基于超聲心動(dòng)圖技術(shù)評價(jià)食蟹猴急性心肌梗死模型左室結(jié)構(gòu)和功能的變化

王成舟，楊 倩，張才喬

(1.浙江大學(xué)，杭州 310009；2.浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院科研部，杭州 310009；3. 浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院心血管內(nèi)科，杭州 310009；4.浙江大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，杭州 310029)

隨著社會(huì)的高速發(fā)展和競爭力的不斷增加，人們在生活、工作和情感等各方面的壓力也逐漸陡升，促使心肌梗死的發(fā)病逐漸增加，并趨于年輕化。心肌梗死是由于心肌嚴(yán)重缺血二導(dǎo)致心肌部分壞死，該病具有發(fā)病率高、預(yù)后差和死亡率高等特點(diǎn)，已嚴(yán)重威脅患者的生命健康。超聲心動(dòng)圖作為急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)的檢查方法之一，具有無創(chuàng)、準(zhǔn)確、廉價(jià)、操作簡便、快速、可重復(fù)性好等特點(diǎn)[1]，可準(zhǔn)確預(yù)測缺血性左心室(left ventricular，LV)功能狀態(tài)[2]，利用不同超聲模式及方法能夠?qū)崿F(xiàn)心臟的幾何形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)、二尖瓣口血流信息、瓣環(huán)組織的運(yùn)動(dòng)信息的顯示與測量，常規(guī)的二維及M型超聲就能檢查出心功能的主要常用指標(biāo)，頻譜多普勒通過其血流頻譜曲線能掌握血流的方向、性質(zhì)及流速，組織多普勒利用高通濾波器，濾過血流信息，只顯示心肌運(yùn)動(dòng)，而不顯示血流，能顯示瓣環(huán)組織運(yùn)動(dòng)情況等，能提供較為全面的心血管信息，對AMI的診斷具有重要的參考價(jià)值。

近來，超聲心動(dòng)圖檢測在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物心臟生理結(jié)構(gòu)和疾病模型評價(jià)中也體現(xiàn)出較高的應(yīng)用價(jià)值，如王蕾等[3]基于超聲心動(dòng)圖篩選和早期評價(jià)大鼠心梗模型。食蟹猴(cynomolgus monkeys)作為非人靈長類動(dòng)物，在腦出血、干細(xì)胞移植、器官移植、神經(jīng)系統(tǒng)及病毒等研究方面應(yīng)用較廣[4]，而在AMI模型研究中研究甚少。因此，本文利用左前冠脈結(jié)扎術(shù)建立食蟹猴急性心肌梗死模型，并基于超聲心動(dòng)圖技術(shù)評價(jià)該模型左室結(jié)構(gòu)和功能的變化，為食蟹猴AMI模型評價(jià)提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)動(dòng)物

取健康成年雄性食蟹猴6只，年齡5～6歲，體重5～7 kg，來源于蘇州西山中科實(shí)驗(yàn)動(dòng)物有限公司[SCXK(蘇)(2012-0009)]，動(dòng)物質(zhì)量合格號(hào)：0000694，飼養(yǎng)于浙江大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬第二醫(yī)院動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中心普通環(huán)境中[SYXK(浙)2014-0004]。單籠飼養(yǎng)，自由飲水、采食。飼養(yǎng)室溫度(21±3)℃，相對濕度(55±15)%，猴維持飼料(由北京科奧協(xié)力飼料有限公司提供)一日二餐飼喂，中間一餐水果，實(shí)驗(yàn)動(dòng)物使用按照3R原則給予人道的關(guān)懷照顧。

1.2 主要儀器

采用PHILIPS IE Elite 彩色超聲診斷儀，選用X7-2探頭(頻譜范圍2～7 MHz)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 AMI模型的制備

術(shù)前禁食不禁水12 h后，肌肉注射0.2 mg/kg米達(dá)唑侖、0.04 mg/kg硫酸阿托品注射液和5 mg/kg鹽酸氯胺酮注射液聯(lián)合誘導(dǎo)鎮(zhèn)靜麻醉，然后行氣管插管，連接接呼吸麻醉機(jī)，用1.5%～2.5%異氟烷氣體維持麻醉，并用監(jiān)護(hù)儀進(jìn)行生命體征監(jiān)護(hù)。胸部術(shù)區(qū)消毒后，于左胸第4肋處逐層開胸，用開胸器擴(kuò)開，盡量暴露心臟，于左前降支第一對角支與第二對角支之間結(jié)扎，以達(dá)到心尖區(qū)心尖變白及Ⅱ?qū)?lián)心電圖ST段抬起為標(biāo)準(zhǔn)。手術(shù)結(jié)束后注射鹽酸嗎啡注射液1 mg/kg皮下注射，防止心梗帶來的劇痛。術(shù)后每天進(jìn)行籠前觀察行為狀態(tài)，并且每天用碘伏對創(chuàng)口進(jìn)行消毒，同時(shí)肌注80萬單位青霉素鈉，每天2次，連續(xù)3 d。

1.3.2 超聲心動(dòng)圖采集節(jié)點(diǎn)

