蘆玲巧，曾翔俊，郝 剛

(首都醫(yī)科大學基礎醫(yī)學實驗教學中心機能實驗室，北京 100069)

大鼠心力衰竭模型的構建與鑒定

蘆玲巧，曾翔俊，郝 剛

(首都醫(yī)科大學基礎醫(yī)學實驗教學中心機能實驗室，北京 100069)

目的 比較主動脈弓縮窄和腹主動脈縮窄復制心力衰竭衰模型的異同，探索快速有效的心衰動物模型。方法 將大鼠分為主動脈縮窄手術組，腹主動脈縮窄手術組和對照組(C組)。主動脈縮窄手術組實施頸部手術，在主動脈弓處縮窄動脈直徑;腹主動脈縮窄手術組實施腹部手術，在腹主動脈處縮窄動脈直徑;C組實施頸部手術但不實施動脈縮窄手術。各組實驗動物均正常喂養(yǎng)4～6周后進行心臟的超聲檢測和心臟血流動力學檢測。結果 心臟超聲結果顯示:主動脈弓縮窄手術組左心室壁厚度和左心室腔內徑在術后4周明顯高于正常組;而腹主動脈縮窄手術組左心室壁厚度和左心室腔內徑在術后4周較正常組沒有明顯增加。術后6周，腹主動脈縮窄手術組左心室壁厚度和左心室腔內徑都明顯增加，而主動脈弓縮窄手術組左心室壁厚度沒有明顯改變，左心室腔內經明顯增加。血流動力學指標顯示:主動脈弓縮窄手術組LVESP、LVEDP、LVDP、±dp/dtmax都明顯低于腹主動脈縮窄手術組。結論 主動脈弓縮窄手術復制心肌肥大導致心功能衰竭模型效果明顯快于腹主動脈縮窄手術復制的心肌肥大導致心功能衰竭模型。

主動脈弓;腹主動脈;心力衰竭;模型，動物

心力衰竭是臨床諸多心臟疾病的終末階段，長期以來，探討其發(fā)生機制是基礎與臨床研究的熱點問題［1］。心功能不全的發(fā)展直至心力衰竭是一個慢性過程，臨床觀察其動態(tài)變化有較多的困難，因此，模擬臨床患者的發(fā)病過程建立相應的動物模型，已成為研究其變化的重要手段之一［2］。國內目前大多數(shù)采用大鼠的腹主動脈縮窄手術制作大鼠心肌肥大及心衰模型，模型成功需要較長時間［2，3］。國外有實驗通過縮窄大鼠主動脈弓，造成左室后負荷加重，長期存活形成慢性心衰模型，有效縮短造模時間［4］。我們將此方法與傳統(tǒng)方法加以比較，并建立和摸索出此種模型的質量控制標準，為探索心功能不全的發(fā)生機制提供高效的動物模型。

1 材料和方法

1.1 動物

雄性 wistar大鼠60只，體重 180～230 g，中國人民解放軍軍事醫(yī)學科學院實驗動物中心(動物許可證號SCXK2007－004)提供。動物隨機分為3組:主動脈結扎手術組(A組，n=20)、腹主動脈結扎手術組(B組，n=20)、對照組(C組，n=20)。

