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      18氟-氟脫氧葡萄糖微型正電子發(fā)射斷層掃描心肌代謝顯像技術(shù)在大鼠擴(kuò)張型心肌病模型評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

      2016-09-26 02:14:25沈麗娟陸曙周永華邢清敏李嵐楊敏周春剛
      中國(guó)循環(huán)雜志 2016年8期
      關(guān)鍵詞:心肌病模型

      沈麗娟,陸曙,周永華,邢清敏,李嵐,楊敏,周春剛

      18氟-氟脫氧葡萄糖微型正電子發(fā)射斷層掃描心肌代謝顯像技術(shù)在大鼠擴(kuò)張型心肌病模型評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

      沈麗娟,陸曙,周永華,邢清敏,李嵐,楊敏,周春剛

      目的:探討18氟-氟脫氧葡萄糖(18F-FDG)微型正電子發(fā)射斷層掃描(Micro-PET)心肌代謝顯像技術(shù)在大鼠擴(kuò)張型心肌?。―CM)模型評(píng)價(jià)中的應(yīng)用價(jià)值。

      方法:選用雄性SD大鼠12只,隨機(jī)分為對(duì)照組(n=6)和DCM組(n=6),DCM組腹腔注射阿霉素1.0 mg/kg(生理鹽水稀釋至1.0 mg/ ml),2次/周,對(duì)照組腹腔注射等量生理鹽水,用藥6周,停藥觀察2周。造模前后行超聲心動(dòng)圖檢查;造模過(guò)程中記錄大鼠體重的變化及死亡情況,造模后行18F-FDG Micro-PET檢查、血漿B型利鈉肽(BNP)水平檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后處死大鼠,觀察心肌組織病理變化。

      結(jié)果:DCM組造模后死亡1只,其余大鼠經(jīng)超聲心動(dòng)圖及病理檢查證實(shí)造模成功。DCM組18F-FDG標(biāo)準(zhǔn)攝取率較對(duì)照組降低[(1.23±0.55)vs(6.65±0.41),P<0.01];18F-FDG標(biāo)準(zhǔn)攝取率與左心室舒張末期內(nèi)徑(R=-0.709,P=0.015)、左心室收縮末期內(nèi)徑(R=-0.924,P=0.000)、血漿BNP水平(R=-0.948,P=0.000)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,與左心室射血分?jǐn)?shù)(R=0.968,P=0.000)和短軸縮短率(R=0.863,P=0.001)呈正相關(guān)關(guān)系。

      結(jié)論:18F-FDG Micro-PET心肌代謝顯像技術(shù)結(jié)合超聲心動(dòng)圖、生化檢測(cè)及病理學(xué)觀察,可以作為評(píng)價(jià)DCM模型檢驗(yàn)方法;該方法為小動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究提供了一種無(wú)創(chuàng)、連續(xù)的活體評(píng)價(jià)工具。關(guān)鍵詞氟脫氧葡萄糖F18;正電子發(fā)射斷層顯像術(shù);心肌病,擴(kuò)張型;模型

      Abstract

      Objective:To explore the application of18F-fluorodeoxyglucose (FDG) micro- positron emission tomography (PET)myocardial metabolism imaging for evaluating dilated cardiomyopathy model (DCM) in experimental rats.

      Methods:A total of 12 male SD rats were randomly divided into 2 groups: DCM group,the rats received intraperitoneal injection of adriamycin at 1.0 mg/kg twice per week and Control group,the rats received intraperitoneal injection of normal saline,all animals were treated for 6 weeks followed by 2 weeks observation. n=6 in each group. Echocardiography was performed at pre- and post-modeling,18F-FDG micro-PET myocardial metabolism imaging was conducted after modeling and plasma level of BNP was examined as well. Finally,the rats were scarified to observe the pathological changes of myocardial tissue.