分別于建模前、建模后3 d及建模后1個(gè)月進(jìn)行超聲心動(dòng)圖檢查。

1.3.3 超聲心動(dòng)圖采集前的準(zhǔn)備

給予鹽酸賽拉嗪注射液0.75 mg/kg肌注，10 min后給予鹽酸氯胺酮注射10 mg/kg肌注。麻醉后貼電極部位被毛剃干凈，連接電極同步記錄Ⅱ?qū)?lián)心電圖。

1.3.4 超聲心動(dòng)圖采集方法

檢測探頭放置在食蟹猴胸骨旁，調(diào)整探頭掃查方向，同時(shí)調(diào)節(jié)增益，使顯示屏上顯示清晰的左心室內(nèi)外輪廓，分別采集以下圖像：胸骨旁左室長軸切面、胸骨旁短軸切面(二尖瓣水平、腱索乳頭肌水平及心尖水平)、心尖部位心尖四腔心切面、心尖兩腔心切面及心尖三腔心切面，在心率穩(wěn)定時(shí)記錄連續(xù)3個(gè)完整的心動(dòng)周期二維動(dòng)態(tài)圖像。在心尖4腔心切面多普勒模式下將PWD取樣容積置于二尖瓣口處測取血流頻譜速度，記錄二尖瓣口血流頻譜圖像。在心尖4腔心切面組織多普勒(DTI)模式下將PWD取樣容積置于二尖瓣環(huán)間隔、側(cè)壁，記錄二尖瓣環(huán)組織運(yùn)動(dòng)速度圖像，以上圖像存入硬盤，脫機(jī)離線分析。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 左室?guī)缀涡螒B(tài)學(xué)的變化

本實(shí)驗(yàn)6只食蟹猴，其中1只在術(shù)后第5天發(fā)現(xiàn)死亡，剩余5只造模成功，存活至1個(gè)月，故剔除術(shù)后5 d死亡的動(dòng)物數(shù)據(jù)。與建模前相比，建模后3天食蟹猴L(fēng)VPWd顯著增加(P< 0.05)，LVIDs建模1個(gè)月后顯著增加(P< 0.05)，而LVIDd、LVPWs、LVEDV、LVESV和LVM均有所增加，但與建模前比均無顯著性差異(P> 0.05)(表1)。

2.2 左室血流動(dòng)力學(xué)結(jié)果

與建模前相比，食蟹猴建模后3 d和1個(gè)月時(shí)LVEF、SV、LVFS均有顯著降低(P< 0.05，P< 0.01)；同時(shí)，建模后1個(gè)月CO明顯降低 (P< 0.05)，而建模3 d時(shí)HR明顯升高(P< 0.05)(表2)。

2.3 二尖瓣口血流峰速及瓣環(huán)組織運(yùn)動(dòng)速度結(jié)果

與建模前比，建模后1個(gè)月食蟹猴二尖瓣口血流峰速及瓣環(huán)組織運(yùn)動(dòng)速度指標(biāo)對比均無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(P> 0.05)(表3)。

3 討論

食蟹猴體型大小與人類嬰幼兒相當(dāng)，通過左胸骨旁及心尖體表能有較好的超聲視窗，同時(shí)使用高頻率超聲探頭測得的超聲心動(dòng)圖像比較清晰，為心超圖像的可靠采集和分析提供了檢查基礎(chǔ)。由于正常雄性食蟹猴平均心率在(162±21)bpm[5]，根據(jù)心超檢測的要求心率一般控制在120 bpm以下，能得到最佳圖像采集。鹽酸賽拉嗪具有降低心率、鎮(zhèn)痛鎮(zhèn)靜和肌松的作用[6]，因此，本研究采用鹽酸賽拉嗪和鹽酸氯胺酮復(fù)合麻醉能滿足檢測所需時(shí)長的要求。故在3次心超檢測中同麻醉劑量條件下，發(fā)現(xiàn)術(shù)前和術(shù)后1個(gè)月的檢測心率均能夠降到檢測要求，而術(shù)后3天的心率仍處于較高水平；這可能與急性心梗發(fā)作期心率過快[7-8]，且易并發(fā)心律失常，而術(shù)后1個(gè)月后心率略高于造模前，這可能與心肌代償和缺血預(yù)適應(yīng)有關(guān)，究其機(jī)理還需要進(jìn)一步研究。

表1 左心室?guī)缀涡螒B(tài)學(xué)指標(biāo)比較Table 1 Comparison of the LV geometric morphology indexes

注：與建模前相比，*P<0.05，**P<0.01。

Note. Compared with that before modeling，*P<0.05，**P<0.01.

表2 左心室血流動(dòng)力學(xué)指標(biāo)比較Table 2 Comparison of the LV hemodynamics indexes

注：與建模前相比，*P<0.05，**P<0.01。

Note. Compared with that before modeling，*P<0.05，**P<0.01.

