PET-CT在心力衰竭中的臨床應(yīng)用

石亞男，門素珍，孫孟華，劉巍

隨著核醫(yī)學(xué)技術(shù)的發(fā)展，PET-CT作為檢測心肌活性的一種無創(chuàng)性檢查方法，通過核素標(biāo)記某些化合物或代謝底物如葡萄糖、脂肪酸等作為顯像劑，同時獲得心臟解剖結(jié)構(gòu)圖像和心肌代謝圖像，已成為評估心肌灌注及活力的“金標(biāo)準(zhǔn)”，在心力衰竭（心衰）中的應(yīng)用越來越廣泛。

1 PET-CT心肌代謝顯像原理

PET-CT心肌代謝顯像作為臨床應(yīng)用的一種示蹤技術(shù)，利用正電子核素標(biāo)記相關(guān)代謝底物作為顯像劑，顯像劑隨血流進(jìn)入心肌組織，被心肌細(xì)胞攝取。利用PET-CT對心臟進(jìn)行掃描，可顯示顯像劑在心肌細(xì)胞的分布情況，了解局部心肌血流灌注及代謝情況，利用螺旋CT掃描數(shù)據(jù)對PET圖像衰減校正，獲得病變區(qū)域心肌代謝圖像[1]。臨床常用的顯像劑分三類：灌注類藥物、代謝類藥物和受體類藥物。灌注類藥物（如13-NH3）主要用于顯示心肌血流灌注，評估局部心肌灌注情況；代謝類藥物（如18F-FDG）是利用心肌細(xì)胞對顯像劑的攝取，測定心肌能量代謝，精確定位心臟病變部位，進(jìn)而評估心肌缺血程度及臨床治療前后代謝變化，在臨床中的應(yīng)用最為廣泛[2-4]；而受體類藥物（如18F-多巴胺）主要用于評價心臟受體的數(shù)量及其功能情況[5]。PET-CT在心衰中的成像是基于心肌耗氧量、葡萄糖和脂肪酸代謝這三種心肌代謝過程，心衰的進(jìn)展與心肌線粒體呼吸鏈活動下降有關(guān)；此外，與正常受試者相比，心衰患者的心肌脂肪酸和糖代謝均增加[6]。

18F-FDG是臨床應(yīng)用最廣泛的評估心肌代謝活性的示蹤劑，作為葡萄糖的類似物，可與葡萄糖競爭轉(zhuǎn)運(yùn)蛋白進(jìn)入心肌細(xì)胞，在己糖激酶磷酸化作用下形成18F-FDG-6-磷酸，代謝捕獲示蹤物，當(dāng)心臟某個區(qū)域葡萄糖代謝活躍時，顯像時即可出現(xiàn)18F-FDG放射性濃聚[4]。此外，一定的血流灌注是心肌代謝得以維持的基礎(chǔ)，在血流灌注減低的心肌節(jié)段，18F-FDG攝取也減低，即灌注與代謝相匹配，標(biāo)志著心肌壞死；反之，如果灌注減低的心肌節(jié)段對18F-FDG攝取正?；蛟黾?，即灌注與代謝不相匹配，標(biāo)志著局部心肌存活[7]。

2 心力衰竭時的心肌能量代謝

正常心肌代謝主要以游離脂肪酸和葡萄糖氧化作為能量來源。心肌能量代謝是維持心臟射血功能的重要前提，主要包括三個方面，即營養(yǎng)物質(zhì)的攝取與利用、氧化磷酸化和心肌纖維的轉(zhuǎn)運(yùn)與利用[8]。大量研究表明，心衰進(jìn)程中，衰竭心肌通常發(fā)生了能量代謝及底物利用改變，在上述三個方面均受到影響[8]。心衰時，腎上腺素能的活化雖可以保證心臟射血功能，但對心肌的能量利用也可產(chǎn)生負(fù)面效應(yīng)，使心肌室壁應(yīng)力及氧需求增加，導(dǎo)致心肌有氧代謝明顯增加；且心衰狀態(tài)下，冠狀動脈血供減少，心肌氧供減少，葡萄糖成為心肌的首選物質(zhì)，心肌利用葡萄糖進(jìn)行無氧酵解，但無氧酵解產(chǎn)生的能量不能維持心肌收縮力，也不能保持心肌細(xì)胞的完整性。當(dāng)血流灌注降低到標(biāo)準(zhǔn)閾值以下，心肌氧供就會進(jìn)一步減少，組織中酸性代謝物質(zhì)增加，糖酵解就會受到抑制[7]。因此，代謝活動存在標(biāo)志著心肌存活。

