心肌缺血模型构建方法大全

心肌梗死(myocardial infarction，MI)是一种严重的心血管疾病，由于冠状动脉血供急剧减少或中断，使心肌持续性缺血缺氧以致坏死，损害心功能且可能导致心律失常、休克以及心力衰竭等严重后果。

近年来，随着对心肌梗死的病因、发病机制等方面研究的深入，该疾病的动物实验研究方法、评价手段也逐渐完善，在制作缺血性心脏病的动物模型方面也获得了丰富的经验。

目前主要用于心肌缺血研究的动物模型有大型动物物种( 犬和猪 )、兔子以及啮齿类动物 ( 大鼠和小鼠 )。

急性心肌缺血在临床上主要表现为急性心绞痛、急性心 肌梗死等症状，严重者可危及到患者的生命 。急性心肌缺血模型是基于临床心肌缺血特点而建立的一种短期的实验模型，可供选择的造模方法有开胸手术造模法、闭胸手术造模法和药物造模法。

开胸手术法是对麻醉动物实施开胸手术后，通过结扎或使用其他创伤比较小的方法，阻塞一处冠状动脉左前降支或其他分支，或者同时阻塞几处冠状动脉的分 支，以形成一个梗死区域，造成该区域的心肌缺血。

这类方法直观、简便易行，可以选用多种实验动物，但各种不同的实验动物制作模型的过程在细节上有很多不同 。

动物开胸后建立心肌缺血模型的方法有冠脉结扎法、冠脉夹闭法、微量直流电刺激法及冠脉局部滴敷药物法。

1.1 冠脉结扎法 

这是一种最常用的复制心肌梗死模型的方法，能适用不同种类的动物，该方法可以造成心肌局部缺血甚至心肌坏死，能够制作出与临床上心肌梗死相似的动物模型。

麻醉好的动物做气管插管连接呼吸机，依据动物的解剖学结构实施肋间开胸手术，暴露心脏，将冠状动脉左前降支(LAD)置于视线下，分离或者直接穿线结扎前降 支，以造成结扎部位以下部分心肌缺血性梗死。以心电图 S- T 段明显上抬，结扎线以下心肌颜色变暗为结扎成功标志。

①  大鼠选择在左心耳与肺动脉圆锥之间，平左心耳下缘的冠状动脉左前降支近段。

②  兔宜低位结扎其左前降支(LAD)和左冠状动脉旋支(LCX)。

③  小型猪结扎部位为冠状动脉左前降支中远 1 /3 处。

结扎冠状动脉复制急性心肌缺血模型手术创伤较大，死亡率较高，为了降低造模时的死亡率，增加造模后的成功率，目前较多采用两步结扎法。

第一步不完全阻断血流预结扎，起到缺血预适应的目的，另外还可在术中滴注硝酸甘油或在分离血管前推注利多 卡因预防，手术过程中提前观察有无心律失常，如果有异常，立即进行抢救，成功后进行正式的第二步结扎，这种方法成功率比较高。

1.2 冠脉夹闭法 

1.3 微量直流电刺激法  

1.4 冠脉局部滴敷药物法

相关研究案例表明将健康犬静脉麻醉，气管切开插管接呼吸机行机械通气，开胸分离左冠脉前降支，用一条1cm 宽的棉纱条包绕血管两周，既要贴附，又不形成对血管的压迫，用微加样器吸取血管收缩剂 ― 垂体后 叶注射液(IPP) 0.3 ml，缓慢滴敷湿润棉纱条，通过心电图观察，结果发现80%的实验犬出现心外膜导联ST段较滴敷IPP前抬高或水平及下斜型降低＞0.1 mV，为急性心肌缺血症状 。

这种方法优点是诱发心肌缺血的部位可以选择，作用时间相对可控，血管收缩剂不直接进入血液循环，对冠脉以外其它血管动力学无影响，也控制了血液内各种因子检测的准确性。

2.1 球囊堵塞法 

球囊堵塞法是通过加压后的球囊直接阻断冠状血流，持续一段时间后，造成堵塞血管远端供血区的心肌坏死。

对动物进行麻醉后，进行分离颈总动脉或股动脉、注入抗凝剂、冠状动脉造影确定栓塞位置、置入球囊阻断冠脉血流、经冠状动脉造影确定血流终止、结扎颈总动脉、拔出导管、缝合创口、消毒等步骤，无需开胸，是一个相对简单的过程，因此动物术后恢复时间显著缩短，成活率明显提高。

