二維斑點(diǎn)追蹤成像技術(shù)評(píng)價(jià)早期單純性肥胖大鼠左心室收縮功能

曾麗琴，張 軍*，拓勝軍，王雅韻，胡 運(yùn)，賀建國(guó)，高 宇

(1.空軍軍醫(yī)大學(xué)附屬西京醫(yī)院超聲科，陜西 西安 710032；2.空軍軍醫(yī)大學(xué)軍事預(yù)防醫(yī)學(xué)院，陜西 西安 710032)

DOI：10.13929/j.1003-3289.201709107

肥胖為全球性流行病[1]，是糖尿病及高血壓等慢性疾病的重要危險(xiǎn)因素，可導(dǎo)致左心室重構(gòu)及功能受損[2]。目前肥胖導(dǎo)致左心室功能受損的機(jī)制尚缺乏動(dòng)物實(shí)驗(yàn)依據(jù)。二維斑點(diǎn)追蹤成像(two-dimensional speckle tracking imaging, 2D-STI)技術(shù)能夠準(zhǔn)確測(cè)量左心室各節(jié)段二維應(yīng)變及應(yīng)變率，由此評(píng)價(jià)心肌缺血程度。本研究建立肥胖大鼠模型，結(jié)合血清學(xué)及心肌組織學(xué)，采用2D-STI檢測(cè)大鼠左心室亞臨床心肌功能受損情況，為臨床早期肥胖患者左心室功能受損機(jī)制提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物與分組 成年清潔級(jí)SD雄性大鼠16只(購(gòu)于空軍軍醫(yī)大學(xué)動(dòng)物中心)，體質(zhì)量285～303 g，適應(yīng)性飼養(yǎng)1周后，隨機(jī)分為普通飲食(normal food, NF;n=6)組和高脂飲食組(high fat diet, HFD;n=10)。HFD組給予高脂飼料(每100 g飼料中含脂肪45.0%)喂養(yǎng)，NF組給予普通飼料(每100 g含脂肪19.8%)。所有大鼠喂養(yǎng)12周，自由采食，記錄其體長(zhǎng)、腹圍、體質(zhì)量、心臟質(zhì)量及腹部脂肪。以HFD組大鼠體質(zhì)量大于NF組20%作為肥胖標(biāo)準(zhǔn)[3]，最終HFD組有6只大鼠造模成功。

1.2 超聲數(shù)據(jù)采集 對(duì)實(shí)驗(yàn)鼠禁飼、不禁水12 h。將大鼠仰臥位保定于平板，以2%戊巴比妥鈉2 ml/kg體質(zhì)量行腹腔注射麻醉，于胸腹部備皮，連接心電圖。采用GE Vivid E9彩色超聲診斷儀，12S探頭，頻率 10～12 MHz，取連續(xù)3個(gè)以上心動(dòng)周期超聲心動(dòng)圖圖像，脫機(jī)后將數(shù)據(jù)傳至EchoPAC工作站，記錄左心室舒張末期內(nèi)徑(left ventricular end diastolic, LVED)、左心室長(zhǎng)徑(left ventricular long diameter, LVLD)、左心房?jī)?nèi)徑(left atrium diameter, LA)、室間隔厚度(interventricular septum thickness, IVS)、左心室后壁厚度(left ventricle posterior wall thickness, LVPW)、左心室短軸縮短率(left ventricular shortening, FS)及左心室射血分?jǐn)?shù)(left ventricular ejection fraction, LVEF)。以二維應(yīng)變分析軟件結(jié)合左心室壁16節(jié)段劃分法分析左心室徑向及縱向收縮期應(yīng)變和應(yīng)變率，所有數(shù)據(jù)測(cè)量3次，取均值。對(duì)聲像圖質(zhì)量較差的大鼠，連接動(dòng)物呼吸機(jī)，開(kāi)胸、切開(kāi)心包，向胸腔內(nèi)填充耦合劑，將探頭直接接觸心臟表面采集超聲心動(dòng)圖圖像。

1.3 生化指標(biāo)檢測(cè) 于鼠尾處取血，檢測(cè)大鼠空腹血糖。之后開(kāi)腹,于下腔靜脈取血，離心后取血清，置于-18℃冰箱保存12 h。采用Hitachi 7 600全自動(dòng)生化分析儀檢測(cè)甘油三酯(triglyceride, TG)、高密度脂蛋白(high density lipoprotein, HDL)及低密度脂蛋白(low density lipoprotein, LDL)。

