大鼠急性心肌梗死動物模型的建立和評估

雷　娟　伍　衛　薛聲能　鄭韶欣

【摘要】 目的 建立一種穩定可重復的大鼠急性心肌梗死模型。方法 SD大鼠經氯胺酮麻醉后，經口人工呼吸，開胸結扎左冠狀動脈前降支。4周后行超聲心動圖、血流動力學和組織病理學檢查。結果 ①心電圖和組織病理學檢查證實，成功建立了大鼠急性心肌梗死模型，梗死面積40%~45%（平均42%）；②與假手術組比較，心肌梗死大鼠左室收縮末徑、左室舒張末徑和非梗死區增厚指數明顯增加（P<0．01），左室后壁、左室前壁、梗死區變薄指數、左室射血分數和左室短軸縮短率顯著降低（P<0．05，P<0．01）；③心肌梗死大鼠動脈收縮壓、舒張壓、左室收縮壓、左室內壓最大上升和下降速率均低于假手術組（P<0．01），心率和左心室舒張末壓高于假手術組（P<0．01）；④兩組大鼠左、右心室實際和相對重量以及膠原容積積分之間的差異有統計學意義（P<0．01）。結論 本文建立心肌梗死動物模型的方法操作簡單、重復性好、結果可信。

【關鍵詞】 冠狀動脈；心肌梗死；模型動物；大鼠

お

Establishment and assessment of a rat experimental model of acute myocardial infarction

LEI Juan，WU Wei，XUE Sheng-neng，et al.Department of Cardiology，the Second Affiliated Hospital，Sun Yat-sen University，Guangzhou City Guangdong 510120，China

【Abstract】 Objective To develop a steady and reproducible myocardial infarction(MI) model in rats.Methods SD rats were anaesthetized with ketamine.After linking with respiration machine，left anterior decending coronary artery was ligated.Echocardiogram，haemodynamics and histopathology were done four weeks after ligation.Results ①The model of MI was established successfully and proved by electrocardiogram and histopathology.Infarct sizes were 40%~45%(average 42%).②Compared with sham operation group，MI rats had higher left ventricular systolic diameter，left ventricular diastolic diameter and non-infarcted region thickening index (P<0．01)，and lower posterior wall diameter，anterior wall diameter，infarcted region thinningz index，left ventricular ejection fraction and fractional shortening (P<0．05，P<0．01).③Systolic blood pressure，diastolic blood pressure，left ventricular systolic pressure and the maximum rising and dropping rates of left ventricular pressure decreased，while heart rate and left ventricular end-diastolic pressure increased after MI.④There were significant differences in left ventricular actual weight，right ventricular actual weight，left ventricular relative weight，right ventricular relative weight and collagen volume fraction between sham operation group and MI rats (P<0．01).Conclusion This experiment provided an easy way to establich the MI model，which was reproducible and credible.

【Key words】 Coronary artery;Myocardial infarction;Modelanimal;Rats

心肌梗死（myocardial infarction，MI）是21世紀醫學亟待解決的難題之一^[1]。由于MI的許多病理生理資料難以從臨床研究中獲得，其防治上的進展有賴于基礎研究上的突破。MI動物模型的建立是開展基礎研究的第一步，它對于研究人類MI的病理生理變化、心電生理改變以及評價各種治療方法具有重大價值。結扎左前降支制作MI模型，是一個被廣泛接受近于成熟的動物實驗模型。但隨著實驗技術的發展，它的一些操作步驟、評價指標等方面仍需進一步改進。本實驗在傳統方法的基礎上作了相應的改進，以SD大鼠為實驗對象建立MI動物模型，方法操作簡單、模型成功率高、重復性好，為下一步的實驗研究奠定了基礎。

1 對象與方法

1．1 研究對象 清潔級雄性Spreague-Dawley（SD）大鼠20只，體質量250~300 g（275±15．3）g，由廣州中醫藥大學實驗動物中心提供。隨機分為假手術組和心肌梗死組。

