二維斑點追蹤技術(shù)評價犬心梗后自體骨髓CD34+干細(xì)胞移植對心肌功能的影響

張燁，李治安，何怡華，楊婭，鄭居兵

(1.北京安貞醫(yī)院超聲科，北京 100029;2.北京安貞醫(yī)院心外科，北京 100029)

二維斑點追蹤技術(shù)評價犬心梗后自體骨髓CD34+干細(xì)胞移植對心肌功能的影響

張燁1，李治安1，何怡華1，楊婭1，鄭居兵2

(1.北京安貞醫(yī)院超聲科，北京 100029;2.北京安貞醫(yī)院心外科，北京 100029)

目的 應(yīng)用二維斑點追蹤成像超聲心動圖(2D－STE)，評價犬心梗后自體骨髓CD34+干細(xì)胞移植對心肌功能的影響。方法 12只雜種犬行冠脈左前降支結(jié)扎術(shù)，導(dǎo)致前壁心肌梗死，隨機分為兩組，A組為對照組，結(jié)扎術(shù)后兩周二次開胸手術(shù)，經(jīng)心肌注射磷酸鹽緩沖液(PBS)1 mL;B組為治療組，結(jié)扎術(shù)后兩周二次開胸手術(shù)，經(jīng)心肌注射含自體骨髓CD34+干細(xì)胞的磷酸鹽緩沖液1 mL。應(yīng)用STE對12只犬結(jié)扎術(shù)前、術(shù)后左室短軸基底段及心尖段心室節(jié)段徑向應(yīng)變(RS)、圓周方向應(yīng)變(CS)以及局部心肌旋轉(zhuǎn)(Rot)進(jìn)行分析，并對對照組和治療組治療后的RS、CS及Rot變化進(jìn)行比較。結(jié)果 心肌梗死后梗死節(jié)段的 RS、CS以及 Rot均下降，治療后治療組梗死段RS及Rot較對照組好轉(zhuǎn)。結(jié)論 STE能夠評價左室短軸局部心肌的收縮功能，心肌梗死后梗死段短軸各方向應(yīng)變減低，自體骨髓CD34+干細(xì)胞移植能夠提高局部心肌的收縮功能。

斑點追蹤超聲心動圖;心肌梗死;局部心肌功能;干細(xì)胞移植

近年來迅速發(fā)展的組織多普勒成像(tissue Doppler imaging，TDI)被認(rèn)為是定量分析局部心肌徑向收縮功能的較好方法，但因角度依賴以及重復(fù)性較差而有一定局限性。二維斑點追蹤成像(twodimensional speckle traking imaging，2D－STE)是一項無角度依賴，可計算心肌節(jié)段徑向、橫向和圓周三個方向的運動速度與應(yīng)變以及心肌的旋轉(zhuǎn)角度與扭轉(zhuǎn)等多項指標(biāo)的新技術(shù)［1］。干細(xì)胞移植是近年來冠心病的一種新的治療手段，可促進(jìn)梗死心肌毛細(xì)血管增生，提高心功能［2］。本研究通過對犬梗死前后和心肌自體骨髓CD34+干細(xì)胞移植前后心肌局部運動功能的改變的對照研究，探討2D－STE技術(shù)評價心肌自體骨髓干細(xì)胞移植的應(yīng)用價值。

1 材料與方法

1.1 實驗動物

成年雜種犬12只，由北京市科宇實驗動物養(yǎng)殖中心提供【SCXK(京)2000－0015】，動物飼養(yǎng)級別 1級，雌雄不限，體質(zhì)量 17～23 kg，平均(19.8±3.7)kg。

1.2 方法

1.2.1 急性心梗制備:12只實驗犬3%戊巴比妥鈉腹腔麻醉(1 mL/kg)后，剪毛，左側(cè)臥位，連接心電監(jiān)測，建立靜脈通道氣管插管，呼吸機通氣直至實驗結(jié)束。開胸并切開、懸吊心包，于冠狀動脈前降支分出第一對角支后滌綸線結(jié)扎(結(jié)扎前進(jìn)行缺血預(yù)處理)，結(jié)扎后前降支供血區(qū)域心肌成暗紅色，徹底止血后放置防粘連膜關(guān)閉胸腔。