3 PET-CT在心力衰竭中的應(yīng)用

PET-CT對心肌活性的檢測主要依賴于心肌灌注顯像和心肌代謝顯像[9]。心肌灌注顯像過程中，顯像劑在存活心肌的攝取率很高，利用PET顯像比較心肌血流和代謝間的匹配關(guān)系，評估心肌活性[10]。當(dāng)灌注與代謝匹配時，表明心肌壞死；當(dāng)灌注與代謝不匹配時則心肌存活[11]。根據(jù)18F-FDG的攝取率，可對心肌病變嚴(yán)重程度進(jìn)行分級：當(dāng)攝取值為最大活性的50%～60%時，常提示為非透壁性心肌梗死；攝取值為最大活性的10%～20%時則提示為透壁性心肌梗死[11]。有研究者以18F-FTHA和18F-FDG作為示蹤劑，通過PET顯像發(fā)現(xiàn)，與正常人相比，心衰患者心肌中的游離脂肪酸攝取率降低，葡萄糖攝取率升高[7]。PET-CT可通過對比心衰患者在藥物治療前后的心肌代謝變化，評價藥物在治療心衰的療效。11C-ACE（11C-乙酸鹽）心肌PET顯像可以評價心衰患者心肌的有氧代謝。在心衰患者中，心肌有氧代謝增加，11C-ACE清除率較正常人明顯下降，經(jīng)β受體阻滯劑治療后，其有氧代謝下降，11C-ACE清除率上升[10]。

缺血性心肌病是心力衰竭的常見原因。謝博洽等[12,13]通過研究8只犬在不同心肌缺血狀態(tài)下葡萄糖的攝取，發(fā)現(xiàn)缺血心肌對18F-FDG攝取增加的程度和持續(xù)時間與其缺血程度有關(guān)。Miikka等[14]研究慢性心肌梗死后心衰豬的模型中PETCT代謝顯像左心室的灌注、結(jié)構(gòu)、功能和氧化代謝的評估。肺動脈高壓是導(dǎo)致右心衰竭的最常見死亡原因。肺動脈高壓是一種以肺血管內(nèi)膜病變，平滑肌層肥大，血管周圍炎癥和伴隨右心室重塑為特征的綜合征，最終導(dǎo)致右心功能降低。右心衰發(fā)展的關(guān)鍵因素是由缺血和糖酵解的水平?jīng)Q定的右心室代謝狀態(tài)，其導(dǎo)致缺氧的惡性循環(huán)，使心肌代謝從葡萄糖氧化到糖酵解轉(zhuǎn)變，增加右心室舒張末壓，降低其輸出量，進(jìn)一步導(dǎo)致心肌缺血。在肺動脈高壓中，丙酮酸脫氫酶激酶被激活并抑制丙酮酸脫氫酶，糖酵解比例增加，右心室收縮功能受損，心輸出量減少[15]。右心室代謝由有氧代謝轉(zhuǎn)變?yōu)樘墙徒?，并通過產(chǎn)生乳酸誘導(dǎo)酸中毒，心肌對葡萄糖攝取增加糖酵解的心肌能量供應(yīng)[16]，這為PET-CT利用18F-FDG檢測肺動脈高壓下心肌代謝異常提供了可能性。Mielniczuk等[17]使用PET-CT灌注掃描（13N-NH3和82Rb）檢測肺動脈高壓患者心肌缺血區(qū)域，以測量正常灌注區(qū)域中右心室與左心室的標(biāo)準(zhǔn)攝取值?？傊?，肺動脈高壓誘導(dǎo)心肌缺氧，可能最終影響右心室代謝狀態(tài)。

