血管回聲跟蹤技術評估兔頸動脈斑塊形成后動脈彈性功能改變

張雙雙 陳 莉 呂仁華 王 涌

(復旦大學附屬華山醫院超聲醫學科 上海 200400 )

動脈斑塊形成是動脈粥樣硬化的表現之一,與內中膜厚度(intima-media thickness,IMT)、動脈彈性功能一樣,均是心腦血管疾病的重要標志和獨立危險因子,但相比于IMT增厚,斑塊形成對心腦血管疾病具有更好的相關性和更高的預測價值[1-2]。二維超聲是無創性血管疾病檢查的常用超聲診斷方法,既可測量IMT,也可通過對斑塊回聲及其表面情況的觀察對斑塊的性質作出初步評價[3]。二維超聲下高回聲或強回聲斑塊富含纖維成分或鈣化成分[4],而這些成分的斑塊出現及其范圍才是動脈彈性下降的主要決定因素[5],并參與心肌梗死[6-7]、腦中風[8]及慢性腎[9]等臨床疾病的進展。

血管回聲跟蹤(echo tracking,ET)技術是這些年來廣泛用于血管功能評價的超聲診斷技術,通過實時跟蹤血管壁的運動軌跡,描記血管內徑隨心動周期變化的曲線,再結合即時血壓,運用其內置的數字化圖像管理系統(enhanced digital management system,e-DMS)即可自動計算出各彈性參數的數值,從而對血管彈性功能進行量化分析。有學者認為動脈局部的血流動力學改變與動脈順應性有關[10],也有學者提出脈沖多普勒技術檢測的血流動力學參數可檢測出某些因素(如血壓)引起的血管彈性和順應性改變,表現為隨血壓的升高流速減低、阻力增高的特點[11]。本研究同時采用ET技術和脈沖多普勒技術對頸動脈斑塊模型兔的右側頸動脈進行功能檢查,旨在了解頸動脈斑塊形成后兔動脈彈性功能的改變及其與動脈斑塊的關系,比較兩種超聲檢查方法的應用價值。

材 料 和 方 法

實驗動物普通級健康雄性新西蘭兔43只(上海甲干生物科技有限公司),右側頸動脈結構正常,體重1.8～2.2 kg,實驗合格證號:SYXK(滬)2013-0087。兔為單只單籠飼養,新到兔先于動物房適應1周后再進行實驗。飼養期間自由飲食,燈光12 h交替照明,室溫(24±1)℃,空氣濕度(55±5)%,給予充足的水和普通飼料。1周后普通飼料換成高脂飼料(即1%高膽固醇飼料,含6%椰子油),其他條件不變。

儀器和方法

超聲診斷儀 使用Aloka F-75彩色多普勒超聲診斷儀,選擇頻率為10 MHz高頻線陣探頭,機器內配ET技術e-DMS,并自帶肢體導聯。

超聲檢查前準備 對實驗兔進行隨機編號,同時用電子秤測量每只兔的體重。用3%戊巴比妥鈉以30 mg/kg劑量經耳緣靜脈注射,對實驗兔進行淺麻醉。對實驗兔的右側頸部頸動脈區、雙側上肢及右側下肢部分區域進行剪毛、脫毛處理。連接兔肢體導聯心電圖。

超聲檢查時間及觀察指標 于實驗開始時的第0周和高脂飲食喂養后第4周末,分別對每只實驗兔進行超聲檢查并記錄檢查結果。檢查內容包括:二維超聲模式下檢查內膜表面是否光滑,有無斑塊形成;脈沖多普勒超聲模式下檢測搏動指數(pulsatility index,PI)、阻力指數(resistance index,RI)、收縮期峰值流速(peak systolic velocity,PSV)、舒張期末流速(end diastolic velocity,EDV)和平均血流速度(mean velocity,MnV);ET模式下測量動脈僵硬度參數(stiffness parameter,β)、壓力應變彈性系數(pressure-strain elastic modulus)Ep、動脈順應性(arterial compliance,AC)、脈搏波放大指數(augmentation index,AI)和單點脈搏波傳遞速度(one-point pulse wave velocity,PWVβ)。

超聲檢查方法 首先,在二維超聲模式下對每只兔的右側頸動脈進行縱切面和橫切面的檢查,對內膜進行檢查,并觀察有無斑塊形成,記錄陽性結果。隨后,啟動脈沖多普勒技術檢測各個血流動力學指標。最后,調整探頭獲取最佳頸動脈長軸切面后,進入B/M模式,選擇頸總動脈近心端1～2 cm處作為取樣區,避開IMT增厚及斑塊區域,將追蹤門分別置于頸動脈前、后壁內-外膜交界處,檢查心電圖波形穩定后啟動ET技術,追蹤門可自動描記血管前后壁的運動軌跡,并以曲線形式顯示血管內徑隨心動周期的變化(圖1A),連續獲取8～10個穩定的波形并儲存,結合兔即時血壓,進入e-DMS進行在線或脫機分析,自動計算出Ep、β、AC、PWVβ、AI等5個參數的數值(圖1B)。對兩位高年資超聲診斷醫師獨立測得的結果取平均值作為檢測結果。

A:ET technique traced wall motion of carotid artery.Left:the position of sampling gate;Right:changing curve of carotid artery diameter.B:Enhanced digital management system analyzed elasticity parameters.

