二維斑點(diǎn)追蹤超聲心動(dòng)圖在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物兔中的應(yīng)用進(jìn)展

畢亮亮 韓若凌 焦子義

[摘要] 二維斑點(diǎn)追蹤技術(shù)通過(guò)對(duì)心肌組織的斑點(diǎn)回聲進(jìn)行追蹤，可獲得心肌整體及局部變形參數(shù)。與其他小型嚙齒動(dòng)物比較，兔的心臟在結(jié)構(gòu)及功能的評(píng)價(jià)中具有相對(duì)優(yōu)勢(shì)。其中以缺血性心臟病兔模型應(yīng)用最廣泛，其他領(lǐng)域，如高血壓性心室肥厚、甲亢性心肌病以及高膽固醇血癥、感染、創(chuàng)傷等致心肌功能改變方面也有一定研究。本文就二維斑點(diǎn)追蹤技術(shù)原理、兔模型的優(yōu)缺點(diǎn)及斑點(diǎn)追蹤在兔模型中的應(yīng)用情況作一綜述，為臨床前的預(yù)實(shí)驗(yàn)研究提供參考。

[關(guān)鍵詞] 二維斑點(diǎn)追蹤;超聲心動(dòng)圖;兔;左心室收縮功能

[中圖分類(lèi)號(hào)] R445.1 ? ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼] A ? ? ? ? ?[文章編號(hào)] 1673-7210（2019）12（c）-0050-04

[Abstract] The two-dimensional speckle tracking echocardiography can track the speckle echo of cardiac tissue to obtain the global and regional deformation parameters of myocardium. Compared with other small rodents， rabbit hearts have a comparative advantage in the evaluation of structure and function. Among the application fields， ischemic heart disease rabbit models are the most widely used. Other fields， such as hypertensive ventricular hypertrophy， hyperthyroidism cardiomyopathy and hypercholesterolemia， trauma， infection induced myocardial damage have also been studied. This paper reviews the principle of two-dimensional speckle tracking technology， the advantages and disadvantages of the rabbit models and the application of speckle tracking in the rabbit models， so as to provide reference for preclinical experimental study.

[Key words] Two dimensional speckle tracking; Echocardiography; Rabbits; Left ventricular systolic function

超聲心動(dòng)圖技術(shù)的發(fā)展為臨床評(píng)估心功能提供了準(zhǔn)確、無(wú)創(chuàng)的技術(shù)保證。其中，二維斑點(diǎn)追蹤超聲心動(dòng)圖（two dimensional speckle tracking echocardiography，2D-STE）是近年來(lái)發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新的定量分析技術(shù)。因其不存在角度依賴(lài)性、不受周?chē)冶诮M織牽拉等影響，更有助于理解心肌生理及機(jī)械變形[1]。動(dòng)物模型對(duì)于心血管疾病的研究是必不可少的。與其他小型嚙齒動(dòng)物相比，兔的心臟體積及質(zhì)量較大，且與人類(lèi)心臟功能更為相似，因而近年來(lái)，兔模型廣泛應(yīng)用于心臟結(jié)構(gòu)及功能的研究中。現(xiàn)對(duì)2D-STE的技術(shù)原理及在實(shí)驗(yàn)動(dòng)物兔中的應(yīng)用進(jìn)展綜述如下：

1 二維斑點(diǎn)追蹤超聲心動(dòng)圖技術(shù)

灰階圖像中，小于入射超聲波波長(zhǎng)的細(xì)小結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生散射現(xiàn)象，這些散射體即回聲斑點(diǎn)。它們均等地分散在心肌組織內(nèi)并緊隨心肌運(yùn)動(dòng)。對(duì)于每個(gè)心肌區(qū)域，該斑點(diǎn)是唯一的，且相對(duì)位置穩(wěn)定。斑點(diǎn)追蹤成像軟件系統(tǒng)能夠識(shí)別這些回聲斑點(diǎn)，在心動(dòng)周期中，實(shí)時(shí)跟蹤其在每一幀圖像中的位置并計(jì)算出運(yùn)動(dòng)軌跡，從而獲得位移曲線(xiàn)，生成各項(xiàng)參數(shù)，獲取心肌變形的信息，稱(chēng)為斑點(diǎn)追蹤技術(shù)。

