心肌缺血再灌注模型的研究進(jìn)展

心肌缺血再灌注模型的研究進(jìn)展

心肌缺血、心臟病和其他心血管疾病的治療變得越來(lái)越重要。現(xiàn)在，最常用的治療方法是改善缺氧區(qū)域的血液供應(yīng)。1960年,Jennings等首次提出了心肌缺血再灌注損傷(myocardialischemiareperfusioninjury,MIRI)的概念,指出缺血心肌組織血流恢復(fù)后反而出現(xiàn)了組織細(xì)胞損傷加重的病理狀態(tài),引起心肌功能障礙及心律失常的發(fā)生。較急性心肌梗死而言,心肌缺血再灌注所引起心肌損傷的程度更為嚴(yán)重。Yellon等研究表明,MIRI所引起心肌梗死面積是急性心肌梗死面積的2倍左右,酶學(xué)指標(biāo)也遠(yuǎn)偏離正常值。隨著近幾十年的發(fā)展,MIRI模型的研究已經(jīng)成為臨床前藥物評(píng)價(jià)的重點(diǎn)。新藥研發(fā)及對(duì)藥物的評(píng)價(jià)都是基于相關(guān)的實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型來(lái)完成。Kim等對(duì)大鼠MIRI模型研究發(fā)現(xiàn),大黃酮素通過(guò)抑制核因子(NF)-κB活性來(lái)減輕心肌損傷;Li等通過(guò)家兔MIRI模型來(lái)評(píng)價(jià)胰島素對(duì)MIRI的療效。MIRI動(dòng)物模型建立的成功與否,對(duì)評(píng)價(jià)藥物治療效果至關(guān)重要。但是,在以往的研究過(guò)程中,往往存在MIRI動(dòng)物模型建立成功率低、死亡率高的問(wèn)題。本文在綜合國(guó)內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)基礎(chǔ)上,對(duì)影響MIRI動(dòng)物模型建立的主要因素作一簡(jiǎn)要綜述。1血管內(nèi)皮改變MIRI模型建立的主要方法是通過(guò)結(jié)扎相關(guān)血管引起左心室缺血或梗死,一般常選擇結(jié)扎冠狀動(dòng)脈的分支,可成功復(fù)制出左心室前壁心肌梗死,并觀察到急性心肌梗死的一系列典型變化。建立MIRI所結(jié)扎的冠狀動(dòng)脈血管主要有冠狀動(dòng)脈左前降支、左旋支,可根據(jù)動(dòng)物種類和藥物作用特點(diǎn)選用結(jié)扎血管的類型。一般而言,冠狀動(dòng)脈左前降支閉塞主要引起左心室前壁、心尖部、下側(cè)壁、前間隔和二尖瓣前乳頭肌梗死;冠狀動(dòng)脈左回旋支閉塞主要引起高側(cè)壁、膈面(左冠狀動(dòng)脈占優(yōu)勢(shì)時(shí))和左心房梗死,可能累及房室結(jié)。大鼠等小動(dòng)物由于其冠狀動(dòng)脈左前降支延伸至心尖部,左旋支不發(fā)達(dá),選擇結(jié)扎其左前降支建立實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型成功率高;家兔、狗等大中型動(dòng)物由于其冠狀動(dòng)脈左前降支短小,有些動(dòng)物甚至不超過(guò)1cm,而其左旋支覆蓋面積廣,結(jié)扎此血管較為適宜。在評(píng)價(jià)不同藥物治療效果時(shí),應(yīng)結(jié)合藥物作用機(jī)制及不同類型血管閉塞所引發(fā)的心肌梗死區(qū)域,選擇適宜的血管進(jìn)行結(jié)扎。例如,硝酸酯類藥物主要通過(guò)減少左前降支阻塞而降低心肌前壁梗死,減少M(fèi)IRI并發(fā)癥亦是其作用機(jī)制之一。因此,評(píng)價(jià)此類藥物的治療效果,應(yīng)主要結(jié)扎左前降支。