      Results:1 rat died in DCM group and the rest were with successful modeling confirmed by echocardiography and pathology. Compared with Control group,DCM group showed decreased standard uptake value of18F-FDG (1.23 ± 0.55)vs (6.65 ± 0.41),P<0.01; the standard uptake value of18F-FDG was negatively related to left ventricular end diastolicdiameter (LVEDD) (R=-0.709,P=0.015),LVESD (R=-0.924,P=0.000) and plasma level of BNP (R=-0.948,P=0.000),while positively related to LVEF (R=0.968,P=0.000) and fractional shortening (R=0.863,P=0.001).

      Conclusion:18F-FDG micro-PET myocardial metabolism imaging combining echocardiography,biochemical and pathological examinations may evaluate DCM modeling in rats,which provide a non-invasive and intravital tool for small animal experiment.

      Key words18F-Fluorodeoxyglucose; Positron emission tomography; Cardiomyopathy,dilated; Model

      (Chinese Circulation Journal,2016,31:802.)

      擴(kuò)張型心肌病(DCM)是一種以單側(cè)左心室、右心室或雙側(cè)心室腔擴(kuò)大、心肌收縮能力障礙為特征的心肌病,其臨床表現(xiàn)以進(jìn)行性充血性心力衰竭、各種心律失常、血栓栓塞事件甚至猝死為基本特征[1]。DCM是多種因素作用引起心肌損害的最終結(jié)果,是導(dǎo)致心力衰竭的第三位原因及心臟移植最常見(jiàn)原因[2]。DCM的發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明[3],臨床缺乏有效的治療手段,目前主要以對(duì)癥治療為主[4]。故目前針對(duì)DCM的研究熱點(diǎn)集中在其發(fā)病機(jī)制及治療方法上,因?yàn)榇笫箫曫B(yǎng)簡(jiǎn)便,造價(jià)相對(duì)較低,大鼠模型應(yīng)用廣泛。目前大鼠DCM模型模型的評(píng)價(jià)主要依賴于超聲心動(dòng)圖及病理改變等方法,從分子水平無(wú)創(chuàng)性、動(dòng)態(tài)地評(píng)價(jià)心肌代謝情況的影像學(xué)技術(shù)目前應(yīng)用相對(duì)較少。

      正電子發(fā)射斷層掃描(PET)是用解剖形態(tài)學(xué)方式進(jìn)行功能、代謝和受體顯像的影像學(xué)診斷技術(shù)[5],是評(píng)估心肌存活的金標(biāo)準(zhǔn)[6]。PET心肌代謝顯像是通過(guò)測(cè)定不同的示蹤劑在心肌組織的糖代謝、脂肪酸代謝情況來(lái)評(píng)價(jià)心肌的活性[7]。18氟-氟脫氧葡萄糖(18F-FDG)是葡萄糖的類似物,因其特殊的分子結(jié)構(gòu)及體內(nèi)代謝過(guò)程,可以反映心肌攝取利用葡萄糖的功能狀況以及探測(cè)心肌缺血,但主要用于測(cè)定心肌存活[6]。

      本研究擬運(yùn)用18F-FDG微型PET(Micro-PET)心肌代謝顯像聯(lián)合超聲心動(dòng)圖及病理檢測(cè),評(píng)價(jià)大鼠擴(kuò)張型心肌病模型,為小動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究提供一種無(wú)創(chuàng)、連續(xù)的活體評(píng)價(jià)工具。

      1 材料與方法

      實(shí)驗(yàn)動(dòng)物:選用12只健康8周齡雄性SD大鼠[由江蘇省血吸蟲(chóng)病防治研究所動(dòng)物中心購(gòu)于北京維通利華,實(shí)驗(yàn)動(dòng)物質(zhì)量合格證:SCXK(京)2012-0001,體重250~280g]。