1.2.2 骨髓干細(xì)胞分離及實驗分組:利用MACS分離系統(tǒng)來提純骨髓CD34+干細(xì)胞。12只實驗犬隨機分為兩組:①A組:對照組6只，第一次開胸手術(shù)，結(jié)扎冠狀動脈前降支;兩周后第二次開胸手術(shù)，經(jīng)心肌注射磷酸鹽緩沖液(PBS)1 mL。②B組:治療組6只，第一次開胸手術(shù)，結(jié)扎冠狀動脈前降支;兩周后第二次開胸手術(shù)，經(jīng)心肌注射含自體骨髓CD34+干細(xì)胞的磷酸鹽緩沖液(PBS)1 mL。

1.2.3 超聲心動圖檢查

(1)超聲儀器:美國GE VIVID 7彩色多普勒超聲診斷儀，M3S探頭，頻率2～4 mHz。

(2)圖像采集:于心肌梗死前、心肌梗死后2周和第二次開胸后4周分別進(jìn)行超聲心動圖檢查。具體方法:犬取左側(cè)臥位，連接心電圖，常規(guī)M型測量左室舒末內(nèi)徑和雙平面Simpson法測量左室射血分?jǐn)?shù)(EF)。采集二尖瓣水平左室短軸切面和心尖水平左室短軸切面二維灰階動態(tài)圖像，動態(tài)圖像至少包括三個心動周期，光盤存儲。

(3)圖像分析方法:應(yīng)用Echo PAC工作站2DSTE軟件進(jìn)行二維應(yīng)變分析，該軟件可在二維超聲圖像條件下逐幀追蹤記錄心肌內(nèi)斑點信號，計算心肌內(nèi)高強度斑點的位置變化，得出各個方向的應(yīng)變，包括左室短軸觀心室各節(jié)段徑向應(yīng)變(RS)、圓周方向應(yīng)變(CS)以及局部心肌旋轉(zhuǎn)角度(Rot)［3］。2D－STE分析方法:分別選取二尖瓣水平和心尖水平左室短軸動態(tài)圖像，進(jìn)入2D Strain分析狀態(tài)，手動勾畫左室心內(nèi)膜，軟件自動生成感興趣區(qū)(ROI)，調(diào)整感興趣區(qū)寬度盡量使其包納心肌全層，準(zhǔn)確對應(yīng)心內(nèi)膜和心外膜邊界［4］。系統(tǒng)自動將兩個水平的左室短軸觀室壁均分為前間隔(AS)、前壁(AW)、側(cè)壁(LW)、后壁(PW)、下壁(IW)及后間隔(PS)6個節(jié)段，總計12節(jié)段，對每一段進(jìn)行斑點追蹤和分析，自動顯示每一節(jié)段的應(yīng)變曲線，并自動計算出各節(jié)段RS、CS以及局部心肌節(jié)段Rot。

1.2.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析:采用SPSS 11.0統(tǒng)計分析軟件，各項計量資料以±s表示。心肌梗死前后LVEF、CS、RS、Rot比較使用配對 t檢驗，治療前、后兩組間上述指標(biāo)比較使用t檢驗。P＜0.05認(rèn)為差異具有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

12只雜種犬于實驗過程中無一例死亡。超聲圖像滿意，與人類圖像標(biāo)準(zhǔn)切面相似。12只犬結(jié)扎術(shù)前、術(shù)后和治療前、后共分析左室576節(jié)段，經(jīng)手動調(diào)整后成功追蹤率為94.6%。