各種心臟疾?。ㄈ缧募∪毖?、心肌梗死等）時，心臟自主神經(jīng)系統(tǒng)的改變發(fā)生于心臟出現(xiàn)結(jié)構(gòu)和功能明顯異常之前，通常不能被常規(guī)的形態(tài)及功能檢查觀察到。PETCT受體顯像可對心臟早期神經(jīng)系統(tǒng)變化進(jìn)行檢測，目前占主導(dǎo)地位的是11C標(biāo)記的心臟神經(jīng)受體顯像藥物[18]。臨床最常用的心臟神經(jīng)受體正電子放射性藥物時11C-HED和11C-EPI，均作用于突觸前攝取和存儲。Willemsen等[19]利用11C-CGP12388對原發(fā)性擴(kuò)張性心肌病的研究結(jié)果顯示，擴(kuò)張性心肌病患者的β-腎上腺素受體密度明顯低于對照組。而且Tadao等通過11C-Hydroxyephedrine PET受體顯像也可觀察心衰患者β阻滯劑治療后的受體恢復(fù)狀況。

4 結(jié)語

目前，心力衰竭的治療主要有藥物、冠狀動脈再血管化和心臟移植等。PET-CT心肌代謝顯像技術(shù)的發(fā)展，在心力衰竭的發(fā)病機(jī)制、鑒別診斷及治療預(yù)后評估等方面發(fā)揮著越來越重要的作用。楊彥松等[20]通過對冠心病患者術(shù)前進(jìn)行PET-CT評估存活心肌的研究發(fā)現(xiàn)，存活心肌數(shù)量是患者冠狀動脈搭橋術(shù)后左室射血分?jǐn)?shù)改善和左室容積減小的獨(dú)立影響因素，使判斷心肌存活成為確定缺血性心肌病患者治療方案的重要輔助標(biāo)準(zhǔn)。PET-CT作為目前公認(rèn)的判斷心肌活性的“金標(biāo)準(zhǔn)”[21]，已被大多數(shù)臨床醫(yī)師所接受，在許多檢測存活心肌的試驗中，評價心肌葡萄糖代謝被認(rèn)為是最準(zhǔn)確的診斷手段，加之核醫(yī)學(xué)的靈敏度和特異性高、安全無創(chuàng)等特點(diǎn)，在心肌存活的診斷及心臟病治療決策中起到重要的指導(dǎo)作用。

[1] Cleland JG,Calvert M,Freemantle N,et al. The Heart Failure Revascularisation Trial(HEART)[J]. Eur J Heart Fail,2011,13(2):227-33.

[2] 王躍濤,劉德峰. 存活心肌的影像學(xué)評價及比較[J]. 中國介入影像與治療學(xué),2009,6(5):473-6.

[3] 何祚祥. 放射性核素顯像在冠心病診斷中的臨床應(yīng)用[J]. 中國醫(yī)刊,2006,41(1):21-2.

[4] 姜睿,胡盛壽,田月琴,等. SPECT存活心肌評分對冠狀動脈旁路移植術(shù)遠(yuǎn)期心臟不良事件的預(yù)測作用[J]. 中華胸心外科雜志,2010,26(3):154-7.

[5] 韓大力,姜萬榮,于金明. 18F-脫氧胸苷正電子體層顯像應(yīng)用及指導(dǎo)生物靶區(qū)勾劃的展望[J]. 中華腫瘤雜志,2009,30(1):1-4.

