二维斑点追踪技术评价犬心梗后自体骨髓CD34+干细胞移植对心肌功能的影响

张烨，李治安，何怡华，杨娅，郑居兵

(1.北京安贞医院超声科，北京 100029;2.北京安贞医院心外科，北京 100029)

二维斑点追踪技术评价犬心梗后自体骨髓CD34+干细胞移植对心肌功能的影响

张烨1，李治安1，何怡华1，杨娅1，郑居兵2

(1.北京安贞医院超声科，北京 100029;2.北京安贞医院心外科，北京 100029)

目的 应用二维斑点追踪成像超声心动图(2D－STE)，评价犬心梗后自体骨髓CD34+干细胞移植对心肌功能的影响。方法 12只杂种犬行冠脉左前降支结扎术，导致前壁心肌梗死，随机分为两组，A组为对照组，结扎术后两周二次开胸手术，经心肌注射磷酸盐缓冲液(PBS)1 mL;B组为治疗组，结扎术后两周二次开胸手术，经心肌注射含自体骨髓CD34+干细胞的磷酸盐缓冲液1 mL。应用STE对12只犬结扎术前、术后左室短轴基底段及心尖段心室节段径向应变(RS)、圆周方向应变(CS)以及局部心肌旋转(Rot)进行分析，并对对照组和治疗组治疗后的RS、CS及Rot变化进行比较。结果 心肌梗死后梗死节段的 RS、CS以及 Rot均下降，治疗后治疗组梗死段RS及Rot较对照组好转。结论 STE能够评价左室短轴局部心肌的收缩功能，心肌梗死后梗死段短轴各方向应变减低，自体骨髓CD34+干细胞移植能够提高局部心肌的收缩功能。

斑点追踪超声心动图;心肌梗死;局部心肌功能;干细胞移植

近年来迅速发展的组织多普勒成像(tissue Doppler imaging，TDI)被认为是定量分析局部心肌径向收缩功能的较好方法，但因角度依赖以及重复性较差而有一定局限性。二维斑点追踪成像(twodimensional speckle traking imaging，2D－STE)是一项无角度依赖，可计算心肌节段径向、横向和圆周三个方向的运动速度与应变以及心肌的旋转角度与扭转等多项指标的新技术［1］。干细胞移植是近年来冠心病的一种新的治疗手段，可促进梗死心肌毛细血管增生，提高心功能［2］。本研究通过对犬梗死前后和心肌自体骨髓CD34+干细胞移植前后心肌局部运动功能的改变的对照研究，探讨2D－STE技术评价心肌自体骨髓干细胞移植的应用价值。

1 材料与方法

1.1 实验动物

成年杂种犬12只，由北京市科宇实验动物养殖中心提供【SCXK(京)2000－0015】，动物饲养级别 1级，雌雄不限，体质量 17～23 kg，平均(19.8±3.7)kg。

1.2 方法

1.2.1 急性心梗制备:12只实验犬3%戊巴比妥钠腹腔麻醉(1 mL/kg)后，剪毛，左侧卧位，连接心电监测，建立静脉通道气管插管，呼吸机通气直至实验结束。开胸并切开、悬吊心包，于冠状动脉前降支分出第一对角支后涤纶线结扎(结扎前进行缺血预处理)，结扎后前降支供血区域心肌成暗红色，彻底止血后放置防粘连膜关闭胸腔。

1.2.2 骨髓干细胞分离及实验分组:利用MACS分离系统来提纯骨髓CD34+干细胞。12只实验犬随机分为两组:①A组:对照组6只，第一次开胸手术，结扎冠状动脉前降支;两周后第二次开胸手术，经心肌注射磷酸盐缓冲液(PBS)1 mL。②B组:治疗组6只，第一次开胸手术，结扎冠状动脉前降支;两周后第二次开胸手术，经心肌注射含自体骨髓CD34+干细胞的磷酸盐缓冲液(PBS)1 mL。

