在现代医学发展的征程中,实验动物始终是不可或缺的重要伙伴。其中,猪凭借与人类高度相似的生理特征和解剖结构,逐渐成为生物医学研究,尤其是心脏介入手术研究中的高频使用动物。猪的心脏在冠状循环和血流动力学方面与人类心脏非常相似,提供了从人类医疗设施实施方法和设备的便利性。对猪心血管系统的解剖和生理学有全面的理解应关注猪与人类之间的差异以及相似之处。理解这些差异和相似之处对于正确外推数据和满足社会对生物医学研究中动物伦理使用的社会需求至关重要。在过去的几十年中,猪逐渐取代了犬,部分原因是犬和人类冠状动脉解剖结构存在显著差异,部分原因是社会对在生物医学研究中使用犬类的抵制和担忧。
20 至 30 公斤的猪常用于心血管研究,这类猪的心脏重量与体重的比例(5 克/公斤)与成年人类相同。需要注意的是,这类幼年动物的心脏重量与体重比例明显高于成年猪(2.5 至 2.9 克/公斤)。成年狗的心脏重量与体重比例约为 7 克/公斤,而成年羊约为 3 克/公斤。
猪在心脏介入手术研究中脱颖而出,其优势体现在多个维度,不仅为医学研究提供了可靠的对象,还加速了相关技术的发展。
1. 生理结构契合:猪的心脏构造与人类高度相似,同样具备四个腔室,心肌细胞电生理特性也相近,这使得在模拟心脏介入手术时,能更真实地反映人体情况。而且,猪的心率处于 60 – 120 次 / 分钟,与人类 60 – 100 次 / 分钟的心率范围接近,在血液循环系统方面,猪的动脉和静脉分布走向也与人类有诸多可比之处,为研究人员开展心血管疾病研究和介入手术实验创造了有利条件 。
2. 疾病模拟精准:动脉粥样硬化、心肌梗死等常见的人类心血管疾病,都能在猪身上进行模拟,且猪对这些疾病的病理反应和人类较为相似。例如在研发新型可降解冠状动脉支架时,研究人员以猪为实验对象,成功模拟人类冠状动脉疾病,通过手术植入支架并观察其效果,测试新型器械和治疗方法的有效性与安全性,使研究成果能更好地转化到人类临床治疗中。
3. 手术操作便利:猪的体型适中,其外周血管如股动脉、颈动脉等,管径大小和血管壁结构与人类相近,便于研究人员进行血管穿刺、导管插入等心脏介入手术操作。术后,借助超声心动图、血管内超声等技术,还能详细记录猪心脏功能变化,为分析手术效果和器械性能提供丰富的数据支持,有助于优化手术流程和器械设计。
4. 繁殖饲养优势:猪的繁殖能力强,生长周期相对较短,能够快速供应大量实验所需个体。在饲养方面,猪对环境适应能力良好,便于大规模养殖,满足医学研究对实验动物数量的需求,保证心脏介入手术相关研究得以持续稳定地开展。
5. 伦理与成本平衡:相较于灵长类动物和伴侣动物,使用猪作为实验动物在伦理争议上相对较小,同时养殖和实验成本也更低。在遵循严格的实验动物伦理准则,保障猪福利的前提下,能以相对合理的资源投入获得可靠的研究数据,推动心脏介入手术技术的进步。
猪心和人心脏在结构上具有极高的相似性,包括四腔排列和四个瓣膜的存在。然而,在心脏的形状和位置以及主要血管的位置上存在一些显著的解剖学差异。
相同:
a.四腔结构:猪心和人心脏都由两个心房(左心房和右心房)和两个心室(左心室和右心室)组成。
b.四个瓣膜:两者都有三尖瓣、肺动脉瓣、二尖瓣(主动脉瓣)和主动脉瓣,这些瓣膜调节血液通过心脏的流动。
c.冠状循环:两者的心脏都有类似的冠状动脉系统,负责向心脏肌肉本身供应血液和氧气。
d.血流路径:猪和人的心脏中血液流动的基本路径相同:脱氧血液进入右心房,然后流向右心室,再进入肺部进行氧合,随后返回左心房,最后通过主动脉输送到全身。
差异:
a.心脏形状与位置:猪的心脏具有典型的“心脏”形状,而人的内心则更呈梯形。猪的心尖也比人类更居中。这些差异与它们各自的姿势有关(猪为蹄行式,人类为直立式)。
b.上(前)、下(后)腔静脉开口:在猪中,上、下腔静脉以直角开口进入右心房,而在人类中,它们则是直接开口。猪的上腔静脉和下腔静脉在接近 90°的角度汇入右心房,而人类的上腔静脉和下腔静脉则是成一直线汇入的。
c.心尖位置:猪心脏的尖端位于胸骨后中线上,几乎完全由左心室组织构成,而人类心脏的尖端位于左侧,并且包含右心室和左心室的组织。
d.冠状窦口:猪的右冠状动脉开口和左冠状动脉开口在主动脉根部的角度为 90°,而人类的这两个开口角度通常为 120-140°。
e.心脏大小:相对于体型,猪的心脏比人类的心脏小,但它们的心脏大小仍然与人类的心脏相似。
参考资料:
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2.猪解剖学与组织学彩色图谱/陈耀星,王子旭著.-北京:北京科学技术出版社,2018.5
3.M.Minchael Swindle,Alison C.Smith.Swine in the laboratory.Third edition.2016
4.Paul A. Iaizzo.Handbook of Cardiac Anatomy, Physiology,and Devices.Third Edition.2015
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