表3 二尖瓣口血流峰速及瓣環(huán)組織運(yùn)動(dòng)速度指標(biāo)比較Table 3 Comparison of transmitral peak inflow and mitral annulus velocities

眾所周知，心肌梗死后心臟功能性的代償機(jī)制被激活，使得心室負(fù)荷加重，同時(shí)在非梗死區(qū)的心肌細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)均會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的改變，即心室重構(gòu)[9]。在本研究中，利用超聲心動(dòng)圖檢測了食蟹猴心梗前后心臟幾何形態(tài)學(xué)的結(jié)構(gòu)變化，結(jié)果顯示AMI后食蟹猴L(fēng)VPWd顯著增加，且建模后1個(gè)月LVIDs亦明顯減少，同時(shí)LVIDd、LVPWs、LVEDV、LVESV和LVM指標(biāo)與建模前比均有所增加，證實(shí)了食蟹猴在心梗后也同樣發(fā)生了心室重構(gòu)，這與臨床顯示心?；颊甙l(fā)生心室重構(gòu)較為一致[9]。

另外，心肌梗死后泵血功能的強(qiáng)弱是誘發(fā)心力衰竭的危險(xiǎn)因素。射血分?jǐn)?shù)(LVEF)不僅反映左室泵血能力，也是預(yù)測AMI后心臟猝死發(fā)生的獨(dú)立危險(xiǎn)因子，LVEF降低則會(huì)導(dǎo)致心臟負(fù)荷增加，引起心功能不全，加劇心源性猝死；另外，左室短軸縮短率(LVFS)的降低也提示了冠脈供血不足[10]。在本研究中也觀察到AMI食蟹猴的LVEF和LVFS指標(biāo)均出現(xiàn)明顯降低，提示食蟹猴心梗后心臟負(fù)荷明顯增加，并伴隨著冠脈供血不足，加劇心肌缺血缺氧，導(dǎo)致心功能不全或加劇心力衰竭發(fā)生。此外，心排出量(CO)和每搏輸出量(SV)也是反映心臟泵血功能的重要指標(biāo)，CO在心梗后表現(xiàn)為血流動(dòng)力學(xué)的改變，而SV則受心肌收縮力和心臟前后負(fù)荷的影響，其變化程度與心肌受損程度密切相關(guān)。研究發(fā)現(xiàn)心梗后食蟹猴術(shù)后3 d其CO下降了31.7%，并在術(shù)后1個(gè)月時(shí)繼續(xù)下降至41.3%，同時(shí)SV在術(shù)后均呈現(xiàn)出明顯的降低，進(jìn)一步證實(shí)了AMI后食蟹猴的心臟功能發(fā)生明顯的紊亂，并致心功能惡化，這與前面的LVEF和LVFS指標(biāo)改變較為一致。

此外，心肌梗死后舒張?jiān)缙谧畲蠓逯邓俣菶峰可反映心室舒張情況，舒張晚期最大峰值速度A峰則反映心房收縮。據(jù)吳瑋[11]等研究顯示在AMI患者中二尖瓣舒張?jiān)缙谧畲罅魉貳峰上升，A峰下降，E/A值上升，EDT值變短。同樣在本研究食蟹猴AMI模型中觀察到類似的結(jié)果，表現(xiàn)為二尖瓣E峰上升，A峰下降，E/A值上升和E DT值變短，表明食蟹猴的心室舒張功能和順應(yīng)性明顯降低。郭江鴻[12]研究發(fā)現(xiàn)心肌缺血患者IVRT明顯延長；同時(shí)當(dāng)主動(dòng)脈壓增高或心肌收縮力降低時(shí)，等容收縮期IVCT延長。在本研究也發(fā)現(xiàn)食蟹猴AMI后IVRT和IVCT均出現(xiàn)延長的趨勢，分別延長了22.2%和30.0%，進(jìn)一步表明AMI食蟹猴出現(xiàn)心肌收縮力的下降。Ea是反映舒張功能的舒張?jiān)缙谒俣?，而Aa是反映舒張晚期速度，且二尖瓣后血流 E/A 比值可判定左心室舒張功能，其比值與左室舒張末期壓相關(guān)。本研究結(jié)果顯示，AMI后食蟹猴Ea未見明顯的變化，而Aa和E/Ea比值均出現(xiàn)升高趨勢，說明食蟹猴AMI后心室舒張功能降低，這與臨床心力衰竭患者表現(xiàn)較為一致[13]。

通過超聲心動(dòng)圖測定食蟹猴急性心肌梗死后左心室室壁腔徑幾何形態(tài)、血流動(dòng)力學(xué)、二尖瓣口血流及瓣環(huán)運(yùn)動(dòng)的演變規(guī)律，有利于這一模型的超聲量化規(guī)律應(yīng)用及指導(dǎo)非臨床實(shí)踐中。雖然本研究的不足之處由于食蟹猴價(jià)格昂貴，使得食蟹猴AMI造模及心超檢測數(shù)量不足，然而總體而言，該研究的檢查結(jié)果基本符合人類的急性心肌梗死事件中心功能指標(biāo)變化規(guī)律，間接也證實(shí)了食蟹猴心功能與人類的相似性及該模型的應(yīng)用價(jià)值。