β受體阻滯劑主要是使非缺血區(qū)的血管阻力增高,而缺血區(qū)的血管則由于缺氧呈現(xiàn)代償性擴(kuò)張狀態(tài),促使血液更多的流向缺血區(qū),減慢心率而延長(zhǎng)心臟的舒張期,增加冠脈的灌注時(shí)間,有利于血液向缺血區(qū)流動(dòng)。鈣通道阻滯劑主要是通過(guò)降低心肌耗氧量、增加心肌的血液供應(yīng)和保護(hù)缺血的心肌細(xì)胞來(lái)治療MIRI。由于這2種藥物的作用機(jī)制是非特異性的,因此,結(jié)扎各種冠脈血管所建立的MIRI模型,均可用于其藥效學(xué)作用評(píng)價(jià)。2miri模型的建立確定所結(jié)扎血管適宜結(jié)扎部位是MIRI模型制作成功的重要環(huán)節(jié)。結(jié)扎部位離冠狀動(dòng)脈起源處越近,所結(jié)扎的冠狀動(dòng)脈血管相對(duì)較粗,肉眼越容易分辨、結(jié)扎相對(duì)較易,但有相當(dāng)高的心律失常和死亡率(30%)。反之,結(jié)扎部位離冠狀動(dòng)脈起源處越遠(yuǎn),所結(jié)扎冠狀動(dòng)脈越細(xì),肉眼難分辨,手術(shù)不易操作,梗死范圍不一定滿足實(shí)驗(yàn)要求,但能使動(dòng)物死亡率降低。目前,建立大鼠等小動(dòng)物MIRI模型時(shí),一般以左冠狀靜脈主干為標(biāo)志,選擇左心耳下緣2mm處進(jìn)針,在肺動(dòng)脈圓錐旁出針來(lái)結(jié)扎冠狀動(dòng)脈左前降支,操作簡(jiǎn)便易行,結(jié)扎成功率高且動(dòng)物死亡率低(10%)。而建立大中型動(dòng)物(如狗、家兔等)的MIRI模型,選擇在心臟的左心耳后下緣找冠狀動(dòng)脈左旋支靠近左心耳5~10mm,約占整個(gè)心室1/3處進(jìn)針為宜。3模型建立的進(jìn)針深度穿線時(shí)的進(jìn)針深度對(duì)MIRI模型的建立成功與否至關(guān)重要,進(jìn)針深容易穿透心室壁,造成大量出血使模型建立失敗;而進(jìn)針太淺則易穿到血管或結(jié)扎不到血管,且在結(jié)扎時(shí)容易引起血管斷裂。大鼠模型建立時(shí)的進(jìn)針深度為1.0~1.5mm、寬度為2.0~3.0mm時(shí)所建立的模型成功率比較高。根據(jù)以往實(shí)驗(yàn)觀察,大中型動(dòng)物模型建立時(shí)的進(jìn)針深度一般為2.0~3.0mm、寬度為4.0~5.0mm較為適宜。4市松林的制作操作MIRI模型建立成功與否與穿線結(jié)扎松緊度關(guān)系密切,結(jié)扎過(guò)松或過(guò)緊均會(huì)影響造模的成功率。為避免上述問(wèn)題的出現(xiàn),在建立模型過(guò)程中,最好由同一人完成整個(gè)手術(shù)過(guò)程,以保持其手法一致。結(jié)扎時(shí),應(yīng)先在結(jié)扎線下放一根1mm(大鼠)、3mm(家兔)、5mm(狗和豬)的乳膠管,結(jié)扎松緊度要適宜,結(jié)扎過(guò)程中要注意觀察心肌顏色變化,發(fā)現(xiàn)心肌發(fā)灰或顏色變深,視為此結(jié)扎松緊度適宜。如果太緊可能引發(fā)血管斷裂,太松造成不完全性缺血有可能會(huì)引起側(cè)支循環(huán)的建立。許多國(guó)內(nèi)外學(xué)者一致認(rèn)為,冠狀動(dòng)脈完全阻塞最為適宜。5連接時(shí)間和注入5.1急性心肌梗死ami的臨床病理缺血及再灌注時(shí)間的長(zhǎng)短均會(huì)影響模型的建立。缺血時(shí)間短(小于5min),心肌處于可逆性損傷,當(dāng)恢復(fù)再灌注后缺血心肌的功能可以迅速恢復(fù)正常,心電圖迅速恢復(fù)實(shí)驗(yàn)前的正常狀態(tài);預(yù)先短暫缺血和再灌注可以減輕后續(xù)較長(zhǎng)時(shí)間缺血造成的損傷,即心肌缺血的預(yù)適應(yīng)現(xiàn)象;較長(zhǎng)時(shí)間缺血(通常是5~20min)尚不足以引起心肌功能、形態(tài)改變,但再灌注后可能表現(xiàn)為心律失常和心肌頓抑,即心肌功能的可逆、延遲性抑制;更長(zhǎng)時(shí)間的心肌血供完全中斷(大于或等于30min),則造成心肌細(xì)胞不可逆性損傷、壞死,即心肌梗死;慢性心肌缺血供血不足,當(dāng)血供恢復(fù)正常后,心肌功能可部分或全部恢復(fù)正常。