應(yīng)變是指當(dāng)物體受力后而發(fā)生的形態(tài)學(xué)改變。心肌應(yīng)變是指心肌隨著心臟的舒縮運(yùn)動(dòng)而發(fā)生的形態(tài)變化。心肌應(yīng)變率是指心肌發(fā)生變形的速度，是心肌運(yùn)動(dòng)在超聲束方向上的速度梯度。應(yīng)變率通過(guò)時(shí)間積分即為應(yīng)變值。2D-STE既可以追蹤心肌長(zhǎng)軸（縱向）方向的運(yùn)動(dòng)，也可以追蹤短軸方向上的徑向和圓周運(yùn)動(dòng)，從而獲得心肌局部和整體的應(yīng)變與應(yīng)變率[2]。縱向應(yīng)變是相對(duì)于心尖的側(cè)向位移，徑向應(yīng)變是短軸方向心肌厚度的變化，圓周應(yīng)變則是從橫斷面觀(guān)察心肌的順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。目前，歐洲和美國(guó)超聲心動(dòng)圖協(xié)會(huì)指南已經(jīng)認(rèn)可應(yīng)變超聲心動(dòng)圖在評(píng)估心肌性能方面的重要價(jià)值[3]。

2 兔模型的選擇及注意事項(xiàng)

與其他物種比較，兔的心臟在形態(tài)、功能、分子組成、生理特征和肌纖維的螺旋形構(gòu)建等方面與人類(lèi)的心臟更為相似[4]，尤其是冠狀動(dòng)脈清晰且分布較為固定。但動(dòng)物實(shí)驗(yàn)普遍存在的瓶頸是：對(duì)清醒狀態(tài)下的動(dòng)物行超聲心動(dòng)圖檢查，操作難度很大;而應(yīng)用麻醉劑又可能會(huì)干擾心功能的評(píng)估。為了克服這一矛盾，Sara等[5]對(duì)兔模型進(jìn)行超聲心動(dòng)圖測(cè)量時(shí)采用了面罩式吸入異氟烷淺鎮(zhèn)靜的麻醉方式，結(jié)果提示：實(shí)驗(yàn)兔平均心率與沒(méi)有任何藥物影響下的生理心率相近;且兔的左室射血分?jǐn)?shù)和右室面積變化率與正常人類(lèi)數(shù)值相似;應(yīng)用超聲心動(dòng)圖深入評(píng)估兔的心臟結(jié)構(gòu)和功能是可行的。

檢查當(dāng)日，兔子應(yīng)禁食4～6 h，以減少腹脹對(duì)圖像的干擾。通常采取左側(cè)臥位的檢查體位。連接心電圖導(dǎo)聯(lián)。待兔子進(jìn)入安靜呼吸狀態(tài)后行超聲心動(dòng)圖檢查，動(dòng)作輕柔。檢查時(shí)間最好控制在20 min以?xún)?nèi)[5]。心內(nèi)膜的清晰完整顯示是2D-STE獲取準(zhǔn)確數(shù)據(jù)的前提。心內(nèi)膜邊界可通過(guò)軟件確認(rèn)和視覺(jué)評(píng)估的方法來(lái)確定適當(dāng)?shù)淖粉?。因透聲窗差、家兔呼吸心率過(guò)快、混響偽影等因素導(dǎo)致的圖像質(zhì)量不佳，將會(huì)妨礙應(yīng)變分析。如果在3次人工校正后仍無(wú)法實(shí)現(xiàn)適當(dāng)?shù)淖粉?，則圖像應(yīng)被排除在外;當(dāng)≥2個(gè)節(jié)段被排除時(shí)，整個(gè)數(shù)據(jù)集應(yīng)被排除在應(yīng)變分析之外[5]。

雖然兔模型在心血管疾病中的應(yīng)用已得到肯定，但也存在一定的局限性。一方面，兔的胸部近似球形，心臟在胸腔內(nèi)的位置、方向與人類(lèi)存在一些差別，兔的心尖更向后、向左，心底更向前，使圖像采集變得復(fù)雜，尤其是心尖的標(biāo)準(zhǔn)切面較胸骨旁切面不易獲得。有研究指出[5]，兔模型中，心尖切面和由此測(cè)得的縱向應(yīng)變較胸骨旁切面測(cè)得的圓周應(yīng)變及徑向應(yīng)變的可行性稍低。另一方面，家兔心率快，為了可靠地捕獲峰值變形速度，就需要對(duì)超聲儀器及探頭做出合理選擇。推薦使用帶有嚙齒動(dòng)物模式的心臟專(zhuān)用電子相控陣探頭，頻率10～12 MHz，二維幀頻>100 fps，以獲得可靠的應(yīng)變數(shù)據(jù)，避免取樣不足[6]。

