二维斑点追踪技术早期评价放射性心脏病兔左室舒张功能的价值

唐雯，熊妮，唐晶，顾鹏

(1.川北医学院超声教研室，四川 南充 637000；2.成都市中西医结合医院·成都市第一人民医院超声科，四川 成都 610000；3.广元市中心医院超声科，四川 广元 628017)

放射治疗是胸部肿瘤的重要治疗方法，由于胸部肿瘤靠近心脏，常常诱发心脏毒性，由放射治疗引起的心脏损害称为放射性心脏病(radiation induced heart disease，RIHD)。多数研究[1]发现，左室舒张功能异常往往早于收缩功能异常。因此早期诊断舒张功能受损有重大意义。本研究通过建立RIHD兔动物模型，运用二维斑点追踪技术(two-dimensional speckle tracking，2D-STI)探索RIHD兔左室舒张功能的变化情况，为临床早期诊断胸部肿瘤放疗后左室舒张功能受损提供一定的参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

雄性新西兰大白兔29只(质量2.5～3.5 kg)，其中高剂量组10只、低剂量组12只、对照组7只，所有实验操作均通过学院动物伦理委员会批准同意。

1.2 方法

1.2.1 动物模型的建立 实验兔肌肉注射麻醉后，取仰卧位热塑模进行体位固定，行CT模拟定位扫描，制定三野适形放疗计划，行锥形束CT(CBCT)扫描位置验证，与定位CT进行匹配，验证摆位后执行照射，射线能量为6MV-X线，剂量为低剂量组单次20 Gy、高剂量组单次40 Gy、对照组单次0 Gy。见图1。

1.2.2 实验动物的超声检查 检查采用飞利浦EPIQ7C超声诊断仪，选用S12-4心脏探头。实验兔分别于放疗前(T0期)、放疗后第0周(T1期)、放疗后第5周(T2期)、放疗后第15周(T3期)和放疗后第25周(T4期)行超声检测。具体检测步骤：兔胸部备皮，使用速眠新Ⅱ，按0.2 mL/kg肌肉注射麻醉后，左侧卧位固定于检查床上。于胸前及下腹部行3导联的心电图连接，于胸骨旁行左室长轴测量左室舒张末内径(LVDD)、左房前后径(LAD)。于心尖区行四腔心、三腔心、两腔心扫查，四腔心切面测量二尖瓣口舒张早期血流峰值流速(E)、二尖瓣口舒张晚期血流峰值流速(A)。分别保存四腔心、三腔心、两腔心5个心动周期的动图；应用QLAB10.0定量分析软件，选择aCMQ功能，手动描记左室心内膜面，确定二尖瓣环隔侧点、侧壁点及心尖内膜点，软件自动生成应变率曲线，记录舒张早期应变率(LgSRe)、舒张晚期应变率(LgSRa)，取三个切面应变率的均值为LgSRe、LgSRa。操作由同一人进行3次，取3次结果平均值为最终结果。

1.2.3 心脏组织的病理学检测 在T0期、T1期、T2期、T3期超声检测完成后随机选取高剂量组2只、低剂量组2只及对照组1只兔子处死(不包括意外死亡兔子)，T4期处死所有兔子，取出心脏，进行大体标本观察。用10%的福尔马林溶液固定24 h，然后石蜡包埋、切片，行HE染色，用光学显微镜在200×下观察心肌细胞及间质血管。

1.3 统计学分析

2 结果

2.1 实验动物病理检查情况

大体标本可见，T4期高剂量组3只兔心肌苍白，其他解剖兔子大体标本未见明显异常。HE染色显示，对照组，T0～T4期，对照组心肌细胞大小正常，排列整齐，未见炎症细胞。高剂量组与对照组比较，T0、T1期，无明显差别；T2期，心肌细胞周围少许炎性细胞；T3期，间质血管周围少量纤维化，管壁稍厚；T4期，兔子间质血管管壁明显增厚，部分血管内可见血栓，部分血管壁可见坏死，周围可见纤维化，心肌细胞局部坏死，心肌间质纤维沉积、炎症细胞增多。低剂量组与对照组比较，T0、T1期，无明显差别；T2期，心肌细胞周围少量炎性细胞；T3期，间质血管周围少量纤维化，心肌间质纤维沉积，炎细胞浸润；T4期，心肌间质炎症细胞较多，局部纤维沉积，细胞排列紊乱。见图2及图3。

2.2 常规心动超声结果

2.2.1 同时期高剂量组与对照组及低剂量组比较 仅高剂量组E/A、E在T4期均降低，差异有统计学意义(P<0.05)，A轻微增大，差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。

2.2.2 高剂量组组内比较 仅T4期的E/A、E相较于T0、T1、T2、T3期的E/A、E降低，差异有统计学意义(P<0.05)，A轻微增大差异无统计学意义(P>0.05)。见表1。

表1 左室常规超声心动图指标比较

2.3 2D-STI左室舒张功能参数结果

2.3.1 同时期高剂量组与对照组及低剂量组比较 对于LgSRe，在T3及T4期高剂量组相较于低剂量组及对照组降低，差异有统计学意义(P<0.05)；对于LgSRa，在T4期高剂量组相较于低剂量组及对照组增大，差异有统计学意义(P<0.05)。见表2、图4。

