Ⅰ～Ⅱ期糖尿病腎病大鼠模型擴(kuò)散張量成像的初步研究

胡小艷，鄔穎華，郭 亮，匡 敏，王 釩

（1.成都中醫(yī)藥大學(xué)，四川 成都 610075；2.中國醫(yī)科大學(xué)，遼寧 沈陽 110001；3.成都中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院放射科，四川 成都 610075）

Ⅰ～Ⅱ期糖尿病腎病大鼠模型擴(kuò)散張量成像的初步研究

胡小艷1，鄔穎華1，郭 亮2，匡 敏1，王 釩3

（1.成都中醫(yī)藥大學(xué)，四川 成都 610075；2.中國醫(yī)科大學(xué)，遼寧 沈陽 110001；3.成都中醫(yī)藥大學(xué)附屬醫(yī)院放射科，四川 成都 610075）

目的：探討Ⅰ～Ⅱ期糖尿病腎病大鼠模型磁共振張量成像（DTI）表現(xiàn)及變化規(guī)律。材料與方法：20只SD雄性大鼠，按隨機(jī)數(shù)字表法將大鼠分為2組，實(shí)驗(yàn)組14只，實(shí)際存活9只，共18個(gè)腎臟，對照組6只，共12個(gè)腎臟；實(shí)驗(yàn)組給予1%鏈脲佐菌素腹腔注射造模，對照組給予同等劑量的檸檬酸緩沖液（pH 4.5）；2周后對兩組大鼠行常規(guī)MRI檢查及DTI檢查，在6個(gè)非共線方向上施加擴(kuò)散敏感梯度場，b值取0、600 s/mm2；并留取血尿標(biāo)本測量尿微量白蛋白、血肌酐；取雙腎行病理檢查；由兩名經(jīng)驗(yàn)豐富的放射科醫(yī)師盲法觀察及測量雙側(cè)腎臟皮質(zhì)、髓質(zhì)興趣區(qū)的ADC值和FA值。結(jié)果：實(shí)驗(yàn)組大鼠血糖明顯升高，兩組血肌酐、尿微量白蛋白均正常；實(shí)驗(yàn)組動(dòng)物大鼠雙腎病理表現(xiàn)為Ⅰ～Ⅱ期DN損害，對照組大鼠雙腎病理均正常；實(shí)驗(yàn)組大鼠皮、髓質(zhì)ADC值較對照組增大，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；實(shí)驗(yàn)組皮、髓質(zhì)FA值比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＜0.05）；實(shí)驗(yàn)組皮、髓質(zhì)FA值與對照組皮、髓質(zhì)FA值比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）。結(jié)論：DTI成像的ADC值和FA值能夠在一定程度上，較血尿生化指標(biāo)更能反映早期DN的病理改變。

糖尿病腎病；磁共振成像

糖尿病腎?。―iabetic nephropathy，DN）是糖尿病最常見的微血管并發(fā)癥。目前，臨床診斷DN主要依靠血生化檢測及腎穿刺活檢，但前者不能早期發(fā)現(xiàn)腎臟功能損害；而后者屬于有創(chuàng)性檢查，很難被患者接受和廣泛應(yīng)用。近年來，DWI[1-3]、ASL[4-5]等磁共振功能成像技術(shù)被逐漸應(yīng)用于臨床腎臟疾病功能變化的評估。但DWI成像只能反映水分子在單方向上的擴(kuò)散，不能反映水分子在各向異性的擴(kuò)散情況。ASL雖然可以通過改變動(dòng)脈血液的磁化狀態(tài)反映組織的灌注情況，但掃描時(shí)間很難掌控，不能真實(shí)地反映DN微血管灌注情況。而擴(kuò)散張量成像（DTI）可以在至少6個(gè)非共線方向上測量水分子彌散的衰減情況[6]，可以通過ADC值和部分各向異性（FA）值綜合反映水分子在各個(gè)方向的擴(kuò)散，更適合于彌漫性腎臟疾病功能的評價(jià)[7]。本研究擬通過對早期DN模型的DTI MRI研究，探討Ⅰ～Ⅱ期DN腎臟功能DTI表現(xiàn)及與其病理的相關(guān)性。

1 材料與方法

1.1 研究對象

清潔級(jí)SD雄性大鼠20只，體質(zhì)量190～280 g。采用隨機(jī)數(shù)字表法將大鼠隨機(jī)分成兩組：實(shí)驗(yàn)組14只，行鏈脲佐菌素（STZ）腹腔注射，誘導(dǎo)糖尿病模型，造模后存活9只，共18個(gè)腎臟；對照組6只，給予同等劑量檸檬酸緩沖液腹腔注射，共12個(gè)腎臟。

