心律失常是指心臟沖動的頻率、節(jié)律、起源部位、傳導速度或激動次序的異常，是臨床上極為常見的一種疾病，?？梢l(fā)猝死。心律失常導致的心源性猝死（ sudden cardiac death，SCD），可占所有死亡的25%。西醫(yī)學在心律失常的治療方面停滯不前，長期以來無突破性進展，臨床療效差強人意。動物模型是開發(fā)新藥物及新療法的重要基礎，好的動物模型可以為進一步研究心律失常的發(fā)病機制及評價治療手段的效果等臨床研究提供良好的平臺。

動物的選擇

目前常見的心律失常動物模型有小鼠、大鼠、豚鼠、家兔、犬、綿羊、家豬等。

犬的離子通道分布及活性與人類相似，但生理、代謝等方面差別較大，體積較大、手術過程較為復雜，價格相對較高，對治療藥物和手段的病理研究極其不利。

家豬心臟在解剖學、組織病理學、血流動力學等方面與人類最為相似，適用于翻譯和臨床前測試，但其手術過程復雜、造模后并發(fā)癥較多。

家兔體積小、存活率高，具有與人類相似的電生理特性，在病理生理上可模擬人體心肌病變，適用于電生理檢查和初步發(fā)現(xiàn)的驗證，但價格相對較高，復極化恢復極為迅速。

綿羊性格溫順，具有手術耐受性，但缺乏對造模后并發(fā)癥的相關研究。

目前國內外最常用的研究物種為鼠類，基因明確、品系多、研究技術成熟，其中豚鼠對藥物反應敏感，心電圖QRs波與人類相似，但性情躁動、成活率低; 小鼠基因相似性、繁殖率高，適用于初步研究、潛在靶點的確定和遺傳學研究，但其心臟在解剖學、生理、病理、代謝等方面與人類有所不同; 大鼠易操作、價格實惠，心臟結構更趨近于人類，目前國內外研究廣泛應用，SD 和 Wistar 是其中最常用的品系。

造模方法

目前常用的心律失常動物模型主要分為化學藥物誘導、機械法及電刺激誘導３類。消融法在實際中也有運用。通過基因工程得到的模型在實際中也有應用。

一、?化學藥物誘導模型

化學藥物誘發(fā)法建立心律失常模型操作過程較簡單，實驗條件易于控制，造模所需周期短，所造模型成功率高且較為穩(wěn)定，但運用化學藥物誘導動物模型不能完全排除所用藥物的干擾，具有一定的藥物不良反應。由于不同動物對藥物的敏感性不同，停止藥物刺激后心律失?？赡芟В瑢剐穆墒СＫ幬锼幮гu價會產生一定影響。常用化學誘導藥物有普萘洛爾、乙酰膽堿、維拉帕米等，由于不同動物對不同藥物反應具有差異性，實驗難點在于對心率下降時間及下降幅度的控制。

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快速性心律失常

1.1.烏頭堿

烏頭堿所誘導的心律失常動物模型是經典的藥理學造模手段，目前應用最為廣泛。

原理：該模型通過影響心肌細胞膜離子通道，改變電生理特性而誘導心律失常發(fā)生。以電壓門控型快鈉通道為主，該通道激活后使 Na+內流，加快去極化，誘導心肌細胞自律性增高，觸發(fā)一源性或多源性異位節(jié)律。

L 型鈣通道的表達增強可改變心肌細胞內RyR2、SECAR2a、PLB、NCX等相關鈣調蛋白的表達從而導致細胞內鈣超載，誘發(fā)興奮，破壞心臟興奮收縮耦合，引發(fā)心肌細胞自發(fā)搏動紊亂。

目前對于K+通道的研究甚少，有研究表明烏頭堿可使編碼鉀離子通道的KCNJ2基因突變而抑制 IKI 內流，使心肌細胞QT間期延長。房室結和心室肌也可被烏頭堿直接抑制，引起房室傳導阻滯和心室內異位起搏點興奮性增高產生折返激動。

烏頭堿最終通過影響心肌細胞線粒體功能、細胞膜離子通道、縫隙連接以及誘導細胞凋亡和氧化損傷等可造成心臟毒性。

1.2 強心苷類

目前應用的強心苷類誘導劑包括哇巴因和西地蘭。

原理：通過直接抑制心肌細胞膜 Na+－K+－ATP 酶及 Ca2+－Mg2+－ATP酶改變細胞膜極性，促進 Na+－Ca2+交換，在細胞電生理水平上誘發(fā)心肌穩(wěn)定的后除極與觸發(fā)活動，提高心肌細胞自律性，使心肌收縮力增加。并可加強交感神經作用增加激素的釋放，間接誘導心肌細胞的損傷、凋亡，在器官水平上誘發(fā)快速性心律失常的發(fā)生。