2.3.2 高剂量组组内比较 对于LgSRe，高剂量组从T2～T4期逐渐降低，T3、T4期差异有统计学意义(P<0.05)；对于LgSRa，高剂量组从T2～T4期逐渐增大，T4期差异有统计学意义(P<0.05)。见表2、图4。

表2 左室舒张期应变率

3 讨论

研究[2]显示，辐射诱发的心脏并发症与总辐射剂量、暴露年龄、随访时间以及是否联合使用化疗药物有关。RIHD可有心包炎、心包纤维化、弥漫性心肌纤维化、冠心病、微血管损伤和瓣膜狭窄等病理特征[3]。引起这些病理改变的因素都不局限于辐射暴露，但辐射可以显著加速这些病理变化的进展过程[4]。心肌纤维化的特征是弥漫性胶原带纵横交错穿过心脏组织，分离和替换心肌细胞。本实验高剂量组在放疗后T3期出现少量纤维化，T4期纤维化比较明显，低剂量组在T4期也出现轻度纤维化，与以往的动物实验一致[3]。此外，电离辐射也可能直接损伤心肌，引起心肌细胞变性坏死[5]，本实验高剂量组T4期出现心肌细胞局部变性坏死。与其他因素引起冠状动脉病变相似，辐射诱导的冠状动脉病变最初事件是内皮损伤，单核细胞渗入内膜，随后低密度脂蛋白沉积和脂纹形成[5]。有学者[6-7]研究指出，单次剂量14 Gy或分次剂量2 Gy/d，连续20次照射apoE突变体c57bl/6小鼠局部颈动脉可加速其粥样硬化的发生，本实验中未见粥样斑块出现。辐射引起的心脏微血管损伤以毛细血管密度降低为特征，有报道指出，在给鼠心脏局部高剂量(≥8 Gy)后可出现毛细血管密度降低[8]。在一项对兔子的实验中，毛细血管对辐射的反应比大静脉和小动脉表现出更多的形态变化，这表明微血管在缺血性损伤中起到了作用[9]，本实验中小血管的明显变化是血管周围纤维化、炎症细胞聚集，高剂量组在T4期则可见血栓形成。

通过构建RIHD动物模型，能较好地研究放疗这一单一因素对RIHD发生发展的影响、RIHD的病理改变、2D-STI的特征，为临床早期诊断和早期治疗RIHD起到重要作用。周卫兵等[10]使用新西兰大白兔构建心脏辐射损伤模型时，采用了临床相关剂量组(10、14、18 Gy)、高剂量组(22、30、40、54、60、80 Gy)，研究发现，临床相关剂量组心脏损伤较轻，变化不明显，高剂量组心脏损伤较重，且剂量越高，损害越重，60 Gy、80 Gy组死亡率较高。故本实验采用低剂量组(20 Gy)、高剂量组(40 Gy)作为实验组，既能研究与临床接近的放射剂量，也能保证动物的生存率。

常规超声心动图指标如LVDD早期诊断RIHD敏感度不高[11]。二尖瓣口血流E峰和A峰是临床上评价左室舒张功能的常用指标，E峰受舒张早期左室松弛性和左房压力的影响，A峰反映了舒张晚期左房-左室压力阶差，并且受左室顺应性和左房收缩功能的影响[12]，本实验中仅高剂量组在T4期E、E/A有明显降低，A峰轻微上升，可能是因为高剂量组在T4期左室整体松弛性降低，E、E/A下降，为保证左室充盈量，左房代偿性收缩，A峰值上升；而高剂量组在T1、T2、T3期和低剂量组在整个观察时期的左室整体松弛性较好，故E、E/A、A没有变化。2D-STI技术是在二维视图下通过非组织多普勒方法对心肌形变进行定量分析，与传统组织多普勒技术相比，具有不受角度依赖及容量负荷影响等优点[13]。近年来，已经证实了斑点追踪技术有着重要的可行性和可重复性。张琦等[14]运用斑点追踪技术评估STEMI病人PCI术后左心室局部收缩功能时指出STI可以定量评价心肌缺血程度，应变率是冠心病早期缺血的敏感指标。本实验中，高剂量组T3期LgSRe出现降低，T4期进一步降低，T4期LgSRa升高，说明2D-STI可以早期诊断RIHD舒张功能异常，且LVSRe指标优于LVSRa及常规心动图指标E/A、E；而低剂量组与实验组各时期对比均没有明显统计学差异，说明放射剂量也是影响左心室舒张功能的重要因素，剂量越大左心室舒张功能损伤越明显，与方晓燕等[15]研究一致。

本研究样本例数偏少，研究时间尚可延长，实验组明显的心功能损害尚未出现。心脏各节段的应变率可进一步分析，心肌损害的病理学可进一步探讨。

综上，二维斑点追踪技术可早期评价放射性心脏病兔左心舒张功能，放射剂量越大，观察时间越长，心功能损伤表现越明显。