心臟磁共振及實驗室檢查聯合評估心肌缺血

侯潔，孫玉，肖俊睿，楊忠路，鄒明宇，張立波，李曉崗，楊本強*

隨著我國生活水平的不斷提高，人們的飲食結構及生活方式改變，急性冠脈綜合癥(acute chest emergency，ACS)的發病率和死亡率均逐年上升[1]。心肌缺血引起的胸痛是大部分ACS患者不可忽視的病因，而發病初期首次心肌損傷標志物以及心電圖檢查可能難以診斷。Kwong等[2]指出心臟磁共振(cardiac magnetic resonance，CMR)可對胸痛患者進行病情診斷及指導治療方案。而大動物心肌缺血模型是臨床前研究的基礎[3-4]，故本研究采用豬冠狀動脈次全結扎法建模，旨在探討CMR與實驗室檢查聯合評估心肌缺血各時段變化，為臨床診療ACS提供可靠依據。

1 材料與方法

該實驗通過醫院倫理委員會決議，所有參與該項實驗人員均獲得動物實驗資格證書。

1.1 實驗動物

選擇7頭健康巴馬小型豬(北京實創世紀小型豬養殖基地，許可證號：SCXK (京) 2013-0008)，體重約

20～30 kg，雌雄不限。

1.2 實驗方法

在豬耳緣靜脈建立靜脈通路，丙泊酚輔助麻醉，術中異氟烷吸入麻醉。行心電監測，選擇左側第三肋間切開入胸，剪開心包，于左心耳肺動脈之間找到左前降支主干，于左前降支前下三分之一處，用彈力阻斷線懸吊進行預缺血試驗，停止操作，觀察心電圖變化及遠端心肌改變，待情況穩定后，用結扎線于阻斷線位置將左前降支結扎位點同22 G留置針一同結扎，結扎后迅速將留置針輕柔抽出，注意心律變化，可觀察到心電圖ST段改變及結扎部位以下心肌顏色加深，觀察無異常，止血后逐層關胸。術畢肌注頭孢一周，預防感染[5]。于術前及術后2h、12 h、24 h、48 h、72 h、1 周、2 周、4 周各時段均行實驗室檢查及CMR檢查。

1.3 實驗室檢查

于多時段檢測血清磷酸肌酸激酶(CK)，血清磷酸肌酸激酶同工酶(CK-MB)，血清乳酸脫氫酶(LDH)，超敏C反應蛋白(hCRP)，血清肌紅蛋白(Myo)；超敏TNT(TNT-HSST)等實驗室指標。

1.4 影像學檢查及圖像分析

GE公司3.0 T (Discovery MR750，GE)磁共振掃描儀，心前區用MRI專用心臟電極片。采用快速平衡穩態進動序列。(1)定位掃描：TR 3.1 ms，TE 1.4 ms，翻轉角45°，層厚5.0 mm，層間距1 mm，FOV 35 cm×35 cm，矩陣192×192，于兩腔心、四腔心、大動脈短軸位掃描；(2)心臟電影序列(Cine)：TR 3.5 ms，TE 1.6 ms，翻轉角45°，層厚5 mm，層間距1 mm，FOV 35 cm×35 cm，矩陣192×192，兩腔心、四腔心、大動脈短軸位掃描；(3) T2WI黑血序列，TR 1333.3 ms，TE 66.7s，FOV 35cm×35 cm，矩陣256×256，兩腔心、四腔心掃描；(4)心肌灌注，TR 2.5 ms，TE 1.2 ms，翻轉角20°，層厚5 mm，層間距1 mm，矩陣128×128，經耳緣靜脈留置管注入對比劑歐乃影(釓雙胺)13 ml，跟注生理鹽水20 ml，流率5 ml/s，行兩腔心、四腔心、大動脈短軸掃描；(5)延遲掃描：TR 6.7 ms，TE 3.1 ms，TI 400 ms，翻轉角15°，層厚5 mm，層間距1 mm，矩陣256×192。灌注掃描結束即刻再以2 ml/s流率注入對比劑7 ml，并跟注生理鹽水20 ml，延遲20 min后行兩腔心、四腔心掃描[5]。

掃描后圖像傳至CVI42軟件進行分析，根據美國心臟病協會建議心肌17節段分析法[6]對左室各節段進行分析。分別由2名有經驗的醫師進行后處理并診斷，當遇到分歧協商解決。