3 2D-STE在兔模型中的應(yīng)用

3.1 對(duì)缺血性心臟病模型的診斷作用

正常情況下，心肌由最外層的心外膜下肌纖維、中層肌纖維和最內(nèi)層的心內(nèi)膜下肌纖維構(gòu)成。心內(nèi)膜下肌纖維收縮引起縱向縮短，而心外膜下肌纖維收縮引起圓周方向縮短，各個(gè)方向的收縮均可引起徑向增厚。心肌功能異常根據(jù)累及的心肌層不同分為心內(nèi)膜下、透壁性和心外膜下心肌功能異常。

3.1.1 缺血再灌注模型 ?急性心肌梗死后，早期開(kāi)通閉塞的冠狀動(dòng)脈是恢復(fù)心肌供血的最常用方法，然而缺血再灌注損傷（reperfusion injury，RI）是影響再灌注效果的因素之一。藥物后適應(yīng)（pharmacological postconditioning，P-Post）是目前比較實(shí)用且有效減輕RI的方法[7]。P-Post是指某些藥物通過(guò)模擬機(jī)體自身內(nèi)源性保護(hù)物質(zhì)而對(duì)缺血再灌注的心肌產(chǎn)生保護(hù)作用[8]。姜中慧等[9]對(duì)阻斷的兔冠狀動(dòng)脈左室支于再灌注后5 min內(nèi)緩慢靜推三磷酸腺苷制作藥物后適應(yīng)動(dòng)物模型，對(duì)比病理學(xué)檢查結(jié)果，研究發(fā)現(xiàn)：二維斑點(diǎn)追蹤多層分析技術(shù)可準(zhǔn)確評(píng)價(jià)再灌注后不同時(shí)間點(diǎn)各層心肌的應(yīng)變功能變化;且心內(nèi)膜應(yīng)變較心外膜更加敏感，提示了心肌缺血或梗死不均勻分布的特征，與van Horssen等[10]研究結(jié)果一致。

3.1.2 冬眠心肌模型 ?所謂“心肌冬眠”現(xiàn)象是指心肌在長(zhǎng)期低血流灌注下，通過(guò)自身調(diào)節(jié)機(jī)制、降低氧耗，以維持正常能量代謝、避免壞死的一種適應(yīng)性下調(diào)，當(dāng)血供恢復(fù)后，心肌功能可延遲恢復(fù)正常的現(xiàn)象。但當(dāng)血流動(dòng)力學(xué)變化及應(yīng)激反應(yīng)造成灌注-代謝-功能失衡時(shí)，冬眠的心肌最終將演變?yōu)閴乃佬募?。因此，早期正確識(shí)別冬眠心肌對(duì)于冠心病治療方案的制訂意義重大。鐘慧穎等[11]通過(guò)不全結(jié)扎兔冠狀動(dòng)脈左前降支建立冬眠心肌動(dòng)物模型，應(yīng)用2D-STE比較腺苷負(fù)荷超聲心動(dòng)圖（adenosine stress echocardiography，ASE）與多巴酚丁胺負(fù)荷超聲心動(dòng)圖（dobutamine stress echocardiography，DSE）在識(shí)別冬眠心肌中的應(yīng)用價(jià)值。研究發(fā)現(xiàn)藥物負(fù)荷由低濃度到高濃度滴注時(shí)，其應(yīng)變能力由增強(qiáng)變?yōu)槊黠@減弱，此“雙向反應(yīng)”是提示冬眠心肌的可靠指征;2D-STE結(jié)合ASE或DSE大大提高了檢測(cè)冬眠心肌的敏感性和特異性。

