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二维应变超声心动图评价大鼠心肌收缩应变与梗死面积的相关性
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【药学自我鉴定范文】作者：林美燕， 阮琴韵， 廖书生， 鄢磊【摘要】 目的 应用二维应变超声心动图(2DSE)技术检测心梗大鼠左室壁的径向、周向应变及应变率，以组织学上心肌梗死面积为标准，探讨2DSE技术对评价梗死心肌的价值。 方法 开胸制备17只大鼠急性心梗模型，于术前24 h、术后4周分别行超声心动图检查，应用2DSE技术分析左室短轴乳头肌水平各节段收缩期峰值径向、周向应变及应变率，心肌梗死后4周心脏标本行组织学染色后计算梗死心肌面积。 结果 (1)与术前相比，术后4周各节段径向、周向应变及应变率均显著降低，以梗死区降低最为显著(P<0.05);(2)2DSE的径向、周向应变及应变率指标与梗死面积均呈显著负相关，以径向应变<10%判断节段心肌梗死面积>30%的灵敏度和特异度分别为0.84，0.98。 结论 2DSE技术可用于评价心肌梗死大鼠局部心肌功能，对判断节段心肌梗死面积>30%有较高的准确性。
【关键词】 心肌梗死; 心肌收缩; 超声心动描记术; 疾病模型，动物
准确评价心肌梗死后局部心肌功能无论对于临床应用还是动物心肌梗死模型治疗的实验研究都有重要意义。二维应变超声心动图(2-dimensional strain echocardiography，2DSE)技术因其不受声束角度限制能逐帧追踪二维图像上心肌组织的声学斑点，可以观察心肌在多种方向上的运动情况[1]。大鼠是研究心肌梗死的常用模型之一[2]。本研究拟应用2DSE技术检测心肌梗死大鼠左室壁径向、周向应变及应变率，对照组织学结果，探讨其对评价梗死心肌的价值。
1 动物与方法
1.1 实验动物及模型建立 雄性Sprague-Dawley(SD)大鼠25只，体质量250～300 g[由上海斯莱克试验动物有限责任公司提供，实验动物质量许可证号：SCXK(沪)2007-0005，实验动物使用许可证号：SYXK(闽)2004-0007]。采用改良的Pfeffer方法结扎大鼠左冠状动脉前降支制作左室急性心梗模型，以结扎后左室前壁颜色变白、运动减弱，心电图相应导联出现ST段抬高及病理性Q波作为判断模型成功的标准[3]。
1.2 仪器与超声检查方法 采用美国GE公司生产的Vivid7 Dimension彩色多普勒超声诊断仪，选用10 S高频探头(频率范围5.4～11.8 MHz)于术前24 h、术后4周行超声心动图检查。受检大鼠取左侧卧位，连接肢体导联心电图，于左侧胸骨旁获取左室乳头肌水平短轴切面，计算左室舒张末期和收缩末期左室容积(LVEDV，LVESV)，应用Teichholtz公式计算左室射血分数(LVEF)。动态记录3个完整心动周期的左室乳头肌水平短轴二维图像，存储、导入EchoPAC 7.0工作站。二维应变分析软件自动定义配合手动修正确定心内外膜间斑点追踪感兴趣区(前间隔、前壁、侧壁、后壁、下壁及后间隔6个节段)，系统自动显示各节段收缩期峰值径向应变(SR)和应变率(SrR)、收缩期峰值周向应变(SC)和应变率(SrC)。
1.3 心肌组织学检查及梗死面积计算 大鼠造模后4周取出心脏标本，取左室乳头肌水平厚约2～3 mm的截面，用10%中性福尔马林固定后经脱水、透明、浸蜡、包埋后作厚约4 μm的左室横断面切片，Masson三色染色后用数码相机拍照，图像定量分析系统(Image pro plus 5)测量6个节段心肌的梗死面积。心肌梗死面积>30%定义为大面积心肌梗死。
节段梗死面积(%)=节段心肌瘢痕面积/该节段心肌截面积×100%
1.4 心肌梗死区域分布定义 根据左室节段性冠状动脉血供特点和血管结扎部位，将大鼠左室乳头肌水平短轴截面分为梗死区(前间隔、前壁、侧壁，由左冠状动脉前降支供血)，周边区(后间隔、后壁)和远离区(下壁)[4]。
1.5 统计学处理 正态分布计量资料以x±s表示，应用SPSS 13.0统计软件进行统计分析。心肌梗死前后指标比较采用配对t检验，梗死区、周边区、远离区不同区域心肌梗死前后2DSE指标的变化量比较采用非参数检验—Friedman检验，2DSE指标与组织学上心梗面积作ROC曲线评价2DSE技术判断梗死心肌的灵敏度和特异度。P<0.05为差别有统计学意义。
2 结 果
2.1 动物一般情况 8只大鼠死于手术过程或围手术期，入选17只。术后出现不同程度的精神萎靡、食欲不振、活动量减少、体毛干枯等表现。
2.2 超声心动图结果
2.2.1 常规超声心动图测量结果 与术前24 h相比，术后4周左室容积显著增高[(1.37±0.18)mL vs(0.71±0.11)mL，P<0.05]，LVEF显著降低[(53±8)% vs(82±3)%，P<0.05]。
2.2.2 2DSE各指标变化 与术前24 h相比，术后4周各节段径向、周向应变及应变率(除后壁的径向、周向应变和下壁的周向应变外)均显著降低(P<0.05)，以梗死区降低最为显著(P <0.05，表1)。表1 17只大鼠术前24 h与术后4周左室乳头肌水平各节段2DSE指标
SR、SrR、SC、SrC分别为径向应变、径向应变率、周向应变、周向应变率;与术前24 h比较，☆：P<0.05;梗死区(前间隔、前壁、侧壁)与周边区(后间隔、后壁)比较，#：P<0.05;梗死区(前间隔、前壁、侧壁)与远离区(下壁)比较，▲：P<0.05.