圖1頸動脈彈性參數測量及結果輸出
Fig1Themeasurementandoutputofcarotidelasticparameters

入選斑塊及實驗分組正常兔頸動脈IMT 約0.2 mm[12],本研究將厚度 ≥0.5 mm高回聲或強回聲斑塊入選為B組(圖2),其余則納入A組。根據第4周末二維超聲下的觀察結果,將43只兔分為無斑塊組(A組,15只)和有斑塊組(B組,28只)。A、B兩組在第0周所測得的各參數值對應的稱為A0組和B0組。

結 果

二維超聲觀察結果第0周所有兔內膜線光滑、整齊,未檢測到明顯增厚的IMT及斑塊。第4周末部分兔頸動脈內膜表面欠光滑,并可見到1處或多處高回聲或/和強回聲斑塊突入管腔,將厚度≥0.5 mm者記錄下來。

脈沖多普勒檢測指標第4周末所有兔的各血流動力學指標與第0周基礎狀態比較,差異無統計學意義。各血流動力學指標在A組與B組及A0組與B0組之間差異無統計學意義(表1)。

Carotid artery plaque could be detected in the right carotid artery of rabbits in group B by two-dimensional ultrasonography at the end of the 4thweek,as shown by arrows.A and B were two different rabbits of group B.

圖2兔頸動脈斑塊二維聲像圖
Fig2Ultrasoundimagingofcarotidarteryplaqueinrabbits

GroupPIRIPSV (cm/s)EDV (cm/s)MnV (cm/s)A01.26 ± 0.320.66 ± 0.0855.26 ± 11.4518.75 ± 5.2529.29 ± 5.81B01.53 ± 0.560.71 ± 0.1362.56 ± 19.5417.72 ± 5.7329.64 ± 5.89A1.34± 0.540.65 ± 0.1176.50 ± 19.9125.54 ± 9.2339.03 ± 9.48B1.31 ± 0.330.66 ± 0.0868.31 ± 15.6323.29 ± 7.6135.36 ± 9.37t/z of B-A-0.178-0.3311.4860.8581.216t/z of B-B01.7971.608-1.216-1.940-1.943t/z of A-A0-0.4850.075-1.950-1.916-1.949t/z of B0-A0-0.797-1.428-1.5290.4090.665P > 0.05> 0.05> 0.05> 0.05> 0.05

A 0,B 0:At the beginning;A,B:At the end of the 4thweek.

ET技術測量結果所有兔在第4周末測得各彈性參數分別與第0周進行比較,β 、Ep和PVWβ均較基礎狀態增高,差異有統計學意義(t分別為-12.941、-13.535和-7.902,P均<0.001);AC、AI差異無統計學意義。B組各參數與A組進行比較:β、Ep 、PWVβ顯著增高,差異有統計學意義(t分別為-3.485、-2.259、-2.233,P=0.001,0.029,0.031)(圖3);AC、AI差異無統計學意義,各彈性參數在A0組與B0組之間差異無統計學意義(表2)。

(1)P<0.05,(2)P<0.01,(3)P<0.001.0 wk:At the beginning;4 wk:At the end of the 4thwk.

圖3A、B兩組動脈彈性參數β、Ep及PWVβ結果分析
Fig3Analysisofarterialstiffnessparametersβ,EpandPWVβbetweengroupAandB

GroupβEp (kPa)AC (mm2/kpa)AI (%)PWVβ (m/s)A09.07 ± 0.6888.38 ± 4.860.069 ± 0.036-20.24 ± 22.935.49 ± 0.30B 09.19 ± 0.8891.31 ± 5.790.062 ± 0.026-36.84 ± 26.375.39 ± 0.49A11.14 ± 1.17(1)104.05 ± 4.69(1)0.077 ± 0.051-40.91 ± 30.815.93 ± 0.28(1)B12.29 ± 0.98(2)(4)108.03 ± 6.02(2)(3)0.056 ± 0.020-46.04 ± 25.106.16 ± 0.33(2)(3)

A 0,B 0:At the beginning;A,B:At the end of the 4thweek.(1)vs.group A0,P<0.001;(2)vs.group B0,P<0.001;vs.group A,(3)P<0.05,(4)P<0.01.