2.1 心肌梗死前、后左室短軸基底段及心尖段心肌應(yīng)變分析

二維超聲心動圖觀察，心肌梗死前犬的左室各段心肌運動正常，2D－STE軟件分析:左室短軸不同水平RS曲線均為正向峰值曲線;而CS曲線為負(fù)向峰值曲線;Rot曲線在基底段為負(fù)向峰值曲線，而在心尖段為正向峰值曲線。心肌梗死前正常狀態(tài)下，各節(jié)段RS、CS、Rot差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)。心肌梗死后于左室心尖水平短軸切面、胸骨旁和心尖四心腔切面均可觀察到左室前壁及前間隔心尖段出現(xiàn)不同程度的運動降低、消失甚至矛盾運動，心尖膨隆。梗死節(jié)段(左室前壁和前間隔心尖段)的RS、CS以及 Rot均較心肌梗死前明顯下降(P＜0.05)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義;非梗死節(jié)段各項指標(biāo)與術(shù)前對照，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(表1)。

表1 心梗前、后左室前壁基底段和心尖段的RS、CS和Rot比較(±s)Tab.1 Comparison of RS，CS and Rot of the apical and basal segments in the left ventricular anterior wall，before and after myocardial infarction(±s)

表1 心梗前、后左室前壁基底段和心尖段的RS、CS和Rot比較(±s)Tab.1 Comparison of RS，CS and Rot of the apical and basal segments in the left ventricular anterior wall，before and after myocardial infarction(±s)

注:*心梗前、后相應(yīng)節(jié)段對照進(jìn)行比較，P＜0.05*Compared with corresponding segments before and after myocardial infarction，P ＜ 0.05

apical－AW心梗前 Before MI 30.45±13.79 28.92±12.08 18.31±5.14 17.60±5.38 －8.63±3.16 9.75±3.28心梗后 Post－MI 28.67±12.38 17.24±7.63* 18.17±4.97 10.82±6.01* －7.93±3.81 5.38±3.17RS(%)CS(%)Rot(°)心梗前后 前壁心尖段前壁基底段basal－AW前壁心尖段apical－AW前壁基底段basal－AW前壁心尖段apical－AW前壁基底段basal－AW*

2.2 干細(xì)胞治療組與對照組左室短軸基底段及心尖段心肌應(yīng)變分析

治療前，干細(xì)胞治療組左室梗死節(jié)段 RS、CS、Rot與對照組比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義;治療后干細(xì)胞治療組梗死段 RS及Rot較對照組好轉(zhuǎn)(P＜0.05)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(表2)。

表2 治療后A組與B組左室前壁心尖段的RS、CS和Rot比較(±s)Tab.2 Comparison of RS，CS and Rot of the apical segments in the left ventricular anterior wall of group B with that in group A after transplantation(±s)

表2 治療后A組與B組左室前壁心尖段的RS、CS和Rot比較(±s)Tab.2 Comparison of RS，CS and Rot of the apical segments in the left ventricular anterior wall of group B with that in group A after transplantation(±s)

注:*治療組與對照組進(jìn)行比較，P＜0.05*Treatment group compared with the control group，P＜0.05

94 B組(治療組)Treatment group 20.13±10.07* 14.39±7.25* 6.70±3.81組別 Group RS(%) CS(%) Rot(°)A組(對照組)control group 16.86±7.38 11.08±5.92 4.88±2.*

2.3 其他結(jié)果

本實驗臨床醫(yī)生同時做了干細(xì)胞標(biāo)記和心肌活檢的研究，治療組心肌梗死面積小于對照組(P＜0.05)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

3 討論

冠狀動脈粥樣硬化性心臟病是嚴(yán)重威脅人類健康的主要疾病。心肌梗死導(dǎo)致心肌細(xì)胞功能受損乃至死亡，雖然心肌梗死后心肌細(xì)胞可以再生，但再生能力極其有限。近年來研究發(fā)現(xiàn)，骨髓干細(xì)胞移植可通過在缺血或梗死部位植入具有多能分化能力的骨髓干細(xì)胞，使其生成新的血管內(nèi)皮和心肌細(xì)胞，達(dá)到減小心肌梗死范圍、改善心功能的療效［5，6］。因此如何準(zhǔn)確定量局部和整體心肌功能對于冠心病的診斷和治療具有重要意義。

