異氟烷對(duì)小鼠老化過(guò)程中常規(guī)超聲心動(dòng)圖及斑點(diǎn)追蹤成像所測(cè)參數(shù)的影響

王瑩 吳曉芬 阮磊 張存泰 王冠

人類(lèi)預(yù)期壽命的延長(zhǎng)使得延緩衰老相關(guān)疾病的發(fā)生成為目前急需解決的問(wèn)題。衰老可引起冠心病、心力衰竭、心律失常及糖尿病心肌病等一系列心血管系統(tǒng)疾病發(fā)生。它的潛在形態(tài)學(xué)改變包括冠脈狹窄、冠脈壁的脂質(zhì)沉積、心室重量的上升、心室腔結(jié)構(gòu)改變及心肌纖維組織的沉積[1]。而心臟結(jié)構(gòu)的改變往往先于心臟疾病癥狀的出現(xiàn),因此有必要評(píng)估心臟的增齡變化。小鼠模型由于基因背景與人相似,預(yù)期壽命較短,無(wú)疑是評(píng)估心臟衰老的可靠模型[2]。裝備高頻探頭的超聲儀也為評(píng)估衰老過(guò)程中小鼠心臟結(jié)構(gòu)功能甚至行斑點(diǎn)追蹤成像提供了可能[3]。理想狀態(tài)下,小鼠應(yīng)在清醒狀態(tài)下評(píng)估心功能,以避免麻醉劑所致的心功能抑制,但是小鼠本身易激惹,因此在評(píng)估小鼠心功能時(shí)必須麻醉小鼠。小鼠的麻醉劑品種眾多,包括異氟烷、阿佛丁及氯胺等。研究表明:相比其他麻醉劑,異氟烷因吸收快、易于控制麻醉深度且對(duì)心功能影響較小,被認(rèn)為是麻醉小鼠的理想選擇之一[4]。本研究旨在探討不同濃度異氟烷對(duì)不同月齡小鼠,特別是對(duì)老齡小鼠心臟常規(guī)超聲心動(dòng)圖及斑點(diǎn)追蹤成像所測(cè)參數(shù)的影響,進(jìn)一步為老齡小鼠行超聲檢查提供參考。

1 材料和方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料和分組 選擇鼠齡為3周、3個(gè)月、6個(gè)月及20個(gè)月的C57BL/6雄性小鼠各10只。上述動(dòng)物均購(gòu)于華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院動(dòng)物房,所有實(shí)驗(yàn)方案均經(jīng)華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)( TJ-IRB-S1203)。

1.2 超聲心動(dòng)圖數(shù)據(jù)采集 異氟烷置于揮發(fā)罐(均購(gòu)于美國(guó) Baxter Healthcare Corporation)內(nèi),隨后通過(guò)調(diào)節(jié)揮發(fā)罐的濃度儀分別產(chǎn)生異氟烷濃度為1%及2%的異氟烷氧氣混合氣體。應(yīng)用Vevo 2100小動(dòng)物超聲心動(dòng)儀及對(duì)應(yīng)的MS-400高頻探頭,采集各年齡組小鼠在1%及2%異氟烷麻醉下胸骨旁左室長(zhǎng)軸切面及左室短軸切面圖像,然后計(jì)算出左室后壁舒張期厚度(LVPWTd)、左室后壁收縮期厚度(LVPWTs)、左室舒張期末內(nèi)徑(LVEDD)、左室收縮期末內(nèi)徑(LVESD)、左室重量、LVEF和左室短軸縮短率(FS)等指標(biāo)[5],見(jiàn)圖1。

注:A:小鼠B型超聲心動(dòng)圖; B:小鼠M型超聲心動(dòng)圖

在超聲儀自帶的Vevo imaging工作站中回放所有左室長(zhǎng)軸切面圖像,選取內(nèi)膜邊界清晰的圖像通過(guò)導(dǎo)入Vevo Strain定量分析軟件,手動(dòng)描繪心室內(nèi)膜。描繪過(guò)程中如圖像內(nèi)膜邊界存在偽影或缺失心肌某一節(jié)段,應(yīng)及時(shí)舍棄。隨后儀器可自動(dòng)逐幀地追蹤心室內(nèi)膜的形變和時(shí)程,進(jìn)而測(cè)算出心肌整體和各節(jié)段的長(zhǎng)軸應(yīng)變(LS)和應(yīng)變率(LSr)等指標(biāo)[5](圖2)。