1.2 DN大鼠模型的建立

所有大鼠禁食不禁水12 h，實(shí)驗(yàn)組大鼠按體質(zhì)量一次性給予1%濃度鏈脲佐菌素溶液，按60 mg/kg的劑量腹腔注射，對照組按相同的濃度、劑量，以相同的方法一次性腹腔注射檸檬酸緩沖液。造模后，兩組大鼠分別單籠喂養(yǎng)，給予相同食水，自由攝食。3 d后，所有大鼠禁食、禁水12 h，取尾靜脈血測量空腹血糖，根據(jù)糖尿病診斷標(biāo)準(zhǔn)[8-9]，若實(shí)驗(yàn)組大鼠造模后空腹血糖＞16.7 nmol/L，且出現(xiàn)明顯多飲、多食、多尿、體質(zhì)量減輕，即“三多一少”癥狀，就確定為糖尿病模型造模成功。于每日晨收集大鼠即時(shí)尿液送尿微量白蛋白（mAlb）檢測，連續(xù)監(jiān)測14 d；每日采集尾靜脈血液測量大鼠空腹血糖。2周后，對大鼠行常規(guī)MRI及DTI掃描，掃描結(jié)束后處死大鼠，取大鼠腹主動(dòng)脈血液行血清肌酐檢測，取大鼠雙腎，福爾馬林液固定后送病理檢查。DN最后診斷將綜合大鼠臨床、血生化及腎臟病理結(jié)果而確定,只有符合Ⅰ～Ⅱ期DN改變的納入研究。

1.3MR成像

采用GE 3.0T磁共振儀，膝關(guān)節(jié)線圈；對實(shí)驗(yàn)組及對照組大鼠行MRI掃描，10%水合氯醛腹腔注射進(jìn)行麻醉后取仰臥位，四肢固定。以腎臟為中心，對大鼠行常規(guī)T2WI及DTI掃描。掃描序列及參數(shù)：T2WI采用FSE-XL序列，軸位，TR 1 918ms，TE 68ms，帶寬31.25 kHz/像素，頻率編碼288，激勵(lì)次數(shù)4，視野8.0mm×8.0mm，層厚2.0mm，層間距0.2mm，掃描時(shí)間111 s；磁共振DTI采用DTI-SE序列，軸位，TR 4000ms，TE 89s，b值取0，600s/mm2，激勵(lì)次數(shù)4，視野8.0mm×8.0mm，層厚2.0mm，層間距0.2mm，掃描時(shí)間260 s。

1.4 圖像處理與數(shù)據(jù)分析

DTI圖像數(shù)據(jù)傳送至GE磁共振后處理工作站（AW4.5），由兩名經(jīng)驗(yàn)豐富的放射科醫(yī)師進(jìn)行盲法讀片。工作站自動(dòng)生成相應(yīng)ADC圖和FA圖，避開變形及有偽影的層面，在靠近腎門水平1～2個(gè)層面，皮質(zhì)和髓質(zhì)分別放置3個(gè)橢圓形ROI，大小約1～3mm2，每個(gè)ROI至少5個(gè)像素。工作站在ADC圖及FA圖上相應(yīng)位置自動(dòng)生成相同的ROI，由兩名醫(yī)師盲法測量ADC值及FA值，記錄自動(dòng)生成的平均值。

1.5 病理檢查

將大鼠腎臟標(biāo)本用4%多聚甲醛進(jìn)行固定，并脫水、切片后行HE及PAS染色，在光鏡下觀察切片腎小球及腎小管情況。腎臟病理分級(jí)依據(jù)Tervaet等[10]2010年提出的新的DN分期標(biāo)準(zhǔn)，Ⅰ期：腎小球基膜增厚，輕度或非特異性光鏡改變；Ⅱa期：輕度系膜增生；Ⅱb期：重度系膜增生；Ⅲ期：結(jié)節(jié)性硬化；Ⅳ期：球性廢棄＞50%。

1.6 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行分析，實(shí)驗(yàn)中正態(tài)計(jì)量資料用±s表示，不滿足正態(tài)分布資料用“中位數(shù)±四分位間距”表示；對所有計(jì)量數(shù)據(jù)進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)及方差齊性檢驗(yàn)后，滿足正態(tài)分布且方差齊性的資料，行組內(nèi)及組間兩樣本比較，采用獨(dú)立樣本T檢驗(yàn)，不滿足正態(tài)分布的資料比較采用Mann-Whitney Test非參數(shù)檢驗(yàn)方法，檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。