      儀器設(shè)備:Inveon型Micro-PET掃描儀(德國(guó)SIMENS公司);Matrx VMR型麻醉機(jī)(美國(guó)MATRX公司);CURIEMENTOR 3型活度計(jì)(德國(guó)PTW公司);AS210型電子天平(德國(guó)Sartorius公司);飛利浦CX50超聲診斷儀及12MHz超聲探頭(美國(guó)PHILIPS公司);BM450A全自動(dòng)組織包埋機(jī)(常州派斯杰醫(yī)療設(shè)備有限公司);LeicaRM2235切片機(jī)(北京中儀光科科技發(fā)展有限公司);JEOL-JEM-1230透射電子顯微鏡(日本電子株式會(huì)社);Elx-800酶聯(lián)免疫分析儀(美國(guó)BioTek公司)。

      試劑:顯像劑18F-FDG由無(wú)錫第四人民醫(yī)院核醫(yī)學(xué)科提供,產(chǎn)品經(jīng)TLC法測(cè)定放化純(RCP),使用95%乙腈作為展開(kāi)劑,薄層層析硅膠板GF254作為載體,比移值0.427處為18F-FDG,放化純大于99%。異氟烷麻醉劑(美國(guó)MinradInc公司);氯化三苯基四氮唑(美國(guó)sigma公司);水合氯醛(青島宇龍海藻藥業(yè)有限公司);酶聯(lián)免疫吸附試驗(yàn)(ELISA)試劑盒(上海藍(lán)基生物科技有限公司);蘇木素伊紅(HE)染色試劑盒(上海碧云天生物技術(shù)有限公司)。

      DCM造模方法:12只雄性SD大鼠被隨機(jī)分為對(duì)照組(n=6)和DCM組(n=6)。阿霉素誘導(dǎo)DCM大鼠模型的建立參照文獻(xiàn)[8]進(jìn)行:注射用鹽酸阿霉素用生理鹽水稀釋成1mg/ml,予DCM組大鼠腹腔注射阿霉素1mg/(kg·次),2次/周,連續(xù)6周,共12次,總量12 mg/kg。每次根據(jù)大鼠體重調(diào)整阿霉素劑量。對(duì)照組根據(jù)大鼠體重腹腔注射1ml/kg生理鹽水,2次/周,連續(xù)6周,停藥觀察2周。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀察兩組大鼠的體重、一般情況和死亡情況。

      超聲心動(dòng)圖檢查:造模前后均行超聲心動(dòng)圖檢查,大鼠稱重,腹腔注射10%水合氯醛(3 ml/kg)麻醉,麻醉成功后將大鼠腹部朝上固定,左胸前部脫毛,將探頭放置于大鼠胸骨旁,獲得滿意的左室長(zhǎng)軸切面、心臟四腔切面和M型超聲心動(dòng)圖,測(cè)量后獲得大鼠左心室舒張末期內(nèi)徑(LVEDD)、左心室收縮末期內(nèi)徑(LVESD)、左心室射血分?jǐn)?shù)(LVEF)、短軸縮短率(FS)等數(shù)據(jù)。

      18F-FDG Micro-PET顯像:掃描前大鼠禁食12h,稱重記錄,尾靜脈注射18F-FDG [劑量(250±50)μCi,注射體積約0.2ml] 60 min后,俯位固定在掃描床上,靜態(tài)掃描10min。Micro PET掃描參數(shù)為:層厚0.78 mm,矩陣128×128,采集時(shí)間10 min,采集能窗350~650 kev。掃描采集結(jié)束后,將掃描的圖像用OSEM 3D迭代重建,迭代2次,重建后利用西門(mén)子掃描儀自帶數(shù)據(jù)處理軟件ASIProVM勾畫(huà)心肌為感興趣區(qū)域(ROI),然后計(jì)算ROI的最大標(biāo)準(zhǔn)化攝取值(SUV)。SUV=局部感興趣區(qū)放射性活度(MBq/ ml)/注射放射性活度(MBq)/體重(g)。

      大鼠血液、心肌標(biāo)本的采集:提前禁食12 h,常規(guī)酒精消毒,操作人員帶好橡膠無(wú)菌手套,用手術(shù)剪沿腹中線剪開(kāi)腹腔,充分暴露下腔靜脈,采取血液。取血后處死,取出心臟,用生理鹽水沖洗,濾紙吸干水分,沿冠狀溝剪去心房,再沿室間隔剪去室間隔和右心室,獲取左心室心肌。取一塊多聚甲醛固定,用于HE染色;取一塊戊二醛固定,用于電鏡檢查。

