心衰模型是目前較為理想和應(yīng)用較多的動物心衰模型。因其引起的血流動力學、神經(jīng)內(nèi)分泌的變化及病理改變等方面與人的慢性心衰非常相似，再者豬在生理功能和解剖結(jié)構(gòu)上與人相似使其更具有應(yīng)用價值［5，6］。

1.2 此種模型的優(yōu)點是：1，制作模型的方法較簡單并且創(chuàng)傷小，起搏誘導的心衰血流動力學，神經(jīng)內(nèi)分泌水平與人的心衰相似，適用于研究人類心衰時循環(huán)、神經(jīng)內(nèi)分泌系統(tǒng)變化的機制和藥物對心衰血流動力學和神經(jīng)體液因素的影響。2，這一模型具有較強的可控性，可通過改變起搏頻率、起搏持續(xù)時間，復制出心功能損害程度不同的模型，可以用來研究慢性心衰不同階段的病理生理和分子生物學特征。缺點是：此心衰模型在停止起搏后，其心衰的表現(xiàn)及心臟的重構(gòu)可迅速逆轉(zhuǎn)。這一可逆性使模型缺乏穩(wěn)定性。使研究中難以準確判斷某實驗處理因素對心功能、心肌細胞結(jié)構(gòu)或分子生物學改變的確切作用。但這種可逆性可以用來研究心衰時心臟形狀和大小的變化機制以及心肌收縮性能的調(diào)節(jié)。

2 心肌缺血/梗塞致心衰模型

心肌缺血/梗塞是人類充血性心衰的常見危險因素，為了復制與冠心病病人心衰進展更接近的動物模型，已經(jīng)發(fā)展了建立心肌缺血模型的不同技術(shù)。主要包括結(jié)扎冠狀動脈或冠脈內(nèi)注入微栓子。在多種動物模型上通過結(jié)扎冠狀動脈前降支或前降支分支來誘導心肌區(qū)域損傷和隨后發(fā)生的心衰［7］。建此模型采用的主要是豬，犬，羊和大鼠等動物。大鼠心肌梗死-心衰模型在科研中應(yīng)用十分廣泛。結(jié)扎大鼠冠狀動脈前降支引起心肌梗死，幾個月后發(fā)展成為心衰、心肌肥厚和心室擴大，心臟結(jié)構(gòu)和血流動力學發(fā)生明顯改變［8］。但不同品系的大鼠心肌梗死范圍和變異性有很大差別。結(jié)扎冠狀動脈的方法建立的心衰模型需要的時間較長，且剖胸后動物死亡率高。這種模型主要用于研究心肌梗死與心肌肥厚過渡到心衰時的細胞和亞細胞改變以及觀察長期服用藥物對心衰的預防作用。因為結(jié)扎犬冠脈易引起室顫和死亡，所以多采用冠脈內(nèi)多次注入微栓子的方法建立犬心衰模型。在這種模型中，狗多個冠狀動脈栓塞串聯(lián)進行，持續(xù)10周出現(xiàn)左室射血分數(shù)35％，左室擴張，在隨后的3個月左室功能減退不斷進展并伴有神經(jīng)內(nèi)分泌的激活，射血分數(shù)的減低和心衰的進展［9］。Przyk lenk等人［10］在此模型的基礎(chǔ)上進一步研究了通過及時的應(yīng)用溶栓再灌注來挽救缺血的心肌組織。這些研究為目前的再灌注治療急性冠脈綜合征的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)，同時為溶栓治療的概念提供了證據(jù)。犬微栓塞模型已用于檢驗心衰治療的許多藥物靶點和手術(shù)治療療效［11，12］。缺點是1，微栓塞模型的產(chǎn)生技術(shù)復雜，要求一系列的手術(shù)干預。2，犬心肌中存在顯著的側(cè)支循環(huán)［13］使心肌損傷保持在一定的程度較困難并可能改變心肌梗死后的路徑。鑒于此缺點目前研究者多采用豬和羊來研究心肌缺血和心肌梗死導致的心衰。因豬的冠狀動脈解剖和總體解剖結(jié)構(gòu)與人類的非常相似，是轉(zhuǎn)化研究的主題［14，15］。此外，也可用其他物質(zhì)阻塞冠狀動脈建立模型。Monreal等［16］通過冠狀動脈內(nèi)注射高分子物質(zhì)造成冠狀動脈內(nèi)阻塞建立了心衰模型。也可應(yīng)用液體石蠟、水銀、油質(zhì)、甚至應(yīng)用氣囊、尼龍管堵塞造模。不剖胸，創(chuàng)傷小，定位較準確。