[6] Knuuti J,Tuunanen H. Metabolic imaging in myocardial ischemia and heart failure[J]. The quarterly journal of nuclear medicine and molecular imaging:official publication of the Italian Association of Nuclear Medicine (AIMN) and the International. Association of Radiopharmacology (IAR),2010,54(2):168.

[7] Bax JJ,Patton JA,Poldermans D,et al. 18-Fluorodeoxyglucose imaging with positron emission tomography and single photon emission computed tomography:cardiac applications[J]. Seminars in Nuclear Med,2000,30(4):281-98.

[8] Neubauer S. The failing heart-an engine out of fuel[J]. N Engl J Med,2007,356(11):1140-51.

[9] Ghosh N,Rimoldi OE,Beanlands RS,et al. Assessment of myocardial ischaemia and viability: role of positron emission tomography.[J].European heart journal, 2010, 31(24):2984-995.

[10]李貴平. PET-CT在心血管系統(tǒng)中的臨床應(yīng)用[J]. 核醫(yī)學(xué)科,2007,13(7):8-10.

[11] Segall G. Assessment of myocardial viability by positron emission tomography[J]. Nucl ed Commun,2002,23(4):323-30．

[12] 謝博洽,楊敏福,竇克非,等. 18F-FDG PET/CT心肌“缺血記憶”顯像的實(shí)驗研究[J]. 中華核醫(yī)學(xué)與分子影像雜志,2012,32(6):442-6.

[13] 謝博洽,楊敏福,葉錢,等. 18F-FDG PET/CT顯像對心肌“缺血記憶”的分子機(jī)制研究[J]. 同位素,2012,25(1):47-52.

[14] Miikka Tarkia,Christoffer MSc,Stark MD,et al. Cardiac remodeling in a new pig model of chronic heart failure: Assessment of left ventricular functional,metabolic,and structural changes using PETCT,and echocardiography[J]. Journal of Nuclear Cardiology,2015,22(4):655-65.

[15] Piao L,Sidhu VK,Fang YH,et al. FOXO1-mediated upregulation of pyruvate dehydrogenase kinase4(PDK4)decreases glucose oxidation and impairs right ventricular function in pulmonary hypertension:therapeutic benefits of dichloroacetate[J]. J Mol Med(Berl),2013,91(3):333-46.

[16] Zhao L,Ashek A,Wang L,et al. Heterogeneity in lung(18)FDG uptake in pulmonary arterial hypertension:potential of dynamic(18)FDG positron emission tomography with kinetic analysis as a bridging biomarker for pulmonary vascular remodeling targeted treatments[J].Circulation,2013,128(11):1214-24.

[17] Mielniczuk LM,Birnie D,Ziadi MC,et al. Relation between right ventricular function and increased right ventricular[18F]fluorodeoxyglucose accumulation in patients with heart failure[J]. Circulation. Cardiovascular imaging,2011,4(1):59.

[18] Aikawa T,Naya M,Obara M,et al. Impaired Myocardial Sympathetic Innervation Is Associated with Diastolic Dysfunction in Heart Failure with Preserved Ejection Fraction:11C-Hydroxyephedrine PET Study[J]. Journal of Nuclear Medicine,2017,58(5):784-90.

[19] Willemsen AT,Slart RH. Myocardial beta-adrenoceptor downregulation in idiopathic dilated cardiomyopathy measured in vivo with PET using the new radioligand(S)-[11C]CGP12388[J]. Eur J Nucl Med Mol Imaging, 2005,32(4):443-7.

[20] 楊彥松,王躍濤. 存活心肌數(shù)量預(yù)測冠狀動脈旁路移植術(shù)后左心室射血分?jǐn)?shù)改善和左心室容積減小的價值[J]. 蘇州大學(xué),2016.

[21] Brogsitter C,Grüning T,Weise R,et al. 18F-FDG PET for detecting myocardial viability: validation of 3D data acquisition.[J]. Journal of Nuclear Medicine Official Publication Society of Nuclear Medicine,2005,46(1):19-24.