超聲心動圖是評價心臟功能公認(rèn)的首選無創(chuàng)檢查方法。理論上，心肌應(yīng)變和應(yīng)變率是評價局部心肌功能的最理想的指標(biāo)，目前臨床對應(yīng)變和應(yīng)變率的研究應(yīng)用較廣泛的是組織多普勒成像(TDI)技術(shù)，但主要用于局部心肌長軸應(yīng)變的評價，不能定量心室整體的應(yīng)變與應(yīng)變率，并且因固有的角度依賴性使其的臨床應(yīng)用有一定限制［7］。超聲新技術(shù)2DST是應(yīng)用獨特的聲學(xué)標(biāo)記進(jìn)行幀幀追蹤(斑點追蹤)，可以無角度依賴的得出局部心肌的應(yīng)變、應(yīng)變率、位移、速度以及旋轉(zhuǎn)角度等指標(biāo)，較完整、全面地反映左室短軸及長軸的心肌功能，是目前定量局部心肌功能的一種新的有效的方法［8，9］。

目前臨床對心臟功能的研究已從單純對長軸、短軸的左室功能和射血分?jǐn)?shù)的評價轉(zhuǎn)向?qū)θS空間心室變形的研究，它包括徑向收縮、圓周方向收縮和旋轉(zhuǎn)收縮三個方面的運動，心肌的旋轉(zhuǎn)運動和扭轉(zhuǎn)是當(dāng)今的研究熱點。研究表明，收縮期左室心尖部呈逆時針旋轉(zhuǎn)，而左室基底部呈順時針旋轉(zhuǎn)，左室的扭轉(zhuǎn)即兩者間產(chǎn)生的角度差，左室扭轉(zhuǎn)可使左室產(chǎn)生泵血功能和抽吸作用，因而心臟扭轉(zhuǎn)及解扭轉(zhuǎn)運動與左室收縮和舒張功能緊密相關(guān)［10］。

本研究通過對比實驗動物心肌梗死前后及骨髓干細(xì)胞移植前后左室短軸應(yīng)變指標(biāo)變化來探討心肌發(fā)生病變?nèi)缛毖蚬Ｋ罆r，相應(yīng)節(jié)段的收縮功能的變化，以及干細(xì)胞移植對缺血心肌功能改善的影響。對于左室短軸運動我們主要采用了 RS、CS、心底部及心尖部心肌Rot和扭轉(zhuǎn)角度幾項指標(biāo)來進(jìn)行觀測，分別代表心肌增厚的程度、心肌纖維在心室短軸圓周方向的縮短能力和心臟的扭轉(zhuǎn)。

本研究發(fā)現(xiàn)，左室短軸犬正常收縮應(yīng)變曲線規(guī)律為:①基底段和心尖段RS均為正值，曲線均為正向峰值曲線;②基底段和心尖段CS均為負(fù)值，曲線均為負(fù)向峰值曲線;③基底段心肌收縮期呈負(fù)向順時針旋轉(zhuǎn)，Rot為負(fù)值，曲線為負(fù)向峰值曲線;④心尖段心肌收縮期呈正向逆時針旋轉(zhuǎn)，Rot為正值，曲線為正向峰值曲線，與基底段正好相反。心肌梗死前正常狀態(tài)下，各節(jié)段 RS、CS、Rot差異無統(tǒng)計學(xué)意義。

實驗動物左前降支結(jié)扎后，供血節(jié)段心肌發(fā)生缺血和梗死，心肌梗死節(jié)段的心肌受累，表現(xiàn)為心肌變薄，心肌的形變和形變速度明顯減低或接近消失甚至反轉(zhuǎn)，提示收縮運動能力明顯下降。本研究中實驗犬急性前壁心肌梗死后，2D圖像顯示左室前壁及前間隔心尖段出現(xiàn)不同程度的運動降低、消失甚至矛盾運動，該節(jié)段的應(yīng)變絕對值及旋轉(zhuǎn)角度明顯低于正常對照組和運動正常的基底段，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義，提示這些為梗死節(jié)段，由左前降支供血。另外其他實驗及臨床研究亦證實，2D－STE測量結(jié)果與超聲微測儀及心臟磁共振研究結(jié)果高度一致［3］。