2 結(jié)果

2.1 異氟烷對(duì)不同鼠齡C57BL/6小鼠心室結(jié)構(gòu)相關(guān)參數(shù)的影響 本研究選取了LVPWTd、LVPWTs、LVEDD 和LVESD 等4個(gè)評(píng)估心室結(jié)構(gòu)的常用指標(biāo)來(lái)評(píng)估異氟烷對(duì)小鼠心室結(jié)構(gòu)的影響。研究表明,當(dāng)鼠齡為3周至6個(gè)月,即幼年到成年過(guò)程中,1%和2%的異氟烷對(duì)小鼠的LVPWTd、LVPWTs、LVEDD 和LVESD等參數(shù)無(wú)明顯影響。而隨著年齡的上升,當(dāng)小鼠月齡為20個(gè)月,即老年時(shí),相比1%異氟烷麻醉,在2%異氟烷麻醉下,LVPWTs顯著下降,LVEDD、LVESD顯著上升(均P<0.05),見(jiàn)表1～4。

表1 異氟烷對(duì)3周齡小鼠常規(guī)超聲學(xué)參數(shù)的影響

表2 異氟烷對(duì)3月齡小鼠常規(guī)超聲學(xué)參數(shù)的影響

表3 異氟烷對(duì)6月齡小鼠常規(guī)超聲學(xué)參數(shù)的影響

表4 異氟烷對(duì)20月齡小鼠常規(guī)超聲學(xué)參數(shù)的影響

2.2 異氟烷對(duì)不同鼠齡C57BL/6小鼠心功能相關(guān)參數(shù)的影響 當(dāng)鼠齡為3周至6個(gè)月時(shí),1%和2%的異氟烷對(duì)小鼠的LVEF和FS的影響未見(jiàn)顯著差異。而當(dāng)鼠齡為20個(gè)月時(shí),相比1%異氟烷麻醉,在2%異氟烷麻醉下,LVEF和FS顯著下降(均P<0.05),見(jiàn)表1～4。

2.3 異氟烷對(duì)不同鼠齡C57BL/6小鼠斑點(diǎn)追蹤成像所測(cè)心功能相關(guān)參數(shù)的影響 當(dāng)鼠齡為3周至6個(gè)月時(shí),1%和2%的異氟烷對(duì)小鼠LS和LSr的影響沒(méi)有顯著差異。而當(dāng)小鼠月齡為20個(gè)月時(shí),相比1%異氟烷麻醉,在2%異氟烷麻醉下,LS和LSr水平顯著下降(均P<0.05),見(jiàn)圖3。

注:與1%異氟烷比較,*P<0.05

3 討論

超聲心動(dòng)圖因其無(wú)創(chuàng)性、所測(cè)數(shù)據(jù)重復(fù)性高,是測(cè)量小鼠心臟結(jié)構(gòu)及功能的可靠方法。清醒狀態(tài)最符合小鼠的生理狀態(tài),此時(shí)行小鼠心臟超聲所測(cè)指標(biāo)也最為準(zhǔn)確。然而小鼠易于激惹的生理特性往往引起交感神經(jīng)激活、心率增快、超聲探頭位置變異性增大等不良后果,進(jìn)而導(dǎo)致所測(cè)超聲指標(biāo)準(zhǔn)確性減低。異氟烷由于安全性高、易于控制麻醉深度、誘導(dǎo)麻醉速度快等一系列特性,被廣泛應(yīng)用于小鼠麻醉。然而,既往研究往往著重于成年小鼠,忽視了異氟烷麻醉對(duì)不同鼠齡小鼠心臟超聲所測(cè)參數(shù)的影響。