1.5 病理檢查

維持麻醉狀態下處死豬，動物死亡后即刻取心，用生理鹽水沖洗后切取心肌組織置于10%甲醛溶液固定1周，切片后蘇木精-伊紅染色(hematoxylin eosin，HE)、Masson染色后顯微鏡下觀察。

1.6 統計學分析

采用SPSS 18.0軟件進行統計學分析，計數資料符合正態分布，以均數±標準差表示(x±s)，采用方差分析法分析各時段變化，組間比較采用t檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 心肌缺血不同時段實驗室指標

術前心肌損傷標記物基礎值均高于人類，術后2 h肌紅蛋白及肌鈣蛋白及明顯升高，72 h內諸心肌損傷標記物呈顯著變化，1周后趨于平穩(表1，圖1)。

2.2 MRI檢測心功能指標

具體見表2。

2.3 MRI與病理結果

造模前CMR未見異常區域，心肌首過灌注于術后2 h至4周均可見心肌灌注減低或缺損，提示心肌缺血；T2WI黑血序列于術后24 h可見部分心肌節段呈明顯相對高信號，提示心肌水腫；Cine序列示造模后缺血室壁出現運動異常，隨著時間延長，缺血心肌室壁變薄，遠端心肌肥大；延遲掃描示造模后24 h可見部分心肌節段延遲強化，透壁程度隨時間延長逐漸加重，4周后HE、Masson染色鏡下示缺血心肌細胞基本被纖維、瘢痕組織取代(圖2)。4周后延遲掃描示36個延遲強化節段，TTC染色共檢測到37個梗死節段。CMR檢測梗死節段與病理結果具有較好的一致性(Kappa=0.888；圖3，4)。

圖1 實驗室檢查指標于建模前后各時段變化趨勢圖Fig. 1 The changetrend chart of allbiomarkes in all periods before and after modeling.

表1 實驗室指標在造模前后不同時段的變化Tab. 1 Changes of biomakers in different periods of ischemia before and after modeling

表2 CMR測定造模前后不同時段心功能指標Tab. 2 Cardiac function measured by CMR in different periods of ischemia before and after modeling

3 討論

3.1 心肌缺血模型

心肌缺血是指在冠狀動脈病變的基礎上，發生冠狀動脈血供急劇減少而中斷，導致相應的心肌嚴重而持久的缺血缺氧或壞死[7]。心肌缺血早期可出現一系列改變，包括病理學改變、超微結構改變及酶組織化學改變等[8]，隨著缺血時間的延長，損傷進一步加重，心功能逐漸減低。豬的心臟解剖、血管分布與人的心臟相似，冠脈側支分布均較少，本研究建立豬心肌缺血模型，最終以病理證實，是一種可靠的動物實驗模型[9]。

3.2 實驗室檢查評估心肌缺血

在缺血早期，實驗室檢查指標顯著增高，提示心肌缺血。但在1周后諸指標雖有波動，但未能提供具有提示意義的心肌缺血。Pipikos等[10]研究將負荷心肌灌注診斷的心肌缺血組與非缺血組的心肌損傷標志物進行統計分析發現血清肌鈣蛋白相對于其他標志物可以更靈敏地檢測出輕微的心肌缺血損傷。考慮由于肌鈣蛋白是橫紋肌收縮的調節蛋白，它在個體發育的各個階段均不在骨骼肌中表達，特異性較高，且其分子量小，細胞濃度較高，反映心肌損傷更靈敏。此外，本研究中于術后1～4周均高于術前，說明其在血中持續時間長，與心肌酶譜共同判斷心肌損傷在臨床應用中意義重大。由于心肌酶分子量較大，在正常狀態下難以穿過細胞膜，故而血清中的含量非常低，但當心肌出現缺血缺氧等損傷時，心肌酶的活性會異常上升，血清中的含量也隨之升高。肌紅蛋白來自骨骼肌或心肌組織的損傷，其分子量小并且直接接觸于細胞膜，對膜通透性改變反應靈敏，在壞死心肌細胞膜破裂后迅速逸出細胞釋放入血，其診斷心肌缺血的早期敏感性高、快，且隨著心肌缺血嚴重程度的加深而升高。

圖2 A：術后4周延遲掃描可見前壁及間隔壁延遲強化(三角)，呈高信號“亮區”；B：術后4周病理Masson染色( ×100)鏡下見心肌細胞壞死，間質成纖維細胞增生Fig. 2 A: Delayed-enhancement MRI of 4w postoperative showed the anterior and septum wall delayed enhancement(trigonometry), with a high signal of bright area. B: Pathology of 4w revealed myocardial necrosis and proliferation of interstitial fibroblasts under Masson staining ( ×100).