1.3 氯化鈣（CaCl2）

原理：CaCl2通過影響L型鈣通道表達改變鈣離子電流，升高胞內Ca2+濃度，引發(fā)電重構，增強心肌收縮力，降低浦肯野纖維興奮性，導致異位節(jié)律性心律失常。而外來的Ca2+又可直接激動交感神經神經產生正性肌力作用，沖動傳導紊亂，誘發(fā)心律失常。

1.4 氯化鋇（BaCl2）

BaCl2所誘導的心律失常模型具有復雜性及多樣性，以 K+通道為主作用于多種離子通道。

原理：加入BaCl2后Ba2+在心肌中與K+競爭同一結合位點，抑制K+外流及心肌細胞K+電導，產生振蕩電位。另一方面可結合并抑制心肌細胞膜上的Na+－K+－ATP酶活性，減少Na+－K+交換，增加心肌蒲氏纖維Na+內流，激活Na+－Ca2+交換，導致胞內鈣超載和后除極，提高去極化速率，誘發(fā)異位節(jié)律性心律失常。

目前氯化鈣（CaCl2）和氯化鋇（BaCl2）兩種藥物因操作簡單、效果穩(wěn)定在誘導動物快速型心律失常中具有較廣泛的應用。下面介紹利用上面的兩種試劑建立大鼠心律失常模型，且比較兩種模型的異同。

試驗方法：

氯化鈣及氯化鋇模型的建立：

取雄性SD大鼠60只，體質量（300～350）ｇ。大鼠腹腔注射水合氯醛（30mg·kg-1）麻醉后仰臥位固定，連接Power lab生物信號采集系統(tǒng)。用注射泵經頸靜脈通路分別注入CaCl2溶液（0.4mg·kg-1）、Bacl2溶液（0.04mg·kg-1），1s內快速推注，每次給藥間隔10min。各組觀察時間分別為0、10、30、60min，每組5只動物。

最后給予兩倍劑量的溶液誘發(fā)致死性心律失常處死動物。對照組以等量生理鹽水替代，在相應的時間點頸椎脫位處死動物。

兩種模型分別存在的優(yōu)缺點：首先，CaCl2模型中，因心律失常較易恢復為正常心律，因此動物存活率相對較高，持續(xù)時間亦可進一步延長，對相對長時間心律失常的相關研究具有更多的應用價值，其次，因Ca2+在心電傳導及多種生化學指標的合成分泌中具有重要作用，而BaCl2誘導模型僅給予外源性的Ba2+而非Ca2+。

1.5 氯仿

氯仿誘發(fā)的快速性心律失常與交感神經系統(tǒng)活性增高及心臟β受體激活、兒茶酚胺類遞質的釋放有關。交感神經釋放及腎上腺髓質分泌的腎上腺素直接作用于心肌，激活心肌細胞膜上的β受體，促使 Ca2+內流造成鈣超載，誘發(fā)快速性心律失常。

1.6 兒茶酚胺類

目前采用較為廣泛的是 α、β 受體激動劑腎上腺素及β受體激動劑異丙腎上腺素。兩者通過模擬交感神經興奮狀態(tài)，激活交感神經釋放兒茶酚胺類遞質作用于心肌細胞膜相應腎上腺素能受體。心室肌上以 β1 亞型占絕對優(yōu)勢，β1 受體的激活影響Gs－AC－cAMP－PKA－L－Ca2+信號通路，引起細胞膜 Ca2+通道開放及鈣調控機制，促進心肌Ca2+轉運，引起心肌細胞內Ca2+振蕩，增強心肌收縮性，誘發(fā)延遲后除極及其觸發(fā)電活動。

α 受體主要通過磷脂酶C調節(jié)細胞膜磷酯代謝而對KCNQ1、hERG和Kir2 通道產生抑制性作用，通過DAG－PKC 途徑減少K+?電流。過度激活的交感神經能夠增強炎癥反應，尤以過量、反復給予異丙腎上腺素可增加心肌收縮力和耗氧量，引起氧氣供需失衡，心臟電活動不穩(wěn)定，造成心功能減弱、結構重構，誘導不可逆地心肌細胞變性和心肌纖維化心肌瘢痕形成，最終導致梗死性壞死和心律失常。

1.7 乙酰膽堿（Ach）?