討 論

ET技術是一種有效的血管功能檢測方法,通過將采集到的同時含有振幅信息和相位信息的射頻原始信息用零交叉方法轉換為距離信息而獲取管壁的位移,其距離測量的精確度可高達0.070～0.013 mm[13]。其優勢在于能夠在血管形態及結構出現顯著改變之前,對血管彈性功能異常作出早期診斷,同時還具有操作簡單、重復性好、無創等優點。血管彈性功能異常是個體自身因素如年齡、性別和基礎因素如高血壓、高血脂、吸煙等共同作用的結果。ET技術目前已成熟用于評價這些因素對血管彈性功能產生的影響,為臨床相關疾病的發生、發展及預后評估提供了重要信息。Ershova等[14]使用ET技術對66例家族性高膽固醇患者及其血脂水平正常的一級親屬57例進行頸動脈彈性功能檢測,將同一年齡階段兩組人群進行比較后發現,前者動脈彈性功能顯著低于后者,表現為β、Ep、PWVβ升高,AC降低,表明ET技術可用于評估高脂血癥引起的動脈彈性降低。有學者使用ET技術對動脈形態、結構均正常的高血壓病患者[15-16]、糖尿病患者[17-18]和被動吸煙者[19]等不同人群以及不同類型的動脈模型[20-21]進行研究,發現ET技術檢測的動脈彈性參數的變化早于形態學改變,并與實驗動物的病理結果相一致,提示ET技術可準確診斷早期血管功能異常。然而,對于有顯著形態學改變的血管,如斑塊形成后血管彈性功能的評價,ET技術的應用價值目前證據不足。

本研究基于前期研究[22-24],利用高膽固醇飲食構建動脈粥樣硬化兔模型。利用ET技術對出現斑塊的兔頸動脈進行彈性功能檢測,在高膽固醇飲食第4周末,所有實驗兔右側頸動脈彈性參數均較基礎狀態增高,說明ET技術可評價高脂飲食引起的動脈彈性功能下降。為進一步探究高脂飲食對動脈彈性影響的具體原因,本研究將B組與A組的各參數比較,前者彈性參數β、Ep及PWVβ顯著高于后者,表明ET可用于斑塊形成后動脈彈性的評價,而對斑塊組與非斑塊組的比較提示動脈彈性功能下降可能與高回聲或強回聲斑塊的出現有關。脈沖多普勒測及的各血流動力學指標在各組之間均未出現明顯統計學差異,表明血管回聲跟蹤技術在評價高膽固醇飲食引起的動脈彈性功能異常方面較脈沖多普勒技術更敏感。

動脈斑塊的形成是高脂血癥等血管內皮損害因素持續存在的結果,病理改變首先是內膜下富含大量脂質的泡沫細胞的聚集,形成脂紋,隨后發展為纖維斑塊,進一步發展可出現斑塊內出血,鈣化及表面潰瘍等改變。Thompson等[25]提出超聲檢測頸動脈鈣化斑的出現與老年人群總死亡率及心血管疾病的預后相關,形成頸動脈鈣化斑塊的老年人的心血管疾病發生率及死亡率是非鈣化斑塊老年人的3倍左右,而鈣化斑塊的存在可對動脈彈性功能造成影響。

盧強等[26]用ET技術對頸動脈斑塊者的動脈彈性功能進行研究,認為斑塊對頸動脈彈性功能的影響比較復雜:從整體角度分析,動脈彈性功能是下降的,且隨著其他心血管危險因素增多,下降趨勢更明顯;但從局部角度觀察,頸動脈彈性并未發生顯著變化。Zureik等[27]使用頸動脈-股動脈脈搏波傳播速度對561例體檢者的動脈彈性功能進行統計分析后發現,動脈彈性功能的下降與斑塊內部回聲有關,當斑塊是以纖維或鈣化成分為主時,動脈彈性功能呈現明顯下降,這與本研究利用ET技術評價頸動脈斑塊引起的動脈彈性功能下降結果相一致。

本研究尚存在以下不足:(1)研究所使用的43只實驗兔在第4周末實驗結束后繼續參與了其他實驗研究,故未能及時對實驗兔動脈斑塊進行病理取材,因此缺少了病理學參照。(2)二維超聲作為本實驗檢測和評估斑塊的主要手段,只能對斑塊的性質做出初步的評估,且觀察結果受操作者的經驗和手法等影響較大。(3)本研究只進行了單側頸動脈的檢查。

綜上所述,ET技術不僅可以用于評價早期血管功能的改變,還可用于斑塊形成后的動脈彈性功能的研究,且其在這方面的診斷價值高于脈沖多普勒技術。本研究表明,高脂飲食引起的斑塊,尤其是富含纖維或鈣化成分的斑塊,可對血管彈性功能產生一定的影響。