实时心肌超声造影定量评价心肌梗死后微循环灌注的实验研究

史　琪, 杨媛媛, 王　梦, 穆玉明

(新疆医科大学第一附属医院心脏超声诊断科， 乌鲁木齐　830011)



实时心肌超声造影定量评价心肌梗死后微循环灌注的实验研究

史琪, 杨媛媛, 王梦, 穆玉明

(新疆医科大学第一附属医院心脏超声诊断科， 乌鲁木齐830011)

摘要：目的探讨实时心肌超声造影对心肌梗死后微循环灌注的定量评价。方法将21头中华小型猪随机分为心肌梗死组(MI组)和对照组，MI组结扎冠状动脉左前降支(LAD)建立急性心肌梗死模型，依据心肌梗死后不同时间点随机分为6个亚组，分别注射超声造影剂，测量参数获得造影剂心肌灌注参数(A、β、A×β)。各组实验终点动物处死后取相应心肌梗死组织，免疫组织化学方法检测微血管数量。结果与对照组比较，MI组各项灌注参数均有下降，差异具有统计学意义(P<0.05)；MI 1 w组各项灌注参数指标最高，2 w、3 w和4 w组灌注参数指标均较1 w组下降(P<0.05)，2 w组和3 w组各项灌注参数指标无差异(P>0.05)；4 w组各项灌注参数指标下降较2 w、3 w组明显，但差异无统计学意义(P>0.05)。MI 1 w组的微血管数量增多，与3 d组相比差异有统计学意义(P<0.05)，MI 4 w组微血管数量较2 w、3 w组减少，差异有统计学意义(P<0.05)。心肌造影灌注强度与病理检测的微血管密度存在正相关关系。Y(微血管密度)=1.098+0.757 6 X(心肌造影灌注强度)，相关系数r=0.852，r2=0.752 (P<0.05)。结论实时超声造影可定量评估心肌梗死后微循环灌注。

关键词：实时超声造影； 心肌梗死； 微循环灌注； 定量评价

近年来，干细胞移植技术在心肌梗死治疗中的应用越来越广泛。心肌梗死区域的微循环对于移植干细胞的存活、迁移、分化能否有效发挥生物学效应起决定性作用[1]。在心肌损伤的早期，微血管数量虽然增多，但不一定能起到再通血流的作用。在心肌梗死干细胞移植治疗前正确评价有效微循环灌注具有重要的意义。本研究旨在探讨实时心肌超声造影(myocardial contrast echocardiography，MCE)评价心肌梗死(MI)后微循环的应用价值。

1材料与方法

1.1实验动物及分组21头中华小型猪，8月龄大小，体质量(27±3)kg，雌雄不限(购于新疆医科大学第一附属医院实验动物中心)。随机抽取3头作为对照组(对照组为假开胸组，仅开胸但不结扎冠状动脉)，余18头为心肌梗死组(MI组)，根据心肌梗死后1 d、3 d、1 w、2 w、3 w、4 w时间点随机分为6组,每组3头。MI组和对照组均分别注射超声造影剂，测量参数获得造影剂心肌灌注参数(A、β、A×β)。

1.2实验动物心肌梗死模型的制作及评价

1.2.1心肌梗死模型的建立参照Yang等[2]和Song等[3]采用的方法，用阿托品、氯胺酮肌肉注射进行诱导麻醉，经耳缘静脉戊巴比妥钠(3%)进行深度麻醉，术中经耳缘静脉注射琥珀酰胆碱、戊巴比妥钠、芬太尼维持麻醉状态，经胸骨左缘第3、4肋间打开胸腔，结扎左冠状动脉前降支第2对角支以下部分，分层缝合关闭胸腔。手术中始终配备呼吸机、心电监护仪、除颤仪，观测实验动物呼吸、心率、心律和血氧饱和度等指标，如有室颤发生，行直流电复律，必要时行心脏按摩及肾上腺素和碳酸氢钠等药物抢救。

1.2.2心肌梗死模型的建立确认[4](1)心电图：肢体导联R波振幅升高，胸导联ST段弓背向上抬高>0.1 mV，并持续时间>0.5 h，4 h后复查心电图，出现病理性Q波；(2)血清心肌酶谱检测；(3)超声心动图检查。

1.3心肌超声造影检查使用美国飞利浦公司生产的iE-33型超声诊断仪，心脏探头型号S5-1，频率为6 MHz。动物麻醉生效后，保持猪侧卧位姿势，根据图像质量适当调节探头角度、增益、聚焦等参数，使心内膜缘显示最佳，调整图像满意后，保持条件不变，经耳缘静脉团注造影剂1 mL，继以生理盐水5 mL冲洗。采集胸骨旁乳头肌水平短轴切面，心肌显像稳定后触发闪烁显像，触发高机械指数脉冲发放破坏心肌内造影微泡，随即仪器自动转换为低机械指数实时造影状态，显示心肌内造影微泡再充盈过程，从注射造影剂即刻起全程记录动态影像，直到造影剂廓清为止。超声各参数设置、辐照时间及造影剂注射速度等指标均维持不变。

