ACF诱导前压力超负荷心衰小鼠模型
摘要：
主动脉-腔静脉瘘（Aorto-Caval Fistula, ACF）诱导的心力衰竭模型是通过人为建立主动脉与下腔静脉之间的异常通道，模拟慢性容量超负荷状态，导致心室扩张、收缩功能进行性下降及神经内分泌激活的经典模型。该模型在探索心脏代偿机制向失代偿转变、心肌重构及潜在治疗策略研究中具有重要价值。本文详细阐述ACF模型建立的原理、方法、特征及应用。
一、模型原理
ACF手术通过在腹主动脉与下腔静脉之间建立永久性瘘管，显著降低体循环阻力并将部分富含氧的动脉血直接分流至低压的静脉系统。其核心病理生理过程包括：
- 容量超负荷： 大量左心室输出血液经瘘管直接回流至右心，形成无效循环，显著增加心脏前负荷。
- 高心输出量状态： 心脏通过增加心率及每搏输出量进行代偿，维持体循环有效灌注，但心输出量中相当部分为瘘管内分流血流。
- 心室重构与功能减退： 持续容量超负荷导致左、右心室进行性扩张（离心性肥厚），心肌细胞伸长、间质纤维化。最终，射血分数（EF）和缩短分数（FS）显著下降，出现心力衰竭症状。
- 神经内分泌激活： 作为对有效循环血量相对不足的反应，肾素-血管紧张素-醛固酮系统（RAAS）、交感神经系统（SNS）被激活。
二、模型建立方法
- 实验动物： 通常选用8-12周龄、体重20-25克的雄性C57BL/6小鼠（雌鼠因瘘管自发性闭合率较高而较少使用）。
- 术前准备：
- 动物适应环境至少3天。
- 术前禁食4-6小时，自由饮水。
- 麻醉诱导（如异氟烷吸入或腹腔注射麻醉剂复合物）。
- 备皮消毒（腹部手术区域）。
- 术中持续监测体温（使用加热垫维持37℃）、呼吸频率及麻醉深度。
- 严格无菌操作。
- 手术步骤：
- 切口与暴露： 沿腹中线作约1.5-2cm切口进入腹腔。轻柔地将小肠等脏器用湿盐水纱布包裹后推向右侧，暴露腹主动脉（AA）及下腔静脉（IVC）分叉以上区域。
- 血管分离与临时阻断： 小心分离AA与IVC之间的结缔组织约4-5mm长度。在分离段的上方和下方分别用精细显微血管夹轻柔地临时阻断AA血流（注意避免损伤血管内膜）。
- 建立瘘管：
- 使用精细显微剪或穿刺针（如27-30G针头）在平行血管钳夹区域，于AA前壁（避开侧支）精确制造一个小切口（直径约0.4-0.6mm）。
- 立即将IVC前壁轻轻拉起贴附至AA切口处。
- 用10-0或11-0尼龙缝线将AA切口边缘与IVC切口边缘侧侧吻合（通常仅需2-3针连续缝合即可），形成永久性瘘管。确保瘘口通畅无扭曲。
- 血流恢复与止血： 依次移除远端和近端AA血管夹。观察吻合口及周围组织有无渗血。少量渗血可用无菌棉签轻压片刻止血。确保瘘口通畅（可见IVC搏动性扩张）。
- 关腹： 用5-0或6-0可吸收缝线分层连续缝合肌层和皮肤。皮肤切口可涂抹少量抗生素软膏。
- 术后护理：
- 动物单独置于温暖、清洁的笼具中苏醒，持续保暖。
- 给予术后镇痛（如布托啡诺或卡洛芬），按伦理要求和方案执行足够天数。
- 密切观察术后24-48小时动物状态（活动、呼吸、切口情况）。
- 提供软食、凝胶水或湿润饲料，自由饮水。
- 对照组： 假手术组（Sham）接受相同的手术过程（切口、血管暴露、短暂血管钳夹），但不切开主动脉或建立瘘管。
三、模型特征与验证
- 急性期（术后1-7天）：