2 結(jié)果

2.1 臨床、生化及病理

實(shí)驗(yàn)組空腹血糖較對照組明顯升高，且具有明顯“三多一少”癥狀（表1）；兩組大鼠血肌酐值、尿微量白蛋白均處于正常范圍，兩組比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P＞0.05）（表2）；對照組所有大鼠雙腎病理均正常，實(shí)驗(yàn)組大鼠雙腎組織的皮髓質(zhì)清晰；18個(gè)腎臟均表現(xiàn)為腎小球基底膜不規(guī)則增厚，其中有11個(gè)腎臟表現(xiàn)為系膜輕度增生，系膜區(qū)增寬，腎小球結(jié)構(gòu)萎縮，部分腎小囊呈空泡樣改變；并見大量腎小管上皮細(xì)胞腫脹、脫落，腎小管管腔擴(kuò)張，管壁變薄。依照最新DN分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[10]，實(shí)驗(yàn)組大鼠腎臟病理處于Ⅰ期DN改變腎臟有7個(gè)，Ⅱ期有11個(gè)（圖1）。

2.2 MRI成像

2.2.1 兩組DTI

表1 造模前后大鼠體質(zhì)量、血糖及尿量變化情況

表2 造模后2周對照組和實(shí)驗(yàn)組生化結(jié)果（±s）

表2 造模后2周對照組和實(shí)驗(yàn)組生化結(jié)果（±s）

組別 例數(shù) 血糖（mmol/L） 肌酐（μmol/L）尿微量白蛋白（mg/L）對照組 6 5.52±0.62 30.07±6.08 4.57±2.72實(shí)驗(yàn)組 9 30.69±2.07 21.80±7.39 5.08±2.20 P值 0.000 0.091 0.73 t值 28.599 -1.891 -0.359

ADC圖腎臟輪廓清楚，皮髓質(zhì)分界清楚，皮質(zhì)呈綠色，髓質(zhì)呈淺綠色，兩組大鼠ADC圖信號(hào)從肉眼上觀察未見明顯差異；FA圖圖像清楚，皮髓質(zhì)分界清楚，皮質(zhì)呈深藍(lán)色，髓質(zhì)呈淺藍(lán)色，實(shí)驗(yàn)組皮質(zhì)顏色較對照組變淺，髓質(zhì)信號(hào)差異不明顯（圖2）。

2.2.2 ADC值

實(shí)驗(yàn)組皮、髓質(zhì)ADC值較對照組皮、髓質(zhì)ADC值增大，兩組比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表3）。

2.2.3 FA值

對照組髓質(zhì)FA值較皮質(zhì)大，但兩者比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；實(shí)驗(yàn)組髓質(zhì)FA值較皮質(zhì)大，兩者比較，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；實(shí)驗(yàn)組皮、髓質(zhì)FA值較對照組小，但兩者比較，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（表4）。

表3 實(shí)驗(yàn)組與對照組皮、髓質(zhì)ADC值（×10-3mm2/s）

圖1 HE染色。圖1a為對照組，腎小管形態(tài)及結(jié)果未見明顯變化，腎小球未見萎縮改變；圖1b為實(shí)驗(yàn)組，白色箭頭所示腎小管上皮細(xì)胞中度腫脹，上皮細(xì)胞空泡化、脫落；黑色箭頭所示腎小球結(jié)構(gòu)萎縮，腎小囊擴(kuò)大。PAS染色。圖1c為對照組，基底膜形態(tài)未見明顯改變；圖1d為實(shí)驗(yàn)組，箭頭示基底膜不規(guī)則增厚，基底膜皺曲，系膜細(xì)胞輕度增生。Figure 1a,1b.The pathology of HE staining.Figure 1a:The pathology of renal in the control group was normal.Figure 1b:The pathology of experimental group.The white arrow showed that the renal tubular epithelial cells were moderate swelling and the epithelial cell was shedding.The black arrow showed that the structure of glomerular was atrophy and the renal capsule was expansion. Figure 1c,1d. The PAS staining.The basement membrane of renal in the control group was normal(Figure 1c).The arrow showed that the basement membrane was irregular thickening and wrinkling and the mesangial cell was mild hyperplasia in the experimental group(Figure 1d). Figure 2a,2b. The ADC maps of control group and experimental group.The boundary of the cortex and medulla was clear.The color of cortex was green and the medulla was light green.