1.4心肌造影图像分析所有图像均在Q-Lab工作站上由2位医师双盲法脱机进行MCE图像分析。分别于二尖瓣、乳头肌、心尖段水平进行观察，将感兴趣区(Region of Interest, ROI)置于灌注缺损区，软件自动绘制出感兴趣区造影剂再充盈的时间-强度曲线，并根据拟合函数y=A (1-e-βt)自动计算出平台期强度A(代表心肌血容量)、再充盈速度β(代表心肌血流速度)，A×β可反映心肌血流量。对超声造影剂的所有在体评价指标进行统计学对照分析。

1.5微血管密度的检测超声造影结束后处死实验动物，取心肌组织制作切片，检测血管内皮细胞标志物Ⅷ因子相关抗原。组织切片经抗Ⅷ因子染色后，每张切片随机取5个400倍视野，计算单位视野内Ⅷ因子阳性内皮细胞的平均数，即微血管密度。

1.6统计学处理采用SPSS17.0软件处理数据，多个样本均值比较采用单因素方差分析，组别之间两两比较用 LSD 方法进行分析，以P<0.05为差异有统计学意义。

2结果

2.1对照组和MI组心肌灌注各参数值的比较与对照组比较，MI组 A、β和A×β灌注参数均有下降，差异具有统计学意义(P<0.05)；MI 1 w组在心肌梗死后各项灌注参数指标最高，心肌梗死后2 w、3 w和4 w组灌注参数指标均较1 w组下降，差异有统计学意义(P<0.05)，2 w与3 w组各项灌注参数指标相比差异无统计学意义(P>0.05)；4 w组各项灌注参数指标较2 w、3 w组下降明显，但差异无统计学意义(表1)。

表1　对照组和MI组心肌灌注各参数值的比较(±s)

注：与对照组比较，*P<0.05，与1 w组比较，#P<0.05。

2.2心肌梗死后不同时间点微血管数量的比较心肌梗死后1 d组和3 d组微血管的数量无明显差别(P>0.05)，MI 1 w组的微血管数量增多，与3 d组相比差异有统计学意义(P<0.05)，2 w组与3 w组微血管数量无明显差异(P>0.05)，MI 4 w组微血管数量较2 w、3 w组减少，差异有统计学意义(P<0.05)(图1、2)。

图1　微血管数量比较图(单位：个/视野)

图2　微血管密度与心肌造影灌注强度的相关性

2.3微血管密度与心肌造影灌注强度的关系心肌造影灌注强度与病理检测的微血管密度存在正相关关系。Y(微血管密度)=1.098+0.757 6 X(心肌造影灌注强度)，相关系数r=0.852，r2=0.752 (P<0.05)。

3讨论

目前干细胞移植治疗心肌梗死的有效性已得到基础实验和临床试验的证实[5]，但存在移植细胞存活率低的问题,移植区域新生环境的微循环对干细胞移植成功起着关键作用。微血管密度(MVD)检测被认为是评价微血管新生的可靠指标[6]，但此方法不适用于临床在体评价。长期以来，临床医生无法准确地定量被移植区域内的有效微循环。实时心肌超声造影(MCE)通过观察造影剂在心肌内的动态充盈过程，可直观地显示低灌注及无灌注区域的部位及范围 ，从而达到评价心肌梗死后有效微循环的目的[7-8]。在实时心肌超声造影过程中，微泡运输是通过心肌组织的微循环，引起心肌组织背反射的瞬间升高，从而成功地用于判断心肌缺血和坏死。本研究在动物模型中用放射标记微粒的实验证实，时间对比背反射结果的数据与心肌血流量测量存在相关性。进一步表明，微泡的区域性分布与心肌血流量的区域性分布有关。

Jivraj等[9]的研究显示，大鼠心肌梗死后1 w，梗死边缘微血管增生明显，密度最大，是对心肌梗死急性期的反应性变化。心梗后2～3 w，随着心肌梗死区域的恢复，微血管结构重新调整，一部分微血管消失，保留的微血管增粗再通。心梗后4 w心肌瘢痕形成，心肌硬化增加，微血管不易继续长入[10]。本研究结果显示造影剂心肌灌注参数(A值、β值、A×β值)和微血管密度均在心肌梗死后1 d开始升高，1 w达到峰值，之后开始下降，与病理结果相吻合。而且各参数之间有一定的相关关系。另外通过超声造影剂的灌注参数可以计算出微血管数量，因此今后有望用超声造影剂心肌灌注参数在体无创评估微血管数量，为治疗缺血性心脏病探索一种新的无创的方法。

参考文献：

[1]Wang Y, Hu X, Xie X, et al．Effects of mesenchymal stem cells on matrix metalloproteinase synthesis in cardiac fibroblasts [J]. Exp Biol Med, 2011, 236 (10):1197-1204.

