基于超聲心動圖技術評價食蟹猴急性心肌梗死模型左室結構和功能的變化

王成舟，楊 倩，張才喬

(1.浙江大學，杭州 310009；2.浙江大學醫學院附屬第二醫院科研部，杭州 310009；3. 浙江大學醫學院附屬第二醫院心血管內科，杭州 310009；4.浙江大學動物科學學院，杭州 310029)

隨著社會的高速發展和競爭力的不斷增加，人們在生活、工作和情感等各方面的壓力也逐漸陡升，促使心肌梗死的發病逐漸增加，并趨于年輕化。心肌梗死是由于心肌嚴重缺血二導致心肌部分壞死，該病具有發病率高、預后差和死亡率高等特點，已嚴重威脅患者的生命健康。超聲心動圖作為急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)的檢查方法之一，具有無創、準確、廉價、操作簡便、快速、可重復性好等特點[1]，可準確預測缺血性左心室(left ventricular，LV)功能狀態[2]，利用不同超聲模式及方法能夠實現心臟的幾何形態學結構、二尖瓣口血流信息、瓣環組織的運動信息的顯示與測量，常規的二維及M型超聲就能檢查出心功能的主要常用指標，頻譜多普勒通過其血流頻譜曲線能掌握血流的方向、性質及流速，組織多普勒利用高通濾波器，濾過血流信息，只顯示心肌運動，而不顯示血流，能顯示瓣環組織運動情況等，能提供較為全面的心血管信息，對AMI的診斷具有重要的參考價值。

近來，超聲心動圖檢測在實驗動物心臟生理結構和疾病模型評價中也體現出較高的應用價值，如王蕾等[3]基于超聲心動圖篩選和早期評價大鼠心梗模型。食蟹猴(cynomolgus monkeys)作為非人靈長類動物，在腦出血、干細胞移植、器官移植、神經系統及病毒等研究方面應用較廣[4]，而在AMI模型研究中研究甚少。因此，本文利用左前冠脈結扎術建立食蟹猴急性心肌梗死模型，并基于超聲心動圖技術評價該模型左室結構和功能的變化，為食蟹猴AMI模型評價提供實驗依據。

1 材料和方法

1.1 實驗動物

取健康成年雄性食蟹猴6只，年齡5～6歲，體重5～7 kg，來源于蘇州西山中科實驗動物有限公司[SCXK(蘇)(2012-0009)]，動物質量合格號：0000694，飼養于浙江大學醫學院附屬第二醫院動物實驗中心普通環境中[SYXK(浙)2014-0004]。單籠飼養，自由飲水、采食。飼養室溫度(21±3)℃，相對濕度(55±15)%，猴維持飼料(由北京科奧協力飼料有限公司提供)一日二餐飼喂，中間一餐水果，實驗動物使用按照3R原則給予人道的關懷照顧。

1.2 主要儀器

采用PHILIPS IE Elite 彩色超聲診斷儀，選用X7-2探頭(頻譜范圍2～7 MHz)。

1.3 實驗方法

1.3.1 AMI模型的制備

術前禁食不禁水12 h后，肌肉注射0.2 mg/kg米達唑侖、0.04 mg/kg硫酸阿托品注射液和5 mg/kg鹽酸氯胺酮注射液聯合誘導鎮靜麻醉，然后行氣管插管，連接接呼吸麻醉機，用1.5%～2.5%異氟烷氣體維持麻醉，并用監護儀進行生命體征監護。胸部術區消毒后，于左胸第4肋處逐層開胸，用開胸器擴開，盡量暴露心臟，于左前降支第一對角支與第二對角支之間結扎，以達到心尖區心尖變白及Ⅱ導聯心電圖ST段抬起為標準。手術結束后注射鹽酸嗎啡注射液1 mg/kg皮下注射，防止心梗帶來的劇痛。術后每天進行籠前觀察行為狀態，并且每天用碘伏對創口進行消毒，同時肌注80萬單位青霉素鈉，每天2次，連續3 d。

