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潮新科研笔记|大鼠心力衰竭模型的三种造模方法解析
更新时间: 2026-08-04 14:01
心力衰竭并不是一种固定模型。心力衰竭是一种复杂的临床综合征,其核心是心脏泵血功能下降,无法满足机体代谢需要。动物模型的目标是模拟人类心衰的病理生理特征,如心室重塑、神经内分泌激活、收缩/舒张功能障碍等。针对心衰模型,不同造模方法对应的病因和研究方向不同:冠状动脉结扎适合缺血性心衰,腹主动脉缩窄适合压力超负荷性心衰,阿霉素诱导适合药物性心肌损伤及扩张型心肌病研究。下面按这3种常用模型分别整理造模步骤。

 

01
冠状动脉左前降支结扎

 

一、模型原理

通过永久结扎冠状动脉左前降支,使其供血区域发生持续性缺血、心肌坏死和瘢痕形成。随着左心室扩张和心室重构,动物逐渐出现收缩功能下降,可用于缺血性心肌病、心肌梗死后心室重构及射血分数降低型心力衰竭研究。

二、实验动物与分组

常用成年雄性SD大鼠,适应性饲养约1周。一般分为:

  • 假手术组:完成开胸、穿线,但不结扎冠状动脉;
  • 模型组:永久结扎冠状动脉左前降支;
  • 干预组:造模后给予药物或其他治疗。

三、造模步骤

  1. 麻醉、备皮和消毒,并维持动物体温。
  2. 完成气管插管,连接小动物呼吸机进行机械通气。
  3. 取左侧第4肋间或第4、5肋间切口,逐层分离肌肉并进入胸腔。
  4. 轻轻牵开胸壁,打开或分离心包,充分暴露左心室前壁。
  5. 在左心耳下方辨认冠状动脉左前降支,使用6-0或7-0缝线穿过心肌进行永久结扎。
  6. 结扎后若左心室前壁颜色迅速变白、局部运动减弱,同时心电图出现ST段抬高,可初步判断冠脉阻断成功。
  7. 将心脏复位,排出胸腔内气体并进行膨肺,随后逐层缝合肋间肌、肌肉和皮肤。
  8. 术后进行保温、镇痛和感染监测,并观察呼吸、活动、进食及伤口恢复情况。
  9. 术后2~4周进行心脏超声检测;需要建立较稳定的慢性心衰模型时,通常观察至4周或更长时间。改良冠脉结扎研究中,术后4周可见左心室梗死区变薄、颜色变浅及明显纤维组织增生。

四、模型评价

以下指标至少三类结合判断:

  • 心脏超声

    :LVEF、LVFS下降,左心室舒张末期和收缩末期内径增加;
  • 血清指标

    :BNP或NT-proBNP升高,必要时检测肌钙蛋白、CK-MB;
  • 组织学指标

    :HE染色观察心肌坏死和炎症,Masson染色评价梗死面积及心肌纤维化;
  • 一般表现

    :活动减少、呼吸加快、体质量增长缓慢,严重时可出现肺淤血。

⚠️ 注意:

该模型的难点在于结扎位置和梗死面积是否一致。结扎过高可能造成大面积心肌梗死和早期死亡,结扎过低则可能只有局灶性损伤,无法形成稳定心衰。

 

02
腹主动脉缩窄

 

一、模型原理

腹主动脉缩窄后,左心室射血阻力增加,持续压力超负荷首先引起代偿性心肌肥厚,随后逐渐出现心肌纤维化、舒张功能异常和收缩功能下降。该模型更适合研究高血压性心脏病、压力负荷性心室重构及慢性心力衰竭。

二、实验动物与分组

常用雄性SD或Wistar大鼠。建议设置:

  • 假手术组:分离腹主动脉并穿线,但不缩窄;
  • 模型组:腹主动脉部分缩窄;
  • 药物干预组:造模后给予受试药物。

三、造模步骤

  1. 动物适应性饲养后进行基线超声心动图和体质量检测。
  2. 麻醉后取仰卧位,腹部备皮、消毒并铺巾。
  3. 沿腹正中或左侧腹部作切口,逐层进入腹腔。
  4. 将肠管轻轻移向一侧,注意保持湿润,暴露后腹膜及肾脏区域。
  5. 在肾动脉分支上方钝性分离腹主动脉,避免损伤下腔静脉及周围神经。
  6. 将针头与腹主动脉平行放置,使用缝线将针头和腹主动脉共同结扎。
  7. 完成结扎后缓慢拔出针头,使腹主动脉形成固定程度的环形狭窄。常见方案是在左肾动脉分支近端约0.5 cm处,9号针头与腹主动脉共同结扎,拔出针头后形成约50%的狭窄。
  8. 检查腹主动脉搏动及腹腔内是否出血,肠管复位后逐层关腹。
  9. 术后进行保温、镇痛及伤口观察。
  10. 一般在术后8周左右开始评价心衰表型;若模型进展较慢,可延长至12~16周。