1.2.3 超声心动图检查

(1)超声仪器:美国GE VIVID 7彩色多普勒超声诊断仪，M3S探头，频率2～4 mHz。

(2)图像采集:于心肌梗死前、心肌梗死后2周和第二次开胸后4周分别进行超声心动图检查。具体方法:犬取左侧卧位，连接心电图，常规M型测量左室舒末内径和双平面Simpson法测量左室射血分数(EF)。采集二尖瓣水平左室短轴切面和心尖水平左室短轴切面二维灰阶动态图像，动态图像至少包括三个心动周期，光盘存储。

(3)图像分析方法:应用Echo PAC工作站2DSTE软件进行二维应变分析，该软件可在二维超声图像条件下逐帧追踪记录心肌内斑点信号，计算心肌内高强度斑点的位置变化，得出各个方向的应变，包括左室短轴观心室各节段径向应变(RS)、圆周方向应变(CS)以及局部心肌旋转角度(Rot)［3］。2D－STE分析方法:分别选取二尖瓣水平和心尖水平左室短轴动态图像，进入2D Strain分析状态，手动勾画左室心内膜，软件自动生成感兴趣区(ROI)，调整感兴趣区宽度尽量使其包纳心肌全层，准确对应心内膜和心外膜边界［4］。系统自动将两个水平的左室短轴观室壁均分为前间隔(AS)、前壁(AW)、侧壁(LW)、后壁(PW)、下壁(IW)及后间隔(PS)6个节段，总计12节段，对每一段进行斑点追踪和分析，自动显示每一节段的应变曲线，并自动计算出各节段RS、CS以及局部心肌节段Rot。

1.2.4 数据统计与分析:采用SPSS 11.0统计分析软件，各项计量资料以±s表示。心肌梗死前后LVEF、CS、RS、Rot比较使用配对 t检验，治疗前、后两组间上述指标比较使用t检验。P＜0.05认为差异具有统计学意义。

2 结果

12只杂种犬于实验过程中无一例死亡。超声图像满意，与人类图像标准切面相似。12只犬结扎术前、术后和治疗前、后共分析左室576节段，经手动调整后成功追踪率为94.6%。

2.1 心肌梗死前、后左室短轴基底段及心尖段心肌应变分析

二维超声心动图观察，心肌梗死前犬的左室各段心肌运动正常，2D－STE软件分析:左室短轴不同水平RS曲线均为正向峰值曲线;而CS曲线为负向峰值曲线;Rot曲线在基底段为负向峰值曲线，而在心尖段为正向峰值曲线。心肌梗死前正常状态下，各节段RS、CS、Rot差异无统计学意义(P＞0.05)。心肌梗死后于左室心尖水平短轴切面、胸骨旁和心尖四心腔切面均可观察到左室前壁及前间隔心尖段出现不同程度的运动降低、消失甚至矛盾运动，心尖膨隆。梗死节段(左室前壁和前间隔心尖段)的RS、CS以及 Rot均较心肌梗死前明显下降(P＜0.05)，差异有统计学意义;非梗死节段各项指标与术前对照，差异无统计学意义(表1)。

表1 心梗前、后左室前壁基底段和心尖段的RS、CS和Rot比较(±s)Tab.1 Comparison of RS，CS and Rot of the apical and basal segments in the left ventricular anterior wall，before and after myocardial infarction(±s)

表1 心梗前、后左室前壁基底段和心尖段的RS、CS和Rot比较(±s)Tab.1 Comparison of RS，CS and Rot of the apical and basal segments in the left ventricular anterior wall，before and after myocardial infarction(±s)

注:*心梗前、后相应节段对照进行比较，P＜0.05*Compared with corresponding segments before and after myocardial infarction，P ＜ 0.05

apical－AW心梗前 Before MI 30.45±13.79 28.92±12.08 18.31±5.14 17.60±5.38 －8.63±3.16 9.75±3.28心梗后 Post－MI 28.67±12.38 17.24±7.63* 18.17±4.97 10.82±6.01* －7.93±3.81 5.38±3.17RS(%)CS(%)Rot(°)心梗前后 前壁心尖段前壁基底段basal－AW前壁心尖段apical－AW前壁基底段basal－AW前壁心尖段apical－AW前壁基底段basal－AW*