缺血性心衰模型的建立方法還包括冠狀動脈血栓形成法：給動物喂高膽固醇飲食導致冠狀動脈粥樣硬化形成，這一模型最接近人類冠心病特點，因其所需時間較長［17］，對心肌梗死范圍、動脈粥樣硬化發(fā)展的程度難以控制，故很少采用；單極、雙極電凝法：對冠狀動脈進行電凝，電凝長度約為血管直徑的5倍，見血管由紅到白，由白到黃皺縮但又不焦脆為度，電凝局部區(qū)域變灰白。與冠脈結(jié)扎法相比，電凝阻斷冠脈血流操作簡捷，難度大大降低，并發(fā)癥最少，動物生存率最高。但由電凝造成的心肌損傷的病理生理變化與心梗并不相關(guān)［18］。

3 壓力超負荷型心衰模型

建立模型所用的動物主要是大型動物如犬，大鼠，兔。途徑主要有3.1，主動脈狹窄：通過手術(shù)造成主動脈狹窄，從而引起左室后負荷增加。這種人為的造成主動脈狹窄復制了臨床上主動脈狹窄的模型。這種模型產(chǎn)生明顯的左室肥厚，左室僵硬度改變以及舒張功能的減退，循環(huán)中出現(xiàn)血管加壓素和心房利鈉肽的增加，但不激活腎素血管緊張素系統(tǒng)［19，20］，也沒有左室收縮功能不全。此種模型用于研究舒張功能障礙，而舒張功能障礙是左室衰竭發(fā)展的重要因素。主動脈弓縮窄（TAC）心衰模型也是應(yīng)用較廣的模型，TAC模型的一個重要的缺點是在不同品系的小鼠中心室重構(gòu)的反應(yīng)有很大變異。C57BL6小鼠實行 TAC之后很快發(fā)展為左室擴張［21］，而在其他品系的小鼠則不會出現(xiàn)［22］。

3.1 肺動脈狹窄：人為的造成動物肺動脈狹窄，右室后負荷增加，從而引起右心衰竭模型。

3.2 高血壓性心衰模型也是壓力超負荷型心衰的一種：自發(fā)性高血壓大鼠（SHR）是一種遺傳性高血壓大鼠模型。一年內(nèi)心功能保持正常，18～24個月后發(fā)展為心衰。這是模擬人高血壓導致心衰的理想模型。這種模型不需要技術(shù)干預即可形成，但形成心衰需要的時間較長，從而限制了應(yīng)用；Dahl鹽敏感性高血壓大鼠模型：對6周齡Dahl鹽敏感大鼠給予8％氯化鈉喂養(yǎng)，11周齡出現(xiàn)明顯左心室肥厚，15～20周齡出現(xiàn)左心室擴張。此模型HF的發(fā)生和嚴重程度，與左心室擴張的發(fā)生和程度密切相關(guān)，能較好觀察心肌肥厚演變至HF過程，但發(fā)生率難控制。

4 容量超負荷型心衰模型

此類模型的建立主要是通過人為的制造動靜脈瘺，二尖瓣關(guān)閉不全，主動脈瓣關(guān)閉不全，從而使心臟前負荷增加，先出現(xiàn)代償性心肌肥厚繼而發(fā)展為心衰。與臨床上高排血量心衰類似。建此類模型的動物主要包括犬、兔和大鼠。頸動脈到頸靜脈分流術(shù)已經(jīng)在狗、山羊身上建立。但這些模型需要加用阿霉素來促進心衰的發(fā)生。動靜脈瘺心衰模型隨著左右心室充盈壓的增加和左室肥厚和擴張，動脈平均壓降低［23，24］。但收縮功能正常或提高［25］。因此這個模型適用于研究心衰的代償機制和由于容量超負荷引起的不伴有收縮功能障礙的舒張功能不全。二尖瓣關(guān)閉不全模型主要是通過破壞二尖瓣腱索的方式建立。經(jīng)動脈途徑放置咬鉗破壞犬的二尖瓣腱索建立二尖瓣關(guān)閉不全模型，出現(xiàn)持續(xù)性的二尖瓣反流，射血分數(shù)＞50％，左室擴張，神經(jīng)內(nèi)分泌激活，容量超負荷心肌肥大［26-28］，以及伴隨左室功能不全出現(xiàn)細胞水平的異常如心肌細胞收縮功能改變［27，29］，而二尖瓣置換術(shù)可以使細胞水平的變化正?；?9］。主動脈瓣關(guān)閉不全主要通過經(jīng)頸動脈插入導管破壞主動脈瓣完成。單純破壞主動脈瓣形成心衰需要時間較長（1～2年），常進行二次手術(shù)加快心衰的形成。瓣膜關(guān)閉不全模型用來研究心肌肥厚過到心衰的病理生理變化以及評價抗心衰藥物的治療作用和瓣膜置換術(shù)的療效。

