董國(guó)菊, 劉劍剛, 官 杰

(1. 中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院西苑醫(yī)院心血管病科, 中國(guó)中醫(yī)科學(xué)院心血管病研究所, 北京 100091;2. 青島市海慈醫(yī)療集團(tuán), 青島266033; 3. 天津中醫(yī)藥大學(xué), 天津 300193)

心力衰竭(heart failure，HF)是多種心血管疾病的終末階段，且發(fā)病率高而且預(yù)后差，是慢性心血管疾病防治的重要內(nèi)容。2016年歐洲心臟病學(xué)會(huì)(ESC)最新的HF指南將HF分為3種類型[1]: 射血分?jǐn)?shù)減低HF(heart failure with reduced ejection fraction，HFrEF，LVEF＜40%)、射血分?jǐn)?shù)保留HF(heart failure with preserved ejection fraction，HFpEF，EF≥50%)和射血分?jǐn)?shù)中間值的HF(heart failure with midrange ejection fraction, HFmrEF, LVEF 40%～49%)。流行病學(xué)研究[2]發(fā)現(xiàn)，HFpEF發(fā)病率逐年上升，病死率與HFrEF相當(dāng)，但患者的生活質(zhì)量受損更加明顯。HF流行病學(xué)研究[3,4]結(jié)果顯示，我國(guó)心血管病患病人數(shù)處于持續(xù)上升階段，HFpEF占HF總數(shù)的半數(shù)以上，是目前老年人的主要HF類型。最為棘手的是，治療HFrEF的臨床方案并不適合HFpEF，目前為止尚無(wú)一種藥物治療證實(shí)可降低HFpEF的發(fā)病率和病死率，所以HFpEF已經(jīng)成為心血管疾病防治領(lǐng)域的社會(huì)公共難題, 使HF的防治工作顯得愈發(fā)任重而道遠(yuǎn)。

研發(fā)防治HFpEF的新藥，重點(diǎn)是改善患者的預(yù)后。目前，闡釋藥物的藥效藥理及藥代學(xué)特點(diǎn)，亟需建立能夠反映HFpEF的發(fā)病機(jī)制、病理特點(diǎn)的動(dòng)物模型。HFpEF是一個(gè)與年齡、高血壓、糖尿病和血脂代謝異常等多種危險(xiǎn)因素和臨床疾病相關(guān)的復(fù)雜臨床綜合征，如何構(gòu)建與臨床發(fā)病特點(diǎn)相似的模型是目前研究的方向和重點(diǎn)。不同的造模方法不僅存在技術(shù)和設(shè)備要求、造模時(shí)間和經(jīng)濟(jì)投入等差別，更重要的是會(huì)存在不同的心肌結(jié)構(gòu)和功能的損傷，影響和評(píng)價(jià)治療的效果、策略及作用靶點(diǎn)。為了更好地了解和研究HFpEF，茲將近年來(lái)有關(guān)HFpEF的動(dòng)物模型制作及病理生理特點(diǎn)進(jìn)行綜述。

1 壓力負(fù)荷型HFpEF模型

壓力負(fù)荷型HFpEF模型是指HF的形成是由于心臟壓力超負(fù)荷所致。主要表現(xiàn)在使心臟后負(fù)荷增加，心肌收縮增加，心肌細(xì)胞增殖、肥大，逐漸纖維化，最終導(dǎo)致心肌細(xì)胞舒張功能減低。目前常見的壓力性HFpEF模型有以下幾種。

