АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ СЕРДЕЧНОЙ НЕДОСТАТОЧНОСТИ И МИОКАРДИАЛЬНОГО ФИБРОЗА У КРЫС

Основные положения

• Способы моделирования сердечной недостаточности у крыс классифицируют на модели, требующие хирургического вмешательства, лекарственно-токсические, генетические и аутоиммунные модели, а также модели, основанные на воздействии физических факторов и требующие специальных диетических режимов.
• Выделить единственную идеальную модель невозможно, так как развитие сердечной недостаточности – многофакторный процесс, предпочтение следует отдавать комбинации нескольких способов.
• Правильность выбора модели и соответствие ее задачам будущего исследования необходимо подтвердить путем сочетания нескольких диагностических методов верификации миокардиального фиброза – лабораторных, гистологических, инструментальных.

Аннотация

Для разработки новых эффективных стратегий лечения требуется подробное изучение механизмов развития сердечной недостаточности и ее основного патогенетического фактора – миокардиального фиброза. Выбор подходящей модели – ключевой шаг к надежному экспериментальному исследованию. Цель обзора – систематизировать современные данные о способах моделирования сердечной недостаточности у крыс. Основными преимуществами этих животных являются высокое биохимическое и физиологическое сходство с человеком, простота разведения, доступность и экономичность содержания, небольшие размеры тела, позволяющие при этом проводить хирургические вмешательства. В статье классифицируются доступные в настоящее время модели сердечной недостаточности на грызунах, рассматривается их патофизиологическая основа, хронология формирования сердечной недостаточности, клинические особенности, преимущества и возможные недостатки каждой экспериментальной модели. Особое внимание уделяется способам моделирования, разработанным отечественными учеными. Обсуждаются методы оценки развившегося фиброза миокарда и влияние некоторых лекарственных препаратов на его формирование. Изучение сердечной недостаточности требует надежных моделей на животных для оценки биохимических, функциональных, морфологических изменений в поврежденном миокарде, контролируемой проверки новых лекарственных препаратов. При необходимости можно использовать одновременно сразу несколько методик, тактика выбора зависит от цели планируемого исследования.

1. Roger V.L. Epidemiology of Heart Failure: A Contemporary Perspective. Circ Res. 2021;128(10):1421-1434. doi: 10.1161/CIRCRESAHA.121.318172.

2. Бойцов С.А. Хроническая сердечная недостаточность: эволюция этиологии, распространенности и смертности за последние 20 лет. Терапевтический архив. 2022;94(1):5-8. doi: 10.26442/00403660.2022.01.201317

3. Ponzoni M., Coles J.G., Maynes J.T. Rodent Models of Dilated Cardiomyopathy and Heart Failure for Translational Investigations and Therapeutic Discovery. Int J Mol Sci. 2023;24(4):3162. doi: 10.3390/ijms24043162

4. Wang Y., Wang M., Samuel C.S., Widdop R.E. Preclinical rodent models of cardiac fibrosis. Br J Pharmacol. 2022;179(5):882-899. doi: 10.1111/bph.15450.

5. Farag A., Mandour A.S., Hendawy H., Elhaieg A., Elfadadny A., Tanaka R. A review on experimental surgical models and anesthetic protocols of heart failure in rats. Front Vet Sci. 2023;10:1103229. doi: 10.3389/fvets.2023.1103229.

6. Katz M.G., Fargnoli A.S., Gubara S.M., Chepurko E., Bridges C.R., Hajjar R.J. Surgical and physiological challenges in the development of left and right heart failure in rat models. Heart Fail Rev. 2019;24(5):759-777. doi: 10.1007/s10741-019-09783-4

7. Cops J., Haesen S., De Moor B., Mullens W., Hansen D.. Current animal models for the study of congestion in heart failure: an overview. Heart Fail Rev. 2019;24(3):387-397. doi: 10.1007/s10741-018-9762-4.