1.2 制作方法

主動脈弓縮窄手術組將大鼠稱重后，皮下注射阿托品1 mg/kg，抑制呼吸道分泌物，肌注10 000 U青霉素，預防感染。30 min后，10%水合氯醛0.3mL/100g腹腔注射麻醉，固定四肢仰臥于大鼠手術臺上。用16F靜脈留置針做氣管插管，經口自聲門處插入氣管，外接 HX－300S動物呼吸機(成都泰盟科技有限公司)輔助呼吸，潮氣量8～10mL/min，呼吸頻率60次/min。大鼠四肢皮下連接心電監(jiān)護電極，術中行心電監(jiān)護。做頸部手術，剪去頸部到胸骨柄的毛，碘伏消毒，自胸骨柄上方剪開皮膚及肌肉筋膜，鈍性分離頸前肌肉暴露胸骨上窩，以血管鉗緊貼胸骨下方緩慢插入胸腔，邊插邊向兩側鈍性分離，動作應柔和，避免劃破肺臟。然后沿胸骨正中白線剪開胸骨，鈍性分離氣管前肌群及胸腺，可見主動脈弓橫跨于氣管前方，兩側分別為右頸總動脈和左頭臂干動脈。分離主動脈弓，以7號縫合線穿過主動脈弓與氣管間隙，將外徑為0.8mm的鈦合金針放于主動脈弓上方(頭臂干動脈與左頸總動脈之間)，結扎后，迅速取出鈦合金針，然后逐層關胸，皮下注射生理鹽水5mL以防脫水。以暖燈保持大鼠體溫，脫離呼吸機。觀察大鼠的自主呼吸，待略有清醒時，摘掉呼吸管，裝籠飼養(yǎng)。為預防感染術后3 d，每日肌內注射青霉素100 000 U。腹主動脈縮窄手術組采用Anne等［4］腹主動脈縮窄法制備大鼠壓力超負荷性慢性心力衰竭模型［5］，將動物用10%水合氯醛0.35mL/100 g腹腔注射麻醉后，仰臥位固定，剪去劍突下到恥骨聯(lián)合上方區(qū)域的毛，碘伏消毒。在劍突下約1cm處向下剪開皮膚，長度3cm左右即可看見腹白線［6］，沿腹白線切開，用紗布將內臟輕輕推向左側，暴露并鈍性分離腹主動脈。將外徑為0.8mm的鈦合金針放于腹主動脈上方，結扎后，迅速取出鈦合金針。然后逐層關閉腹部切口，皮下注射生理鹽水5mL以防脫水。以暖燈保持大鼠體溫。觀察大鼠的自主呼吸，待略有清醒時裝籠飼養(yǎng)。術后3 d每日青霉素100 000 U肌內注射，預防感染［3］。對照組為同期開胸假手術，即僅將絲線繞過主動脈弓，不進行結扎。

1.3 小動物B超測定

術后4周和6周做心臟超聲檢測左心室前后壁厚度(LVPW)、左心室壁收縮舒張功能及收縮期和舒張期左心室腔直徑［5］。方法如下:大鼠麻醉后固定，連接心電圖，應用高分辨率小動物超聲影像系統(tǒng) (Vevo 770TM，high resolution imaging system，VisualSonics Inc，Canada)探頭頻率 8.0～12.0 MHz，取胸骨旁左室短軸切面，在二尖瓣腱索水平記錄M型超聲運動曲線后，分別測量舒張末期室間隔厚度(IVST)、左室后壁厚度(LVPWT)、左室舒張末期內徑(LVEDd)和左室收縮末期內徑(LVESd)，計算短軸縮短率(FS)和射血分數(shù)(EF)。各指標均在連續(xù)3個心動周期上測量后取其平均值。

1.4 血流動力學指標的測定

術后6周水合氯醛35 mg/kg腹腔注麻醉。將自制的微型導管連接壓力換能器經右頸總動脈行左心室插管。另一端連于BL－420F生理機能實驗系統(tǒng)記錄儀(成都泰盟科技有限公司)，穩(wěn)定5 min后，測量左室收縮壓(LVSP)，左室舒張末壓(LVEDP)，左心室壓力變化最大速率積分(LV+dp/dtmax和LV－dp/dtmax)等血流動力學指標。

1.5 統(tǒng)計學方法

實驗結果以均數(shù)±標準差表示。三組樣本的顯著性差異采用單因素方差分析，最小差異分析進行兩兩比較。P＜0.05，做為差異顯著性檢驗標準。

2 結果

2.1 實驗組一般狀況

主動脈縮窄手術組大鼠呈現(xiàn)毛發(fā)光澤不良，呼吸急促，活動能力下降。大鼠術后24 h內死亡2只，術后 1周內死亡 1只，4周死亡 1只，存活率80%。腹主動脈縮窄手術組，24 h內死亡2只，術后1周內死亡3只;4周死亡1只，6周死亡1只，存活率65%。對照組20只，死亡0只，存活率100%。