- 显著增加的左心室舒张末期容积（LVEDV）、每搏输出量（SV）和心输出量（CO）。
- 左心室射血分数（LVEF）和缩短分数（LVFS）可能维持正常或轻微升高（代偿期）。
- 心脏重量与体重比值无明显变化。
- 可通过超声多普勒或直接观察确认瘘口通畅性。
- 慢性进展期（术后2-8周）：
- 心脏结构与功能： 进行性左心室和右心室扩张（显著增加的LVEDV、RVEDV），室壁变薄；LVEF和LVFS显著进行性下降（失代偿）。
- 心脏肥大与重构： 心脏重量、左心室重量指数显著增加；组织学可见心肌细胞伸长、排列紊乱，间质和血管周围纤维化（Masson或Picrosirius Red染色阳性面积增加）。
- 血流动力学改变： 后期可出现左心室舒张末期压（LVEDP）升高，肺充血表现（肺湿重增加）。
- 神经内分泌激活： 循环中ANP、BNP、AngII、醛固酮、去甲肾上腺素水平显著升高。
- 症状（终末期）： 可能出现活动耐量下降、呼吸急促、毛发竖立、水肿等。
- 终点判断： 通常在心功能显著下降（如LVEF<40%或较基线下降>30%）、出现临床症状或达到预设研究时间点时进行终末评估。
四、模型优势与局限性
- 优势：
- 模拟人类由主动脉瓣关闭不全、动静脉瘘等导致的慢性容量超负荷心衰，机制明确。
- 心力衰竭进展过程相对稳定、可，从代偿期到失代偿期演变清晰。
- 同时累及左、右心室，适合研究双心室重构。
- 能有效诱导神经内分泌系统的激活。
- 局限性：
- 手术难度高： 操作精细（尤其是微小血管吻合），需要熟练的显微外科技术，学习曲线陡峭。瘘口大小控制、血管损伤风险影响模型成功率与一致性。
- 高死亡率： 围手术期（特别是术后24-48小时）存在较高的死亡率（主要由于出血、血栓形成、麻醉意外等）。慢性期部分动物可能因心力衰竭恶化或并发症死亡。
- 瘘口闭塞风险： 存在瘘口自发性血栓形成或闭合的可能性。
- 非生理性分流： 低阻分流和高心输出量状态与大多数常见的心衰类型（如高血压、心梗后）不同。
- 心肌损伤机制： 主要源于慢性容量超负荷导致的“牵张性”损伤，而非缺血或直接心肌毒性。
五、应用
ACF心衰模型广泛应用于以下研究领域：
- 心脏对容量超负荷的适应性重构与失代偿机制。
- 心肌纤维化发生发展的分子信号通路。
- 神经内分泌系统在心衰进展中的作用及干预靶点评估。
- 评价新型药物（如血管紧张素受体脑啡肽酶抑制剂ARNI、SGLT2抑制剂、抗纤维化药物等）、基因疗法、细胞疗法对慢性心力衰竭心室重构和功能的影响。
- 心力衰竭相关生物标志物的发现与验证。
结论
ACF诱导的心力衰竭小鼠模型是研究慢性容量超负荷导致心室扩张、收缩功能障碍及相关病理生理机制的重要工具。尽管手术具有一定挑战性，但该模型能够较好地模拟人类容量超负荷性心衰的关键特征，包括心室离心性肥厚、进行性收缩功能下降及神经内分泌激活。精确的手术操作、严格的术后护理和全面的表型验证是确保模型成功和可靠的关键。在应用时，需充分考虑其优势与局限性，并结合具体科学问题选择最合适的模型或与其他模型（如TAC压力超负荷模型、心梗模型）进行互补研究。所有动物实验必须遵循伦理审查委员会批准的方案进行。
（注：本文所述方法为科研模型建立的一般描述，实际操作应在具备相应资质的动物实验平台，由受过专业培训的人员严格按照动物福利伦理规范执行。）