实验动物大动物心室重构疾病模型制备：物种差异与介入手术技术

I. 心室重构模型制备概述与理论基础

A. 心室重构的病理生理学意义与模型需求

心室重构（Ventricular Remodeling, VR）是心脏在受到损伤或长期应激（例如心肌梗死、高血压、瓣膜疾病）后发生的一系列适应性或非适应性结构和功能变化。这些变化通常表现为心室壁的几何形态改变（如室壁增厚或变薄）、心腔扩张以及心肌细胞的肥大和纤维化，最终导致心室收缩和舒张功能下降，是心力衰竭（Heart Failure, HF）发病和进展的关键病理生理过程。

在心血管研究中，啮齿类动物（如大鼠 ¹）的心脏结构和血流动力学与人体存在显著差异，且其心肌梗死后常表现出快速的瘢痕形成和不同的重构模式。相比之下，大动物模型，尤其是猪和犬，由于其心脏大小、心肌细胞生理、血流动力学特征以及冠状动脉解剖结构与人类更为接近，被认为是研究慢性心力衰竭和心室重构动态过程的理想选择 ²。

B. 介入技术在VR模型制备中的核心地位

心室重构模型的制备方法主要包括外科手术和介入技术。虽然外科冠状动脉结扎法在某些研究中具有 100% 的成功率，但其创伤大、术后恢复慢，且可能难以实现亚致死性损伤，限制了动物的长期存活 ¹。

介入技术，尤其是经皮冠状动脉介入操作，能够实现微创、可控且重复性高的损伤，从而允许动物长期存活，以观察慢性心室重构和心力衰竭的进展 ²。介入技术主要用于两种核心机制的模型制备：一是通过冠状动脉栓塞制造缺血性重构（心肌梗死），二是通过植入起搏器进行快速起搏制造非缺血性重构（扩张型心肌病，DCM）。因此，对介入手术的精准掌握是制备高质量、可重复的VR大动物模型的关键。

II. 实验动物选择的比较与论证：不同动物的差异分析

大动物模型的选择并非随机，而是由目标疾病的潜在病理机制决定的。猪和犬作为最常用的实验大动物，在VR模型制备中各具优势和局限性。

A. 猪模型：缺血性VR模型的首选

猪模型的心血管解剖学与人类具有高度的相似性，使其成为研究缺血性心脏病的首选。

1. 冠状动脉解剖学的相似性： 猪的冠状动脉循环属于典型的终端供血型（Terminal Supply），其侧支循环不发达。这意味着一旦某一主干血管闭塞，远端心肌区域将发生确定的、大面积的持续性缺血和梗死。这种特性与人类冠状动脉疾病的发病机制高度一致，保障了通过栓塞方法制造的心肌梗死（MI）模型具有稳定的梗死面积和较高的重复性 ²。
2. VR模式与存活优势： 猪的心肌结构和心室重构模式与人类相似。采用介入栓塞技术建立的模型，可以实现较高的成功率和长期存活（部分动物存活时间大于3个月） ²，这对于研究慢性VR和药物干预效果至关重要。
3. 限制： 猪在麻醉和术后管理上相对复杂，且对快速、持续的高频率起搏的生理耐受性不如犬。因此，猪更适用于缺血性VR模型的制备。

B. 犬模型：非缺血性VR模型的理想选择

犬模型因其良好的耐受性和成熟的电生理技术，在非缺血性VR模型的制备中占据主导地位。

1. 生理耐受性： 犬具有适中的心脏大小，且对血流动力学和心率的剧烈变化具有较强的耐受性，这对于需要长期维持超生理性高心率刺激的实验至关重要。
2. 适用模型： 犬是右心室快速起搏（RVP）诱导慢性心衰/VR模型的标准动物 ⁴。RVP通过持续的高频率电刺激，强行缩短舒张期，造成心脏持续的容量负荷增加和心肌耗氧量剧增，迅速导致心室扩张和收缩功能障碍，模拟扩张型心肌病（DCM）。
3. 限制与对比： 犬的冠状动脉侧支循环比猪发达。如果尝试采用冠脉栓塞方法在犬身上制造MI模型，侧支循环的开放可能会显著影响梗死面积的稳定性和可重复性，从而干扰VR研究结果的可靠性。因此，犬不作为高精度缺血性VR模型的首选。