该方法术中通过监测血压、动态心电图判断是否发生致死性心律失常，术后再通过注入对比剂和心电图评价造模是否成功。

球囊堵塞法简便易行，创伤小，对实验动物后期恢复非常有利，而且根据研究的需要 也方便进行缺血/再灌注研究。

2.2 血栓堵塞法 

冠状动脉血栓形成是急性心肌梗死的重要的病因之一，利用血栓堵塞法建立符合临床特征的急性心肌缺血动物模型，从而达到疾病模型动物“拟临床研究”的目的，对于研究心肌缺血发生、发展的病理生理机制及防治措施等具有重要意义 。

栓塞法是通过放置异物在冠状动脉内快速形成血栓或注入自体血栓，并造成急性心肌梗死的方法。这类方法可以总结为异物血栓法和自体血栓法 。前者常使用明胶海绵充当异物阻塞血管。而相较于异物血栓，自体血栓更加符合急性缺血性心脏病的病理过程。

有研究认为血栓栓塞法与动物有很好的同源性，不会发生排斥反应，并且可以通过溶栓药达到再通，因此这个方法不仅可以研究抗心肌缺血药物的药效，还可用于观察溶栓药物的作用特点及药效。

建立心肌缺血模型，除了手术方法外，还可用药物干预，减少或阻断心脏冠脉血流。

常用的药物有脑垂体后叶素( Pit)和异丙肾上腺素( ISO)等 。这种方法通过腹腔注射、尾静脉或者舌下静脉注射脑垂体后叶素( Pit)或异丙肾上腺素(ISO) 等，造成短时的心肌梗死，操作方法非常简单，常用于大鼠的急性心肌缺血模型的制作。

脑垂体后叶素 ( Pit) 可引起冠状动脉痉挛，血管外周阻力增大，心肌负荷加重，从而出现心肌供血不足和心肌损伤。异丙肾上腺素(ISO)的作用机制是它能兴奋β1受体，使心肌兴奋性提高、收缩加快、心率加快、代谢旺盛，增加心肌耗氧量，造成心脏负荷过重，同时它还能兴奋β2受体，使外周血管扩张、回心血量减少、动脉压降低、冠脉流量减少。

此法简单有效，可用作实验性心绞痛的简单模型，比较接近人心绞痛的病理状态，可以广泛用于抗心肌缺血药物的研究。而且注射剂量不大时，可以迅速恢复，因此可反复在同一动物身上进行多次实验。

急性心肌缺血模型构建方法优缺点对比

慢性心肌缺血动物模型是冠状动脉渐进性阻塞或狭窄， 逐渐导致心肌缺血，并由此形成缺血性心肌病变。与急性心肌缺血相比，慢性心肌缺血动物模型更加符合缺血性心肌病的临床病理生理过程，适宜多次给药和长时间进行心功能观 察，更具干预价值，因而逐渐被广大学者关注。

制备方法主要有冠脉外慢性收缩法、冠脉内慢性狭窄法、冠脉缩窄法、高脂饮食法、全结扎法和微循环栓塞法等

目前外源性压迫是使用 Ameroid 环，这是一种内径为 2. 0 ~ 2. 5 mm 的双层环，外层为金属、塑料或其他材料，内层为酪蛋白，吸水后会膨胀。由于外层不能变形，酪蛋白膨胀后只能向内挤压，逐渐缩窄血管内径并最终闭塞，造成慢性心肌缺血。

此模型构建方法虽然会引起心肌缺血，但仍然具备增加心肌代谢而不诱发急性缺血性心脏病的能力。

这个方法由于在技术上存在较小的挑战性，因此有成功率高、动物致死率低、重复性好的优点，缺点就是容易加重血管狭窄的程度，对于实验结果的控制性较低。（并且因为破坏了血管壁的自然结构，造模后无法引起临床上慢性血管阻塞导致的局部血管舒缩性改变）。