2.3 组织学结果与各心肌节段心梗面积情况 低倍镜下可以观察到整个左心室短轴心肌断面, 其中梗死部位心肌呈片状淡绿色，高倍镜下为大量胶原纤维(绿色)，非梗死部位心肌在镜下均为红色。17只大鼠102个心肌节段中有32个节段呈大面积心梗(淡绿色区域)，分布在梗死区的前壁和前间隔;13个节段呈中小面积心梗，分布于侧壁和前间隔;周边区和远离区未见梗死的心肌节段(图1)。
2.4 各节段2DSE指标与心梗面积的相关性 2DSE各指标(SR、SC、SrR、SrC)与心梗面积均呈显著负相关(r值分别为-0.80、-0.75、-0.61、-0.68，P<0.05)。
2.5 2DSE各指标对判断心梗面积的灵敏度与特异度 以组织学上各节段心梗面积为金标准，对2DSE各指标作ROC曲线进行分析。各指标对判断节段心肌梗死面积>30%的灵敏度和特异度在0.74～0.98之间，判断心梗存在(>0)的灵敏度和特异度在0.74～0.96(表2)。 A：左室短轴切面，显示前壁、侧壁径向应变值降低(分别为10%，11%);B：组织切片Masson染色显示心梗模型左室前壁和侧壁节段呈片状淡绿色(箭头所示).
3 讨 论
心肌梗死后局部心肌功能的准确评价无论对于临床应用还是动物心梗模型治疗的实验研究都有重要意义。本研究应用2DSE技术观察大鼠心梗表2 2DSE各指标(SR、SC、SrR、SrC)判断心梗的灵敏度与特异度结果
模型左室心肌径向和周向应变功能，对照组织学上心梗面积，探讨2DSE技术对评价梗死心肌的价值，发现：(1)心梗后4周各节段径向、周向应变及应变率均显著降低，以梗死区降低最为显著(P<0.05);(2)各应变指标与心梗面积均呈显著负相关(P<0.05)，以径向应变<10%判断节段面积>30%的灵敏度和特异度分别为0.84，0.98。
本研究采用改良的Pfeffer方法结扎左冠状动脉前降支成功制作了左室急性心梗模型[3]，4周后心肌组织学切片Masson染色证实17只大鼠梗死区(前间隔、前壁、侧壁)均有不同范围的胶原纤维(绿色区域)即瘢痕组织存在，而周边区(后间隔、后壁)及远离区(下壁)则呈红色区域。根据心肌中瘢痕组织与非梗死区心肌间的颜色差异得以通过图像分析系统计算乳头肌水平每一节段心肌的心梗面积。
2DSE是基于超声斑点追踪的技术，不受声束角度限制，评价心肌功能时与心肌内植入超声微晶体或磁共振标记成像所得的结果有着很好的一致性[5]。以往对猪等大型动物心梗模型局部心肌功能的研究发现，2DSE能有效检出梗死或缺血节段心肌的功能异常，是准确评价局部心肌功能的新手段[6-7]。本研究发现，大鼠心梗后4周，梗死区心肌径向及周向应变指标明显降低且与梗死面积相关，ROC曲线分析显示各项应变、应变率指标对检出节段心肌梗死都有较高的准确性(灵敏度0.74～0.85，特异度0.85～0.98，曲线下面积0.85～0.97)，其中径向应变<10%判断节段心梗面积>30%的灵敏度和特异度分别为0.84，0.98，这与Migrino等发现的以收缩末期径向应变<2%作为判断大鼠节段心梗面积>50%的灵敏度和特异度分别为0.88，0.95的结果基本一致[8]。理论上应变率指标比应变更能反映心肌功能，但本组模型中径向、周向的应变比应变率指标与心梗面积相关性更好，判断心梗的准确性也更高。对于小动物心脏模型，在超声测量上可能存在一定的误差，同时由于应变率比应变多了个时间变量，因而增加了这种误差的可能性。对于应变、应变率与心梗面积间相关性的研究目前没有更多的结果或文献可供参考，有待进一步的试验研究来阐明何者判断心梗面积的准确性更高，但目前在临床研究和动物实验中多使用应变指标[9-10]。
心梗后由于心肌细胞破坏、胶原纤维增生导致室壁各层心肌收缩功能障碍，2DSE可以检出其梗死区径向与周向应变的明显降低，但是笔者发现在心梗模型的非梗死区(周边区和远离区)大部分节段心肌的二维应变指标也有一定程度降低，Migrino等的研究中也发现相似的结果[11]。非梗死区可能存在冬眠心肌从而使局部心肌收缩功能降低，心梗后非梗死区心肌细胞凋亡的增加可能与心梗后心室重构和心脏功能损害有关[12-13]，但本研究对存活冬眠心肌与小面积心梗未作鉴别。
总之，2DSE技术对于局部心肌功能的评价及节段心梗面积的判断有较高的准确性，可以作为小动物心梗模型实验研究中可选择的无创性心功能评价技术之一。但是，由于大鼠心脏体积小且心尖切面显示欠佳，该技术目前只适合于左室短轴切面上径向、周向应变指标的研究，而对纵向运动的评价比较困难。
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