慢性心力衰竭常用动物模型的...展及其在中医药研究中的应用_张倩.pdf

年 月第 卷第 期.，.，收稿日期 基金项目 国家自然科学基金项目（，）；国家重点研发计划“中医药现代化研究”重点专项（）；中国博士后科学基金项目（，）通信作者林生，研究员，：（），：；商洪才，研究员，：（），：作者简介张倩，硕士研究生，：；卫晓红，助理研究员，：慢性心力衰竭常用动物模型的研究进展及其在中医药研究中的应用张倩，卫晓红，陈洁，吴雪芬，夏小凤，武玉卓，王玲燕，夏欢，夏桂阳，林生，商洪才（北京中医药大学 东直门医院 中医内科学教育部和北京市重点实验室，北京）摘要慢性心力衰竭是各种心脏疾病进展到终末期的一系列临床综合征，其发病率和病死率逐年增加，严重威胁人类的生命健康。诱发慢性心力衰竭的基础疾病复杂多样，包括冠心病、高血压病、糖尿病、心肌病等，其发病机制不尽相同，根据不同病因建立与之相匹配的慢性心力衰竭动物模型，对探究慢性心力衰竭的病理生理机制以及中医药应用于防治慢性心力衰竭具有重要的指导意义。因此，该文以心力衰竭的病因为分类依据，总结了近十年来使用较多的慢性心力衰竭动物模型，以及这些动物模型在中医药研究中的应用，以期为研究慢性心力衰竭的发病机制和治疗手段提供思路。关键词 慢性心力衰竭；动物模型；病因；发病机制；心衰发展危险因素；中医药研究 ，（，）（），（），；：.张倩等：慢性心力衰竭常用动物模型的研究进展及其在中医药研究中的应用心力衰竭（，）是由于各种器质性或功能性心脏疾病使心室充盈或射血能力受损而导致的临床综合征。心衰发病率和病死率逐年增加，已成为全球最重要的心血管疾病之一，严重威胁人类的生命健康。近 多年来，虽然针对心衰的发生机制、病理生理及防治均取得了显著成效，但心衰的整体预后仍较差，病死率和再住院率均较高，我国心衰防治面临愈加严峻的形势。虽然传统中药方剂中不乏著名的心衰经方，但是由于作用机制不明确限制了其临床应用。慢性心力衰竭（，）是多种心血管疾病的终末阶段，其病因复杂多样，其中原发性心肌损害和异常，如心肌梗死、冠状动脉疾病、心肌病、心肌毒损害等，是引起心衰最主要的病因。此外，非心血管疾病如内分泌异常（糖尿病、甲状腺疾病）、心脏负荷异常（高血压病、瓣膜病）、心律失常等也可导致心衰的发生。根据心肌收缩和舒张功能障碍，慢性心力衰竭可以分为收缩性心力衰竭和舒张性心力衰竭，收缩性心力衰竭多由冠心病等器质性心脏病发展而来，临床常规使用的药物有利尿剂、血管紧张素转换酶抑制剂（）、受体阻断剂等；舒张性心力衰竭多由高血压病伴左室肥厚、肥厚型心肌病等引起，并且研究发现目前适用于收缩性心力衰竭的治疗方法对于舒张性心力衰竭尚无良好的效果。慢性心力衰竭病因的多样性导致了发病机制的复杂性，也导致其治疗方法的复杂性，因此，根据不同类型的心力衰竭机制制备不同类型的动物模型，对研发防治慢性心力衰竭的药物有着重要的借鉴意义。中药方剂在临床治疗心力衰竭中具有显著的疗效，但是其作用机制尚未完全阐明，限制了中医药现代化发展。因此，本文以心力衰竭的病因为分类依据，总结了近年来使用较多的慢性心力衰竭的动物模型，以及应用这些动物模型确证中药功效并探索其作用机制，以期为研究慢性心力衰竭的发病机制和中医药防治手段提供思路。心肌肥厚诱导的 模型.主动脉缩窄诱导的 模型主动 脉 缩 窄 诱 导 的 模 型 包 括 主 动 脉 弓 缩 窄（，）、升主动脉缩窄（，）和 腹 主 动 脉 缩 窄（，）。、和 种造模方式均是通过增加压力负荷（心脏后负荷）从而引起室壁肥厚，向心性肥大，最终形成心力衰竭。与临床上主动脉瓣狭窄等后负荷增大导致的心衰相关，因此，在研究该类疾病的机制及治疗药物时，可选择、或 模型进行模拟。.主动脉弓缩窄法 模型是 等开发的模型，其机制是主动脉缩窄后，对左心室血液泵出存在固定的阻力，导致心脏左室后负荷增加，造成心肌代偿性肥厚和心肌重构以及心功能下降。目前，常规使用的动物品系有 （）大鼠、昆明（）小鼠、小鼠。具体操作：大鼠（），麻醉固定后，在胸骨上切迹水平处做一个长度.