模型的选择是由不同物种动物心脏自身供血循环机制决定的：如果研究目标是缺血性损伤后的瘢痕和重构，则必须选择猪；如果目标是容量/压力负荷引起的扩张性心肌病和电生理紊乱，则选择犬。介入技术在不同物种中应用的目的差异性（栓塞 vs. 电生理刺激）决定了最终模型的成功与否。

动物种类	常用制备方式	VR主要类型	冠脉解剖学特征	VR发展速度	主要优势	主要限制
猪 (Swine)  猪 (猪)	冠脉栓塞 (介入)	缺血性VR (MI)	终端供血，侧支不发达	适中 (数周至数月)	梗死面积稳定可控，生理相似性高，长期存活率高 2	对快速起搏的耐受性较低
犬 (Canine)  犬 (犬)	快速心室起搏 (介入/植入)	非缺血性VR (DCM)	侧支发达	快速 (约4周) 4	对起搏诱导的心衰耐受性强，模型建立迅速	不适合制备高精度MI模型

III. 介入性心肌梗死模型制备流程：冠状动脉栓塞技术详解

心肌梗死（MI）诱导的VR模型常采用猪作为实验动物，通过经皮冠状动脉介入微栓塞（Coronary Microembolization, CME）技术实现可控的、亚致死性损伤。

A. 术前准备与麻醉管理

1. 动物准备： 选用健康家猪或西藏小型猪，通常体重范围在50–65 kg左右 ²。术前严格禁食12小时，确保胃肠道排空，但可饮水。
2. 麻醉方案： 采用气管插管和呼吸机辅助呼吸。维持复合麻醉，如吸入麻醉（异氟醚或七氟醚）或静脉麻醉。全程必须进行心电监护、有创血压监测和血氧饱和度监测。
3. 肝素化： 介入手术前，为了防止导管内血栓形成和栓塞剂注射后引起的急性血栓事件，必须静脉注射足量肝素（标准剂量为 100-150 U/kg），并维持激活凝血时间（ACT）在250–300秒的安全治疗窗内。
4. 血管入路： 首选股动脉入路，采用标准Seldinger技术穿刺，置入6F或7F动脉鞘。

B. 导管系统选择与靶血管定位

介入操作的成功依赖于导管系统的精准选择和定位。

1. 指引导管： 根据猪的主动脉根部和冠状动脉开口特点，选择合适的指引导管（如 Amplatz Left 或 Judkins Left 系列），将其稳固地置入左冠状动脉主干开口处。
2. 冠状动脉造影： 通过指引导管注射造影剂，确认左前降支（LAD）和左回旋支（LCX）的解剖结构。
3. 靶血管选择与微导管递送： 缺血性VR模型要求梗死区域位于左心室前壁、侧壁和间隔壁，以诱导持续性的左心室扩张 ³。因此，LAD是主要的靶血管。使用导丝（如BMW或Runthrough）引导微导管精准送至LAD的第一对角支（D1）开口远端³。微导管是实现微栓塞的关键工具，其柔韧性和极小的外径有助于深入到远端靶血管。

C. 栓塞剂的选择、准备与剂量控制：高精度协议

栓塞剂的物理性质（尤其是颗粒直径和浓度）直接决定了梗死区域的范围、深度和模型的长期存活率。

1. 栓塞剂类型： 聚乙烯醇微球（PVA Microspheres）是当前的主流选择。颗粒直径的选择至关重要，100PVA微球被证明是诱导冠状动脉微栓塞（CME）致亚心内膜梗死并保证长期存活的理想选择 ³。早期的海绵颗粒技术虽然可行 ²，但栓塞范围和闭塞程度往往不可控。
2. 栓塞剂准备： 为确保栓塞颗粒均匀分布并达到预定的梗死面积，PVA微球必须悬浮在造影剂或稀释溶液中，并严格控制浓度。成功的长期存活模型协议显示，微球浓度需精确配比为 0.001 ml/ml³。
3. 注射总量： 根据预期的左心室梗死面积，注射总量控制在约 10 ml³。注射过程中必须持续混悬，避免颗粒沉降，以确保每一次推注的栓子密度均匀。