Ach 可作用于心肌細胞M受體，降低竇房結自律性，相對增加異位起搏點的自律性。Kv1.5 鉀離子通道在心房肌內廣泛分布，在 Ach作用下促使受體依賴 Kv1.5鉀離子通道激活，K+外流增加使心房肌細胞的動作電位時程及有效不應期縮短，心房易損性明顯增加，引發(fā)陣發(fā)性房顫。

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緩慢性心律失常

2.1 維拉帕米

維拉帕米通過影響CAM與Ca2+的結合，調節(jié)心肌傳導細胞、心肌收縮細胞和動脈血管平滑肌細胞膜上的 Ca2+，抑制細胞內鈣超載，使［Ca2+］i 瞬變幅度下降，引起負性肌力作用，從而延長房室結有效不應期及功能不應期，誘發(fā)房室傳導阻滯。

與其他化學誘導藥物不同之處在于維拉帕米可競爭性抑制心臟毒性，對心臟起到一定保護性作用。

2.2 普萘洛爾

普萘洛爾為β受體阻滯劑，其作用機理與兒茶酚胺類相反。

原理：通過抑制竇房結、心房、浦肯野纖維的自律性及腺苷酸環(huán)化酶激活，改變Ca2+通道開放概率，抑制Ca2+內流，使心肌傳導減慢，不應期延長，從而減慢心率。

二、機械法

機械刺激誘發(fā)法構建模型穩(wěn)定性差，難以保證成功率。目前廣泛應用冠狀動脈結扎法復制心律失常模型。有研究者對大鼠竇房結區(qū)域進行結扎，心電圖監(jiān)測顯示，模型動物心率較手術前下降30% ~ 50% ，反復出現(xiàn)竇性停搏及竇房傳導阻滯，成功復制缺血再灌注心律失常模型。

三、電刺激法

電刺激法應用電刺激動物的迷走神經，通過刺激增加乙酰膽堿的釋放，從而減慢心率。電刺激誘發(fā)動物模型難度相對較低，易于控制，重復性好，具有一定的可逆性。

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快速性心律失常

電刺激誘發(fā)心律失常的機制在于構建心肌電重塑。大部分電刺激造模手段需靜脈置管放置電極導線至心臟，通過電極導線傳導電刺激以致顫。

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緩慢性心律失常

通過刺激動物迷走神經，使其釋放的乙酰膽堿作用于心肌細胞膜的M型膽堿能受體，從而減慢心率、心肌收縮力及興奮傳導。

四、消融法

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快速性心律失常

腎交感神經消融可以對下丘腦室旁核、延髓頭端腹外側或雙側星狀神經節(jié)環(huán)路進行操作，調節(jié)心臟交感神經活性，抑制缺血心肌中活性氧、組胺和5-HT的分泌而致心律失常。

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緩慢性心律失常

射頻消融法是利用電極導管的超高頻熱效應使局部組織受損引發(fā)蛋白質變性和血液凝固，導致其電生理活動消失，從而阻斷竇房結功能。這種方法操作較簡單，不需要對實驗動物進行損傷較大的手術，通過電極導管進入體內對特定位置進行射頻消融，所以并發(fā)癥較少。

化學消融法是采用無水乙醇、甲醛溶液等對竇房結、房室交界區(qū)進行外敷或注射,使局部組織壞死損傷，引起心律失常,對設備要求不高,針對性強,但易引發(fā)并發(fā)癥。

五、基因工程

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基因敲除

基因敲除動物模型是指運用分子生物學技術對某個已知序列改變其生物的遺傳基因，令特定的基因功能喪失作用，或用其他相近的基因將其替換，從而使部分功能被屏蔽而得到的動物模型。利用 CRISPR /Cas9敲除 KCNA5和PITX2是目前常見的兩種方式，前者編碼超快延遲整流鉀電流（IKur），后者為心房特異性轉錄因子。

總結

現(xiàn)有的動物模型往往由單一致病因素引發(fā)，癥狀表現(xiàn)單一，不能全面體現(xiàn)出心律失常的發(fā)病機制及臨床表現(xiàn)的復雜性，與人類心律失常表現(xiàn)的癥狀多樣性存在一定差距，并且不能完全滿足模擬臨床特征的實驗研究需要。因此，心律失常動物模型未來的研究應盡可能全面地模擬人類臨床疾病病理進程，大小鼠模型應朝著更接近人類電生理學特征、臨床表現(xiàn)等方向進行，而大動物模型則應注重降低成本、增加倫理普及等。相信隨著科技的發(fā)展，研究者們能夠不斷完善研究方法及評價體系，發(fā)現(xiàn)更適合人類心律失常研究的多樣化的精準動物模型。

來源：

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[2]?田美慧,曹志鵬,張圓,雒心怡,肖瑩,薛嘉嘉,朱寶利.兩種大鼠心律失常模型的建立及比較[J].中國藥理學通報,2017,33（04）:591-592.

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