8. Абрамов А. А., Лакомкин В. Л., Просвирнин А. В., Капелько В.И. Характеристика давления и объема левого желудочка при диастолической и систолической дисфункции. Кардиология. 2019;59(4):45-51. doi: 10.18087/ cardio.2019.4.2647

9. Abbasnezhad A., Salami F., Mohebbati R. A review: Systematic research approach on toxicity model of liver and kidney in laboratory animals Animal Model Exp Med. 2022;5(5):436-444. doi: 10.1002/ame2.12230

10. Song J., Xie Q., Wang L., Lu Y., Liu P., Yang P., Chen R., Shao C., Qiao C., Wang Z., Yan J. The TIR/BB-loop mimetic AS-1 prevents Ang II-induced hypertensive cardiac hypertrophy via NF-κB dependent downregulation of miRNA-143. Sci Rep. 2019;9(1):6354. doi: 10.1038/s41598-019-42936-x.

11. Droogmans S., Franken P.R., Garbar C., Weytjens C., Cosyns B., Lahoutte T., Caveliers V., Pipeleers-Marichal M., Bossuyt A., Schoors D., Van Camp G. In vivo model of drug-induced valvular heart disease in rats: pergolide-induced valvular heart disease demonstrated with echocardiography and correlation with pathology. Eur Heart J. 2007;28(17):2156-62. doi: 10.1093/eurheartj/ehm263.

12. Andersen A., van der Feen D.E., Andersen S., Schultz J.G., Hansmann G., Bogaard H.J. Animal models of right heart failure. Cardiovasc Diagn Ther. 2020;10(5):1561-1579. doi: 10.21037/cdt-20-400.

13. Guo W., Zhu C., Yin Z., Zhang Y., Wang C., Walk A.S., Lin Y.H., McKinsey T.A., Woulfe K.C., Ren J., Chew H.G.Jr. The ryanodine receptor stabilizer S107 ameliorates contractility of adult Rbm20 knockout rat cardiomyocytes. Physiol Rep. 2021;9(17):e15011. doi: 10.14814/phy2.15011.

14. Сарыева О.П., Кулида Л.В., Проценко Е.В., Малышева М.В. Кардиомиопатии у детей – клинические, генетические и морфологические аспекты. Российский медико-биологический вестник им. академика И.П. Павлова. 2020;28(1):99-110. doi: 10.23888/PAVLOVJ202028199-110

15. Sugihara H., Kimura K., Yamanouchi K., Teramoto N., Okano T., Daimon M., Morita H., Takenaka K., Shiga T., Tanihata J., Aoki Y., Inoue-Nagamura T., Yotsuyanagi H., Komuro I. Age-Dependent Echocardiographic and Pathologic Findings in a Rat Model with Duchenne Muscular Dystrophy Generated by CRISPR/Cas9 Genome Editing. Int Heart J. 2020;61(6):1279-1284. doi: 10.1536/ihj.20-372.

16. Черданцева Т. М., Баковецкая О. В., Никифоров А. А., Некрасова М. С.Морфологические и лабораторно-генетические исследования мышечных дистрофий. Наука молодых (Eruditio Juvenium). 2021; 9(3):481–491. doi:10.23888/HMJ202193481-491

17. Symbol report for ISCA1. HUGO Gene Nomenclature Committee (HGNC). Available at: https://www.genenames.org/data/gene-symbol-report/#!/hgnc_id/28660. (Accessed: 31.07.2023)

18. Прошина Л.Г., Жмайлова С.В., Шевцова Л.М., Прошин А.В., Быкова О.С., Федорова Н.П., Григорьева М.В. Исследование закономерностей функционирования клеточных элементов миокарда при экспериментальной патологии сердца. Вестник Новгородского государственного университета им. Ярослава Мудрого. 2019;115 (3):24-27. doi:10.34680/2076-8052.2019.3(115).24-27

19. Инчина В.И., Столярова В.В., Гарькин Г.Г., и др. Состояние миокарда в модельной ситуации активации гипертензивных механизмов. Тезисы Второго конгресса по патофизиологии. М., 2000.С. 68.

20. Румянцева Т.А., Фатеев М.М., Федоров В.Н., Сальников Е.В., Сидоров А.В. Морфологические доказательства наличия хронической сердечной недостаточности, индуцированной у крыс методом дробного дозированного олеоторакса. Вестник Нижегородского университета им. Н. И. Лобачевского. 2009;5:123-127.