1.1 Dahl-鹽敏感大鼠

DiNicolantonio等[5]研究表明，攝入過量食鹽能引起高血壓及與其相關(guān)的并發(fā)癥，如舒張性HF，而控制高血壓可有效降低發(fā)生HF的危險(xiǎn)。李欣春等[6]將Dahl鹽敏感性大鼠給予 8% NaCl 高鹽飼料喂養(yǎng)20周，觀察大鼠行為及體征，檢測(cè)大鼠血壓、血清氨基末端腦鈉肽前體(N-terminal pro-brain natriuretic peptide, NT-proBNP)含量, 彩色超聲多普勒檢測(cè)大鼠左室射血分?jǐn)?shù)(left ventricular ejection fraction, LVEF)及電子顯微鏡觀察心肌組織以及腎臟組織的超微結(jié)構(gòu)等，結(jié)果顯示，高鹽飼養(yǎng)的Dahl 鹽敏感性大鼠血壓持續(xù)上升，最高可達(dá)250 mmHg，血清NT-proBNP水平升高，但是LVEF一直在50%以上。提示此種模型可較好地模擬正常大鼠繼發(fā)高血壓病進(jìn)而發(fā)展成HFpEF模型的過程。Dahl鹽敏感性高血壓大鼠是遺傳性高血壓大鼠的品系之一，通過增加心臟后負(fù)荷使左心室舒張功能減退而逐漸形成HFpEF模型，該模型無(wú)需進(jìn)行手術(shù)和專門給藥，只需在其生長(zhǎng)過程中給予鹽即可成為高血壓HF模型[7]。

1.2 主動(dòng)脈縮窄法

通過縮窄主動(dòng)脈，使主動(dòng)脈壓力升高而增加心臟后負(fù)荷，從而引起心肌逐漸肥厚、重構(gòu)，最終心肌舒張功能逐漸減退而造成HFpEF。根據(jù)縮窄動(dòng)脈的位置不同可以分為主動(dòng)脈弓縮窄和腹主動(dòng)脈縮窄。主動(dòng)脈弓縮窄手術(shù)多采取頸部進(jìn)入，需在全身麻醉支持下借助呼吸機(jī)輔助呼吸，進(jìn)而縮窄主動(dòng)脈弓。這種模型制作方法，動(dòng)物死亡率較高，術(shù)者須有比較豐富的經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)支撐。腹主動(dòng)脈縮窄手術(shù)多實(shí)施腹部入路，雖然術(shù)后也容易出現(xiàn)感染死亡，但死亡率相對(duì)較低。主動(dòng)脈弓縮窄法制作HFpEF模型一般至少要4周左右成模時(shí)間[8]，而腹主動(dòng)脈縮窄法則需要更長(zhǎng)的成模時(shí)間，至少6周左右心臟超聲才能表現(xiàn)出HFpEF相關(guān)特征[9]。這兩個(gè)模型也是通過增加心臟后壓力負(fù)荷導(dǎo)致心室肥厚，心臟舒張功能減退，在8周之內(nèi)都是以HFpEF為主，隨著時(shí)間進(jìn)展，有可能發(fā)展成為終末期的HFrEF。

1.3 自發(fā)性高血壓大鼠模型

自發(fā)性高血壓大鼠(spontaneously hypertensive rat, SHR)的高血壓發(fā)生率高, 5周齡時(shí)血壓開始升高, 并持續(xù)上升, 到10周齡時(shí)血壓可達(dá)180 mmHg,16周齡時(shí)高血壓的相關(guān)并發(fā)癥已經(jīng)形成，收縮壓在160 mmHg以上。隨著血壓升高，SHR外周血管阻力持續(xù)增加，心肌細(xì)胞逐漸肥大，出現(xiàn)了與人類高血壓患者相似的并發(fā)癥即心、腦、腎的相關(guān)損害。SHR模型的發(fā)病機(jī)制、心血管并發(fā)癥及外周血管阻力變化等都與人類高血壓患者相似，是目前國(guó)際公認(rèn)最接近于人類原發(fā)性高血壓的動(dòng)物模型[10]。但是該模型動(dòng)物價(jià)格較貴，飼養(yǎng)條件要求高，而且成模時(shí)間長(zhǎng)，4月齡左右心臟超聲方能出現(xiàn)HFpEF的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。

