论文摘要
背景与目的缺血性心脏病是常见的心脏疾病,冠状动脉狭窄是其最常见原因（冠心病,coronary artery disease, CAD）,临床上慢性心肌缺血比急性缺血更常见。左室收缩功能是判断CAD患者病情的一项重要指标,而左室收缩功能与心肌缺血的程度、范围及有效血流灌注有关。既往研究表明,在发病初期,当局部心肌运动异常时,由于邻近节段心肌代偿,整体功能测值很可能正常,从而误认为心功能正常。因此,准确判断节段心肌的运动功能及血流灌注具有重要作用。射血分数（ejection fraction, EF）是目前公认的反映左室收缩功能的较好指标。二维超声心动图（two dimensional echocardiography, 2DE）是目前最常用的方法,但当左室形态改变明显时测量误差较大。近年来,实时三维超声心动图（real-time three dimensional echocardiography, RT-3DE）应用新型矩阵型换能器,只需数秒便可形成90°×90°的锥形数据集,实现了真正的实时三维容积数据采集。由于三维探头置于心尖部便可获取全容积数据,不需要移动探头,避免了因探头移动及心动周期偏移导致的测量误差;直接显示左室三维立体形态及进行容积测量,而不需要几何学假设,从根本上克服了2DE的局限,因此测量更准确。RT-3DE能同时分析各节段容积在心动周期中的变化情况,通过分析收缩、舒张末期的节段容积可得到节段EF（segmental EF, SEF）。心脏有节律地收缩和舒张是维持正常心功能的必要条件。研究已证实,心脏再同步化治疗（cardiac resynchronization therapy,CRT）是改善非同步化患者心功能的有效方法。但是CRT治疗首先需要确定哪些患者会因此获益,即确定非同步化。RT-3DE通过勾划心内膜缘直接显示左室的三维立体形态,准确反映节段容积在心动周期中的变化,在评价左室收缩同步性方面具有潜在的优势。新近发展起来的超声斑点追踪成像（speckle tracking imaging, STI）,通过追踪二维图像上的心肌回声斑点来分析心肌的运动轨迹,可从多个方向评价心肌节段应变,无多普勒应变的角度依赖性。研究表明,STI测量结果与声纳微测仪及心肌加标记磁共振所得结果高度相关,观察者内和观察者间的差异也较小,可重复性好,可靠性较高。左心室室壁运动与其血流灌注情况密切相关,良好的灌注是保证心肌收缩力的必要条件。冠心病患者由于心肌缺血导致心肌代谢异常,从而引起运动异常。近年发展起来的实时心肌声学造影（real-time myocardial contrast echocardiography, RT-MCE）,可实时动态显示心肌内微泡从无到有的再充盈过程。经静脉注入造影剂后,因造影剂微泡与红细胞大小相似,可随血流到达心肌组织,分析到达心肌的微泡数量及微泡充盈心肌的速度可反映局部毛细血管床的容量及血流速度,因此,通过探测心肌组织内的微泡显影情况,MCE可从微循环水平定量分析局部心肌的灌注情况。冠状动脉具有强大的代偿功能,静息状态下,轻度甚至中度狭窄的冠状动脉仍能满足正常供血,因此供血节段可表现为室壁运动正常。通过人为施加负荷,诱发心肌耗氧量增加,狭窄的冠脉供血不能相应增加,相应节段就会出现心肌缺血,此时行超声心动图检查,可发现室壁运动异常,因此有利于发现静息时不能发现的冠心病。小剂量多巴酚丁胺为常用的药物负荷方法,即多巴酚丁胺负荷超声心动图（dobutamine stress echocardiography, DSE）。