2.2 心室壁及心功能變化

各組大鼠分別在手術前，術后4周和6周進行心臟超聲檢查。舒張期結果(表1)發(fā)現(xiàn):與手術前相比，主動脈弓縮窄術后4周，大鼠心室前后壁均出現(xiàn)室壁增厚的表現(xiàn)，手術后6周，心室壁增厚的表現(xiàn)明顯減輕。這說明主動脈弓縮窄手術組大鼠在4周是出現(xiàn)心室肌代償性的肥厚，6周時心室肌已經出現(xiàn)明顯失代償，纖維化，因此室壁變薄，同時我們也觀察到手術后6周左心室腔明顯增大。腹主動脈縮窄術后4周，做心室壁和心室腔都沒有出現(xiàn)明顯的增厚和擴大的表現(xiàn)。而手術后6周，左心室后壁出現(xiàn)明顯的室壁增厚的表現(xiàn)，而左心室腔在6周內都沒有明顯的擴大表現(xiàn)。

收縮期超聲結果(表2)發(fā)現(xiàn):與手術前相比，主動脈弓縮窄術后4周，大鼠心室前后壁均出現(xiàn)室壁增厚的表現(xiàn)，手術后6周，心室壁增厚的表現(xiàn)明顯減輕。這說明主動脈弓縮窄手術組大鼠在4周是出現(xiàn)心室肌代償性的肥厚，6周時心室肌已經出現(xiàn)明顯失代償，纖維化，因此室壁變薄，同時我們也觀察到手術后6周左心室腔明顯增大。腹主動脈縮窄術后4周，做心室壁和心室腔都沒有出現(xiàn)明顯的增厚和擴大的表現(xiàn)。而手術后6周，左心室后壁出現(xiàn)明顯的室壁增厚的表現(xiàn)，而左心室腔在6周內都沒有明顯的擴大表現(xiàn)。

各組大鼠在手術后6周進行心功能測定，結果發(fā)現(xiàn):與對照組相比，各組心率沒有明顯改變，主動脈弓縮窄手術組左室收縮末期壓力(left ventricle end systolic pressure，LVESP)、左室舒張末期壓力(left ventricle diastolic pressure，LVEDP)左室發(fā)展壓(left ventricle developing pressure)、左室壓力最大變化速率(±dp/dtmax)均明顯降低，而腹主動脈縮窄手術組各項指標無明顯改變(表3)。

表1 各組大鼠舒張期左心室壁厚度及左心室腔內徑(±s)Tab.1 The thickness and diameter of left ventricle in diastolic phase(±s)

表1 各組大鼠舒張期左心室壁厚度及左心室腔內徑(±s)Tab.1 The thickness and diameter of left ventricle in diastolic phase(±s)

*p＜0.05，＊＊p＜0.01 vs. 各組正常值Note:*p ＜0.05，＊＊p ＜ 0.01 vs.normal values.

指標 主動脈弓縮窄(mm)4 w 6 w左心室前壁厚度 1.772±0.306 2.487±0.678* 2.378±0.425 1.92±0.177 2.023±0.301 2.057±0 Indices Aortic arch constriction 腹主動脈縮窄 (mm)Abdominal aorta constriction正常 4 w 6 w 正常6.303±0.525 6.635±0.782 6.932±0.692.368左心室后壁厚度 1.9±0.449 2.667±0.282＊＊ 2.082±0.343 2.147±0.154 2.735±0.476 2.777±0.676*左心室腔直徑 5.667±0.749 6.762±0.613* 7.323±0.804＊＊

表2 各組大鼠收縮期左心室壁厚度及左心室腔內徑(±s)Tab.2 The thickness and diameter of left ventricle in systolic phase(±s)

表2 各組大鼠收縮期左心室壁厚度及左心室腔內徑(±s)Tab.2 The thickness and diameter of left ventricle in systolic phase(±s)

*P ＜0.05，＊＊P ＜0.01 vs.各組正常值Note:*P ＜0.05，＊＊P ＜0.01 vs.normal values.