D. 栓塞操作与靶点评估：经皮微导管技术详解

介入栓塞操作的精髓在于制造一种亚致死性损伤，即只损伤心内膜下心肌，避免透壁性梗死，以确保动物能够耐受MI并进入慢性VR阶段。

1. 操作细节： 将微导管尖端精准定位后，通过微导管以极慢且匀速的速度持续注入栓塞剂悬液（通常注射速度需控制在每分钟 1–2 ml 或更慢）。慢速注入使得微球能够均匀地随血流进入靶血管区域的微循环，避免在主干血管形成大的栓子。
2. 实时监测与终点判断： 栓塞过程中需密切观察动物的血流动力学变化和心律失常情况。

• 造影确认： 间断性地回撤微导管，通过指引导管进行造影，观察远端血流情况。
• 微循环阻塞（MVO）指征： 当靶区远端血管血流减慢（TIMI 1级）或出现明显的血管“修剪”现象（Pruning），且造影剂在远端心肌内停留时间显著延长时，提示成功的微循环栓塞。

3. 术终评估： 介入操作结束后，必须进行最终冠脉造影，确认LAD远端或目标灌注区域的血流达到 TIMI 0 或 TIMI 1 级（完全或几乎完全闭塞），但近端主干血管保持开放和血流顺畅，这是保证动物长期存活的关键 ²。

介入栓塞技术的选择（100微球）确保了梗死主要位于心内膜下区域 ³。心内膜下心肌对缺血最敏感，其损伤是诱发持续性 VR 的基础。如果使用更大的栓子导致透壁梗死，动物极易死于急性泵衰竭或致死性心律失常。因此，对微球尺寸和浓度的精准控制，是介入技术实现长期稳定VR模型的关键保障。

步骤序号	操作阶段	关键技术点	常用耗材/参数	技术要求/引证
1	血管入路与准备	股动脉 Seldinger 穿刺，维持抗凝状态	6-7F 血管鞘, 肝素化 ACT 250-300s	标准介入流程
2	靶血管定位	冠脉造影，精准定位 LAD D1 远端	5-6F 指引导管, 微导管	确保微球递送至目标微循环 3
3	栓塞物准备	100  PVA微球精确稀释	PVA 浓度 , 总量 10 ml	高精度剂量控制，保证亚致死性损伤 3
4	栓塞操作	经微导管持续、缓慢注入	注射速度	确保微球均匀分布，避免急性大块栓塞
5	术终评估	确认目标血管远端 TIMI 0-1 级	对比剂，DSA/透视	确认微循环栓塞成功和近端血流安全 2

IV. 介入性非缺血性重构模型制备流程：右心室快速起搏技术

快速心室起搏（RVP）模型主要利用犬对生理负荷的良好耐受性，通过持续高心率诱导扩张型心肌病（DCM）和非缺血性VR ⁴。该模型的介入部分主要涉及起搏器植入和程控。

A. 术前准备与电极导线植入

1. 动物选择： 雄性健康杂种犬，具有良好的心率耐受性。
2. 血管入路与电极放置： 采用无菌操作，通过颈外静脉或股静脉建立静脉入路。在X光透视引导下，将起搏电极导线经静脉送入右心室。理想的固定位置是右心室心尖部或右心室流出道，确保导线尖端与心肌接触良好，以获得稳定的起搏阈值。
3. 系统植入： 确认导线连接牢固且电学参数稳定后，将起搏器脉冲发生器植入预先在颈部或肩胛骨区域制作的皮下囊袋内，逐层缝合固定皮肤。

B. 起搏器程控设定与参数优化

RVP模型的核心在于通过程控仪对起搏器进行超生理性的高频率设定，持续诱导心肌疲劳和重构。

1. 起搏模式设定： 必须将起搏器程控为心室非同步起搏（VOO）模式⁴。VOO模式意味着起搏器以固定的频率持续发放电脉冲，不进行自身心律的感知和抑制，从而保证心室始终处于高频率驱动状态。
2. 频率与持续时间： 诱导心衰的关键参数是频率。研究表明，犬能够耐受、并能高效诱导慢性心衰的固定频率为  次/分⁴。在此高频率下，持续起搏 4 周足以在犬身上建立起扩张性心肌病和慢性心衰模型 ⁴。
3. 电学参数： 确保起搏功能良好的标准设定包括输出电压（振幅）为 5.0 V，脉冲宽度为 0.5 ms⁴。

C. 术后早期心功能保护措施

RVP模型通过持续超高心率诱导心衰，对动物的生理负荷极大，极易在早期发生急性左心衰竭或肺水肿，导致模型失败或死亡。因此，术后的药物干预和监护是模型成功的必要环节。

