Opportunities and short-comings of the axolotl salamander heart as a model system of human single ventricle and excessive trabeculation  

蠑螈心臟作為人類單心室和過度小梁化模型的機遇與局限  

來源：Scientific Reports, (2022) 12:20491

《科學報告》第12卷，2022年 文章編號20491

 

摘要內容  

本研究首次以蠑螈（Ambystoma mexicanum）心臟為模型，探索其模擬人類雙入口左心室（DILV）和過度小梁化（ET）心臟病的潛力。通過微超聲心動圖、組織學和血流動力學分析發現：  

蠑螈與DILV患者均能在單心室內實現氧合/非氧合血流的分離（圖3-4）。  

 

 

蠑螈心室小梁結構（平均小梁密度：150-200個/mm2）顯著不同于人類ET（平均密度：5-20個/mm2），后者更接近正常人類心肌（圖5G-H）。  

 

蠑螈靜息心率（21.7±4.1 bpm）和射血分數（46.8±16.3%）低于DILV患者（平均72 bpm，EF>50%），但質量特異性心輸出量相似（約50 ml/min/kg）（表1-2）。  

 

 

結論：蠑螈在血流分離機制上可模擬DILV，但心肌結構差異限制了其作為ET模型的適用性。  

 

研究目的  

評估蠑螈單心室結構模擬人類DILV（功能性單心室）和ET（過度小梁化）的可行性。  

 

量化比較蠑螈與人類DILV患者的心臟解剖、血流動力學及氧代謝差異。  

 

探索非Fontan手術（如血流自分離）治療DILV的潛在機制。  

 

研究思路  

多模態心臟成像：  

 

蠑螈：微CT重建三維解剖（圖1E），超聲造影評估血流分離（圖4），Unisense電極測耗氧量（表1）。  

 

 

 

人類DILV：心臟MRI（圖2-3）和超聲量化心功能（表2）。  

 

組織學對比：  

 

蠑螈、非洲爪蟾（圖5A-B）與人類（正常/ET胎兒及成人）心室小梁結構（圖5C-F）。  

血流動力學驗證：  

 

蠑螈：Evans藍染料注射可視化心室血流路徑。  

 

DILV：4D血流MRI追蹤氧合/非氧合血路徑（圖3D-G）。  

 

測量數據及研究意義  

解剖結構數據（圖1-3）：  

 

蠑螈：單一房室口/流出道，心房位于心室左上方（圖1A-F）。  

 

DILV：雙房室口，殘余右心室位于主心室右側（圖2）或左側（圖3）。  

 

意義：揭示拓撲結構差異對血流分離的影響。  

心功能參數（表1-2）：  

 

蠑螈：靜息耗氧率29.5±5.9 ml O?/min/kg，麻醉下心輸出量51.6±14.3 ml/min/kg。  

 

DILV：患者峰值耗氧量6.3-31 ml O?/min/kg，心輸出量126-144 ml/min/kg。  

 

意義：證實低代謝蠑螈可模擬高輸出DILV的血流動力學。  

血流分離證據（圖4）：  

 

蠑螈：Ringer液灌注顯示鰓弓3-5（體循環）優先顯影，鰓弓6（肺循環）無顯影（圖4）。  

 

DILV：4D-MRI顯示氧合/非氧合血在心室內的空間分離（圖3D-F）。  

 

意義：為"無混合單心室"理論提供實驗支持。  

小梁結構對比（圖5）：  

 

蠑螈小梁寬度19.7±3.1 μm，密度150-200/mm2；人類ET小梁寬度>200 μm，密度<20/mm2（圖5G-H）。  

 

意義：否定蠑螈作為ET模型的適用性（結構差異過大）。  

 

丹麥Unisense電極測量數據的詳細研究意義  

高精度代謝監測：  

 

使用Unisense Clark型氧電極（尖端25 μm）在密閉呼吸室測量蠑螈基礎耗氧率（29.5±5.9 ml O?/min/kg），靈敏度達μmol/L級，揭示冷血動物在20.6°C下的代謝基準。  

排除麻醉干擾：  

 

對比麻醉（丙泊酚/苯佐卡因）與清醒狀態耗氧量，證實麻醉劑顯著抑制代謝（清醒心率21.7 bpm vs. 麻醉43.3 bpm），為跨物種心功能比較提供校正依據。  

支持跨物種能量學模型：  

 

結合心輸出量（51.6 ml/min/kg）與耗氧量數據，建立蠑螈"每毫升氧輸送需0.6 mL血流"的能效比，為DILV患者能量赤字研究提供參照。  

 

結論  

血流分離機制：蠑螈與DILV均通過心室幾何構型（如內/外彎血流路徑）實現氧合/非氧合血分離，支持"無Fontan手術生存"的可能性（圖3-4）。  

 

模型局限性：蠑螈心肌小梁密度（150-200/mm2）遠超人類ET（<20/mm2），且缺乏房室分隔，不適用于ET病理模擬（圖5）。  

 

臨床啟示：特定解剖構型（如患者2的房室空間關系）可促進血流自分離，為DILV個體化治療（非Fontan手術）提供依據。