3.1.3 心肌梗死模型 ?通過(guò)結(jié)扎兔左冠狀動(dòng)脈前降支誘導(dǎo)心肌梗死模型。多項(xiàng)研究表明[12-15]，左室縱向、徑向及圓周應(yīng)變對(duì)判斷早期心肌梗死及梗死部位的靈敏度、特異度均較高，明顯優(yōu)于傳統(tǒng)指標(biāo)，且與病理結(jié)果相一致;此外，左室各壁旋轉(zhuǎn)度的變化還可用來(lái)跟蹤急性心肌梗死后左室的重塑過(guò)程;另外，急性心肌梗死后，左心室功能異常的同時(shí)，左心房的功能也會(huì)發(fā)生改變，借助2D-STE還可評(píng)估左心房的三大機(jī)械應(yīng)變功能（即儲(chǔ)器功能、通道功能和輔泵功能）的改變情況，具有重要的臨床價(jià)值[16]。

3.1.4 心肌梗死并室壁瘤模型 ?通過(guò)結(jié)扎兔冠狀動(dòng)脈左前降支及左回旋支制作心肌梗死并室壁瘤形成模型。研究顯示[17]，室壁瘤形成后，二維應(yīng)變指標(biāo)左室心尖部旋轉(zhuǎn)角度顯著減少，其對(duì)左室收縮功能的惡化起著至關(guān)重要的作用。此外，室壁瘤形成后，左室前壁、側(cè)壁徑向及周向收縮期峰值應(yīng)變率均明顯降低，這些指標(biāo)與實(shí)時(shí)三維超聲測(cè)得的左室射血分?jǐn)?shù)高度相關(guān)[18]，說(shuō)明2D-STE對(duì)于心肌梗死后并發(fā)室壁瘤形成后左室整體功能的評(píng)估具有較高的靈敏性和特異性。

3.2 評(píng)價(jià)心衰模型的心肌應(yīng)變表現(xiàn)

心力衰竭包括收縮性心力衰竭（systolic heart failure，SHF）和舒張性心力衰竭（diastolic heart failure，DHF），二者的鑒別診斷主要依靠超聲心動(dòng)圖對(duì)心功能的評(píng)估。對(duì)兔腹主動(dòng)脈行縮窄術(shù)，根據(jù)縮窄的部位及縮窄率分別建立舒張性和收縮性心力衰竭模型。借助2D-STE對(duì)左室扭轉(zhuǎn)及解旋運(yùn)動(dòng)的定量測(cè)定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，DHF兔的左室扭轉(zhuǎn)較正常對(duì)照組無(wú)顯著變化，反而略有升高趨勢(shì)，考慮這可能與心外膜下心肌病變相對(duì)較輕和左室構(gòu)型為向心性肥厚有關(guān)，而SHF兔由于左室心腔的擴(kuò)大和顯微鏡下觀(guān)察到的心肌纖維斷裂導(dǎo)致了左室扭轉(zhuǎn)的減低;對(duì)于左室解旋運(yùn)動(dòng)，解旋速度峰值是評(píng)估SHF兔左室舒張功能的有價(jià)值指標(biāo)，因此2D-STE有助于判斷左室的射血和充盈特點(diǎn)[19]。

3.3 對(duì)高膽固醇血癥模型心功能的評(píng)價(jià)

Liu等[20]通過(guò)高脂飲食飼喂來(lái)制作高膽固醇血癥兔模型，利用2D-STE探討高膽固醇血癥與心肌功能的關(guān)系。研究表明，高膽固醇血癥組與正常對(duì)照組兔的左室形態(tài)、射血分?jǐn)?shù)均無(wú)顯著差異，但較正常對(duì)照組左室縱向應(yīng)變明顯減少，且與血清總膽固醇、低密度脂蛋白膽固醇和心肌膽固醇水平呈顯著負(fù)相關(guān);此外，心肌縱向功能障礙是首先出現(xiàn)的，其次是周向應(yīng)變，這表明縱向應(yīng)變?cè)趤喤R床期左室收縮功能評(píng)估中的重要價(jià)值;但有趣的是，左室徑向應(yīng)變卻明顯增加，一種可能的解釋是心肌外半部肌纖維走向的重新排列有助于心外膜纖維的“跨壁補(bǔ)償”[20]。

3.4 高血壓模型的心肌應(yīng)變表現(xiàn)