1. 急性心衰预防： 持续260次/分的高频起搏会显著缩短心室舒张期，导致心室充盈不足，同时心肌耗氧量剧增，迅速引起心肌能量耗竭和泵衰竭。
2. 药物干预的必要性： 为了减轻心脏前负荷，避免犬出现急性左心衰竭，研究协议要求在犬麻醉苏醒前，静脉注射速尿（Furosemide）20 mg⁴。这种主动的利尿和前负荷减轻措施是保障动物度过急性期，进入慢性VR评估阶段的生命线。
3. 持续监护： 术后必须密切监测犬的呼吸、体征和超声心动图，确保在模型建立初期，急性症状得到控制。

RVP模型的成功依赖于受控的、超生理性的应激。高频率设定和VOO模式提供了持续的负荷，而术后药物管理则保证了这种负荷是亚致死性的，从而使研究者能够观察到慢性VR的发生和发展。

V. 心室重构模型的评估与验证标准

心室重构模型的成功验证需要采用多模态、时间序列的评估方案，确认动物持续的心功能下降和心室形态学改变。

A. 超声心动图评估：功能与形态学检测

超声心动图是无创、实时评估VR进展和功能的首选工具。

1. 左心室扩张与功能： 必须测量左心室舒张末期内径（LVEDD）和收缩末期内径（LVESD）。左心室射血分数（LVEF）采用双平面 Simpson’s 法计算，LVEF的持续下降（通常目标设定为 ）是VR导致心功能不全的明确功能学证据。
2. 右心室收缩功能评估： 右心功能在许多VR模型中同样受累，必须进行评估。

• 二维右心室面积变化分数（2D-FAC）： 2D-FAC是评估右心室收缩功能的推荐指标之一 ⁵。其计算公式为：
• 诊断阈值： 如果 2D-FAC 低于 35%，则提示右心室收缩功能减低 ⁵。
• 限制性： 需要注意的是，2D-FAC测量采用单平面法，可能忽略右心室流出道的面积，因此需要结合其他血流动力学指标进行综合判断 ⁵。

B. 血液动力学监测与MRI应用

1. 侵入性血流动力学： 通过导管直接测量左心室舒张末期压力（LVEDP）和最大压力变化速率（）。LVEDP升高（通常高于 ）反映了心室顺应性降低和舒张功能障碍； 的显著下降则直接反映了心肌收缩速率的衰退，是慢性心衰的明确证据。
2. 心脏磁共振成像（MRI）： MRI是定量评估心室容积、心肌质量和射血分数（EF）的“金标准”，不受超声声窗限制。它能精确定量左/右心室舒张末期容积（LVEDV/RVEDV），从而准确计算EF。此外，延迟钆增强（LGE）MRI可以精确界定心肌梗死区域和透壁性，并可用于与介入栓塞的靶点范围进行精确对比 ³。

C. 组织病理学验证

组织病理学验证用于确认损伤的程度和重构的性质。

1. 早期损伤确认： 术后早期（如第 3 天），对心肌组织进行三苯基氯化四氮唑（TTC）染色。TTC染色可以将存活的心肌（呈砖红色）与坏死的心肌（呈白色或黄色）区分开 ³，用于精确计算梗死面积占左心室总面积的百分比，从而验证介入栓塞的成功。
2. 慢性VR验证： 术后 4 周或更长时间，通过苏木精-伊红（HE）染色评估心肌细胞肥大，以及 Masson 染色评估心肌间质纤维化程度，这些是心室重构的病理形态学特征。

模型的评估是一个多阶段过程：介入栓塞后的早期病理验证（TTC）是确认损伤成功，而功能学指标（LVEF、FAC）在长期随访中（如 60 天后）的持续恶化和形态学指标（LVEDD/V）的扩张，才是心室重构模型最终成功的决定性标准。

评估维度	测量指标	方法学	VR模型预期变化	诊断阈值/标准	技术要求
右心室收缩功能	2D 面积变化分数 (2D-FAC)	超声心动图 (心尖四腔)	显著下降	提示功能减低 5	需注意单平面测量的限制性 5
左心室形态	LVEDD / LVEDV  舒张末期左心室直径（LVEDD）/舒张末期左心室容积（LVEDV）	超声/MRI  超声/核磁共振	显著增大 (扩张)	LVEDV/LVEDD 持续升高	MRI 是容积评估的金标准
左心室收缩功能	左心室射血分数 (LVEF)	Simpson’s 法 (双平面)	显著下降	LVEF	必须进行时间序列随访
心肌损伤	梗死面积 / 纤维化	TTC / LGE-MRI / Masson 染色	梗死区域稳定，纤维化面积扩大	依赖模型制备目标梗死率	LGE-MRI 可界定心肌透壁性 3