指標Aortic arch constriction 腹主動脈縮窄 (mm)Abdominal aorta constriction正常 4周 6周 正常 4周 6周主動脈弓縮窄(mm)Indices左心室前壁厚度 3.075±0.14 4.033±0.721＊＊ 3.315±0.412 3.243±0.482 3.677±0.444 3.74±0 2.825±0.717 2.978±0.578 3.128±0.533.464左心室后壁厚度 2.738±0.554 3.913±0.315＊＊ 3.3±0.43* 3.347±0.166 3.855±0.549 4.037±0.601*室腔直徑 2.777±0.411 2.942±0.479 3.778±0.859*

表3 各組大鼠術后6周左心室心功能改變(±s)Tab.3 The heart function in the rats of each group 6 weeks after operation

表3 各組大鼠術后6周左心室心功能改變(±s)Tab.3 The heart function in the rats of each group 6 weeks after operation

＊＊P＜0.01 vs.腹主動脈結扎組Note:＊＊P ＜ 0.01 vs.the abdominal aorta constriction group.

mmHg/s對照組 419±19 132.61±6.07 －3.98±1.05 136.58±6.395分組Groups心率HRbeat/min左室收縮末期壓LVESPmmHg左室舒張末期壓LVEDPmmHg左室發(fā)展壓LVDPmmHg左室最大收縮速率+dp/dtmaxmmHg/左室最大舒張速率－dp/dtmaxx16 3.59±0.42 －3.313±0.37 8.42±1.26 －5.405±1.12主動脈弓縮窄 338±55 83.93±7.42＊＊ 21.89±9.44＊＊ 62.038±7.465＊＊ 1.14±0.24＊＊ －1.072±0.16＊＊腹主動脈縮窄 396±35 109.95±9.13 －5.76±3.81 115.713±11.0

3 討論

動脈縮窄手術復制心肌肥大導致的心力衰竭模型，其主要原理是動脈直徑縮小后，血流阻力變大，使左心室后負荷增加，從而引起心肌肥大和心力衰竭的發(fā)生。主動脈弓和腹主動脈相比，前者距離心臟較近，因此主動脈弓直徑縮小后，其血流動力學的改變對左心的影響可能更明顯。

本實驗采用外徑為0.8mm的鈦合金針，將主動脈弓和腹主動脈分別縮窄到0.8mm，檢測4周和6周后左心室壁厚度。結果發(fā)現(xiàn):主動脈弓縮窄手術組術后4周左心室壁厚度在收縮期和舒張期都明顯高于正常組和腹主動脈縮窄手術組。這一結果說明主動脈弓縮窄手術可以更有效地增加左心室的后負荷，4周即可引起左心室心肌肥大。而6周的心臟超聲結果發(fā)現(xiàn):主動脈弓縮窄手術組大鼠心臟左心室壁厚度較術后4周有所降低 (P＜0.05)，同時心功能檢測的結果發(fā)現(xiàn):主動脈弓縮窄手術后6周，大鼠心功能明顯降低。這提示主動脈弓縮窄術后6周大鼠心肌肥大已經從代償發(fā)展到失代償，出現(xiàn)心力衰竭。

腹主動脈縮窄組大鼠左心室壁厚度在術后4～6周都略有升高(P＞0.05)。這一結果說明腹主動脈縮窄術后，其血流動力學改變對心臟的影響較慢，心肌肥大的發(fā)生發(fā)展的時間較長［6］。心功能的檢測結果也發(fā)現(xiàn):腹主動脈縮窄術后，大鼠心功能較主動脈弓縮窄手術組降低的程度輕。據(jù)此我們認為:腹主動脈縮窄手術引起的血流動力學改變對心臟的影響較主動脈弓弱，因此造成心肌肥大和心力衰竭的時間較長。