1.4 繼發(fā)性高血壓大鼠模型

通過造模使腎動(dòng)脈狹窄引起繼發(fā)性高血壓，也可以引起與SHR類似的HFpEF模型。

1.4.1 單腎單夾腎血管性高血壓HFpEF模型 該模型是通過切除一側(cè)腎臟，對(duì)對(duì)側(cè)腎動(dòng)脈進(jìn)行縮窄術(shù)造成繼發(fā)性高血壓，從而逐漸發(fā)展為HFpEF模型。該模型一般多選取雄性大鼠，采用戊巴比妥鈉麻醉，文獻(xiàn)報(bào)道多用銀夾縮窄一側(cè)腎動(dòng)脈直徑(也有用絲線結(jié)扎)。其血壓升高的機(jī)制主要是血管緊張素系統(tǒng)激活以及交感神經(jīng)活性增高，然后引起心肌細(xì)胞肥大、增殖及心室重構(gòu), 從而造成HFpEF模型[11]。但是這類模型手術(shù)成功率低，死亡率高，限制了研究應(yīng)用，目前已經(jīng)較少使用。

1.4.2 兩腎一夾型腎血管性高血壓HFpEF模型該模型是通過銀夾狹窄一側(cè)腎動(dòng)脈，造成該側(cè)腎臟缺血，而另一側(cè)腎臟不觸及，也多選擇雄性大鼠，戊巴比妥鈉腹腔注射麻醉。其血壓升高的機(jī)制主要是由于腎臟缺血而造成腎素增多，腎素-血管緊張素系統(tǒng)激活所致[12]。相比單腎單夾腎血管性高血壓HFpEF模型，該模型造模更簡(jiǎn)單，成功率更高，且與人類高血壓病理過程具有相似性，是目前常用的經(jīng)典高血壓動(dòng)物模型，也是目前研發(fā)HFpEF藥物選用較多的一種模型。

1.4.3 雙腎雙夾型腎血管高血壓HFpEF模型 該模型用銀夾狹窄雙側(cè)腎動(dòng)脈，造成雙側(cè)腎臟缺血。通常選用雄性大鼠，戊巴比妥鈉腹腔注射麻醉，自制環(huán)形銀夾分別鉗夾雙側(cè)腎動(dòng)脈起始部，術(shù)后腹腔注射少量青霉素預(yù)防感染。該模型會(huì)持續(xù)激活腎素-血管緊張素系統(tǒng)，一方面直接收縮血管，另一方面增加交感神經(jīng)遞質(zhì)的釋放及醛固酮和內(nèi)皮素等活性物質(zhì)的釋放，以腦血管硬化和心臟肥厚為主要特點(diǎn)，腎無(wú)嚴(yán)重結(jié)構(gòu)和功能損害。與單腎單夾、雙腎單夾法的高血壓大鼠相比，雙腎雙夾腎血管性高血壓大鼠血壓峰值高且穩(wěn)定，術(shù)后2周血壓急驟上升，血壓走勢(shì)與SHR趨于一致，隨觀察時(shí)間延長(zhǎng)，血壓水平繼續(xù)穩(wěn)步升高，與人類高血壓病的血壓演變過程基本一致。與SHR相比，雙腎雙夾腎血管大鼠具有價(jià)格便宜、飼養(yǎng)容易、模型復(fù)制方法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)。該模型是我國(guó)首創(chuàng)的高血壓大鼠模型，目前正在國(guó)內(nèi)推廣使用，并逐漸被國(guó)外專家認(rèn)可[13]。

1.5 肺動(dòng)脈高壓型HFpEF模型

Meng 等[14]認(rèn)為HFpEF不僅與左室舒張功能不全有關(guān)，也常常繼發(fā)于臨床代謝綜合征，肺動(dòng)脈高壓同樣是引起HFpEF的常見臨床病因。迄今為止，人們之所以缺乏有效方法治療HFpEF，主要?dú)w咎于缺乏有效的動(dòng)物模型。通過對(duì)36個(gè)品系小鼠進(jìn)行高脂飼料的造模篩選, 最終發(fā)現(xiàn)AKR/J，NON/shiLtJ和 WSB/EiJ小鼠在高脂飼料喂養(yǎng)下更容易發(fā)展為肺動(dòng)脈高血壓導(dǎo)致的HFpEF，尤其AKR/J小鼠, 造?？芍貜?fù)性好, 通過連續(xù)20周的高脂飼料喂養(yǎng)，AKR/J小鼠會(huì)出現(xiàn)肺動(dòng)脈壓升高，右室收縮壓升高，左室舒張末壓升高，進(jìn)而出現(xiàn)左室和右室肥厚, 同時(shí)合并糖耐量異常, 是一種理想的、安全有效的肺動(dòng)脈高壓型HFpEF模型。