四、模型评价

腹主动脉缩窄后,心肌肥厚往往早于明显的心功能下降。研究显示,术后4周心肌细胞直径、心脏重量指数、Ⅰ型胶原及BNP即可升高;约8周开始出现舒张功能和血流动力学异常,12~16周心功能改变更明显。

建议检测:

  • 心脏超声:室间隔和左室后壁厚度、LVEF、LVFS、左室内径;
  • 血流动力学:LVEDP、LVSP、±dp/dt;
  • 血清指标:BNP或NT-proBNP;
  • 心脏指数:心脏质量/体质量、左心室质量/体质量;
  • 病理:HE观察心肌细胞肥大,Masson评价胶原沉积和纤维化。

⚠️ 注意:

结扎松时只有心肌肥厚,未必发展成心衰;过紧则可能引起肾脏或下肢供血异常,并增加死亡率。针头规格、结扎位置、动物体质量和观察时间必须固定。

 

03
阿霉素诱导慢性心力衰竭模型

 

一、模型原理

阿霉素又称多柔比星,具有明确的累积性心脏毒性。重复给药可造成心肌细胞损伤、线粒体功能异常、心肌纤维化和心室扩张,最终引起收缩及舒张功能下降。该模型适合研究化疗相关心脏毒性、扩张型心肌病以及心肌保护药物。

二、实验动物与分组

可选用成年雄性Wistar或SD大鼠。常见分组包括:

  • 正常对照组:等体积生理盐水;
  • 阿霉素模型组;
  • 阿霉素+药物干预组;
  • 单独药物对照组。

三、造模方案

  • 阿霉素单次剂量:2.5 mg/kg;
  • 给药方式:腹腔注射;
  • 给药次数:2周内共注射6次;
  • 累积剂量:15 mg/kg;
  • 总观察周期:4周。

具体步骤如下:

  1. 动物适应性饲养后测量体质量,并完成基线心脏超声。
  2. 根据每次给药当天的实际体质量重新计算阿霉素剂量。
  3. 现配阿霉素工作液,避光操作,并保证各动物注射浓度和体积一致。
  4. 模型组在2周内完成6次腹腔注射,累积剂量达到15 mg/kg。
  5. 对照组按照相同时间和相同注射体积给予生理盐水。
  6. 每次给药前后记录体质量、进食量、精神状态、毛发、呼吸及活动情况。
  7. 建议在基线、造模中期及第4周分别进行超声心动图检查。
  8. 第4周采集血清和心脏组织,用于BNP、心肌酶、HE、Masson及相关分子指标检测。

心衰表型稳定程度和给药时间长短关系不大。因此,给药频次和观察时间要先通过小样本预实验确认。

四、模型评价

造模成功后常见表现包括:

  • 左心室扩张;
  • LVEF和LVFS下降;
  • 左心室收缩及舒张功能持续减弱;
  • 心肌细胞肥大、排列紊乱及胞浆空泡化;

    图1 各组间心脏结构及组织病理学观察

    A: 超声心动图评估。双向长箭头、短箭头分别表示LVED s,LVEDd;B:HE染色(标尺:5 μm),箭头示意心肌细胞空泡化。

  • 心肌间质胶原沉积增加;
  • BNP升高。

累积剂量增加虽然可能加重心脏损伤,但同时也会增加动物死亡率,不建议为了追求更明显的结果直接提高剂量。

⚠️注意:

阿霉素模型操作简单,但系统性毒性比较明显。动物体质量下降、食欲减退和活动减少不一定全部来自心力衰竭,也可能包含消化道、肝肾及骨髓毒性。因此,必须结合超声、BNP和心肌病理进行综合判断。阿霉素属于细胞毒性药物,配制、注射和废弃物处理应使用专门防护和处置流程。