[2]Yang CH,Sheu JJ,Tsai TH, et al. Effect of tacrolimus on myocardial infarction is associated with inflammation, ROS, MAP kinase and Akt pathways in mini-pigs [J].J Atheroscler Thromb,2013，20(1):9-22.

[3]Song GX，Li XR, Zhang FX, et al. The occurrences of ventricular arrhythmia after acute myocardial infarction in a porcine model：comparison between ligation and occlusion[J]. Chin J Cardiac Pac Electrophysiol, 2012，26(3):246-249.

[4]Lichtenauer M,Schreiber C,Jung C, et al. Myocardial infarct size measurement using geometric angle calculation[J]. Eur J Clin Invest, 2014，44 (2):160-167.

[5]O’Brien KD, McDonald TO, Chait A, et al. Neovascular expression of E-selectin, intercellular adhesion molecule-1 and vascular cell adhesion molecule-1 in human atherosclerosis and their relation to intimal leukocyte content[J]. Circulation,2013,15(93):672-682.

[6]Amado LC,Saliaris AP,Schuleri KH,et al.Cardiac repair with intramyocardial injection of allogeneic mesenchymal stem cells after myocardial infarction[J].Proc Natl Acad Sci USA,2005,102:11474-11479.

[7]Guset G,Costi S,Lazar E,et al.Expression of vascular endothelial growth factou(VEGF) and assessment of microvascular density with CD34 as prognostic markers for endometrial carcinoma[J].Rom J Morphol Embryol,2010,51:677-682.

[8]Schaar JA, Regar E, Mastik F, et al. Incidence of high-strain patterns in human coronary arteries:assessment with three-dimensional intravascular palpography and correlation with clini-cal presentation[J]. Circulation,2014,109:2716-2719.

[9]Jivraj N, Phinikaridou A, Shah AM, et al. Molecular imaging of myocardial infarction[J]. Basic Res Cardiol,2014,109(1):397．

[10]Silvestre JS, Smadja DM,Lévy BI.Postischemic revascularization: from cellular and molecular mechanisms to clinical applications[J]. Physiol Rev,2013,93(4):1743-1802．

(本文编辑王艳)

Assessment of myocardial micro-circulation perfusion by real-time contrast echocardiography with post-myocardial infarction

SHI Qi， YANG Yuanyuan， WANG Meng， MU Yuming

(CardiacUltrasoundDiagnosticsDivision，TheFirstAffiliatedHospitalof

XinjiangMedicalUniversity，Urumqi830011，China)

Abstract：ObjectiveTo study the efficacy of real-time myocardial contrast echocardiography (MCE) to myocardial micro-circulation perfusion with post-myocardial infarction. MethodsTwenty-one Chinese mini-pigs were randomized into control group and therapeutic group(MI). Acute myocardial infarction model was established by ligating the left anterior descending of coronary artery The control group and therapeutic group were randomed divided into six subgroup according to the different time points after myocardial infarction and were injected ultrasound contrast agent.to obtain myocardial perfusion parameters of angiography (A, β, A×β). The myocardial infarction organization were obtained after animals sacrificed and then detected capillary number by immunohistochemical method. ResultsCompared with control group, all parameters in MI group were decreased and the difference was statistically significant (P<0.05); In MI group, the perfusion parameters were the highest in 1 w, then the perfusion parameters were decreased in 2 w, 3 w and 4 w (P<0.05). There was no statistical difference about perfusion parameters in 2 w and 3 w (P>0.05); The indicators in 4w was decreased significantly compared with 2 w and 3 w, but it was not statistically significant (P>0.05). Compared with the 3 w group, the number of microvessel in MI 1 w group was increased, and the difference was statistically significant (P<0.05). The number of microvessel in MI 4 w group was decreased, compared with the 3 w group,and the difference was statistically significant (P<0.05). Myocardial imaging and pathological detection of microvascular perfusion strength density existed positive correlation. Y(microvessel density) =1.098+0.7576X (myocardial perfusion imaging intensity), correlation coefficient was 0.852, r2=0.752 (P<0.05). ConclusionReal-time myocardial contrast echocardiography can quantitatively assess the myocardial micro-circulation perfusion with post-myocardial infarction.

Keywords：myocardial contrast echocardiography；myocardial infarction；micro-circulation perfusion； quantitative assessing

[收稿日期：2015-04-18]

doi:10.3969/j.issn.1009-5551.2016.02.024

中图分类号：R542.22

文献标识码：A

文章编号：1009-5551(2016)02-0223-03

作者简介：史琪(1984-),女，在读博士，研究方向：心血管疾病的超声诊断。通信作者：穆玉明，男(回族)，教授，主任医师，博士生导师，研究方向：心血管疾病的超声诊断，E-mail:mym1234@126.com。

基金项目：新疆重大疾病医学重点实验开放课题(SKLIB-XJMDR-2012-6)