Wallner 等[15]等建立了一種貓科動(dòng)物肺動(dòng)脈高壓導(dǎo)致的HFpEF模型。選擇家養(yǎng)雄性短毛貓，采用傳統(tǒng)方法結(jié)扎縮窄主動(dòng)脈，通過4個(gè)月緩慢持續(xù)的壓力負(fù)荷，模型逐漸出現(xiàn)左房擴(kuò)大，向心性左室肥厚，并最終出現(xiàn)肺動(dòng)脈高壓和左室主張功能減退的HFpEF模型。

2 缺血型HFpEF模型

慢性心肌缺血是由于高血壓、高血脂、高血糖、吸煙等因素造成冠狀動(dòng)脈狹窄或者堵塞，進(jìn)而逐漸導(dǎo)致心肌缺血，缺血性HFpEF模型更適合研究冠心病慢性心肌缺血引起的缺血性心肌病的病理生理過程。造模方法主要有冠狀動(dòng)脈外慢性收縮法、冠狀動(dòng)脈內(nèi)慢性狹窄法以及藥物法。

2.1 冠狀動(dòng)脈外慢性收縮

又稱Ameroid縮窄環(huán)模型，是目前應(yīng)用比較廣泛的慢性心肌缺血模型，通常使用大型動(dòng)物如豬、犬等，此模型的縮窄環(huán)由酪蛋白吸濕物制成，外包鋼制套環(huán)，通常置于冠狀動(dòng)脈左回旋支，吸濕物會(huì)吸收組織液并向內(nèi)膨脹，在壓迫動(dòng)脈2～4周后會(huì)完全堵塞冠狀動(dòng)脈。這類模型通常需要選擇中、大型動(dòng)物，經(jīng)濟(jì)造價(jià)高，且造模死亡率較高，缺血面積大的往往發(fā)展為射血分?jǐn)?shù)減低的心衰模型，并且缺血面積與選擇的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有關(guān)[16]。

2.2 冠狀動(dòng)脈內(nèi)慢性狹窄

冠狀動(dòng)脈內(nèi)慢性狹窄是通過微創(chuàng)介入方法，經(jīng)冠狀動(dòng)脈左前降支植入栓塞物或可機(jī)械性損傷血管內(nèi)膜的球囊，隨植入時(shí)間延長(zhǎng)可栓塞冠狀動(dòng)脈或因損傷導(dǎo)致血管平滑肌細(xì)胞遷移致血管狹窄，引起心肌慢性缺血性改變，從而導(dǎo)致心肌損傷[17]。一種方法是經(jīng)導(dǎo)管在冠狀動(dòng)脈前降支內(nèi)注入微栓塞球栓塞冠狀動(dòng)脈[18], 并不造成明顯的心肌梗死，而是以慢性缺血為主, 從而形成HFpEF模型。后又有學(xué)者[19]對(duì)這種方法進(jìn)行了改良，夾閉主動(dòng)脈后經(jīng)左心室內(nèi)注射月桂酸鈉達(dá)冠狀動(dòng)脈，造成冠狀動(dòng)脈微栓塞心肌缺血模型。與傳統(tǒng)微球栓塞相比，所形成的微血栓中不但有血小板的聚集及纖維蛋白水平的升高，而且還伴有內(nèi)皮損傷及較嚴(yán)重的炎癥細(xì)胞浸潤(rùn); 二者所形成的微梗死灶皆為鍥形呈局灶性分布，但月桂酸鈉組梗死部位炎癥反應(yīng)較重，在病理發(fā)病機(jī)制上比較貼近于臨床。月桂酸鈉構(gòu)建的大鼠冠狀動(dòng)脈微栓塞模型，最佳劑量和時(shí)間點(diǎn)分別為 200 μg和3 h。冠狀動(dòng)脈內(nèi)栓塞造模的這種操作往往需要在豬等大動(dòng)物身上進(jìn)行，操作復(fù)雜，條件要求高且費(fèi)用昂貴。