的小水平皮肤切口，找到气管后，在胸骨上纵切 ，缩回胸腺，找到主动脉弓，使用 缝线结扎无名动脉（，）和左颈总动脉（，）之间的横主动脉，用 号针控制缝合的松紧度。术后 周，多普勒血流分析发现 可检测到强血流，而 血流极弱，通过 .可判断 模型是否成功，手术成功后 周发展为心衰。不同型号的针的粗细不同，造成的心衰程度也不尽相同，针径越细，肥大越严重，发展的时间进程越快，研究者可根据不同的需求使用不同型号的针模拟不同程度的心衰。最新的研究报道，等应用 在出生后 和 的 小鼠上成功制备了新生小鼠压力过载模型，极大地拓宽了该方法的应用范围。模型成功制备的关键点在于主动脉的重建，但是由于实验条件以及操作者的手法差异，会让动脉扎紧程度即重建程度略有不同，心肌肥厚和心衰时间进程及程度也会产生差异。该模型死亡率低，结扎点解剖位置明确，实验可重复性强，是目前广泛使用的一种建立心肌肥厚型 的模型。苓桂猪甘汤由茯苓、桂枝、白术和炙甘草组成，是临床上治疗心衰有效的经典方剂之一。等应用 模型，研究苓桂猪甘汤治疗慢性心力衰竭的机制，分别在术后 周和 周时评估其对 的治疗效果，发现苓桂猪甘汤能够双向调节 和 信号通路，抑制心肌肥厚向心衰的发展。.升主动脉缩窄法 模型与 模型相类似，均是通过缩窄主动脉，造成左心室血液流出受阻，最终导致压力负荷型心力衰竭。模型选用的动物品系有 大鼠、小鼠、豚鼠、新西兰兔、犬、小型猪等。雄性小鼠的具体操作：小鼠麻醉固定，建立人工气道，开胸，充分暴露升主动脉后，用 丝线穿过升主动脉（距离主动脉根部.），用 号针控制收缩程度。也有研究者使用带塑料套管丝线来控制升主动脉缩窄程度。操作方便、重复性好、造价相对低廉，其与 种模型均较容易发展为心力衰竭，只有结扎位点稍有差异（图），所造成的症状与临床左心衰、右心衰症状相似，能很好地模拟压力超负荷导致左室肥厚的演变过程。需要注意的是在操作过程中，缩窄程度尽量保持一致，以保证实验的平行性；其次要控制合适的缩窄程度，缩窄过松，模型不易成功，缩窄过紧则容易形成急性左心衰竭，模型死亡率较高。芪参益气滴丸（）是利用现代工艺提取中药黄芪、丹参、三七和降香的有效活性成分精制而成的中药复方滴丸制剂，具有益气通脉、活血止痛的功效，临床上广泛用于心血管疾病的治疗。为了研究 及其主要成分治疗心肌肥 年 月第 卷第 期.，.，主动脉弓缩窄；升主动脉缩窄。图 与 缩窄部位示意图.厚致 的药效机制，等应用 建立心肌肥厚致 模型，在术后 周到 周给予、单独给予主要成分黄芪甲苷、丹参素、三七皂苷 和药材降香，及联合给予黄芪甲苷、丹参素、三七皂苷（按不同组合方式），结果发现，能显著抑制 引起的大鼠心肌肥厚向心衰的进展，其作用机制与其改善能量代谢、氧化应激、分子伴侣、蛋白质修饰、离子转运、细胞凋亡等多条途径相关。其中，的主要成分黄芪甲苷、三七皂苷 承担改善能量代谢的作用，丹参素负责抗氧化的作用，而降香通过调节离子通道或蛋白质修饰发挥辅助作用。该研究通过应用 模型和组学技术，证明了中药复方配伍的合理性。.腹主动脉缩窄法 模型是通过人为缩小腹主动脉直径，引起心脏后负荷增加，心肌代偿性肥厚，长期后负荷过重，最终心脏功能失代偿，形成心力衰竭。目前 常规使用的动物品系有 大鼠、大鼠、小鼠、新西兰兔、绵羊等。具体方法：将缩窄环或注射针头与腹主动脉进行捆绑，使腹主动脉部分狭窄，增加外周循环阻力，造成压力负荷而诱导心衰。研究发现，造成腹主动脉大约 的狭窄即可形成心衰。因此可通过术前术后的超声腹主动脉狭窄大于，初步判断造模是否成功；继而在建模后 周通过超声心动图测量左室后壁厚度、室间隔厚度和左室射血分数（，）来评价模型是否成功，其中 降低至左右，提示造模成功。此模型的优点在于易发生心衰，且操作方便，重复性较好，造价低。属于压力负荷型引起的，引起肾血流灌注不足，激活肾素血管紧张素醛固酮（）系统，造成体内水钠潴留，血管紧张素转化酶（）增加，使血管紧张素（，）转化为血管紧张素（），从而收缩血管，加重心脏负荷，引起心肌重构，导致心衰。