VI. 结论与展望

A. 模型选择的综合决策建议

大动物心室重构模型的制备需要高度专业化的介入技术和机制驱动的动物选择原则。

1. 对于缺血性心室重构研究： 强烈建议选择猪模型，并采用经皮微导管-PVA微球冠状动脉微栓塞技术 ³。核心技术要求在于严格控制 100  微球的  浓度和注射总量，以制造出亚心内膜、可长期存活的稳定梗死区域 ²。
2. 对于非缺血性心室重构（DCM）研究： 推荐选择犬模型，并采用右心室快速起搏（RVP）技术 ⁴。成功的关键在于精确的起搏程控（VOO 模式，260 次/分）以及术后早期对急性左心衰竭的药物预防（静脉注射速尿 20 mg）⁴。

B. 未来VR大动物模型的发展方向

随着介入技术和影像学的发展，未来VR模型制备将朝着更微创、更精准、评估更全面的方向发展。

高级介入指导技术，如术中血管内超声（IVUS）或光学相干断层扫描（OCT），可以提供靶血管内部结构的实时信息，使得栓塞剂的释放和靶向定位更加精细化，从而进一步提高梗死面积的重复性和模型的稳定性。此外，在评估方面，采用三维超声心动图和四维流量磁共振成像，能够克服传统二维方法（如 2D-FAC ⁵）对不规则心室形态评估的限制，提供更全面的心室应变和重构几何学数据，为转化医学研究提供更精确的实验基础。

VII. 已发表研究文献参考

1. 王雪飞, 陈红, 赵新华, 等. 大鼠心肌梗死模型制作及心肌损伤的病理变化. 实验动物与比较医学, 2011, 31(2): 108-111.
2. 李红, 郭静, 刘新民, 等. 球囊导管推送海绵颗粒栓塞冠状动脉建立猪心肌梗死模型. 中华心血管病杂志, 2005, 33(4): 380-382.
3. 张毅, 杜毅, 刘震, 等. 聚乙烯醇颗粒经皮微导管介入建立可长期存活的猪冠状动脉微栓塞致心肌梗死模型. 中国医学影像技术, 2014, 30(11): 1601-1604.
4. 杨军, 李健, 郭立, 等. 快速起搏右心室高效建立大动物慢性心衰模型的方法探讨. 实验动物与比较医学, 2012, 32(3): 185-188.
5. 中国医师协会心力衰竭专业委员会. 超声心动图评估心脏收缩和舒张功能临床应用指南 (2020版). 中国循环杂志, 2020, 35(11): 1049-1065.
6. A review of Large Animal Models of Heart Failure: Including models of myocardial infarction/ischemia, overload states, and pacing induced dilated cardiomyopathy in dogs, pigs, and sheep, highlighting their crucial role in translational research.
   对大型动物心力衰竭模型的研究综述：包括犬、猪和绵羊的心肌梗死/缺血、负荷过重和起搏诱导的扩张型心肌病模型，强调其在转化研究中的关键作用。
7. The investigation of rapid pacing in experimental animal models to produce severe biventricular systolic dysfunction, supporting the concept of reversible tachycardia-induced ventricular dysfunction (J Am Coll Cardiol 1997;29:709–15).
   实验动物模型中快速起搏以产生严重双心室收缩功能障碍的研究，支持可逆性心动过速诱导的心室功能障碍的概念（J Am Coll Cardiol 1997;29:709–15）。
8. Establishing a Swine Model of Post-myocardial Infarction Heart Failure: MI induced by embolization of the left circumflex coronary artery distal to the first obtuse marginal branch with balloon inflation and an injection of 700 µm microspheres (Provides an alternative protocol for pig MI).
   建立心肌梗死后心力衰竭的猪模型：通过在第一钝缘支远端左旋支动脉栓塞，并用球囊充盈和注射 700 µm 微球进行诱导（为猪心肌梗死提供了一种替代方案）。