此外，壓力超負荷聯(lián)合容量超負荷也可以構(gòu)建心衰模型，常通過人為造成腹主動脈縮窄和主動脈瓣膜關(guān)閉不全來建立。國內(nèi)曾用此法構(gòu)建過家兔的心衰模型［30，31］，此種模型心衰形成時間短，成功率高。

5 藥物性心衰模型

用于建此模型的藥物主要有：阿霉素，兒茶酚胺，心得安，戊巴比妥鈉，維拉帕米，丙咪嗪，等。心得安，戊巴比妥鈉，維拉帕米這三種抑制心肌收縮力的藥物主要用來建立急性心衰模型。丙咪嗪是一種抗抑郁藥，通過阻斷鈣通道和α-腎上腺素受體發(fā)揮作用，引起心臟血流動力學的改變，引起的心衰是短暫可逆的。下面主要介紹阿霉素和兒茶酚胺誘導的心衰模型。

阿霉素是臨床上常用的一種非特異性周期抗腫瘤化療藥物，對各期細胞均有作用。因其具有心臟毒性用于建此模型。途徑主要有經(jīng)腹腔，靜脈和冠脈內(nèi)注射阿霉素。阿霉素誘導的心衰是劑量依賴性的，短期大量腹腔給藥動物死亡率高，模型成功率低。目前多采用小劑量多次腹腔給藥的方法。靜脈注射阿霉素導致心衰的同時也伴有其他的毒副作用如骨髓抑制結(jié)腸炎等使動物死亡率高。目前多采用冠脈內(nèi)注射阿霉素，冠脈內(nèi)注射阿霉素只需較小劑量就可產(chǎn)生心衰模型，而且沒有全身毒性表現(xiàn)。阿霉素誘導的心衰表現(xiàn)為雙心室擴大，室壁變薄和射血分數(shù)減低［32］，兔阿霉素心肌病的病理學、血流動力學以及激素的改變均接近于人CHF時所發(fā)生的改變［33］，此模型用來研究心肌病及心衰的發(fā)病機制以及評估新的治療措施。

兒茶酚胺誘導的心衰模型：研究表明過量的兒茶酚胺能夠使動物產(chǎn)生廣泛的心肌損害包括心肌細胞的丟失和壞死，以及廣泛的纖維化［34］。大鼠皮下注射異丙腎上腺素可誘導劑量依賴性的心功能損害和神經(jīng)體液的激活［35］。研究表明重復注射腎上腺素將導致不斷發(fā)展的血流動力學障礙、左室擴張和收縮功能抑制。在心臟代償階段出現(xiàn)急性而短暫的ANP增加，急性腎素血管緊張素系統(tǒng)激活隨后處于抑制狀態(tài)，隨著心衰的進展兩者連同血管加壓素又激活［36，37］。這種模型可用于研究臨床上使用高劑量兒茶酚胺的影響或嗜鉻細胞瘤。