2.3 異丙腎上腺素法

異丙腎上腺素是β受體興奮劑, 可以使心率加快，心臟收縮增強(qiáng)，心肌耗氧及心臟負(fù)荷增加，導(dǎo)致心肌相對(duì)缺血缺氧而出現(xiàn)心臟功能衰竭[20]。徐為民等[21]用10 mg/kg鹽酸異丙腎上腺素每日腹部皮下注射，至3周時(shí)，小鼠由于心率加快，心肌強(qiáng)烈收縮，出現(xiàn)心肌缺血而導(dǎo)致的心肌細(xì)胞壞死及纖維化，繼而出現(xiàn)心臟功能衰竭。該模型可操作性強(qiáng)，小動(dòng)物也可以進(jìn)行造模，需要的造模周期也較短，一般3～4周即可。但是該種動(dòng)物模型穩(wěn)定性差，與異丙腎上腺素的劑量有關(guān)，其壞死面積為小灶性壞死或者融合壞死，不能精確定位梗死區(qū)域，和臨床的心肌梗死有一定差異。

3 復(fù)合型HFpEF模型

高血壓、血脂代謝異常、糖尿病、冠心病、左室舒張功能不全、心律失常等都與HFpEF的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)，故臨床上HFpEF往往與多種臨床并發(fā)癥共存，故復(fù)合了糖尿病、血脂異常、高血壓等多種病理機(jī)制的復(fù)合模型更能模擬臨床HFpEF的發(fā)病過程。

3.1 高血壓合并高脂血癥

高脂飼料通常是在基礎(chǔ)飼料上添加豬油、膽固醇、膽酸鈉等，長(zhǎng)時(shí)間喂食后會(huì)使動(dòng)物血脂升高，血管狹窄，血液流動(dòng)減慢，此種方法比較接近人類因缺少運(yùn)動(dòng)、嗜食肥甘厚味等罹患的慢性心肌缺血。但是單純高脂飼料喂養(yǎng)不足以造成HFpEF模型，故常聯(lián)合其他因素造成復(fù)合模型。高血壓合并高脂血癥模型即是以高脂飼料喂養(yǎng)SHR，構(gòu)建高血壓合并高脂血癥大鼠HFpEF模型，為高血壓合并高脂血癥引起的HFpEF提供藥理和藥效及發(fā)病機(jī)理的相關(guān)研究。對(duì)SHR大鼠連續(xù)高脂飼料喂養(yǎng)23周后，血脂水平紊亂明顯，心肌細(xì)胞肥厚明顯，腎組織小葉間動(dòng)脈血管壁顯著性重構(gòu)，提示SHR合并高脂飲食更能模擬人類高血壓合并高脂血癥的臨床表現(xiàn)，有望廣泛用于HFpEF的相關(guān)研究。但是與單純的SHR相比，該模型更符合臨床發(fā)病特點(diǎn)，但是和SHR一樣，造模費(fèi)用高，歷時(shí)長(zhǎng)[22]。

3.2 高脂血癥聯(lián)合異丙腎上腺素

聯(lián)合高脂飼料喂養(yǎng)和異丙腎上腺素皮下注射的方法制造HFpEF模型。先每日給予大鼠高脂飼料(3.5%膽固醇、10%豬油，0.2%丙硫氧嘧啶、0.5%膽酸鈉、5%白糖、80.8%基礎(chǔ)飼料)喂養(yǎng)，8周后皮下注射異丙腎上腺素4 mg/kg，對(duì)照組給予等容量的生理鹽水，連續(xù) 3 次，每間隔24 h，誘發(fā)冠狀動(dòng)脈痙攣心肌缺血[23]。這種復(fù)合模型成本低，造模時(shí)間比單一因素時(shí)間短，與臨床發(fā)病更有相似性。