1.4 病理檢查 剖開(kāi)大鼠胸腔，暴露心臟，用生理鹽水行心臟逆行性灌注，反復(fù)進(jìn)行2～3次，直至流出液體清亮。處死大鼠，摘取心臟置于無(wú)菌紗布中，擠壓去除液體殘留，以天平秤測(cè)量心臟質(zhì)量。取前壁心肌組織，固定于4%多聚甲醛液中，置于4℃冰箱保存24 h，石蠟包埋切片，行HE染色、Masson染色、甲苯胺藍(lán)染色及免疫組化染色，由病理科醫(yī)師對(duì)結(jié)果進(jìn)行判定及分析。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件，計(jì)量資料以±s表示。2組一般資料、生化指標(biāo)及超聲心動(dòng)圖參數(shù)比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2組大鼠飼養(yǎng)12周后，與NF組相比，HFD組大鼠體質(zhì)量(t=5.573)、腹圍(t=14.513)以及腹部脂肪含量(t=4.419)均顯著增高(P均<0.01)，空腹血糖(t=7.13)和TG(t=3.20)增高(P均<0.05)，而2組HDL、VDL差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。

2.1 常規(guī)超聲心動(dòng)圖參數(shù)比較 2組常規(guī)超聲心動(dòng)圖參數(shù)比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05，表1)。

2.2 左心室二維應(yīng)變和應(yīng)變率比較 與NF相比，HFD組前間隔徑向應(yīng)變率及前間隔、前壁徑向應(yīng)變減低，余室壁節(jié)段應(yīng)變及應(yīng)變率差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05；表2，圖1)；后間隔基底段、中間段、心尖段及側(cè)壁基底段縱向應(yīng)變及應(yīng)變率差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.01)，側(cè)壁中間段及心尖段縱向應(yīng)變率差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05；表3，圖2)。

表1 2組大鼠常規(guī)超聲心動(dòng)圖參數(shù)比較(±s)

表1 2組大鼠常規(guī)超聲心動(dòng)圖參數(shù)比較(±s)

組別LVEDD(mm)LVESD(mm)LVDLD(mm)LVSLD(mm)IVS(mm)LVPW(mm)LA(mm)LVEF(%)FS(%)HFD組5.31±0.222.85±0.319.51±0.707.55±1.131.92±0.211.96±0.123.50±0.1974.60±15.3140.00±13.60NF組5.53±0.313.01±0.219.18±0.507.04±0.791.63±0.121.69±0.133.49±0.0977.40±12.5442.40±11.94t值1.241.170.810.822.011.870.020.340.29P值0.250.270.430.430.080.090.970.740.77

圖1 2組大鼠心肌徑向應(yīng)變比較 A、B.NF組(A)及HFD組(B)徑向應(yīng)變 圖2 2組大鼠心肌縱向應(yīng)變比較 A、B.NF組(A)及HFD組(B)大鼠縱向應(yīng)變

2.3 病理結(jié)果 與NF組相比，HFD組大鼠心肌細(xì)胞排列紊亂，核大深染，細(xì)胞間界限不清，胞漿染色加深，部分呈疏松顆粒狀(圖3)；心肌膠原纖維沉積(圖4)、心肌肥大細(xì)胞浸潤(rùn)(圖5)均較NF組明顯增加，而心肌組織自噬微管相關(guān)蛋白輕鏈3(light chain 3, LC3)蛋白陽(yáng)性表達(dá)較NF組明顯降低(圖6)。

表2 2組大鼠心肌徑向應(yīng)變和應(yīng)變率比較(±s)

表2 2組大鼠心肌徑向應(yīng)變和應(yīng)變率比較(±s)

組別徑向應(yīng)變(%)前間隔前壁側(cè)壁后壁下壁后間隔HFD組16.88±1.3615.89±1.4422.61±2.4821.31±2.7723.27±3.9421.27±2.87NF組23.61±5.1123.02±6.4221.52±4.0921.40±4.6127.22±3.9526.57±5.42t值2.832.420.510.042.291.92P值0.020.040.620.960.060.89組別徑向應(yīng)變率(s-1)前間隔前壁側(cè)壁后壁下壁后間隔HFD組5.93±0.776.42±0.855.82±1.516.37±1.426.92±0.816.72±2.71NF組7.74±1.147.15±0.686.79±0.666.59±1.487.73±1.328.00±1.81t值2.941.491.230.251.060.87P值0.020.170.250.810.320.41

表3 2組大鼠心肌縱向應(yīng)變和應(yīng)變率比較(±s)

表3 2組大鼠心肌縱向應(yīng)變和應(yīng)變率比較(±s)

組別縱向應(yīng)變(%)間隔基底段間隔中間段間隔心尖段側(cè)壁基底段側(cè)壁中間段側(cè)壁心尖段HFD組-8.16±1.34-8.49±2.08-10.73±2.44-8.80±2.97-8.95±2.92-9.18±1.05NF組-13.61±1.68-14.92±2.18-15.88±1.52-15.38±0.73-15.38±2.05-18.76±2.05t值5.664.763.994.806.149.28P值<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001組別縱向應(yīng)變率(s-1)間隔基底段間隔中間段間隔心尖段側(cè)壁基底段側(cè)壁中間段側(cè)壁心尖段HFD組-1.41±0.31-1.69±0.24-1.41±0.29-1.76±0.25-1.33±0.37-2.22±0.45NF組-3.63±1.31-3.82±1.03-3.51±0.50-3.27±0.51-2.67±1.19-3.42±1.41t值3.693.568.055.902.581.80P值<0.001<0.001<0.001<0.0010.060.10