2.2 干细胞治疗组与对照组左室短轴基底段及心尖段心肌应变分析

治疗前，干细胞治疗组左室梗死节段 RS、CS、Rot与对照组比较差异无统计学意义;治疗后干细胞治疗组梗死段 RS及Rot较对照组好转(P＜0.05)，差异有统计学意义(表2)。

表2 治疗后A组与B组左室前壁心尖段的RS、CS和Rot比较(±s)Tab.2 Comparison of RS，CS and Rot of the apical segments in the left ventricular anterior wall of group B with that in group A after transplantation(±s)

表2 治疗后A组与B组左室前壁心尖段的RS、CS和Rot比较(±s)Tab.2 Comparison of RS，CS and Rot of the apical segments in the left ventricular anterior wall of group B with that in group A after transplantation(±s)

注:*治疗组与对照组进行比较，P＜0.05*Treatment group compared with the control group，P＜0.05

94 B组(治疗组)Treatment group 20.13±10.07* 14.39±7.25* 6.70±3.81组别 Group RS(%) CS(%) Rot(°)A组(对照组)control group 16.86±7.38 11.08±5.92 4.88±2.*

2.3 其他结果

本实验临床医生同时做了干细胞标记和心肌活检的研究，治疗组心肌梗死面积小于对照组(P＜0.05)，差异有统计学意义。

3 讨论

冠状动脉粥样硬化性心脏病是严重威胁人类健康的主要疾病。心肌梗死导致心肌细胞功能受损乃至死亡，虽然心肌梗死后心肌细胞可以再生，但再生能力极其有限。近年来研究发现，骨髓干细胞移植可通过在缺血或梗死部位植入具有多能分化能力的骨髓干细胞，使其生成新的血管内皮和心肌细胞，达到减小心肌梗死范围、改善心功能的疗效［5，6］。因此如何准确定量局部和整体心肌功能对于冠心病的诊断和治疗具有重要意义。

超声心动图是评价心脏功能公认的首选无创检查方法。理论上，心肌应变和应变率是评价局部心肌功能的最理想的指标，目前临床对应变和应变率的研究应用较广泛的是组织多普勒成像(TDI)技术，但主要用于局部心肌长轴应变的评价，不能定量心室整体的应变与应变率，并且因固有的角度依赖性使其的临床应用有一定限制［7］。超声新技术2DST是应用独特的声学标记进行帧帧追踪(斑点追踪)，可以无角度依赖的得出局部心肌的应变、应变率、位移、速度以及旋转角度等指标，较完整、全面地反映左室短轴及长轴的心肌功能，是目前定量局部心肌功能的一种新的有效的方法［8，9］。

目前临床对心脏功能的研究已从单纯对长轴、短轴的左室功能和射血分数的评价转向对三维空间心室变形的研究，它包括径向收缩、圆周方向收缩和旋转收缩三个方面的运动，心肌的旋转运动和扭转是当今的研究热点。研究表明，收缩期左室心尖部呈逆时针旋转，而左室基底部呈顺时针旋转，左室的扭转即两者间产生的角度差，左室扭转可使左室产生泵血功能和抽吸作用，因而心脏扭转及解扭转运动与左室收缩和舒张功能紧密相关［10］。

本研究通过对比实验动物心肌梗死前后及骨髓干细胞移植前后左室短轴应变指标变化来探讨心肌发生病变如缺血或梗死时，相应节段的收缩功能的变化，以及干细胞移植对缺血心肌功能改善的影响。对于左室短轴运动我们主要采用了 RS、CS、心底部及心尖部心肌Rot和扭转角度几项指标来进行观测，分别代表心肌增厚的程度、心肌纤维在心室短轴圆周方向的缩短能力和心脏的扭转。

本研究发现，左室短轴犬正常收缩应变曲线规律为:①基底段和心尖段RS均为正值，曲线均为正向峰值曲线;②基底段和心尖段CS均为负值，曲线均为负向峰值曲线;③基底段心肌收缩期呈负向顺时针旋转，Rot为负值，曲线为负向峰值曲线;④心尖段心肌收缩期呈正向逆时针旋转，Rot为正值，曲线为正向峰值曲线，与基底段正好相反。心肌梗死前正常状态下，各节段 RS、CS、Rot差异无统计学意义。