3.3 高血壓合并糖尿病

Bonow等[24]發(fā)現(xiàn)左室HFpEF中53%～60%為高血壓性心臟病， 20%～26%為冠心病，10%為肥厚性心肌病。 以上數(shù)據(jù)證明高血壓是引起左室DHF 的常見病因之一。 糖尿病性心肌病(DCM)是糖尿病的重要慢性并發(fā)癥之一，其核心病理改變是心肌間質(zhì)纖維化，主要表現(xiàn)為心肌細(xì)胞外基質(zhì)堆積、心肌肥厚及心肌重構(gòu)[25]。DCM心臟順應(yīng)性降低，心臟收縮及舒張功能障礙，是糖尿病心臟病變導(dǎo)致HF的重要原因。

高血壓合并糖尿病模型即是結(jié)合2種危險(xiǎn)因素制造的HFpEF模型，更能貼近臨床發(fā)病特點(diǎn)。一般是在高血壓模型基礎(chǔ)上復(fù)合腹腔注射丁胺卡那霉素及鏈脲佐菌素作為造模要素。或先用二腎一夾的方法制作高血壓大鼠模型，再以尾靜脈注射鏈脲佐菌素(STZ，40 mg/kg)，制成高血壓糖尿病模型[26]。這種復(fù)合模型較單一的高血壓模型和糖尿病模型更能反映HFpEF的發(fā)病特點(diǎn)。

3.4 高血脂合并糖尿病

高糖高脂膳食基礎(chǔ)上聯(lián)合STZ誘導(dǎo)法。大鼠喂高糖高脂飼料 6 周后，按 30 mg/kg 劑量一次性腹腔注射STZ，72 h后尾靜脈取血測(cè)空腹血糖，大于 7.77 mmol/L者為造模成功，繼續(xù)喂養(yǎng)高糖高脂飼料 6 周，即可出現(xiàn)HFpEF的病理特點(diǎn)[27]。

3.5 高血壓合并抑郁

采用SHR模型, 同時(shí)結(jié)合力竭游泳(每周6次,每次游泳至耐力極限，即大鼠四肢劃動(dòng)無(wú)力，身體豎立，整個(gè)頭部浸入水中，10 s不能自行浮出水面為力竭，立即將大鼠撈出)、高脂飲食飼養(yǎng)等方法誘導(dǎo)建立高血壓HFpEF大鼠模型，連續(xù)造模12周，觀察其表現(xiàn)及相關(guān)生化指標(biāo)，探討HFpEF抑郁的生物學(xué)基礎(chǔ)。

4 結(jié)語(yǔ)

HFpEF和HFrEF 雖然有著相似的臨床表現(xiàn)，但其病理生理過程和治療方法卻不盡相同[28]，目前治療HFrEF的指南不適用于HFpEF的治療，HFrEF患者生存率已經(jīng)得到明顯改善, 而HFpEF的治療卻不盡如人意[29]。原因之一就是目前尚沒有公認(rèn)的能代表HFpEF臨床發(fā)病特點(diǎn)的模型出現(xiàn)。

通過對(duì)目前能在一定程度上反映HFpEF病理特點(diǎn)的模型進(jìn)行綜述，可以看到不同模型有不同的發(fā)病特點(diǎn)，不同模型有不同的造模周期，不同模型有不同的技術(shù)含量。雖然不同模型為研究不同側(cè)重點(diǎn)提供了更好的針對(duì)性，但是普適性的HFpEF模型更具有代表性。而復(fù)合模型將會(huì)是普適性HFpEF模型的主要發(fā)展方向, 通過聯(lián)合2～3種甚至是更多種因素共同導(dǎo)致的HFpEF模型將更加符合臨床HFpEF的發(fā)病特點(diǎn)，比如高血壓、高血脂合并高血糖，如果模型造模時(shí)間超過12周，基本也符合了高齡這一特點(diǎn)。除了模型的病因模擬，造模成功的關(guān)鍵評(píng)價(jià)指標(biāo)也需要規(guī)范，不僅EF要大于50%，同時(shí)要伴有左心室結(jié)構(gòu)的改變，比如左心室的肥厚、左心室舒張功能減退，同時(shí)伴有左心房的擴(kuò)大和/或左房壓力的升高，需要特別注意的是左心室的舒張末內(nèi)徑一般在正常范圍內(nèi)?？傊?，適合的HFpEF動(dòng)物模型需要不斷的摸索和探索，方能更加貼近臨床，為研發(fā)新藥做好堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。