圖3 2組大鼠心臟HE染色(×200)表現(xiàn) A.NF組； B.HFD組，部分心肌細(xì)胞出現(xiàn)顆粒變性，脂肪空泡(箭) 圖4 2組大鼠心臟Masson染色(×200，箭示心肌膠原蛋白)表現(xiàn) A.NF組； B.HFD組 圖5 2組大鼠心臟甲苯胺藍(lán)染色(×200，箭示心肌肥大細(xì)胞) A.NF組； B.HFD組 圖6 2組大鼠心臟免疫組化染色(×200，箭示LC3蛋白)表現(xiàn) A.NF組； B.HFD組

3 討論

肥胖是引起血脂、血糖代謝異常及心臟損害的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[4]。美國(guó)心臟病學(xué)會(huì)[5]指出，肥胖是冠心病及左心室功能障礙的重要危險(xiǎn)因素。常規(guī)超聲心動(dòng)圖是評(píng)估心臟解剖和功能的重要方法[6]，但目前臨床主要以目測(cè)法評(píng)估有無(wú)節(jié)段室壁運(yùn)動(dòng)異常，評(píng)估結(jié)果易受主觀因素的影響，且由于早期肥胖患者左心室心肌損害不明顯而易致漏診。研究[7]表明，縱向排列的心肌纖維對(duì)心肌缺血更敏感。早期肥胖大鼠心肌缺血及心臟受損，其縱向應(yīng)變變化較明顯，且左心室長(zhǎng)軸收縮功能改變較舒張功能更為明顯。STI技術(shù)可準(zhǔn)確測(cè)量左心室各節(jié)段二維應(yīng)變值及應(yīng)變率，敏感地評(píng)價(jià)心肌缺血程度。本研究中，2組大鼠常規(guī)超聲心動(dòng)圖參數(shù)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但采用2D-STI技術(shù)檢測(cè)發(fā)現(xiàn)HFD組左心室部分室壁節(jié)段收縮末期徑向和縱向應(yīng)變及應(yīng)變率減低，提示肥胖大鼠早期存在心臟受損和心肌缺血，支持薛甜等[8]的相關(guān)臨床研究結(jié)果。

本研究中，HFD組大鼠體質(zhì)量、腹部脂肪含量、空腹血糖及TG均較NF組明顯升高。血脂及血糖代謝異?？芍聞?dòng)脈粥樣硬化，進(jìn)而引起心肌缺血及心臟受損，激發(fā)心肌炎癥反應(yīng)。心肌肥大細(xì)胞受刺激后可分泌促纖維化因子、促炎因子和促心肌肥大因子[9]。HFD組大鼠部分心肌節(jié)段應(yīng)變和應(yīng)變率減低，可能與心肌肥大細(xì)胞浸潤(rùn)、膠原纖維沉積量及心肌纖維化程度較NF組顯著增加，進(jìn)而導(dǎo)致心肌僵硬度增加、彈性下降有關(guān)。此外，細(xì)胞自噬是一種保守的細(xì)胞防御機(jī)制，心血管疾病多伴有炎癥反應(yīng)并與細(xì)胞自噬密切相關(guān)，自噬受抑制可使炎癥加劇，并導(dǎo)致心肌組織損傷[10]。本研究中，HFD組心肌LC3蛋白表達(dá)較NF組顯著減少，提示其自噬機(jī)制可能受到抑制，可能是導(dǎo)致肥胖大鼠心肌部分節(jié)段運(yùn)動(dòng)減低的原因之一。

有學(xué)者[11]發(fā)現(xiàn)，單純肥胖患者左心室長(zhǎng)軸收縮功能明顯受損，且肥胖程度與左心功能受損程度密切相關(guān)。本研究中，HFD組大鼠早期心臟解剖結(jié)構(gòu)與NF組相比差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，但部分室壁節(jié)段徑向和縱向應(yīng)變及應(yīng)變率減低，提示左心室存在部分心肌缺血及心臟損傷，可能與血糖及血脂代謝異常引發(fā)心肌炎癥反應(yīng)、導(dǎo)致心肌纖維化及心肌自噬機(jī)制受抑制有關(guān)。

本研究的局限性：實(shí)驗(yàn)中2組共5只大鼠通過(guò)開(kāi)胸獲得超聲心動(dòng)圖，可能導(dǎo)致結(jié)果有一定偏倚，需在今后的研究中進(jìn)一步完善。

總之，早期單純性肥胖大鼠常規(guī)超聲心動(dòng)圖檢查無(wú)明顯異常改變時(shí)，2D-STI已可檢測(cè)到左心室部分節(jié)段收縮末期縱向和徑向應(yīng)變及應(yīng)變率有所減低。

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