1.3.2 超聲心動圖采集節點

分別于建模前、建模后3 d及建模后1個月進行超聲心動圖檢查。

1.3.3 超聲心動圖采集前的準備

給予鹽酸賽拉嗪注射液0.75 mg/kg肌注，10 min后給予鹽酸氯胺酮注射10 mg/kg肌注。麻醉后貼電極部位被毛剃干凈，連接電極同步記錄Ⅱ導聯心電圖。

1.3.4 超聲心動圖采集方法

檢測探頭放置在食蟹猴胸骨旁，調整探頭掃查方向，同時調節增益，使顯示屏上顯示清晰的左心室內外輪廓，分別采集以下圖像：胸骨旁左室長軸切面、胸骨旁短軸切面(二尖瓣水平、腱索乳頭肌水平及心尖水平)、心尖部位心尖四腔心切面、心尖兩腔心切面及心尖三腔心切面，在心率穩定時記錄連續3個完整的心動周期二維動態圖像。在心尖4腔心切面多普勒模式下將PWD取樣容積置于二尖瓣口處測取血流頻譜速度，記錄二尖瓣口血流頻譜圖像。在心尖4腔心切面組織多普勒(DTI)模式下將PWD取樣容積置于二尖瓣環間隔、側壁，記錄二尖瓣環組織運動速度圖像，以上圖像存入硬盤，脫機離線分析。

1.4 統計學分析

2 結果

2.1 左室幾何形態學的變化

本實驗6只食蟹猴，其中1只在術后第5天發現死亡，剩余5只造模成功，存活至1個月，故剔除術后5 d死亡的動物數據。與建模前相比，建模后3天食蟹猴LVPWd顯著增加(P< 0.05)，LVIDs建模1個月后顯著增加(P< 0.05)，而LVIDd、LVPWs、LVEDV、LVESV和LVM均有所增加，但與建模前比均無顯著性差異(P> 0.05)(表1)。

2.2 左室血流動力學結果

與建模前相比，食蟹猴建模后3 d和1個月時LVEF、SV、LVFS均有顯著降低(P< 0.05，P< 0.01)；同時，建模后1個月CO明顯降低 (P< 0.05)，而建模3 d時HR明顯升高(P< 0.05)(表2)。

2.3 二尖瓣口血流峰速及瓣環組織運動速度結果

與建模前比，建模后1個月食蟹猴二尖瓣口血流峰速及瓣環組織運動速度指標對比均無統計學差異(P> 0.05)(表3)。

3 討論

食蟹猴體型大小與人類嬰幼兒相當，通過左胸骨旁及心尖體表能有較好的超聲視窗，同時使用高頻率超聲探頭測得的超聲心動圖像比較清晰，為心超圖像的可靠采集和分析提供了檢查基礎。由于正常雄性食蟹猴平均心率在(162±21)bpm[5]，根據心超檢測的要求心率一般控制在120 bpm以下，能得到最佳圖像采集。鹽酸賽拉嗪具有降低心率、鎮痛鎮靜和肌松的作用[6]，因此，本研究采用鹽酸賽拉嗪和鹽酸氯胺酮復合麻醉能滿足檢測所需時長的要求。故在3次心超檢測中同麻醉劑量條件下，發現術前和術后1個月的檢測心率均能夠降到檢測要求，而術后3天的心率仍處于較高水平；這可能與急性心梗發作期心率過快[7-8]，且易并發心律失常，而術后1個月后心率略高于造模前，這可能與心肌代償和缺血預適應有關，究其機理還需要進一步研究。

表1 左心室幾何形態學指標比較Table 1 Comparison of the LV geometric morphology indexes

注：與建模前相比，*P<0.05，**P<0.01。

Note. Compared with that before modeling，*P<0.05，**P<0.01.

表2 左心室血流動力學指標比較Table 2 Comparison of the LV hemodynamics indexes

注：與建模前相比，*P<0.05，**P<0.01。

Note. Compared with that before modeling，*P<0.05，**P<0.01.

