离体心脏灌流技术是心血管研究的重要器官水平实验方法。本文基于相关综述，系统介绍了该技术的发展历程（Langendorff法及工作心脏模型）、多维心脏表型评估方法（机械功能、电生理、代谢），并重点总结了其在缺血性心脏病、心律失常、异种移植及供心保存中的应用。该技术具有无全身干扰、高重复性、可精准调控等优势，近年来在离体心脏灌注（EVHP）领域取得重要临床进展。

1. 早期尝试（19世纪中叶）
Carl Ludwig及其学生首次提出并尝试了离体心脏灌流研究心脏生理学的想法。但他们未能使哺乳动物的心脏在离体后成功复苏（可能是无法维持冠脉灌注或心脏跳动）。这为后来的技术突破埋下了伏笔。

2. Langendorff 的突破（19世纪末）
德国生理学家Oskar Langendorff解决了这一难题，他采用了一种 “逆行心脏灌流技术” 。将离体心脏经主动脉插管，灌流液逆行灌入，主动脉瓣关闭，液体被迫进入冠状动脉，经冠状静脉窦流出。该方法成为所有现代离体制备的基础。

3. 工作心脏模型的建立
Neely和Morgan建立“工作心脏”模型：在左心房增加插管提供前负荷，心脏可进行生理性射血，更真实地模拟心脏工作状态。

二、心脏表型评估方法
离体心脏可进行多维度、高重复性的表型分析。

1. 心肌机械功能评估
在非射血型Langendorff心脏中，可通过向左心室内插入连接压力传感器的球囊来监测等容收缩状态下的左心室压力（LVP）；而在工作心脏模型中，则可利用串联在主动脉回路中的压力和流量探头评估心输出量（CO）与搏出功（SW），若将压力导管直接置入左心室还能更精确地获取LVP。压力容积（PV）环导管能同时采集左心室容积和压力数据，是评估心室功能的金标准，可进一步计算出每搏输出量（SV）、收缩末压力容积关系（ESPVR）、舒张末压力容积关系（EDPVR）等。此外，在心脏灌流过程中还可进行心外膜超声，以获取心腔直径、心室壁厚度及瓣膜功能等信息。

2. 电生理学评估
在离体灌流心脏上可方便地记录心电图（ECG），还可通过电极法和光学法获取更精细的电活动信息。采用电极压心肌可测得单相动作电位（MAP），评估局部心肌复极能力。

光学标测技术结合高精度成像系统与荧光染料，能够以高时空分辨率监测膜电位和钙瞬变；Langendorff灌流时可加入兴奋-收缩解耦联剂blebbistatin以减少运动伪影，通过记录心表荧光强度变化可分析动作电位激活图、动作电位时程（APD）及交替搏动（alternans）等指标，用于研究心律失常机制或表征心脏电活动。此外，离体心脏还可安全地应用程序性刺激方案测试心律失常易感性，避免了在体模型中诱发血流动力学不稳定的风险。

3. 代谢评估
离体心脏灌流技术可完全控制底物、激素和氧气浓度，排除了在体实验中的混杂因素。若使用同位素标记的代谢底物灌流，结合放射性示踪分析、核磁共振（NMR）和质谱（MS）等方法，可直接测定代谢物浓度和代谢通量。但需注意，离体灌流过程本身可能改变心脏代谢活性，例如引起激酶磷酸化水平变化或灌流诱导的氧化应激。

1. 缺血性心脏病
在Langendorff心脏中，通过暂时关闭灌流（全心缺血）或结扎左前降支（局部缺血）再恢复灌流，模拟缺血再灌注损伤。实验后可评估心功能、梗死面积、细胞死亡等。

图3 离体心肌缺血再灌注损伤模型，显示缺血诱导、再灌注、给药时机及评估指标

应用实例：测试抗缺血药物（如伊马替尼、催产素、肼屈嗪）。

远程缺血适应机制：将接受远程缺血后的志愿者血浆透析液灌注于离体小鼠心脏，可减少梗死面积，并发现细胞外囊泡及miR-16-5p等介导保护。

2. 心律失常
房颤：光学标测揭示离体心脏房颤由稳定的“转子”驱动，结合3D MRI可在离体人心房精确定位微解剖折返。

室速/室颤：转基因小鼠（RyR2、KCNJ2突变）离体心脏中观察到局灶活动和折返；人心离体心脏早期室颤中观察到螺旋波。



新型生物电子接口：可拉伸、粘附性心外膜电极及心室内导管在离体心脏中完成初步验证。

表1 近年使用离体心脏模型测试的电生物接口研究（包括兔、猪、小鼠、大鼠、人心，部分具备起搏、光刺激、射频消融等功能）

3. 心脏移植与异种移植
原发性移植物功能障碍：丙戊酸可改善静态冷保存小鼠心脏的收缩和舒张功能，该效应在猪工作心脏模型中同样有效。

异种移植（猪→人）超急性排斥：离体猪心用人血灌注后15–30分钟内功能丧失，抗体及补体沉积。通过补体抑制剂、凝血抑制剂、IgM耗竭或基因修饰（表达hDAF、hCD46、hCD59或多基因GTKO/hCD46/HLA-E/hβ2-mg）可显著延长存活。

表2 临床相关异种灌注心脏模型研究（按干预类型分类：无干预、补体、凝血、抗体耗竭、基因修饰）

4. 供体心脏保存与修复（EVHP）
与传统静态冷保存相比，常温离体心脏灌注可减少缺血时间、减轻缺血再灌注损伤。一项随机对照试验显示，使用EVHP保存的循环死亡供体心脏，患者6个月和1年生存率更高。

EVHP也是治疗递送平台：可给予siRNA、间充质干细胞、AAV载体，改善心脏功能或减轻免疫损伤。未来方向包括纳米颗粒和酶法转化血型抗原。

四、总结与展望
离体心脏灌流技术历经百年发展，可在无全身干扰下评估心脏机械、电生理和代谢功能，模拟缺血性心脏病、心律失常、异种排斥等疾病状态，测试药物、基因治疗、细胞治疗及生物材料，并提升移植心脏的保存质量和利用率。未来结合光遗传学、基因编辑及机器灌注修复技术，该技术将继续为心血管疾病机制研究和治疗策略开发提供关键证据。