DSE常与静息状态下的检查进行联合分析,用于评价其静息及负荷状态下的心肌运动及微循环灌注及其储备,可提高诊断的敏感性和准确性。本研究的目的是通过建立冠状动脉左旋支慢性狭窄的动物模型,应用RT-3DE、RT-MCE结合DSE,定量评价缺血后左室节段心肌的收缩、微循环灌注及其储备,并通过STI检查评价缺血后应变和扭转运动的改变。方法以10只健康家猪（体重2026Kg）为研究对象,采用开胸手术在左旋支（Left Circumflex Artery, LCX）近端放置Amerioid缩窄环建立慢性心肌缺血模型。动物麻醉后,取左侧卧位置于检查台上,于模型制作前及术后1～6w每周行RT-3DE、RT-MCE、Vivid 7超声心动图检查。于当日或第二日行选择性冠状动脉造影,冠脉狭窄程度以狭窄血管内径与邻近正常血管内径的百分比表示,并据此将所有动物所有检查进行分组:轻度狭窄组（狭窄<50%）,中度狭窄组（狭窄50%～75%）,重度狭窄组（狭窄≥75%）,建模前正常猪归为对照组。以冠脉狭窄≥90%作为实验终点,以10%氯化钾静注处死动物,取左室行TTC、常规HE、Poley染色及铀-铅双染色电镜检查,观察其病理变化。1.模型建立简要步骤氯胺酮300mg（约15mg//Kg）、速眠新20mg和阿托品1mg肌肉注射诱导麻醉,气管插管,接呼吸机及心电监护仪,静脉与吸入复合麻醉维持,左胸第4肋间切开10厘米进胸。于LCX起始部置入内径2.25mm的Ameroid缩窄环,以无菌塑料束带环绕Ameroid缩窄环。缝合心包,逐层关胸。2.实时三维及心肌声学造影图像采集及分析动物取左侧卧位,连接肢体导联心电图。RT-3DE检查使用Philips iE33彩色超声诊断仪,X3-1探头,于心尖区获取全容积三维数据图像,对图像质量欠佳者,于注射造影剂后再采集图像。RT-MCE采用iE33 S5-1探头,采集胸骨旁左室中部层面短轴观图像,造影剂为本实验室自制“脂氟显”,剂量0.02ml/kg。选心肌造影模式,机械指数（MI） 0.1,Beats 20。图像采集完成后,以微量输液泵经静脉持续注入小剂量多巴酚丁胺,逐渐增加剂量直至靶心率较负荷前增加20bpm左右,重复上述RT-3DE及RT-MCE采图。图像拷贝至QLAB 5.2工作站进行脱机分析。以3DQ及3DQA软件分析实时三维图像,软件自动得出左室整体EF及各节段EDV、ESV等参数,计算节段EF （SEF）。软件并分析左室节段间达最小容积时间（Time to minimal segmental volume, Tmsv）,得到左室多节段间Tmsv的最大差值Tmsv-dif、标准差Tmsv-SD及其标化值（以占心动周期的百分比表示,便于不同心率受检者之间比较）,以判断左室内收缩同步性。造影图像采用ROI进行定量分析,评价节段微循环灌注,参数包括A值、β值、A×β值,分别反映局部心肌血容量、心肌内血流速度及局部心肌血流量。将上述各参数负荷后与负荷前的比值定义为储备值,用于评价收缩及灌注储备功能。3.二维应变图像采集及分析使用GE Vivid 7彩色超声诊断仪,M3S探头,谐波频率,帧频≥50帧/s。采集胸骨旁左室系列短轴（二尖瓣环、乳头肌、心尖平面）连续三个心动周期图像,分别代表左室基底部、中部和心尖部,各平面依次分为前间隔、前壁、侧壁、后壁、下壁和后间隔6个节段。以Echo PAC软件进行分析,自动得出各节段心肌径向应变峰值（peak radial strain, RS）、环向（或圆周）应变峰值（peak circumferencial strain, CS）、及收缩期旋转角度峰值（peak systolic rotation angle, Rot）,以心尖与二尖瓣平面峰值旋转角度之差值反映左室扭转运动角度（Tor）。