1．2 研究方法

1．2．1 MI模型的建立^[2-3]氯胺酮（75 mg/kg）腹腔注射麻醉，經口人工呼吸（導管置于大鼠的舌體與上頜之間），連接小動物呼吸機予以正壓通氣，潮氣量3~5 ml/100 g，呼吸頻率60次/min，吸呼比1C∶C1。左側胸部備皮，消毒手術區域，經胸骨左緣第4肋間開胸，鈍性分離肌肉，以眼科開瞼器撐開肋間肌切口，暴露心臟，剪開心包，于肺動脈圓錐與左心耳之間距主動脈根部2~3 mm處，用7-0眼科無創縫合針，穿過前降支深部連同一小束心肌一并結扎。根據心電圖和心肌組織顏色確定冠脈結扎成功。逐層縫合胸壁，自主呼吸恢復后拔出通氣導管。大鼠清醒后送動物房飼養，規律照明，自由進食和飲水。術后連續3 d予以青霉素40萬U腹腔注射以預防感染。假手術對照組除不結扎冠狀動脈外，其余步驟相同。

1．2．2 超聲心動圖檢查^[4]3%戊巴比妥鈉（45 mg/kg）腹腔注射麻醉，用Philips Sonos 5500型多功能超聲診斷儀（S12探頭，頻率5~12 MHz），在胸骨旁以二維超聲和M型超聲測量左室收縮末徑（LVSd）、左室舒張末徑（LVDd）、舒張期左室后壁厚度（PWd）、舒張期左室前壁厚度（AWd，MI組為梗死區室壁厚度）、左室射血分數（LVEF）和短軸縮短率（FS），分別計算梗死區變薄指數（BBZS，即舒張期左室前壁厚度/后壁厚度）和非梗死區增厚指數（ZHZS，即舒張期左室后壁厚度/前壁厚度）。所有參數均在3個連續的心動周期中進行測量并取平均值。

1．2．3 血流動力學檢查^[5]3%戊巴比妥鈉（45 mg/kg）腹腔注射麻醉，氣管切開插管，保持呼吸道通暢。分離右側頸總動脈，插入2F聚乙烯導管，0．3%肝素生理鹽水抗凝，將壓力傳感器與BL-420E生物信號采集與處理系統連接，測量并記錄頸總動脈收縮壓（SBP）和舒張壓（DBP），向前推送導管至左心室測量左室收縮壓（LVSP）、左室舒張末壓（LVEDP）、左室內壓最大上升和下降速率（±dp/dt_max）等參數。

1．2．4 組織病理學檢查 各項檢查完成后，經股靜脈注入10%KCl 2 ml，使心臟停搏于舒張期，迅速取出心臟，PBS液洗去血液，濾紙洗凈水分后用電子天平（精確到0．1 mg）分別稱取左、右心室實際重量（LVAW、RVAW），計算其與體質量（BW）的比值，得到左、右心室相對重量（LVRW、RVRW）。將心臟從心尖到心底沿長軸橫切4等分，4%多聚甲醛固定24 h后分別石蠟包埋。各取一張5 μm的病理切片作HE染色。用HPIAS彩色病理圖文分析系統測量每張切片的心內膜緣總長及心梗部位心內膜緣長度，計算梗死面積^[6]。組織切片常規Masson染色，隨機選取4個不含血管視野，用Image Pro Plus5．0圖像分析軟件計算膠原容積積分（collagen volume fraction，CVF）^[7]。

1．2．5 統計學方法 數據以均值±標準差（x±s）表示，兩組間均數的比較采用t檢驗，以P<0．05為差異有統計學意義。

2 結果

2．1 大鼠生存情況 MI組大鼠14只，術中死于心室顫動和心跳呼吸驟停4只，術后1周死亡1只（心力衰竭），存活4周大鼠共9只，存活率為64．3%。6只假手術組大鼠全部存活。

2．2 MI復制成功的證據

2．2．1 大鼠一般情況 冠脈結扎術后大鼠精神萎靡呈蜷縮狀、活動較少、呼吸淺促、抓起時反抗較輕，毛發枯槁呈黃白色、多見倒豎，進食量明顯減少；同期假手術組大鼠術后1 d即恢復至術前的食欲和運動量，毛發平滑而有光澤。

2．2．2 心電圖 冠脈結扎即刻，縫線下方心肌色澤變白，局部心肌運動減弱，心電圖提示肢導聯R波振幅明顯升高，ST段弓背向上抬高0．2 mV以上。結果見圖1。

2．2．3 心肌組織HE染色 假手術大鼠心肌細胞橫紋及閏盤清晰，纖維結構清楚、排列整齊、無炎癥細胞浸潤；冠脈結扎術后4周非梗死區心肌細胞代償性肥大，纖維組織增生、排列紊亂、炎癥細胞浸潤明顯，部分心肌細胞肌漿嗜伊紅性增強。結果見圖2。測量所得MI組大鼠的梗死面積在40%~45%之間（平均42%）。

