速度向量成像技术在评价甲状腺功能亢进性心脏病大鼠心功能中的应用*

侯睿，金铉顺，高艺花，金成子，郑斯琴，马伟平

（延边大学附属医院 1.影像二科，2.心内科，吉林 延吉 133000；3.延边大学 药理学教研室，吉林 延吉 133000）

甲状腺功能亢进性心脏病（hyperthyroidism heart disease，HHD）是甲状腺功能亢进症（简称甲亢）的严重并发症之一。高水平甲状腺素长期作用下，心血管系统会受到如心肌肥厚、心肌细胞结构改变及心肌纤维化等严重损伤[1]。超声速度向量成像（velocity vector imaging, VVI）是无创跟踪分析心肌运动的一项技术。相比二维图像追踪组织运动轨迹增加了速度的信息，与组织多普勒相比可以减少角度的依赖性[2-4]。目前，其多用于在四腔心切面基础上评价人类心肌运动，对动物基于心尖四腔心切面的研究甚少。临床上多采用Simpson法评价心功能，但有研究表明Simpson法评价动物心功能有一定局限性，故本研究通过HHD大鼠模型，探究心尖四腔心切面基础上VVI技术评价大鼠心功能的可行性。

1 材料与方法

1.1 实验动物及模型复制

5～6周龄SD（Sprague-Dawley）大鼠20只，体重180～200 g，购自延边大学实验动物中心。适应性喂养1周后，按体重随机分为对照组和模型组，自由饮食、水。参照文献[5]的方法复制甲亢大鼠模型，模型组每天皮下注射甲状腺素（L-thyroxin）0.5 mg/kg，对照组每天皮下注射等量的生理盐水。28 d后停止药物干预。记录两组大鼠体重，对照组最高体重达360 g，模型组最高体重达290 g。用ELISA检测大鼠血清中总三碘甲状原氨酸（total triiodothyronine, TT3）、总甲状腺素（total thyroxine, TT4）的含量。超声心动技术检测模型组大鼠心率，可达500次/min或以上。HHD大鼠模型复制成功。

1.2 方法

1.2.1 超声速度向量技术 于VVI检测前1天，禁食水。脱去大鼠前胸鼠毛，腹腔注射30%乌拉坦麻醉，采用西门子Acuson S2000彩色多普勒超声仪，10V4探头（频率10 MHz），经心尖四腔心切面对大鼠行超声心动图检查并保存数据，脱机进行VVI分析。描记左心室心内膜，VVI系统读取纵向峰值速度（velocity）（cm/s）、纵向峰值应变（strain， Sr）（%）和纵向峰值应变率（strain rate, SRr）（1/s）。见图 1。

1.2.2 血液检测 用30%乌拉坦腹腔注射对大鼠进行麻醉，腹主动脉取血后，用ELISA检测大鼠血清中TT3、TT4的含量。

图1 VVI分析系统

1.2.3 病理学检查 开胸取心脏，取左心室心肌组织处理后于电镜下观察心肌组织细胞及线粒体形态。

1.3 统计学方法

数据分析采用SPSS 19.0统计软件，计量资料以均数±标准差（±s）表示，独立样本用t检验，计数资料以率（%）表示，行χ2检验，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组大鼠VVI各项指标比较

VVI读取的收缩期纵向峰值速度（systolic velocity, Vs）和舒张期纵向峰值速度（diastolic velocity, Vd）、Sr和收缩期纵向峰值应变率（systolic strain rate, sSRr）及舒张期纵向峰值应变率（diastolic strain rate, dSRr）（1/s）中，与对照组比较，模型组Vs、Vd、Sr、sSRr和dSRr 5项指标均低于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表1。