实验动物左前降支结扎后，供血节段心肌发生缺血和梗死，心肌梗死节段的心肌受累，表现为心肌变薄，心肌的形变和形变速度明显减低或接近消失甚至反转，提示收缩运动能力明显下降。本研究中实验犬急性前壁心肌梗死后，2D图像显示左室前壁及前间隔心尖段出现不同程度的运动降低、消失甚至矛盾运动，该节段的应变绝对值及旋转角度明显低于正常对照组和运动正常的基底段，差异均有统计学意义，提示这些为梗死节段，由左前降支供血。另外其他实验及临床研究亦证实，2D－STE测量结果与超声微测仪及心脏磁共振研究结果高度一致［3］。

心肌干细胞移植是目前治疗心肌梗死后心功能不全的新热点，它通过在移植部位形成新生的血管和心肌细胞，增加冠脉血流，使濒临死亡的心肌重新恢复活力，改善局部心肌的收缩功能，延缓左室重构，从而更大程度地改善患者的预后。本研究发现在干细胞移植4周后，移植组的左室前壁心尖段RS，CS值均较移植前增高。对照组由于无延缓左室重构的因素，重构继续，结果心室腔扩大，室壁变薄，前壁心尖段局部心肌功能改善不大。本实验的病理检查也证实，移植组的前壁梗死面积缩小、室壁增厚，移植细胞存活，而且在心肌微环境中分化为心肌样细胞;而对照组未见上述病理变化。

因此，我们认为二维应变作为一种评价左室整体功能和局部心肌应变的新方法，不仅具有传统超声心动图的无创、廉价、操作简便、可反复随访等优点，同时还具有无角度依赖、实用性强、简便快捷、可重复性好等特点，能够对冠心病患者的临床诊疗工作有很大的帮助，有极大的临床应用潜力。

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Two-Dimensional Speckle Tracking Echocardiographic Evaluation of the Effects of Autologous Bone Marrow CD34+Stem Cell Transplantation on Cardiac Function in Dogs with Myocardial Infarction

ZHANG Ye1，LI Zhi－an1，HE Yi－hua1，YANG Ya1，ZHENG Ju－bing2
(1.Department of Ultrasound，Beijing Anzhen Hospital，Affiliated to Capital Medical University，Beijing，100029，China;2.Department of Cardiac Surgery，Beijing Anzhen Hospital，Affiliated to Capital Medical University，Beijing，100029，China)

ObjectiveTo evaluate the cardiac function after autologous bone marrow CD34+stem cell transplantation by two－dimensional speckle tracking echocardiography(2D－STE)in dogs with myocardial infarction.MethodsThe left anterior descending coronary artery was ligated to produce myocardial infarction model.Twelve dogs were randomly divided into two groups.Group A was the control group，receiving 1 mL myocardial injection of phosphate buffer solution(PBS).Group B was the treatment group treated with myocardial injection of autologous bone marrow CD34+stem cells in 1 mL phosphate buffer.Using of 2D－STE，radial strain(RS)circumferential strain(CS)and regional myocardial rotation(Rot)of apical and basal segments in the left ventricular anterior wall were analyzed and compared，in short axis of 12 dogs before and after operation.ResultsRS，CS and Rot of infracted segments were decreased after myocardial infarction.Comparing with group A，RS and Rot of transplantation segments in the group B were significantly increased.Conclusion2D－STE can be used to evaluate the left ventricular fractional regional myocardial contractile function.The short axis in all directions of infarct segment in myocardial infarction was reduced.Autologous bone marrow CD34+stem cell transplantation can improve the regional myocardial contractile function.

Speckle tracking echocardiography;Myocardial infarction;Regional myocardial function;Stem cell transplantation

R542.22

A

1005－4847(2010)03－S1－04

2009－12－10

张烨(1975－)，女，硕士，研究方向:超声心动图新技术和心脏再同步化治疗。E－mail:yez@263.net