2．2．4 心肌組織Masson染色 假手術組心肌組織膠原纖維少，無條索狀及融合的膠原纖維；MI組左室非梗死區膠原纖維顯著增多，呈條索狀，分割包繞心肌束、部分膠原纖維融合。結果見圖3。

2．3 超聲心動圖檢查 與假手術組比較，MI大鼠LVSd、LVDd和ZHZS明顯增加（P<0．01），PWd、AWd、BBZS、LVEF和FS明顯降低（P<0．05，P<0．01），結果見表1。

2．4 血流動力學檢查 與假手術組比較，MI大鼠SBP、DBP、LVSP、±dp/dt_max均顯著降低（P<0．01），HR和LVEDP顯著增加（P<0．01），結果見表2。

2．5 心室重構指標 與假手術組比較，MI大鼠左、右心室實際和相對重量以及CVF均明顯增加（P<0．01），結果見表3。

3 討論

MI動物模型的制作有多種方法，各有利弊，也因人而異。早期國外多采用Johns法^[8]，即在自主呼吸條件下，不用呼吸機支持，迅速開胸擠出心臟行冠狀動脈結扎。這種方法需要在極短的時間內完成操作，技術要求高，難度大，難以掌握；而且由于心臟移位，容易導致血流動力學紊亂和心律失常等并發癥；開胸后小動物呼吸無法得到保證，因而手術死亡率極高。此后Fisbein^[9]和Pfeffer^[10]在Johns法的基礎上略加改進，應用小動物呼吸機維持呼吸，明顯提高了手術的成活率。目前常用的氣道建立方法有：氣管切開、經口氣管插管、經口人工呼吸（導管置于大鼠的舌體與上頜之間）、面罩呼吸等。氣管切開法雖然操作容易，但術后呼吸道并發癥多，大鼠難以長期存活。經口氣管插管相對較難，技巧性大，需要有麻醉插管經驗，如果不熟練，一次插管不成功，反復操作刺激大鼠喉部，易使其喉部粘膜水腫，氣道分泌物增加，導致氣道阻塞甚至窒息死亡^[11]。

本實驗在小動物呼吸機支持下，經口人工呼吸（導管置于大鼠的舌體與上頜之間），操作簡便，且可在開胸后為冠狀動脈結扎贏得較長時間，術后呼吸道并發癥少。經口人工呼吸中，氣體經口腔進入胃腸是常見的問題，但不影響動物存活。人工呼吸前采用小腹帶繃扎腹部，可明顯減少氣體進入胃腸。與此同時本實驗以眼科開瞼器充分撐開肋間肌切口，不但手術視野清晰，易于操作，而且避免心臟移位和血流動力學紊亂，明顯減小心臟損傷和心律失常等的發生。準確結扎是MI模型制作成功的關鍵。本實驗以左心耳和肺動脈圓錐為標志，在距主動脈根部2~3 mm處結扎冠狀動脈，定位準確，重復性好。熟練后從開胸至縫合整個過程可在1 min內完成，結扎成功率高，術后存活率也高。造模4周后，大鼠心臟左室前壁可見瘢痕組織，超聲心動圖示梗死區心肌運動減弱，非梗死區心肌、室間膈和右室明顯肥厚，左室腔擴張。HE染色和Masson染色示非梗死區纖維組織增生、排列紊亂、伴有大量炎癥細胞浸潤。血流動力學檢查示左室收縮和舒張功能下降。提示MI動物模型建立成功。試驗中MI組各大鼠的梗死面積在40%~45%之間（平均42%），表明實驗均一性良好。

MI模型制備過程中存在麻醉、氣道建立、呼吸機參數調節、冠狀動脈結扎等易導致造模失敗或大鼠死亡的因素。為了提高模型制造的成功率及大鼠的存活率，本實驗注意做到以下幾點，供讀者參考：①嚴格稱重，準確計算麻醉藥量；②術中保證良好的人工呼吸；③正確選擇開胸位置，以眼科開瞼器充分暴露胸腔，使手術視野清晰；④結扎部位準確，進針深度適當；⑤術中避免肺損傷，術后恢復胸腔負壓；⑥盡量縮短手術時間；⑦良好的術后保暖和護理；⑧術后嚴密觀察及時處理嚴重的心律失常。

參 考 文 獻

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