2.2 两组大鼠血清中TT3、TT4含量比较

与对照组比较，模型组大鼠血清中TT3、TT4浓度增高（P＜0.05）。见表 2。

2.3 两组大鼠心肌细胞超微结构比较

对照组心肌纤维结构排列整齐，线粒体致密。模型组心肌纤维结构排列紊乱、部分肌纤维断裂，线粒体肿胀、破裂。见图2。

表1 大鼠VVI各项指标结果 （n =10，±s）

表1 大鼠VVI各项指标结果 （n =10，±s）

组别 Vs/（cm/s） Vd/（cm/s） Sr/% sSRr/（1/s） dSRr/（1/s）对照组 0.270±0.132 0.248±0.108 8.851±6.887 1.270±1.033 1.222±0.864模型组 0.102±0.050 0.119±0.064 1.604±1.178 0.516±0.328 0.512±0.290 t值 3.590 3.137 3.429 2.285 2.559 P值 0.002 0.006 0.006 0.041 0.024

表2 两组大鼠血清TT3、TT4水平（n =10，ng/L，±s）

表2 两组大鼠血清TT3、TT4水平（n =10，ng/L，±s）

组别 TT3 TT4对照组 68.866±7.336 123.560±22.827模型组 87.700±12.015 166.446±45.347 t值 3.675 2.276 P值 0.002 0.039

图2 两组大鼠左心室心肌细胞超微结构（电镜×6 000）

3 讨论

HHD是甲亢的常见且严重并发症之一。它的病程长，临床症状表现较晚，容易误诊，影响患者预后。HHD是在高水平甲状腺素长期作用下，心脏发生如心肌肥厚、肌纤维束增加及心肌细胞结构改变等严重病理学改变[6]。而心肌纤维化会导致心力衰竭、心肌梗死或心律失常等常见心血管疾病[7-8]。因此更早期更准确的诊断HHD，对提高该病患者预后有着重要的意义。

Simpson法计算LVEF值是临床评价左心室功能的常用方法，能够较准确的反映心室功能[9]。但已有文献证明，Simpson法用于大鼠左心室功能测定误差较大，应用Simpson法评价大鼠左心室功能具有一定局限性[10]。而VVI分析系统是一种利用超声斑点示踪技术的新型超声心动图技术。其能够克服标准切面的局限性，描记心内膜运动轨迹，提供心肌运动速度、心肌应变及心肌应变率等指标，更加客观、全面的评价心肌的运动[11]。心肌应变是心脏搏动时引起的心肌长度的变化，采用应变和应变率评价心肌运动可以区分心脏整体运动和心室壁运动，普遍认为心肌应变评价心肌运动的稳定性较好。但应用传统组织多普勒法衡量心肌应变，记录位置有限，具有一定的角度依赖性。VVI技术不依赖于多普勒，应用超声二维灰阶成像为基础，对目标心肌进行斑点及边界追踪，采集相位信息，以矢量方式表示心肌运动变化。VVI用于人类心尖四腔心切面的研究有很多[12-13]，而动物方面的研究仅限于大动脉短轴切面或左室长轴切面[14-16]，用于大鼠心尖四腔心切面相关研究结果甚少。本研究在大鼠心尖四腔心切面进行左心室心内膜描记，利用VVI技术观察大鼠左心室功能变化，结果表明模型组Vs、Vd、Sr、sSRr及dSRr，均低于对照组。该结果和心肌硬度与心肌运动速度、心肌应变及心肌应变率成正比相吻合。根据KIM等人的研究[17]，HHD模型大鼠的心率高出正常大鼠心率，可达到500次/min或以上，结合本实验结果，快速心率下所得HHD大鼠VVI数据有差异，表明在快速心率条件下，VVI技术可以评价左心室功能。结合血清TT3、TT4及电镜结果所显示的HHD病理学改变即模型组血清TT3、TT4浓度高于对照组（P＜0.05），且电镜下观察大鼠的心肌组织示模型组较对照组心肌出现纤维化改变相吻合，证明成功复制了HHD大鼠模型，且在心尖四腔心切面上应用VVI技术能够评价HHD大鼠的心肌运动，为心脏病大鼠模型提供新的超声评价手段，对临床探究HHD提供新的评价方法。而鉴于HHD较多累及右心室病变，还需进一步完善VVI技术评价右心室功能的研究。