本研究對(duì)比了在實(shí)驗(yàn)室常用的異氟烷濃度下,不同鼠齡小鼠常規(guī)超聲心動(dòng)圖所測(cè)參數(shù)的變化。我們發(fā)現(xiàn):當(dāng)鼠齡為3周至6個(gè)月時(shí),即處于幼年期及成年期時(shí),1%及2%異氟烷麻醉狀態(tài)均能穩(wěn)定可靠地應(yīng)用常規(guī)超聲心動(dòng)圖評(píng)價(jià)小鼠的心臟左室的結(jié)構(gòu)和功能;而隨著年齡的增長(zhǎng),當(dāng)鼠齡為20個(gè)月時(shí),即處于老年期時(shí),上述2種不同異氟烷濃度麻醉下,常規(guī)超聲心動(dòng)圖所測(cè)指標(biāo)及斑點(diǎn)追蹤成像所測(cè)參數(shù)出現(xiàn)了明顯不同。斑點(diǎn)追蹤成像的原理為通過(guò)追蹤聲學(xué)斑點(diǎn)測(cè)定應(yīng)變及應(yīng)變率來(lái)評(píng)估左心室整體和局部的形變,其優(yōu)勢(shì)在于相比傳統(tǒng)二維超聲或者M(jìn)型超聲,其所測(cè)結(jié)果精確性高、穩(wěn)定性好,更能體現(xiàn)心肌的早期損傷,因此被廣泛應(yīng)用于心血管疾病的篩查[6]。本文選取LS和LSr來(lái)評(píng)估異氟烷對(duì)小鼠心功能的影響,之所以選擇上述參數(shù),而非環(huán)向或徑向應(yīng)變/應(yīng)變率來(lái)評(píng)估小鼠心功能是因?yàn)長(zhǎng)S和LSr對(duì)心功能的早期損傷更為敏感,更能反映心功能的早期整體變化[7]。

不同鼠齡小鼠對(duì)異氟烷麻醉的敏感性存在顯著的差異。其潛在機(jī)制如下:隨著小鼠等嚙齒類(lèi)動(dòng)物年齡增長(zhǎng),其心臟形態(tài)學(xué)上表現(xiàn)為心室質(zhì)量的上升,心室腔幾何形狀的改變,心肌僵硬程度的增加,纖維組織的沉積及心肌細(xì)胞逐漸凋亡壞死,上述改變進(jìn)一步導(dǎo)致心肌運(yùn)動(dòng)耐量和對(duì)麻醉藥物的耐受性降低。這與我們?cè)谂R床上觀察到在吸入麻醉下,老年人群相比年輕人群,高濃度氣體吸入麻醉往往更容易導(dǎo)致心功能下降這一現(xiàn)象相符[8]。進(jìn)一步比較不同年齡嚙齒類(lèi)動(dòng)物離體左心室乳頭肌心功能差異,也發(fā)現(xiàn)在相同濃度氣體吸入麻醉下,相比年輕大鼠,老年大鼠的心肌收縮力-頻率依賴(lài)性效應(yīng)明顯被抑制[9]。

異氟烷等氣體麻醉劑能更顯著地抑制老年小鼠的心功能,這與既往的研究結(jié)果相符。但是既往文獻(xiàn)多是從細(xì)胞水平(單個(gè)心肌細(xì)胞)[10]或組織水平(離體心室乳頭肌)觀察異氟烷對(duì)小鼠心肌的影響,而本研究從在體實(shí)驗(yàn)水平觀察到異氟烷對(duì)不同鼠齡小鼠心功能的影響。

綜上所述,當(dāng)鼠齡為3周至6個(gè)月時(shí),異氟烷麻醉不會(huì)顯著影響超聲心動(dòng)圖及斑點(diǎn)追蹤所測(cè)指標(biāo);而當(dāng)小鼠月齡為20個(gè)月,即步入“老年”時(shí),上述指標(biāo)明顯受到異氟烷麻醉的影響。在行小鼠超聲心動(dòng)圖時(shí)應(yīng)考慮到鼠齡的差異性,針對(duì)不同鼠齡小鼠,應(yīng)該選擇合適的異氟烷濃度進(jìn)行麻醉,以期能穩(wěn)定、可靠地測(cè)量小鼠的心功能。