动脉粥样硬化模型(AS)
关于动脉粥样硬化模型的动物品种选择,在前面介绍了,其中谈到了兔是最早(Ignatowski, 1908)和当前仍最多使用的动脉粥样硬化模型动物,如果你还没有阅读,可点击《动脉粥样硬化模型饲料与模型方法》。
在介绍兔动脉粥样硬化模型的复制方法之前,先介绍至关重要的注意事项,请认真阅读。至于不同模型方法的注意事项,在下面结合模型方法加以说明。
(1)兔的高胆固醇饲料。所谓兔的高胆固醇饲料,其中的胆固醇含量相对于大鼠小鼠等动物来说实际上并不高,例如,0.2%的胆固醇对于兔来说已经是高胆固醇饲料了,原因是兔日常饲料中几乎不含胆固醇,而且兔对胆固醇非常敏感。
(2)切勿为了追求成模速度而追求饲料中更高含量(2%以上)的胆固醇。
(3)“动脉粥样斑块”:人类的动脉粥样硬化分为三期,年轻的兔单纯模型喂饲料并不形成类似人类动脉粥样硬化第三期的典型表现,而是弥散性的“动脉粥样斑块”(脂质堆积或沉积)。这种损伤呈多发性,主要涉及主动脉弓、胸主动脉、肋间动脉起始段。虽然腹主动脉、内脏动脉(如肾动脉)和小动脉也可能发生,同一批兔在喂养后不同兔之间在发生的部位方面可以有差别(有的在这些部位,有的在那些部位)。从文献中的研究结果来看,较早发生或主要发生的部位是心脏的小动脉(冠状动脉)。而人的动脉粥样硬化发生部位在主要在腹主动脉发生在冠状动脉的大分支。需要较长时间,一般喂模型饲料不少于90天,必要时需要更长的喂养时间。
(4)“纤维化斑块”:如果希望发展到纤维化斑块,不应当选择年轻兔,而应当使用3~4.5岁的老兔。
(5)“纤维帽”:如果要想建立这样的斑块,需要采取特殊措施(动脉损伤)配合模型饲料(见下面介绍的模型方法五).
(6)模型复制期间兔的低抗力差,容易继发感染而死亡,寿命短。
(7)血液生化指标:应当观察血浆或血清的HDL, LDL, 总胆固醇,甘油三酯,等相关指标。
(8)形态指标:血管取材后应当包括纵切血管的大体形态(拍照)、染色观察横切血管的斑纹或斑块、组织切片染色观察动脉粥样硬化的组织学状况。这些都是AHA对动脉粥样硬化评分标准中所必须的指标。
(1)兔的动脉粥样硬化条纹或斑块,是在血清胆固醇和甘油三酯很高的基础上形成的,在长期喂养过程中伴有多器官的脂肪沉积或代谢紊乱,尤其是对肝脏的较强毒性。
(2)兔的胆固醇主要在HDL中(占50%),这与人类不同(主要是LDL中,超过50%)。
(3)兔缺乏肝脏酯酶(hepatic lipase deficient),因此,血清胆固醇浓度不但与饲料胆固醇含量正相关,而且随喂养时间呈累积性增加(而不是维持在某个水平),见右图。
有多种模型饲料,总结如下。关于这些模型饲料的使用方法和模型情况,在下面将接着介绍。
►日常喂养的普通饲料中添加蛋黄粉。
►日常喂养的普通饲料中添加胆固醇。
►纯化性兔饲料中添加胆固醇。
►纯化型饲料中含高脂肪高胆固醇。
►纯化型饲料中含高脂肪但不含胆固醇。
要复制动脉粥样硬化的早期模型,只需要模型饲料喂养即可。所谓早期,就是动脉内皮损伤和血管中层平滑肌细胞病理改变,这些改变都非常类似于人类的动脉粥样硬化病变。这时的斑块没有出血、溃疡、血栓、纤维化。
优点:饲料成本低。
效果:能够形成广泛性动脉粥样硬化模型。
缺点:模型不稳定,实验结果不容易被自己和他人重复。
由于使用的是日常喂养的饲料基础上添加蛋黄粉,两个方面的因素使得模型不稳定。首先,因为主体是日粮喂养的饲料,这种类型的饲料中各种成分有不确定性,不同厂家的饲料或者同一厂家的不同批次的饲料之间都可能存在较大的差别,甚至有的厂家饲料存在多方面的问题,这些都可能影响模型效果。例如,研究已经发现,饲料中高钙、高镁、脂肪的类型等等很多因素都对模型效果有很大影响。另外一个方面是蛋黄粉,不同厂家生产的蛋黄粉有很大差别,胆固醇的含量也不同,纯度也不同。