探讨心肌节段二维应变及各节段旋转运动及左室扭转角度的改变。4.99mTc-MIBI门控心肌灌注显像及图像分析于超声心动图检查后1～3天行核素检查。使用GE Infinia Hawkeye SPECT仪,低能高分辨准直器,采用Two Day法行静息及负荷门控心肌灌注断层显像。首日经猪耳静脉注射15mCi 99mTc-MIBI后约1.5小时后行静息扫描,次日行负荷扫描。实验过程中方法和参数设置不变。应用Emory Cardiac Toolbox for cardiac （ECTb）进行定量分析。软件自动得出EDV、ESV、SV、EF等心功能参数及左室肌块质量（LV Mass）。与超声图像相对应,将左室短轴图像以右心室为标志,顺时针方向依次分为6个节段,测量并记录各节段感兴趣区放射性计数,评价心肌灌注。5.统计学分析使用SPSS 13.0统计软件包进行分析。参数用均数±标准差（x±S）表示,负荷前后比较采用配对T检验,多组间比较采用单因方差分析（ONE-WAY ANOVA）,用LSD法进行均数间多重比较。以p<0.05为差异有统计学意义,以p<0.01为差异有显著统计学意义。结果1.模型建立及分组10只猪中有8只成功建立模型。所有动物于第6周末以前结束检查,8只猪于建模后1～6周共行超声心动图检查38例次。图像质量欠佳不能用于分析者予以排除, 35例次纳入统计分析。所有检查依照LCX狭窄程度进行分组,轻、中、重度狭窄组分别为12例次、12例次、11例次。术前10例为对照组。2.RT-3DE定量节段分析（1）负荷前后比较,重度狭窄组负荷后左心室整体射血分数（EF）及多数节段射血分数（SEF）较静息时降低,其余三组升高,差异有统计学意义（p<0.05,0.01）。（2）静息及负荷状态下,左室SEF随狭窄程度增加呈降低趋势。缺血节段:静息及负荷状态下,中、重度狭窄组二尖瓣及乳头肌平面左旋支供血的侧壁和后壁SEF较对照组及轻度狭窄组降低;负荷状态下,轻度狭窄组二尖瓣平面侧壁和后壁、重度狭窄组心尖平面侧壁和下壁SEF也较对照组降低,差异有统计学意义（p<0.05,0.01）。非缺血节段比较:负荷后重度狭窄组二尖瓣及乳头肌平面前壁和下壁SEF较对照组降低,差异有统计学意义（p<0.05）。（3）SEF储备值比较:缺血节段SEF储备值随狭窄程度增加呈降低趋势。中、重度狭窄组各平面侧壁、后壁SEF储备值与对照组比较,差异有统计学意义（p<0.05,0.01）。重度狭窄组二尖瓣及乳头肌平面非缺血节段中前壁、下壁、心尖平面下壁SEF储备值较对照组降低,差异有统计学意义（p<0.05,0.01）。（4）同步化评价:RT-3DE定量分析左室多个节段间达最小容积时间之最大差值、标准差及其标化值,结果表明,中、重度狭窄组较普遍存在左室收缩不同步,轻度狭窄组收缩不同步表现在左室基底部。3.定量MCE分析（1）负荷前后比较:重度狭窄组负荷后缺血节段（侧壁和后壁）A值、A×β值较负荷前降低,其余节段β值、A×β值增高,差异有统计学意义（p<0.05,0.01）。而对照组、轻、中度狭窄组负荷后各节段各灌注参数（心肌血容量A值、速度β值、心肌血流量A×β值）高于静息状态。（2）静息时中度和重度狭窄组缺血节段各灌注参数较对照组降低,负荷后各狭窄组均较对照组降低,差异有统计学意义（p<0.05,0.01）。