与Ameroid 收缩环法类似的方法还有Delran 收缩环法、纤维素膨胀环法等。

冠脉内狭窄法是一种经皮介入 LAD 植入可变形的栓塞物或者利用球囊等的机械性挤压损伤血管内膜，随时间推移可逐渐栓塞冠状动脉，造成慢性心肌缺血。

这种方法在手术操作上类似于急性心肌缺血造模方法中的血栓堵塞法，但在阻塞原理上与之有所不同，前者表现为慢性阻塞所致的心肌缺血，而后者通常为急性阻塞所致心肌缺血。

冠脉内狭窄法大致可以分为冠脉栓塞法和冠脉内膜增殖法。

2.1 冠脉栓塞法 

研究表明，应用微导管介入技术，将动物经导管选择性的于前降支内注入15 ×104  个微栓塞球(直 45μm)，致使冠状动脉微血管慢性栓塞。术后1个月再行血管造影及 CFR 测量等检验，结果冠脉内注射微栓塞球可导致微血管完整性的破坏( CFR＜2. 0 ) 及左室功能障碍 LVEF＜50%，组织切片NBT和HE染色均证实存在微血管栓塞透射电镜微梗死区心肌细胞水肿、纤维化明显。

2.2 冠脉内膜增殖法 

其原理是通过球囊机械性损伤冠状动脉血管内皮，使血管内弹力膜破裂，导致平滑肌细胞移行增殖以及脂质沉积，大量泡沫细胞和淋巴细胞聚集，形成粥样硬化斑块，致管腔狭窄，而出现与临床症状相似的慢性心肌缺血模型。

此技术的主要缺点是狭窄或闭塞的程度不易控制，常常结合高脂饮食法共同造成慢性心肌缺血模型。当造模过程中对动物加以高脂饲料的喂养，可以明显提高造模成功率。

相关研究表明选择健康杂种犬作为模型动物，麻醉后实施开胸手术，暴露左心室及冠状动脉左前降支，采用超声心动图仪测量欲结扎部位冠脉内径，利用无损伤缝合线缩窄冠状动脉左前降支，使左前降支缩窄50%，然后利用超声心动图检查狭窄情况。

利用冠脉缩窄法法建立慢性心肌缺血模型简单易行，有其实用性，但实际操作中 很难控制结扎的狭窄程度，需要操作者控制好结扎的力度，建立严格统一的结扎标准，这样才能保证实验的一致性。

目前导致中国人群缺血性心脏病最常见的就是高脂饮食引起的冠状动脉粥样硬化性心脏病，粥样斑块进行性增厚阻塞血管或者斑块破裂血小板聚集后血栓形成阻塞血管，引起心肌缺血甚至心肌梗死。高脂饮食法就是利用此原理进行造模。

此方法最大的优点就在于可以极大地模拟临床上冠状动脉粥样硬化性心脏病的病理过程，但是此方法造模时间长、成本高，并且由于个体差异，很可能会导致冠状动脉狭窄程度的不可控，结局不可预见，所以常与球囊拉伤法一同使用。部分学者先采用高脂饮食法诱导制备高血脂模型，在此模型基础上，加以其他因素联合诱导形成慢性心肌缺血的复合模型 。

高脂饮食法相较于其他造模方法，是最接近现如今人们患缺血性心脏病病理过程的方法，并且与侵入性手术和介入等有创的方法比，这是无创的方法，不会引起机体的应激，影响真实的实验结果，并可以减少动物的死亡率。

部分研究表明，将靶血管的部分管腔结扎的次全结扎法是具有可行性的。

相关研究案例表明在对猪进行麻醉、开胸以及左前降支的游离后先用弹力阻断线悬吊左前降支，观察心肌变化，若未发生急性心肌缺血或梗死，用结扎线在悬吊处将血管与留置针结扎起来，成功后将留置针缓慢抽出。术后数周行多次冠状动脉 CT 造影和 MRI 检查，若发现冠脉的慢性不完全梗阻，则证明造模成功。

在开胸下的次全结扎法较其他方法的优点是对于狭窄程度的可控性高、结果的可预见性好，但是，此方法的缺点就是需要开胸手术，创伤大。

6.1 机械性栓塞

主要通过微导管向冠状动脉内注入栓塞物（临床上机械性阻塞微血管的栓子主要是由凝固的血液和动脉粥样硬化斑块碎片组成），堵塞微血管，引发微循环障碍。该方法主要是向冠状动脉内注射微栓塞球或自体微血栓。

这个方法微创、操作简便以及动物存活率高，并且微球与心肌流动特性有良好的相关性。但是由于微球属于化学惰性材料，无法引起微血管的收缩和凝血反应，且不易被纤溶物质溶解，不适用于微血管阻塞后溶栓药临床疗效和血管再通研究。