心肌干細(xì)胞移植是目前治療心肌梗死后心功能不全的新熱點，它通過在移植部位形成新生的血管和心肌細(xì)胞，增加冠脈血流，使瀕臨死亡的心肌重新恢復(fù)活力，改善局部心肌的收縮功能，延緩左室重構(gòu)，從而更大程度地改善患者的預(yù)后。本研究發(fā)現(xiàn)在干細(xì)胞移植4周后，移植組的左室前壁心尖段RS，CS值均較移植前增高。對照組由于無延緩左室重構(gòu)的因素，重構(gòu)繼續(xù)，結(jié)果心室腔擴大，室壁變薄，前壁心尖段局部心肌功能改善不大。本實驗的病理檢查也證實，移植組的前壁梗死面積縮小、室壁增厚，移植細(xì)胞存活，而且在心肌微環(huán)境中分化為心肌樣細(xì)胞;而對照組未見上述病理變化。

因此，我們認(rèn)為二維應(yīng)變作為一種評價左室整體功能和局部心肌應(yīng)變的新方法，不僅具有傳統(tǒng)超聲心動圖的無創(chuàng)、廉價、操作簡便、可反復(fù)隨訪等優(yōu)點，同時還具有無角度依賴、實用性強、簡便快捷、可重復(fù)性好等特點，能夠?qū)谛牟』颊叩呐R床診療工作有很大的幫助，有極大的臨床應(yīng)用潛力。

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Two-Dimensional Speckle Tracking Echocardiographic Evaluation of the Effects of Autologous Bone Marrow CD34+Stem Cell Transplantation on Cardiac Function in Dogs with Myocardial Infarction

ZHANG Ye1，LI Zhi－an1，HE Yi－h(huán)ua1，YANG Ya1，ZHENG Ju－bing2
(1.Department of Ultrasound，Beijing Anzhen Hospital，Affiliated to Capital Medical University，Beijing，100029，China;2.Department of Cardiac Surgery，Beijing Anzhen Hospital，Affiliated to Capital Medical University，Beijing，100029，China)

ObjectiveTo evaluate the cardiac function after autologous bone marrow CD34+stem cell transplantation by two－dimensional speckle tracking echocardiography(2D－STE)in dogs with myocardial infarction.MethodsThe left anterior descending coronary artery was ligated to produce myocardial infarction model.Twelve dogs were randomly divided into two groups.Group A was the control group，receiving 1 mL myocardial injection of phosphate buffer solution(PBS).Group B was the treatment group treated with myocardial injection of autologous bone marrow CD34+stem cells in 1 mL phosphate buffer.Using of 2D－STE，radial strain(RS)circumferential strain(CS)and regional myocardial rotation(Rot)of apical and basal segments in the left ventricular anterior wall were analyzed and compared，in short axis of 12 dogs before and after operation.ResultsRS，CS and Rot of infracted segments were decreased after myocardial infarction.Comparing with group A，RS and Rot of transplantation segments in the group B were significantly increased.Conclusion2D－STE can be used to evaluate the left ventricular fractional regional myocardial contractile function.The short axis in all directions of infarct segment in myocardial infarction was reduced.Autologous bone marrow CD34+stem cell transplantation can improve the regional myocardial contractile function.

Speckle tracking echocardiography;Myocardial infarction;Regional myocardial function;Stem cell transplantation

R542.22

A

1005－4847(2010)03－S1－04

2009－12－10

張燁(1975－)，女，碩士，研究方向:超聲心動圖新技術(shù)和心臟再同步化治療。E－mail:yez@263.net