21. Wang Y., Han L., Shen M., Jones E.S., Spizzo I., Walton S.L., Denton K.M., Gaspari T.A., Samuel C.S., Widdop R.E. Serelaxin and the AT2 Receptor Agonist CGP42112 Evoked a Similar, Nonadditive, Cardiac Antifibrotic Effect in High Salt-Fed Mice That Were Refractory to Candesartan Cilexetil. ACS Pharmacol Transl Sci. 2020;3(1):76-87. doi: 10.1021/acsptsci.9b00095.

22. Withaar C., Lam C.S.P., Schiattarella G.G., de Boer R.A., Meems L.M.G. Heart failure with preserved ejection fraction in humans and mice: embracing clinical complexity in mouse models. Eur Heart J. 2021;42(43):4420-4430. doi: 10.1093/eurheartj/ehab389

23. Gyöngyösi M., Winkler J., Ramos I., Do Q.T., Firat H., McDonald K., González A., Thum T., Díez J., Jaisser F., Pizard A., Zannad F. Myocardial fibrosis: biomedical research from bench to bedside. Eur J Heart Fail. 2017;19(2):177-191. doi: 10.1002/ejhf.696.

24. Tao W., Yang X., Zhang Q., Bi S., Yao Z. Optimal treatment for post-MI heart failure in rats: dapagliflozin first, adding sacubitril-valsartan 2 weeks later. Front Cardiovasc Med. 2023;10:1181473. doi: 10.3389/fcvm.2023.1181473

25. Song R., Wang P., Yang L., Liu J., Chen Z., Ding Y. Association of FOXO3A with right ventricular myocardial fibrosis and its detection by speckle-tracking echocardiography in pulmonary hypertension. Echocardiography. 2023;40(9):958-968. doi: 10.1111/echo.15663.

26. JawharMamand S., Mustafa Z.A. The Impact of Dapagliflozin on Aldosterone Hormone in Rats with Heart Failure. Polytechnic Journal. 2023;12 (2):53-60. doi:10.25156/ptj.v12n2y2022.pp53-60

27. Бердибеков Б.Ш., Александрова С.А., Голухова Е.З. Количественная оценка миокардиального фиброза с применением магнитно-резонансной томографии с отсроченным контрастированием при некоронарогенных желудочковых аритмиях // Креативная кардиология. 2021; 15 (3): 342–53. doi: 10.24022/1997-3187-2021-15-3-342-353

28. Zhu J., Chen Y., Xu Z., Wang S., Wang L., Liu X., Gao F. Non-invasive assessment of early and acute myocarditis in a rat model using cardiac magnetic resonance tissue tracking analysis of myocardial strain. Quant Imaging Med Surg. 2020;10(11):2157-2167. doi: 10.21037/qims-20-122.

29. Schneider J.E., Lanz T., Barnes H., Medway D., Stork L.A., Lygate C.A., Smart S., Griswold M.A., Neubauer S. Ultra-fast and accurate assessment of cardiac function in rats using accelerated MRI at 9.4 Tesla. Magn Reson Med. 2008;59(3):636-41. doi: 10.1002/mrm.21491.

30. Qi Y., Chen Z., Guo B., Liu Z., Wang L., Liu S., Xue L., Ma M., Yin Y., Li Y., Liu G. Speckle-tracking echocardiography provides sensitive measurements of subtle early alterations associated with cardiac dysfunction in T2DM rats. BMC Cardiovasc Disord. 2023;23(1):266. doi: 10.1186/s12872-023-03239-2.

31. Sabatino J., De Rosa S., Tammè L., Iaconetti C., Sorrentino S., Polimeni A., Mignogna C., Amorosi A., Spaccarotella C., Yasuda M., Indolfi C. Empagliflozin prevents doxorubicin-induced myocardial dysfunction. Cardiovasc Diabetol. 2020;19(1):66. doi: 10.1186/s12933-020-01040-5.

32. Ulusan S., Gülle K., Peynirci A., Sevimli M., Karaibrahimoglu A., Kuyumcu M.S. Dapagliflozin May Protect Against Doxorubicin-Induced Cardiotoxicity. Anatol J Cardiol. 2023 ;27(6):339-347. doi: 10.14744/AnatolJCardiol.2023.2825.