目前，人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，常規(guī)超聲心動(dòng)圖在評(píng)估高血壓對(duì)心肌功能影響方面存在很大的局限性。而2D-STE的應(yīng)用可為臨床提供更多有價(jià)值的參考。通過(guò)腹主動(dòng)脈縮窄術(shù)建立的高血壓性左心室肥厚（left ventricular hypertrophy，LVH）兔模型研究發(fā)現(xiàn)：LVH組，反映心內(nèi)膜下?tīng)顟B(tài)的左室縱向應(yīng)變減低最早出現(xiàn)也最顯著[21]，考慮這可能與心內(nèi)膜下心肌承受的應(yīng)力最大，最易發(fā)生心肌缺血、微血管功能障礙以及心肌纖維化等改變有關(guān)[22];此外，LVH組左室的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)增強(qiáng)，而研究中常規(guī)收縮功能參數(shù)沒(méi)有發(fā)生任何改變，這也支持了當(dāng)前的觀(guān)點(diǎn)：左室泵功能主要由中層和心外膜下心肌決定[23]，扭轉(zhuǎn)的增強(qiáng)可用來(lái)補(bǔ)償長(zhǎng)軸方向的收縮功能減低，有助于維持正常的射血分?jǐn)?shù)。

3.5 評(píng)價(jià)甲亢性心肌病模型心功能異常

甲亢性心肌病是甲狀腺功能亢進(jìn)癥最常見(jiàn)的并發(fā)癥之一。畢文君等[24]通過(guò)腹腔注射左旋甲狀腺素建立甲亢兔動(dòng)物模型，又進(jìn)一步依據(jù)超聲參數(shù)分為向心性肥厚（concentric hypertrophy，CH）和離心性肥厚（eccentric hypertrophy，EH）兩個(gè)亞組。研究發(fā)現(xiàn)：CH亞組LVEF未見(jiàn)明顯減低，而2D-STE測(cè)得的徑向應(yīng)變和周向應(yīng)變均減低，且這一改變得到了病理結(jié)果的證實(shí)：該組心肌纖維明顯增大，膠原纖維大量增生;EH亞組徑向應(yīng)變及周向應(yīng)變降低更為明顯，出現(xiàn)了更為嚴(yán)重的心肌細(xì)胞空泡變性和肌束中斷等現(xiàn)象。因此，2D-STE能夠早期、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)兔甲亢性心肌病不同左室構(gòu)型心肌收縮功能的改變，并且同病理變化程度基本一致，是監(jiān)測(cè)甲亢性心肌病的有效手段之一。

3.6 對(duì)感染、創(chuàng)傷模型心功能的評(píng)價(jià)

經(jīng)兔的耳緣靜脈注射內(nèi)毒素構(gòu)建膿毒血癥動(dòng)物模型[25]，通過(guò)檢測(cè)2D-STE指標(biāo)并對(duì)照心肌病理標(biāo)本，發(fā)現(xiàn)：左室整體縱向應(yīng)變和圓周應(yīng)變能更加敏感地判定左室心肌收縮功能的改變，且與血清心肌損傷標(biāo)志物肌鈣蛋白T的濃度呈現(xiàn)良好的負(fù)相關(guān)。

將實(shí)驗(yàn)動(dòng)物兔置于特定的半封閉爆破環(huán)境中，采用瞬發(fā)電雷管爆炸方式制作胸部爆震傷兔模型[26]，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：2D-STE即使在心臟整體功能尚可代償時(shí)，也能反映心肌節(jié)段的異常運(yùn)動(dòng)和心功能的急性期變化，為早期評(píng)估嚴(yán)重創(chuàng)傷后心臟受損及嚴(yán)重程度提供了一種便捷、準(zhǔn)確的檢查手段。

4 小結(jié)

2D-STE通過(guò)對(duì)心肌組織的斑點(diǎn)回聲進(jìn)行追蹤，可輔助理解心肌的（病理）生理改變及機(jī)械變形。將這一技術(shù)應(yīng)用于兔模型中，通過(guò)應(yīng)變、應(yīng)變率等參數(shù)的變化，對(duì)比傳統(tǒng)超聲心動(dòng)圖，同時(shí)結(jié)合實(shí)驗(yàn)室檢查及病理所見(jiàn)，可以得出，2D-STE不僅可以評(píng)價(jià)心肌整體及局部的變形功能，還能在一些特定疾病的亞臨床期或左心功能存在細(xì)微變化時(shí)，早期、敏感、準(zhǔn)確地反映心功能的變化，為臨床提供更有價(jià)值的信息，應(yīng)用前景廣闊。

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（收稿日期：2019-09-11 ?本文編輯：張瑜杰）