圖2 圖2a，2b分別為對照組和實(shí)驗(yàn)組大鼠腎臟ADC圖，皮髓質(zhì)分界清楚，皮質(zhì)呈綠色，髓質(zhì)呈淺綠色。圖2c，2d分別為對照組和實(shí)驗(yàn)組FA圖，腎皮質(zhì)與髓質(zhì)分界清楚，皮質(zhì)呈深藍(lán)色，髓質(zhì)呈淺藍(lán)色；實(shí)驗(yàn)組皮質(zhì)顏色變淺。Figure 2c,2d. The FA maps of control group and experimental group.The boundary of the cortex and medulla was clear.The color of cortex was dark blue and the medulla was light blue.The color of the experimental group was lighter than that of the control group.

表4 實(shí)驗(yàn)組與對照組皮、髓質(zhì)FA值

3 討論

DTI是DWI的發(fā)展和深化，不僅能反映組織內(nèi)水分子的擴(kuò)散幅度，還能反映各向異性的信息。b值反映DTI的擴(kuò)散敏感度，低b值主要反映組織的微循環(huán)灌注，當(dāng)b值增加時(shí)，組織灌注對ADC值的影響減小，高b值主要反映水分子的彌散情況[11]。DN早期，腎臟病理改變主要是腎小球結(jié)構(gòu)的改變，臨床主要表現(xiàn)為灌注的增加，此時(shí)微循環(huán)的灌注變化不明顯；而b值越高，所需TE時(shí)間越長，圖像信噪比增加，圖像質(zhì)量受到影響，因此，本研究選擇b值為600 s/mm2，能很好的反映水分子的彌散，對圖像質(zhì)量影響也較小。

本研究結(jié)果顯示，對照組大鼠臨床及生化檢測值均屬正常，實(shí)驗(yàn)組存活大鼠顯示典型糖尿病癥狀，出現(xiàn)多飲、多食、多尿、重量減輕的癥狀，但是，造模后2周所測得的血肌酐及尿微量白蛋白仍處于正常范圍。此時(shí)，實(shí)驗(yàn)組大鼠18個(gè)腎臟病理檢測結(jié)果顯示腎小球及腎小管病理損傷改變，依照病理分期標(biāo)準(zhǔn)[10]， 雙腎均處于Ⅰ～Ⅱ期病理改變。此時(shí)，通過MRI DTI成像，ADC圖兩組大鼠雙腎皮髓質(zhì)信號(hào)未見明顯差異，而FA圖顯示實(shí)驗(yàn)組皮質(zhì)信號(hào)較對照組變淺，皮髓質(zhì)信號(hào)差異減小，在DN的Ⅰ～Ⅱ期，F(xiàn)A圖信號(hào)已有所改變。Ⅰ～Ⅱ期DN在形態(tài)學(xué)及臨床生化上無明顯改變，但病理組織學(xué)已有改變，功能上DN大鼠處于臨床高濾過期，并伴隨相應(yīng)的臨床癥狀。

本實(shí)驗(yàn)DTI研究結(jié)果顯示，實(shí)驗(yàn)組大鼠腎皮、髓質(zhì)ADC值較對照組增大。由于實(shí)驗(yàn)組大鼠處于DN的Ⅰ～Ⅱ期，呈高濾過狀態(tài)，腎臟病理損害程度小，組織灌注增加，故ADC值增大。與學(xué)者Xu等[12]的研究發(fā)現(xiàn)一致，Ⅰ期腎病腎臟ADC值與正常腎臟相比，ADC值增大。Hueper等[13-15]在慢性腎臟疾病損傷晚期的研究中發(fā)現(xiàn)，晚期腎病患者腎臟ADC值較正常志愿者腎臟ADC值減小。這是由于Ⅲ期以后DN的腎臟微血管損傷嚴(yán)重，并出現(xiàn)K-W結(jié)節(jié)及腎小球硬化等病理損傷，腎組織灌注明顯減小，水分子擴(kuò)散受到明顯限制，內(nèi)生肌酐清除率 （Ccr）減小，ADC值減小。