在上述兩種模型的應用過程中，我們可以根據(jù)不同的實驗要求選擇不同的造模方式。如果需要在短時間內造成心肌肥大，并出現(xiàn)心力衰竭，那我們可以選擇采用主動脈弓縮窄的方法。但是該方法必須使用呼吸機，同時對手術者的要求較高，必須熟悉胸部及心臟的解剖結構，可以順利找到頭臂干動脈與左頸總動脈及主動脈弓。如果需要觀察心肌肥大發(fā)生發(fā)展的過程，探討心肌肥大發(fā)展成心力衰竭的機制［6］，我們可以采用腹主動脈縮窄的方法。該方法的手術操作簡單，不需要呼吸機，但是術后感染的發(fā)生率較高，可能導致動物的死亡率高。

［1］郭豫濤.充血性心力衰竭的動物模型［J］.上海實驗動物科學，2001，21(2):122－123.

［2］孫艷俠，王國干.心力衰竭動物模型研究進展［J］.中國比較醫(yī)學雜志，2011，21(7):73－78.

［3］褚春，楊軍，譚芳，等.腹主動脈狹窄心力衰竭時心室肌細胞電生理失穩(wěn)態(tài)及Ito的變化［J］臨床醫(yī)學 醫(yī)學信息，2010，23(9):3107－3108.

［4］Feldman AM，Weinberg EO，Ray PE，et al.Selective changes in cardiac gene expression during compensated hypertrophy and the transition to cardiac decompensation in rats with chronic aortic banding［J］.Circ Res，1993，73(1):184－192.

［5］朱文暉，張曉紅，肖淵茗.超聲心動圖評價心力衰竭大鼠模型心功能改變［J］.中南大學學報(醫(yī)學版)，2009，3(5):453－456.

［6］馬力，劉杰，初楠，等.心力衰竭模型心臟肥厚指標與心功能的關系研究［J］.首都醫(yī)科大學學報，2001，31(5):596－599.

Establishment and Identification of Rat Models of Heart Failure

LU Ling－qiao，ZENG Xiag－Jun，HAO Gang
(Laboratory of Functional Experiments，School of Basic Medical Sciences，Capital Medical University，Beijing 100069，China)

Objective To compare the difference of two heart failure models established by constriction of aortic arch and abdominal aorta，and to explore an effective method to establish an animal model of heart failure.Methods Ninety healthy adult male Wistar rats were randomly divided into three groups.The rats in the group 1 had cervical operation to contract the aortic arch，the rats in the group 2 were operated on abdomen to contract the abdominal aorta，and the rats in the group C had surgery but no aorta constriction.All the rats were fed for 4 or 6 weeks.The heart function of the rats was detected with ultrasound and heart intubation.Results At 4 weeks after constriction，ultrasonic results showed a significant increase of the left ventricular wall thickness and internal diameter of the left ventriclular cavity in the aortic arch constriction group，and not significantly increased in the abdominal aorta constriction group，compared with those of the control group.At 6 weeks after constriction，both the left ventriclular wall thickness and internal diameter of the left ventricle were significantly increased in the abdominal aorta constriction group，while only the internal diameter of the left ventricle was significantly increased and without change of the left ventriclular wall thickmess in the aortic arch constriction group.Hemodynamic detection showed that LVESP，LVEDP，LVDP and ±dp/dtmax in the aortic arch constriction group were significantly lower than those of the abdominal aorta constriction group at 6 weeks after contraction.Conclusion The progression of heart failure caused by aortic arch constriction in the rats occurs obviously faster than that developed after abdominal aorta constricction.

Aortic arch;Abdominal aorta;Heart failure;Model，rat

R33

A

1671－7856(2012)08－0022－04

10.3969/j.issn.1671.7856.2012.008.005

2012－05－22

國家自然科學青年基金(30900573)資助，北京市級精品課程專項(TMX201101422607000040)資助。

蘆玲巧(1961－)，女，實驗師。研究方向:動物機能改變及疾病模型制作

郝剛(1958－)，男，教授。研究方向:心血管病理生理 E－mail:haogang@ccmu.edu.cn。