6.2 化学损伤性栓塞法

此法是通过药物破坏微血管内皮，诱导血小板聚集形成血栓，堵塞微血管。

目前最常使用的药物是月桂酸钠。月桂酸钠作为血管内皮损伤的诱发物，使血管的完整性受损，内皮下基质暴露，诱发凝血，最终导致原位血栓的形成，由于月桂酸钠的强内皮损伤作用，可造成血管内皮的脱落及穿孔。

研究发现，使用月桂酸钠构建微循环栓塞模型可以造成心肌局灶性低氧，而且此实验方法成本低，可以模拟内皮受损后血栓形成和动脉粥样硬化的病理过程，因此其常用来构建外周动脉血栓栓塞模型，研究抗血栓药物和抗血小板药物的疗效和机制。

慢性心肌缺血小型猪模型构建方法的优缺点

体外心肌缺血模型主要用于心肌缺血/再灌注损伤、心肌细胞治疗以及移植心脏保存的研究，并取得了极大的进展。

该模型构建是通过 Langendorff 灌注系统完成，灌流液经冠状动脉入口进入冠状血管营养心脏，达到维持心脏节律性活动的目的，关闭灌流管使得心脏缺氧(或缺血)，根据不同实验目的，选择缺氧( 或缺血)，不同时间后再恢复给氧(或再灌注)，然后通过仪器记录缺氧(或缺血) 心功能的变化。从而研究心肌缺血/再灌注损伤，当体外模型在实验过程中心电稳定，心脏跳动保持大于200 次 /min，未出现持续室性心律失常，甚至心脏停跳的情况，心脏灌注稳定，则证实模型构建成功。

研究表明此模型多用于大鼠，离体心肌缺血模型可以排除机体代谢的影响，更确切的反映心肌耗氧情况，并且易于控制给药剂量与给药浓度，因而比较适合于研究心肌缺血过程中得代谢情况。

大部分心肌缺血模型最终使冠脉完全闭塞，不能控制狭窄程度，即不能控制缺血的程度和频率，和临床中常见的冠脉部分狭窄有区别，而可控性心肌缺血模型采用植入水囊缩窄器或气囊梗阻器等方法，通过球囊缩窄前后压力及体积的 变化来模拟稳定性心绞痛患者不完全性狭窄及可逆性心肌缺血的病理状态。

这种模型可以反复缺血与再灌，缺血时间、频率、程度、再灌时间等因素可控，非常有利于缺血(或再灌)前后重复性病理变化的研究。该模型通常需要实施开胸手术，将水囊或气囊植入心脏冠状动脉表面。

目前这种方法有水囊压迫法和气囊压迫法。

相关研究表示将小型猪开胸后，游离钝缘支近端约10 mm，将自制水囊缩窄器卡在血管上，随即用力夹闭钢环开口，用无创丝线将水囊导管固定在心脏表面，在导管外面加保护套管，球囊导管尾部穿过皮下后在胸侧壁穿出，自制通气背心保护导管末端。所有动物于术后2周行缺血刺激，缺血刺激在无应激状态下实施: 在动物进食时暴露背心内导管末端注水口，接压力枪注水加压。缺血刺激每天2 次、每次 2 min、1 周 5 次共8周，连续两次缺血刺激的间隔为 15 min 。

通过心电图记录、冠状动脉造影、病理检查等方法评价造模情况.结果制作成功的8只小型猪在水囊加压后均可出现明显的缺血性心电图表现，同时钝缘支下游显影延迟稀疏，钝缘支近乎完全闭塞，水囊压力撤除后心电图迅速恢复正常，钝缘支远端灌注恢复到水囊加压前状态。

水囊加压前后靶血管支配区域 CCBF 明显减少( P＜0. 05)。HE 染色无心肌梗死表现，该自制水囊缩窄器成功制得可控性心肌缺血动物模型。

相关研究表示将兔麻醉开胸后，把气囊梗阻器安装在冠状动脉左室支处，建立可控性心肌缺血模型。日缺血负荷为2 min ·h－1，2 次/ d，持续缺血刺激4周。取缺血区心肌观察形态学改变，并采用 Western blot 法检测缺血区和非缺血区心肌VEGF的表达水平，结果显示气囊充气后可以安全、有效、可控地诱发心肌缺血。

建立适当的动物模型，不仅能为该病的发病机制和病理生理改变的研究奠定基础，而且更重要的是能促进新药的开发，推进临床诊断和各种治疗方法的进步 。

目前建立心肌缺血模型的动物种类和造模方法较多，采用不同动物建立的心肌缺血模型具有不同特点，建议根据实验的要求选择适当的动物和 适当的心肌缺血模型 。