本次研究結(jié)果表明對照組腎皮質(zhì)FA值較髓質(zhì)小，兩者比較無明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)差異；實(shí)驗(yàn)組皮質(zhì)FA值較髓質(zhì)小，兩者間比較有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。腎皮質(zhì)由腎小球和腎小管構(gòu)成，腎臟水分子擴(kuò)散的各向異性主要由腎小管及其周圍微血管形成的屏障造成，垂直于腎小管方向的水分子擴(kuò)散受到限制，平行于腎小管方向的水分子擴(kuò)散更迅速[16]。本研究中實(shí)驗(yàn)組均為DN Ⅰ～Ⅱ期，腎小管上皮細(xì)胞腫脹、脫落及腎小管管腔擴(kuò)張等病理改變使組織間隙縮小，導(dǎo)致水分子擴(kuò)散的各向異性降低，皮質(zhì)的FA值則減低，此時(shí)皮質(zhì)與髓質(zhì)FA值差異較大。在Lu等[7]、Hupper等[12]的研究中，腎小球?yàn)V過率減低時(shí)，糖尿病組皮髓質(zhì)FA值較對照組低，而本研究實(shí)驗(yàn)組皮髓質(zhì)FA值較對照組減小，但兩者皮髓質(zhì)FA值比較無差異?？赡苁怯捎趯?shí)驗(yàn)組DN尚處于Ⅰ～Ⅱ期，兩組間皮髓質(zhì)FA值變化尚不大的緣故。DN早期腎臟病理損傷主要表現(xiàn)為腎皮質(zhì)的改變，髓質(zhì)病理改變不明顯，此時(shí)皮髓質(zhì)FA值已經(jīng)出現(xiàn)差異，說明FA值對DN的早期診斷有一定的參考價(jià)值。

綜上所述，DN處于Ⅰ～Ⅱ期時(shí)，血肌酐、尿微量白蛋白尚處于正常范圍內(nèi)，腎臟處于高濾過狀態(tài)，皮髓質(zhì)ADC值增加，DN腎皮質(zhì)與髓質(zhì)FA值減小，且皮質(zhì)與髓質(zhì)FA值之間有明顯差異。可見，DTI成像技術(shù)可通過定量測量ADC值及FA值，反映DN早期腎臟功能的微觀變化。由于本次研究的樣本量偏小，DN的分期單一，DN的DTI研究有待深入，以進(jìn)一步了解DTI對DN早期診斷及分期診斷的價(jià)值，為臨床開展DN DTI早期診斷及療效的評價(jià)提供更詳實(shí)的實(shí)踐及理論依據(jù)。

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A preliminary study in stageⅠ andⅡ of diabetic nephropathy rats using diffusion tensor imaging MRI at 3.0T

HU Xiao-yan1,WU Ying-hua1,GUO Liang2,KUANG Min1,WANG Fan3
(1.Chengdu University of TCM,Chengdu 610075,China;2.China Medical University,Shenyang 110001,China; 3.Department of Radiology,the Affiliated Hospital of Chengdu University of TCM,Chengdu 610075,China)

Objective:To prospectively assess the manifestation of stageⅠ andⅡ diabetic nephropathy rats using diffusion tensor imaging(DTI)MRI at 3.0T.Materials andMethods:Twenty male SD rats were randomly divided into 2 groups according to the random number table.Fourteen rats were in the experimental group,the final survival of 9 rats with 18 kidneys,and 6 rats were in the control group with 12 kidneys.The experimental group was treated with 1%streptozotocin,and the control group was given the same dose of citrate buffer solution.Two weeks later,both of the two groups of rats underwent conventional MRI and DTI examination with b value of 0 and 600 s/mm2(diffusion directions=6),and the serum creatinine and microalbuminuria were measured and the pathological change of all kidneys were examined.Mean apparent diffusion coefficient(ADC)and fractional anisotropy(FA)were determined for the cortex and the medulla by two experienced radiologists blinded.Results:The blood glucose of experimental group was significantly increased,and the serum creatinine and microalbuminuria in both of the two groups of rats were normal.The pathological changes of the kidneys in the experimental group were stageⅠ andⅡ diabetic nephropathy expression,and the control group was normal.The ADC values of cortex and medulla were increased in the experimental group compared with the control group and the difference was statistically significant(P＜0.05).In the experimental group,the difference of FA values were statistically significant between cortex and medulla (P＜0.05).While there were no significant differences in the FA values of the cortex and medulla between two groups(P＞0.05).Conclusion:The ADC value and FA value of DTI imaging maybe be more able to reflect the pathological changes than the biochemical indicator in the early stage of diabetic nephropathy.

Diabetic nephropathies;Magnetic resonance imaging

R587.2；R445.2

A

1008－1062（2016）11－0795－04

2016－04－05；

2016－05－19

胡小艷（1990-），女，四川綿陽人，在讀碩士研究生。E-mail：615313178@qq.com

鄔穎華，成都中醫(yī)藥大學(xué)，610075。E-mail：wuyinghua_1111@163.com

四川省教育廳自然科學(xué)重點(diǎn)項(xiàng)目（編號(hào)：132A0285）。