静息时重度狭窄组非缺血节段之前壁和下壁A×β值较其余三组升高,差异有统计学意义（p<0.05）;负荷后重度狭窄组前壁A×β值、中度狭窄组前壁和下壁A×β值较对照组降低,差异有统计学意义（P<0.05,0.01）。（3）灌注储备值比较:轻度狭窄组缺血节段A×β储备值、中度狭窄组β储备值及A×β储备值、重度狭窄组各储备值较对照组降低,差异有统计学意义（p<0.01）。重度狭窄组前壁β储备值和A×β储备值、下壁A×β储备值较对照组降低,差异有统计学意义（P<0.05）。（4）静息及负荷状态下RT-MCE所测各组各节段血流量（A×β）与SPECT所测放射性计数相关性好（P<0.05,0.01）。4.二维应变与扭转运动分析（1）径向应变为正向波形,环向应变为负向波形,随狭窄程度增加径向应变峰值（RS）、环向应变峰值（CS）呈逐渐降低趋势。缺血节段比较:重度狭窄组各平面侧壁和后壁RS和CS较对照组和轻度狭窄组降低,中度狭窄组各平面侧壁和后壁RS和CS较对照组降低,差异有统计学意义（p<0.05,0.01）。非缺血节段比较:重度狭窄组各平面前壁RS和CS、二尖瓣及乳头肌平面下壁RS较对照组降低,中度狭窄组乳头肌平面前壁和下壁RS较对照组降低,差异有统计学意义（p<0.05,0.01）。（2）对照组心尖及二尖瓣平面各节段旋转曲线形态较为一致,即心尖平面呈逆时针方向旋转,旋转角度（Rot）为正值;二尖瓣平面为顺时针方向旋转,Rot为负值。各狭窄组心尖及二尖瓣平面旋转方向与对照组基本一致。缺血节段比较:与对照组比较,重度狭窄组各平面、中度狭窄组二尖瓣和乳头肌平面、轻度狭窄组二尖瓣平面侧壁和后壁Rot降低,差异有统计学意义（p<0.05,0.01）。中度和重度狭窄组各平面侧壁和后壁Rot较轻度狭窄组降低,差异有统计学意义（p<0.05,0.01）。非缺血节段:中度和重度狭窄组二尖瓣平面前壁、重度狭窄组乳头肌平面前壁Rot较对照组降低,差异有统计学意义（p<0.05）。（3）左室扭转角度（心尖与二尖瓣平面收缩期峰值旋转角度之差值）比较:中度和重度狭窄组侧壁和后壁之扭转角度较对照组和轻度狭窄组降低,差异有统计学意义（p<0.05）。重度狭窄组前壁扭转角度较对照组降低,差异有统计学意义（p<0.05）。结论1.开胸法于家猪冠状动脉左旋支近端置入Ameroid缩窄环,经冠状动脉造影证实可成功制备慢性心肌缺血模型,方法可靠。2.定量分析表明,随狭窄程度逐渐增加,缺血节段射血分数和定量灌注参数呈逐渐降低趋势。中度和重度狭窄组与对照组比较,差异有统计学意义。3.RT-MCE所测血流量与SPECT所测放射性计数相关性好。冠状动脉在正常状态下具有良好的储备能力。轻、中度狭窄组缺血节段心肌仍存在储备能力,但储备值分析发现,其储备能力较正常组降低。重度狭窄组缺血节段收缩功能及灌注指标降低、储备能力丧失,非缺血节段储备值也降低。4.实时三维超声心动图通过定量分析左室多个节段间达最小容积时间之最大差值、标准差及其标化值,可评价左室内机械不同步性,标化值较绝对值能更敏感地发现收缩不同步。5.随狭窄程度进行性增加,缺血节段径向及环向应变、旋转角度均呈逐渐降低趋势,中、重度狭窄组缺血区多数节段应变及旋转角度较对照组降低。6.超声斑点追踪成像、实时三维超声心动图、实时心肌声学造影从不同方面反映心肌缺血后左室各节段心肌的运动及微循环灌注的变化,联合应用负荷试验可评价静息及负荷状态下的运动及微循环灌注改变及其储备,显示静息状态未显示的一些异常,提高诊断敏感性。
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