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为解决临床前研究中左心室压力容积环（PV 环）有创测量的局限性，研究人员评估无创方法在小鼠中的适用性。发现小鼠弹性（Elastance）个体差异大，无创预测 PV 环困难，该研究为啮齿类动物心脏功能无创评估提供新方向。
心脏作为人体循环系统的核心器官，其功能评估一直是医学研究的重点。左心室压力容积环（Pressure-Volume Loop, PV 环）通过描绘心动周期中左心室压力与容积的关系，能精准反映心脏收缩和舒张功能，是临床前研究的关键工具。然而，传统 PV 环测量依赖有创操作，如心脏导管插入术，这在啮齿类动物中不仅技术要求高、成本昂贵，且通常为终末性操作，难以实现纵向追踪疾病进展或治疗效果。尽管在猪、人类等大型哺乳动物中，基于无创测量的 PV 环预测模型已取得一定进展，但这些模型依赖三个关键假设：个体间标准化弹性（Elastance，压力与容积比值）恒定、左心室收缩 / 舒张压力的无创准确估算、左心室容积数据的无创获取。不过，小鼠作为最常用的临床前模型动物，其心脏体积小、心率快（约 500-700 次 / 分钟），与大型动物存在显著生理差异，这些模型是否适用于小鼠仍存疑。
为填补这一空白，辉瑞研发中心（Pfizer Research and Development）与东田纳西州立大学（East Tennessee State University）的研究团队合作，开展了一项针对小鼠 PV 环无创预测方法的系统性评估研究。该研究成果发表于《Scientific Reports》，为啮齿类动物心脏功能的无创评估提供了重要科学依据。
研究团队采用了以下关键技术方法：
- 样本队列：纳入 31 只雄性小鼠，包括野生型（WT）、肥厚型心肌病（HCM）模型、扩张型心肌病（DCM）模型、肥胖纯合子（HOM）及肥胖糖尿病（HOM & DIO）小鼠，覆盖多种心脏病理状态。
- 无创测量：通过血压遥测技术（PA-C10, DSI）植入左颈动脉，持续监测动脉血压；利用 4D 超声心动图（4D Echocardiography）重建左心室 3D 结构，获取收缩期和舒张期容积数据。
- 有创 PV 环测量：采用终末性手术，通过压力容积导管（Transonic Scisense, ADV500 系统）插入左心室，同步记录压力和容积数据，作为金标准。
- 时间变弹性模型：基于双 Hill 函数（Double Hill Function）构建弹性曲线，通过最小二乘优化拟合个体参数，评估弹性恒定性假设。
弹性恒定性假设不成立
通过定性和定量分析发现，小鼠间弹性参数（如 η?、η?、τ?、τ?、Emax、Emin）存在显著差异。归一化弹性曲线显示，个体曲线与群体均值偏差较大，且不同病理状态（如 HCM、DCM）间无统一模式。当使用群体中位数参数建模时，搏功（Stroke Work, SW）预测误差中位数达 18.4%，而个体优化参数模型误差仅 2.65%，表明弹性在小鼠中不具恒定性，无法通过群体模型统一描述。
无创压力估算的局限性
研究尝试通过肱动脉收缩 / 舒张压预测左心室收缩末期压力（LVPes），虽两者数值接近（RMSE=17±3.9 mmHg），但基于预测压力计算的 Emax导致搏功误差超过 10%。这是由于 Emax微小变化会显著影响弹性曲线振幅，而无创压力估算无法准确捕捉个体差异，进一步限制了模型的可靠性。
容积测量的个体相关性与通用性挑战
尽管有创与无创容积测量的个体相关性较强（Pearson 系数 0.9±0.09），但线性回归斜率（1.3±0.5）和截距（-15.4 μL±15.6 μL）显示系统性偏差，且不同病理状态下差异未显著缩小。这表明 4D 超声心动图虽能反映个体容积变化趋势，但难以建立普适性转换方程，限制了其在压力估算中的应用。
结论与意义
本研究首次系统验证了大型动物无创 PV 环模型在小鼠中的适用性，明确否定了弹性恒定性等核心假设。结果表明，小鼠心脏弹性的高度个体异质性、无创压力 / 容积测量的局限性，使得通用型无创模型难以建立。这一发现提示，未来啮齿类动物研究需开发个体化弹性建模方法，或探索基于等容测量（如 Sunagawa 提出的液压源压力法）等替代策略。此外，研究为临床前药物开发中小鼠心脏功能的纵向监测提供了方法学警示，强调在无创评估中需充分考虑物种特异性和个体差异。该工作不仅深化了对小鼠心脏生理特性的认识，也为跨物种模型的改进提供了关键靶点，有望推动心血管疾病研究向更精准的方向发展。