隨著技術的進步，越來越多的代表心肌損傷的生物學標志物被應用于臨床[11-12]，但這些標志物并不是心肌所特有，如同時伴有肌肉損傷和腎衰時會存在一定幾率的假陰性或假陽性，因此目前臨床應用的任何一個心肌損傷標志物都不能達到理想要求，都不是診斷心肌梗死的金標準。Cury等[13]研究發現急性胸痛、生物指標陰性和心電圖陰性的患者，應用T2WI可檢測心肌缺血，提高了對這部分患者的診斷準確性，T2WI還對危險心肌和梗死心肌進行量化評估[14]。

3.3 心臟磁共振檢測心肌缺血

本實驗組7只心肌缺血模型豬T2WI示相對高信號心肌水腫區，提示這部分心肌存在缺血引起的變性，為危險心肌；Kalam等[15]研究發現心肌發生缺血30 min內T2WI信號就會增高，比肌鈣蛋白或晚期釓增強檢查到的損傷更早，且心肌T2弛豫時間與心肌含水量的百分比呈線性相關，24 h即可在T2WI上觀察到信號強度的增加，7～10 d之內梗死區呈高信號強度，與正常心肌之間形成對比[16]。心肌水腫對T2WI的影響與缺血持續時間相關，在急性和亞急性期最為明顯，故根據心肌信號強度有無增加可區分缺血心肌及正常心肌。本實驗造模1周后水腫信號減低，考慮由于梗死區域引流不暢，愈合過程中纖維組織的修復，與心梗相關的水腫和炎癥得以吸收，水腫高信號慢慢消退，陳舊期呈低信號，低于正常心肌組織，T2WI信號改變顯著[17]。

圖3，4 CMR延遲掃描所示心肌延遲強化區域與病理TTC染色顯示的梗死區域一致Fig. 3, 4 CMR detected the delayed-enhancement legion that was consistent with the infarct area by TTC staining.

此外，首過灌注圖像見灌注缺損，與閉塞的冠狀動脈分布區域一致，因此可客觀反映局部心肌灌注血流的下降，但是心肌缺血早期出現低灌注或缺損并不一定代表心肌壞死的出現[18]。而隨著時間推移，延遲掃描出現的強化范圍與病理學心肌梗死心肌進行比較，發現幾乎完全吻合，可逆性心肌損傷并未出現延遲強化。透壁強化是指自心內膜至心外膜全層心肌細胞壞死，無存活心肌。非透壁性增強反映強化節段心肌為不可逆損傷，無強化區域心肌為活性心肌。因此，MR心肌首過灌注應結合延遲強化掃描對心肌缺血及心肌活性的進行判定。Wu等[19]經研究也指出，雖然梗死質量、梗死百分比、受累段數及透壁段數是遠期預后的重要指標，但需超過一定程度才會影響心功能，其對判斷患者心功能及預后的價值尚需進一步研究。

早期心肌損傷標志物可提示心肌缺血，較為敏感；CMR可進一步確診心肌缺血、判斷病情嚴重程度，CMR除了是定量心腔容積、射血分數、評價局部室壁運動及功能最佳成像方法，延遲強化還可對梗死后可挽救心肌進行評估[20]，判斷危險區、梗死核心及梗死透壁程度以指導臨床治療和評估預后[21]；故聯合評估意義重大，為臨床選擇治療方案提供依據。此外，CMR能提供更為直觀的解剖影像，與其他相關生化檢查相比對實時反映心肌存活狀態，更為敏感。由于CMR成像時間、圖像質量等尚存在不足之處，有待于CMR技術不斷創新，方法繼續改進。

心肌酶譜、肌鈣蛋白、肌紅蛋白等實驗室檢查指標可對心肌缺血進行血清學輔助判斷，CMR能實時反映心肌的組織學表征，對缺血心肌及其活性作出有效診斷，故聯合上述檢查對ACS患者的診斷及治療具有重要意義。

利益沖突：無。