解剖 M型超聲心動圖對骨髓間充質干細胞移植前后心臟結構和功能的研究

張軍輝,李 媛,曹禮庭,張小明,董國禮,顧 鵬,劉興華,張 青

(醫學影像學四川省重點實驗室,川北醫學院附屬醫院超聲科,四川南充 637000)

骨髓間充質干細胞(mesenchymal stem cells,MSCs)移植治療心肌梗死是近年國內外醫學領域的研究熱點。在對心肌梗死病情嚴重程度及治療效果評價方面,超聲檢查有著重要的作用。解剖 M型超聲(anatomic M-mode echocardiography,AME)能全方位對心室壁的厚度及局部功能進行測量,能客觀評價心肌梗死的范圍及部位。介入栓塞法是一種建立急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)動物模型較穩定的方法。目前,應用AME觀察介入栓塞法豬 AMI并經MSCs移植治療后心臟結構及功能變化的研究報道較少。因此,本研究擬采用該方法建立豬 AMI模型,應用 AME評價其結構和功能變化,為臨床應用提供實驗依據。

1 材料與方法

1.1 實驗準備:貴州種小型豬 8只,雌雄不限,月齡8～12個月,體質量 30～45 kg,平均(35.5±5.2)kg,由成都達碩生物科技有限公司提供。MSCs來源于川北醫學院附屬醫院風濕免疫研究所細胞培養中心。

1.2 動物模型與儀器

1.2.1 實驗動物模型的建立:小型豬術前禁食 12 h,禁水6 h。用氯胺酮 12mg/kg,安定 0.2mg/kg耳后肌肉注射使其麻醉。動物安靜后,用 22 G留置針于耳緣處建立靜脈通道,配制氯胺酮 500 mg、安定20mg與 500ml生理鹽水混合液,經靜脈滴注維持麻醉。用橈動脈穿刺針穿刺右側股動脈,置入 5F動脈鞘,在導絲引導下,插入左冠狀導管超選行左冠狀動脈造影,證實進入左冠狀動脈后插入 3F微導管,于左冠狀動脈前降支/對角支遠端造影并證實,透視下緩慢推入 3條 10 mm長的 4號藍色絲線線段。栓塞后心電圖示有心肌缺血或梗死改變(T波倒置、ST段抬高等)。回退微導管于左冠狀動脈口進行造影,證實前降支/對角支遠端閉塞。術前2 d及術后用抗生素預防感染。術后 2周,經皮冠狀動脈途徑移植 MSCs,操作步驟同 AMI建模過程,MSCs的注射部位為通過介入超選至栓塞冠脈的近端血管,移植的 MSCs數量約為 1×107個。

1.2.2 儀器設備:使用日本 Alokaα-10彩色多普勒超聲診斷儀,選用 UST-52105相控陣探頭,探頭頻率 1-5 MHz。GE Advantx-Lcv-Plus數字減影血管造影機檢查床。

1.3 實驗方法:所有動物模型均行超聲心動圖檢查,取仰臥位,稍偏向左側,于右側心前區探查。分別記錄 AMI前、MSCs移植前后的心臟超聲圖像。按照美國心臟病學會推薦的方法[1],將左心室室壁劃分為 16個節段(除外心尖帽)。獲取胸骨旁左心室短軸觀,在二維超聲圖像質量滿意時,啟動 AME模式,使用 1-3條取樣線,將取樣線通過二尖瓣瓣尖、乳頭肌水平短軸觀,即觀察前壁 -下壁、前間隔-后側壁、后間隔 -前側壁;取心尖水平短軸觀,觀察前壁-下壁、室間隔 -側壁,并使取樣線盡量位于這些節段的中部且垂直于心內膜面,分別測量各節段室壁運動搏幅(amplitude,Am)。在胸骨旁左心室長軸觀,于標準Ⅱa區測量左心室舒張末期內徑(left ventricular end diastolic diameter,LVEDd)。取心尖四腔心觀,用單平面 Simpison法測量左心室射血分數 (left ventricular ejection fraction,LVEF)。AME判斷心肌梗死/缺血節段:根據造模前 Am的95%可信區間下限值判定室壁運動異常節段(心肌缺血/梗死節段)。本實驗采用 Am≤6 mm即為陽性(圖 1A)。

2 結 果

成功制成 AMI模型小型豬 2頭。造模未成功 4頭,術后死亡 2頭。AME判斷建模前、MSCs移植前后室壁運動異常的節段數、左心室大小、心功能指標的變化如下:AMI模型建立前室壁運動均正常,MSCs移植前因 AMI模型已建立,共出現 5個節段室壁運動異常,MSCs移植后 1例室壁運動異常節段數明顯減少,1例未明顯探及運動異常節段 (圖1B);2例均表現為 LVEDd有正常 -增大 -減小趨勢;LVEF為正常 -減低 -增加趨勢。見表 1。

表1 AME對豬 AMI前及 MSCs移植前后觀察結果

3 討 論

AME彌補了傳統 M型超聲的缺陷,取樣線可以在 2DE圖像區域內任意旋轉和平移,可以對所有部位和運動方向的心血管結構進行 M型成像[2,3],其優點是可通過測量室壁厚度及 Am,較好地反映AMI的部位和心臟收縮功能[4]。

MSCs是存在骨髓腔的一種具有多向分化潛能的干細胞,可以向心肌細胞、造血干細胞支持遞質及血管內皮細胞等轉化。MSCs移植可能通過改善心肌、基質、血管重構等多種途徑共同起作用。

目前建立 AMI模型的動物常見的有兔、大鼠、豚鼠、豬、犬等。小型豬冠狀動脈循環系統在解剖學、血流動力學方面與人類相似,是研究人類心血管疾病的最佳動物模型[5]。AMI模型制備的方法常用的是結扎法和介入法。前者需開胸結扎冠狀動脈,對實驗動物創傷大,長期存活概率低。后者創傷較小,包括球囊堵塞法和栓塞法,球囊堵塞法耗時較長,實驗步驟較繁雜[6],梗塞欠恒定;栓塞法造模步驟較簡便,梗死較穩定。但本研究實驗條件要求仍相對較高、技術較復雜,故僅成功了 2例。

本研究應用 AME對小型豬造模前及 MSCs移植前后左心室長短軸各心肌節段觀測的結果表明:MSCs移植后較移植前室壁運動異常節明顯減少,LVEDd有正常-增大-減小趨勢;左心室收縮功能表現為正常 -減低 -增加趨勢。本研究說明 AMI后MSCs移植是有效的,這與國內一些學者報道類似[7]。移植后新生的細胞維持了受損心肌的相對完整性,限制了心室特別是梗死區膨展,抑制了心臟重構;移植細胞增加了心臟的順應性和彈性,使心室壁富有彈性從而限制了梗死區擴大與心室整體擴張[8]。MSCs移植治療 AMI,移植細胞可在心肌微環境內存活,并可分化為心肌樣細胞,促進新生血管生成,使梗死的心肌組織收縮舒張運動功能得到修復,顯著提高 AMI后左心室整體功能。總之,AME能全方位的檢測左心室各節段運動情況,可以較好地評價 AMI的部位及 MSCs移植前后左心室的結構與功能。

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