6 轉(zhuǎn)基因心衰模型

理論上講.利用轉(zhuǎn)基因技術(shù)使某種因子在心肌中過度表達，或利用基因敲除技術(shù)使與心肌收縮功能密切相關(guān)的基因缺失，可能會導致心衰?；蚯贸蜣D(zhuǎn)基因小鼠模型是研究心力衰竭的發(fā)病機理和確定新的治療靶點的寶貴工具。并且小鼠具有飼養(yǎng)成本低的好處。擴張型心肌病（DCM）是以左心室擴張和功能障礙為特征的疾病，是心力衰竭重要原因之一。DCM患者中鑒定到各種基因的諸多突變，包括細胞骨架蛋白基因和收縮蛋白基因。Arber等人［38］發(fā)明了一種擴心病模型，在這種模型中編碼肌肉 lim蛋白的基因缺失導致肌纖維混亂，左室肥大、擴張，收縮功能障礙，心衰。肌肉 lim蛋白是一種肌動蛋白為基礎(chǔ)的細胞骨架蛋白，能積極調(diào)節(jié)肌分化。肌肉lim蛋白基因剔除小鼠出現(xiàn)與擴張型心肌病類似的表型，其特點是左室功能不全，死亡。肌肉lim蛋白基因剔除小鼠作為心衰的遺傳模型被許多實驗室用來探索心衰和擴心病的分子治療方法。TNFa過度表達的小鼠代表另一類擴心病模型。TNFa是循環(huán)中的一種細胞因子，很久就被懷疑對心衰的進展起重要作用。過度表達心肌細胞特異性TNFa的小鼠發(fā)展為左室肥厚，擴張，心力衰竭，相關(guān)功能障礙以及過早死亡［39］。鈣調(diào)蛋白激酶II（CaMKII）在心衰中活性和表達都增加［40］。Heller Brown和他的同事［41］使轉(zhuǎn)基因小鼠的心臟過度表達CaMKII的細胞質(zhì)亞型，觀察了左室肥厚，左室擴張，和心力衰竭的逐步進展，支持 CaMKII參與了心衰進展的觀點。最近建立的肌動蛋白基因轉(zhuǎn)基因小鼠模型［42］（mActin-Tg，已在擴張型心肌病患者中報道過的突變基因）顯示小鼠的左心室逐漸發(fā)生擴張和功能障礙，最終因心力衰竭而死亡。這種小鼠模型出現(xiàn)心臟肌絲鈣敏感性下降和鈣/鈣調(diào)蛋白依賴性激酶Ⅱdelta（CaMKIIdelta）的激活。抑制CaMKIIdelta的活性可防止心臟 p53蛋白和凋亡心肌細胞數(shù)量增加，從而改善心功能。該模型的研究結(jié)果表明鈣/鈣調(diào)蛋白依賴性激酶Ⅱdelta部分通過p53蛋白的積聚和誘導心肌細胞凋亡在擴張型心肌病心力衰竭的發(fā)生過程中發(fā)揮關(guān)鍵性作用。

近年來MicroRNA（m iRNA）成為醫(yī)學生物學研究的熱點。miRNA是一類非編碼的小RNA，參與30 ～50％基因的轉(zhuǎn)錄和表達調(diào)控［43，44］，Tham等首先確認m i RNA表達與心力衰竭之間有聯(lián)系。轉(zhuǎn)基因動物模型在研究MicroRNA與心衰的關(guān)系中具有重要作用，目前已取得較多研究成果。研究發(fā)現(xiàn)在心肌細胞中轉(zhuǎn)染特定的miRNA可導致心肌細胞肥厚和功能下降［45］。miR-195過表達的轉(zhuǎn)基因小鼠可發(fā)生心肌肥厚或心衰［45］，提示僅單一 m iRNA高表達即可導致心衰的發(fā)生。由于miRNA的變化早于基因和蛋白的改變，早于疾病癥狀的出現(xiàn)，因此檢測miRNA的動態(tài)變化，有可能為疾病的發(fā)生、發(fā)展提供線索，進而指導臨床進行早期干預，有效控制疾病的發(fā)展。研究還發(fā)現(xiàn)一些miRNA可作為心衰的生物標志物，如 miR423-5p［46］。m iRNA-126可以作為心衰的潛在的生物標志物，F(xiàn)ukushima［47］報道m(xù) icroRNA-126與心衰的嚴重程度相關(guān)。

轉(zhuǎn)基因心衰模型用于了解與心衰有關(guān)的基因以及為基因治療提供依據(jù)。其不足之處是不能全面反映臨床上心衰病人的真實病因、病理情況。

總結(jié)：引起心衰的原因很多，心衰不同階段的心功能，神經(jīng)內(nèi)分泌，血流動力學以及組織學改變不同，從而決定了心衰不同階段的治療方法不同。單一的動物模型不能模仿心衰所有階段的發(fā)展變化，所以需要綜合利用不同模型的特點來研究心衰的整體變化。目前應(yīng)用較多和進展較快是快速起搏致心衰模型，遺傳性和轉(zhuǎn)基因心衰模型。良好的心衰模型應(yīng)具有疾病相似性，可重復性，可靠性，適用性，可控性，易行性，經(jīng)濟性等特點。穩(wěn)定可靠地動物模型對于治療心衰的藥物篩選及藥物研究是必不可少的。所以要根據(jù)不同的實驗目的采用合適的動物模型，才能達到理想的效果。合適的動物模型，不僅對新藥的開發(fā)具有促進作用，也為該病的發(fā)病機制和病理生理改變提供重要資料。

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