表3 二尖瓣口血流峰速及瓣環組織運動速度指標比較Table 3 Comparison of transmitral peak inflow and mitral annulus velocities

眾所周知，心肌梗死后心臟功能性的代償機制被激活，使得心室負荷加重，同時在非梗死區的心肌細胞和細胞外基質均會出現相應的改變，即心室重構[9]。在本研究中，利用超聲心動圖檢測了食蟹猴心梗前后心臟幾何形態學的結構變化，結果顯示AMI后食蟹猴LVPWd顯著增加，且建模后1個月LVIDs亦明顯減少，同時LVIDd、LVPWs、LVEDV、LVESV和LVM指標與建模前比均有所增加，證實了食蟹猴在心梗后也同樣發生了心室重構，這與臨床顯示心梗患者發生心室重構較為一致[9]。

另外，心肌梗死后泵血功能的強弱是誘發心力衰竭的危險因素。射血分數(LVEF)不僅反映左室泵血能力，也是預測AMI后心臟猝死發生的獨立危險因子，LVEF降低則會導致心臟負荷增加，引起心功能不全，加劇心源性猝死；另外，左室短軸縮短率(LVFS)的降低也提示了冠脈供血不足[10]。在本研究中也觀察到AMI食蟹猴的LVEF和LVFS指標均出現明顯降低，提示食蟹猴心梗后心臟負荷明顯增加，并伴隨著冠脈供血不足，加劇心肌缺血缺氧，導致心功能不全或加劇心力衰竭發生。此外，心排出量(CO)和每搏輸出量(SV)也是反映心臟泵血功能的重要指標，CO在心梗后表現為血流動力學的改變，而SV則受心肌收縮力和心臟前后負荷的影響，其變化程度與心肌受損程度密切相關。研究發現心梗后食蟹猴術后3 d其CO下降了31.7%，并在術后1個月時繼續下降至41.3%，同時SV在術后均呈現出明顯的降低，進一步證實了AMI后食蟹猴的心臟功能發生明顯的紊亂，并致心功能惡化，這與前面的LVEF和LVFS指標改變較為一致。

此外，心肌梗死后舒張早期最大峰值速度E峰可反映心室舒張情況，舒張晚期最大峰值速度A峰則反映心房收縮。據吳瑋[11]等研究顯示在AMI患者中二尖瓣舒張早期最大流速E峰上升，A峰下降，E/A值上升，EDT值變短。同樣在本研究食蟹猴AMI模型中觀察到類似的結果，表現為二尖瓣E峰上升，A峰下降，E/A值上升和E DT值變短，表明食蟹猴的心室舒張功能和順應性明顯降低。郭江鴻[12]研究發現心肌缺血患者IVRT明顯延長；同時當主動脈壓增高或心肌收縮力降低時，等容收縮期IVCT延長。在本研究也發現食蟹猴AMI后IVRT和IVCT均出現延長的趨勢，分別延長了22.2%和30.0%，進一步表明AMI食蟹猴出現心肌收縮力的下降。Ea是反映舒張功能的舒張早期速度，而Aa是反映舒張晚期速度，且二尖瓣后血流 E/A 比值可判定左心室舒張功能，其比值與左室舒張末期壓相關。本研究結果顯示，AMI后食蟹猴Ea未見明顯的變化，而Aa和E/Ea比值均出現升高趨勢，說明食蟹猴AMI后心室舒張功能降低，這與臨床心力衰竭患者表現較為一致[13]。

通過超聲心動圖測定食蟹猴急性心肌梗死后左心室室壁腔徑幾何形態、血流動力學、二尖瓣口血流及瓣環運動的演變規律，有利于這一模型的超聲量化規律應用及指導非臨床實踐中。雖然本研究的不足之處由于食蟹猴價格昂貴，使得食蟹猴AMI造模及心超檢測數量不足，然而總體而言，該研究的檢查結果基本符合人類的急性心肌梗死事件中心功能指標變化規律，間接也證實了食蟹猴心功能與人類的相似性及該模型的應用價值。