從病理生理角度將急性心肌梗死(AMI)分為3個(gè)時(shí)期:(1)缺血期。從冠脈閉塞到30min,此期出現(xiàn)急性心肌缺血,特別容易發(fā)生各種快速性和緩慢性心律失常,約有10%的患者出現(xiàn)室顫,構(gòu)成AMI第一個(gè)死亡高峰。(2)心肌失活期。0.5~15h,失活心肌不能再產(chǎn)生電活動(dòng),進(jìn)入一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定時(shí)期,僅偶有出現(xiàn)一過(guò)性再灌注心律失常。(3)心肌修復(fù)期。15h后心肌開始修復(fù),一般維持2周左右。未完全壞死的心肌又出現(xiàn)電活動(dòng),心律失常再度增多,故形成AMI的第二個(gè)死亡高峰。為節(jié)省時(shí)間,模型建立以選用缺血30~40min為宜。5.2miri模型及再灌注藥物的時(shí)間心肌在缺血后數(shù)秒鐘內(nèi)即可出現(xiàn)代謝和功能的變化,并隨著時(shí)間的推移呈進(jìn)行性加重。心肌缺血早期造成的損傷是可逆的,隨著缺血時(shí)間的增加,損傷變得更為嚴(yán)重,最終導(dǎo)致不可逆性損傷、壞死。缺血時(shí)間越長(zhǎng),可逆性損傷的細(xì)胞數(shù)越少,再灌注后可能恢復(fù)正常功能的組織越少。再灌注時(shí),大量氧自由基生成造成缺血損傷再一次加劇,造模期間再灌注時(shí)限多樣化,有再灌注1、2、3h到24h不等[13~16],甚至更長(zhǎng),但這幾種模型建立后心肌梗死面積都在20%~30%之間,證明其成功的建立了MIRI模型。選擇不同的模型要根據(jù)治療藥物時(shí)效的種類。對(duì)于急性心肌缺血再灌注治療藥物而言,其再灌時(shí)間通常相對(duì)縮短。目前國(guó)內(nèi)外通常的做法是將缺血時(shí)間確定為30min,再灌注時(shí)間確定為2h。反之,在評(píng)價(jià)慢性心肌缺血治療藥物時(shí),再灌注時(shí)間通常延長(zhǎng)至24h,甚至更長(zhǎng),同時(shí)采用再灌期間連續(xù)給藥的方式,來(lái)評(píng)價(jià)藥物的治療效果。6開腹及主動(dòng)脈穿線時(shí)間的保證急性MIRI模型造模死亡率通常在30%左右,為提高模型成功率、減少死亡率,在開胸后、冠脈穿線前,最好留一段時(shí)間以平衡手術(shù)創(chuàng)傷,時(shí)間以5~15min為宜;根據(jù)大量建立模型的預(yù)實(shí)驗(yàn)摸索顯示,在冠脈穿線與結(jié)扎之間也宜留5min左右平衡期。7擴(kuò)大了實(shí)驗(yàn)動(dòng)物的范圍,有利于提高實(shí)驗(yàn)的有效性除上述影響因素外,動(dòng)物的年齡、體重、健康情況以及實(shí)驗(yàn)環(huán)境也影響著模型的穩(wěn)定性。建立動(dòng)物模型的動(dòng)物年齡一般選9~11周,因?yàn)槌扇税l(fā)生心血管疾病的概率最大,所以選擇成年動(dòng)物造模比較接近人體狀況。但如果實(shí)驗(yàn)動(dòng)物體重過(guò)重,其身體機(jī)能就會(huì)有所下降,在造模過(guò)程中可能會(huì)增加死亡率。再者,要選擇未進(jìn)行過(guò)實(shí)驗(yàn)的清潔級(jí)動(dòng)物造模,如果所用動(dòng)物造模前用于別的實(shí)驗(yàn),則在很大程度上會(huì)影響實(shí)驗(yàn)的