与 模型相比，本建模方法能较好地模拟神经内分泌系统激活以及左室收缩功能障碍，并且手术操作简单，成模率高，死亡率低，适合研究压力负荷过大而致的心肌肥厚，心衰代偿期到失代偿期病理及临床表现的变化，该模型与人类心力衰竭进展的临床相关性更大。生脉散是由人参、麦冬和五味子组成的经典名方，具有益气补血生津之功，临床用于治疗气阴两虚证。益气复脉（冻干粉）作为生脉散在临床上的常用制剂，在治疗 中取得了良好的效果，等采用 模型研究其机制作用，发现益气复脉治疗 的潜在机制是通过增强心肌线粒体功能，调控心肌能量代谢实现的。.异丙肾上腺素（，）和 诱导的 模型 和 分别作用于心肌细胞肾上腺素 受体和血管紧张素受体，使心肌收缩力增强，心率加快，心输出量和心肌耗氧量增加，长期作用可导致心肌肥厚和心脏纤维化。.诱导的 模型 是肾上腺素 受体激动剂，通过激活 信号通路，导致细胞内钙浓度增高，心肌过度收缩，耗氧量增大，负荷加重，最终发展成心衰。使用 诱导 经常使用的动物品系有 大鼠、大鼠、小鼠。罗时珂等使用不同剂量的 干预 大鼠，周后测量超声心动图、血清 型钠尿肽（）、心脏质量指数等指标进行心衰模型的评估，发现按照.腹腔注射 周是 成功诱导 较为适宜的频次和剂量。短期高剂量的 干预大鼠，会引起大鼠亚急性心肌梗死，等间隔 连续 次通过皮下注射 后，成功诱导大鼠亚急性心肌梗死。等选用 周龄的 小鼠，皮下注射 ，连续 ，测得的超声心动图中 降低至.，心衰标志物、等指标较之空白组均有明显升高，成功复制了小鼠心衰模型。诱导的 模型操作简单、效果稳定，常用于研究缺血性心脏病致 的机制，评价药物的药效作用。复方丹参滴丸是由丹参、三七和冰片组成的中药复方滴丸制剂，临床上常用于缺血性心脏病的防治，且已通过美国食品药品监督管理局（）期临床试验，但其药理机制尚不清晰。等应用 致心肌损伤模型，研究复方丹参滴丸的效应机制，结果发现复方丹参滴丸能够显著提高 干预大鼠的存活率，减轻心肌纤维化，其作用机制与改善心肌组织的代谢有关。.诱导的 模型 是 系统的主要效应物质，能够调节血管功能，可以有效地诱导压力超负荷，刺激心肌肥大，最终导致心力衰竭。使用 诱导 经常使用的动物品系有 大鼠、小鼠。常规选用 周的 小鼠在皮下植入 微量缓释泵，给药剂量为.，持续 周；也有研究者以.剂量干预 周。根据文献报道，作用浓度及作用时间的不同，导致小张倩等：慢性心力衰竭常用动物模型的研究进展及其在中医药研究中的应用鼠心脏功能如射血分数有所差异。应用 诱导 的方法可对心衰前期的心脏病理性肥厚及心脏代偿功能的变化进行模拟，用于对心肌纤维化的病理学研究和新型 类抗心衰药物的评价。生脉注射液是生脉散在临床上另一常用制剂，李益萍等在研究生脉注射液对慢性心衰动物的干预效果时，使用 诱导的 模型，结果发现，生脉注射液能够减轻心肌细胞肥大和细胞凋亡，保护肥厚心肌细胞中的线粒体功能，抑制心肌纤维化。心肌梗死诱导的 模型通过心肌梗死诱导 是目前使用较为成熟的模型，也是探索新的心梗治疗方案的有效模型。急性心肌梗死初期会发展为左心衰竭，但随着左室重构的持续发展，会引起肺动脉高压，继而影响到右侧心脏，导致右心室肥厚，形成右心衰，最后全心衰竭（也可发生室间隔穿孔、乳头肌断裂等而突然出现全心衰竭）。冠状动脉血流受阻是造成心梗的主要原因，因 而，冠 状 动 脉 左 前 降 支 结 扎 法（，）和冠状动脉微栓塞法（，）是模拟心梗后 的主要方法。.冠状动脉左前降支结扎法 是复制心梗模型最常用且较为成熟的方法。心肌梗死引起心肌细胞丢失，炎细胞浸润，成纤维细胞转化为肌成纤维细胞，胶原分泌增多，代谢紊乱和能量耗竭等改变，最终导致心肌重塑和心肌纤维化，发生。一般选用 大鼠，具体操作方法：大鼠麻醉后，气管插管连接呼吸机，于第三至第四肋间开胸，充分暴露心脏后，在左心耳与肺动脉圆锥交界处平左心耳下缘 处结扎，可观察到被结扎血管相应供血区颜色黯淡变白。心梗成模可参照术后心电图的表现，出现 个病理性 波。心