喂养时间:一般需要90天左右。
优点:饲料中胆固醇含量可以有效控制
效果:能够形成广泛性的动脉粥样硬化。
缺点:模型不稳定。
原因与模型方法一相似。要注意的是,胆固醇原料不同厂家的质量相差很大,同一厂家也有不同质量和不同胆固醇纯度的产品,因此,胆固醇原料也是影响模型效果的关键。例如,购买的胆固醇原料中含胆固醇50%,请问,其余50%是什么?所以,购买胆固醇,必需选择符合实验要求并且成分明确的产品。
喂养时间:取决于实验者希望成模的速度,胆固醇越高,时间越短。一般喂养90天~120天左右。
有些研究人员片面追求成模速度,使用很高含量的胆固醇,这是不科学的。因为(1)饲料胆固醇过高,使得血清胆固醇过高,引起的动脉粥样硬化斑块更像黄脂增生病。(2)死亡率增大。
优点:模型相对稳定,重复性好。
效果:比较理想。
缺点:成本相对较高。
喂养时间:一般是在90天左右。
优点:特别适用于模拟高脂肪代谢紊乱引起的继发性高胆固醇血症和动脉粥样硬化。
关键:饲料中脂肪的类型。
方法:喂饲高脂肪饲料,一般需要喂养半年左右。
要在兔中复制动脉粥样硬化的中、后期的模型,可以采用3-4.5岁的老兔,这样的兔往往不容易。为了能够出血斑块的血栓和纤维化,往往采取动脉损伤配合模型饲料。
优点:在喂饲模型饲料后不久,采取外科方法定点造成动脉损伤(内皮和平滑肌),从而诱导动脉粥样硬化斑块形成和动脉炎症反应。
方法:(1)模型饲料喂养一周或两周(此时血清胆固醇已经升高)
(2)动脉内皮损伤
【靶点动脉选择】取决于研究者的兴趣确定动脉损伤和斑块形成的部位,比如,颈总动脉,腹主动脉,主动脉弓,等。
【导管准备】导管末端有气囊,可以使用3F或4F Fogarty导管。3F或者4F取决于动物大小以及所插入部位的动脉大小,例如,从股动脉插入采用4F,从髂动脉插入用3F。
【插管】在麻醉下插管,例如,从股动脉或左髂动脉插入导管到达靶点动脉。
【充气损伤】通过导管向导管末端的气囊充气,然后轻轻稍后退,再如此重复3次,目的是造成靶点的动脉膨大引起内皮和平滑肌损伤(balloon injury)。
(3)模型饲料喂养
继续喂养6周后改为对照饲料喂养4周。或者,改为胆固醇含量低的模型饲料喂养,或者用原先的模型饲料继续喂养90-120天。
注意事项:预实验非常关键。
曾经有一个课题组在没有足够预实验的情况下,对30只兔进行外科操作,用模型饲料喂养,结果是没有任何动物形成动脉粥样硬化。这种盲目行为要不得!足够的预实验包括检查:(1)动脉损伤操作是否有效损伤,(2)外科操作和动脉损伤是否熟练。
饲料类型:日粮型模型饲料
添加蛋黄粉的模型饲料:在日常喂养饲料基础上添加蛋黄粉。
高胆固醇模型饲料:在日常喂养饲料基础上添加胆固醇0.2~2%,取决于实验需要动脉粥样硬化模型形成的速度。
高脂高胆固醇模型饲料:在日常喂养饲料基础上添加脂肪和胆固醇。
对照饲料:日常喂养饲料。
饲料外形:颗粒型,也可以提供粉状或者液体状。
注1:以上模型饲料价格较低,但没有纯化型饲料理想。
注2:不得使用其他单位生产的普通饲料替代以上的对照饲料,因为需要与模型饲料相匹配。
饲料类型:纯化型模型饲料
含高胆固醇的纯化型模型饲料:胆固醇含量0.2~2%,取决于实验需要动脉粥样硬化模型形成的速度。
含高脂肪高胆固醇的模型饲料:选用特殊的脂肪,胆固醇含量0.2~2%。
含高脂肪的模型饲料:高脂肪含量但不含胆固醇,其中,脂肪类型特殊。
对照饲料:纯化型。
注1:本产品应当保存在0-4度环境,如果长期不用,应当保存在0度以下,但建议“使用前购买”,一次定购量不要过大。
注2:不得使用其他单位生产的普通饲料替代以上的对照饲料,因为需要与模型饲料相匹配。