      大鼠血清B型利鈉肽(BNP)水平檢測(cè):將采集的血液用離心機(jī)離心,1 800 g,離心15 min,吸取上清液,儲(chǔ)存于EP管中,于-70℃冰箱保存后統(tǒng)一用ELISA法按照說(shuō)明書(shū)測(cè)定大鼠血漿BNP水平。

      統(tǒng)計(jì)學(xué)方法:所有數(shù)據(jù)采用SPSS 21.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)量資料以±s表示;兩樣本組間比較采用兩樣本t檢驗(yàn);相關(guān)性分析采用Pearson’s相關(guān)分析。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

      2 結(jié)果

      兩組大鼠的一般情況及死亡率:DCM組大鼠毛發(fā)凌亂,無(wú)光澤,活動(dòng)度差,與對(duì)照組相比進(jìn)食減少,第3周開(kāi)始體重出現(xiàn)下降,第5周又呈上升趨勢(shì)。DCM組3只(50%)大鼠腹水形成,1只(16.7%)大鼠死亡;對(duì)照組大鼠毛發(fā)柔順,有光澤,精神、活動(dòng)度、進(jìn)食如常,體重穩(wěn)定增長(zhǎng),均無(wú)腹水形成,無(wú)死亡。

      兩組大鼠超聲心動(dòng)圖檢查結(jié)果比較(表1、圖1):第8周時(shí),DCM組大鼠LVEDD和LVESD均大于對(duì)照組,LVEF和FS均小于對(duì)照組,差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)。

      兩組大鼠18F-FDG Micro-PET顯像結(jié)果比較(圖2):對(duì)照組大鼠心肌完整,葡萄糖代謝正常,心肌攝取18F-FDG均勻,整體SUV值為6.65±0.41。DCM組大鼠心肌糖代謝異常,部分心肌攝取18F-FDG明顯降低,整體SUV值為1.23±0.55,明顯低于對(duì)照組,差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.01)。

      表1 兩組大鼠超聲心動(dòng)圖檢查結(jié)果比較(±s)

      表1 兩組大鼠超聲心動(dòng)圖檢查結(jié)果比較(±s)

      注:LVEDD:左心室舒張末期內(nèi)徑;LVESD:左心室收縮末期內(nèi)徑;LVEF:左心室射血分?jǐn)?shù);FS:短軸縮短率;DCM:擴(kuò)張型心肌?。慌c對(duì)照組比較*P<0.05

      組別 只數(shù) LVEDD (mm)LVESD (mm) LVEF (%) FS (%)對(duì)照組 6 5.29±0.16 2.35±0.23 88.84±1.34 55.74±3.89 DCM組 5 6.43±0.61* 4.15±0.42*70.12±6.96*38.71±1.03*

      圖1 兩組大鼠超聲心動(dòng)圖檢查不同切面比較

      圖2 兩組大鼠18F-FDG Micro-PET顯像圖

      兩組大鼠血BNP水平比較:DCM組大鼠血漿BNP濃度明顯高于對(duì)照組[(566.34±109.18)pg/ml vs(261.05±32.85)pg/ml,P<0.05]。

      兩組大鼠病理HE染色及電鏡檢查結(jié)果比較(圖3):(1)HE染色:DCM組大鼠心肌細(xì)胞變性、壞死,心肌組織受損;細(xì)胞排列紊亂,組織間質(zhì)纖維化,細(xì)胞間隙增寬,炎癥細(xì)胞浸潤(rùn),呈心肌病樣改變。對(duì)照組大鼠心肌纖維無(wú)斷裂,排列整齊,肌細(xì)胞胞質(zhì)均勻豐富,無(wú)心肌細(xì)胞破壞;細(xì)胞排列整齊,無(wú)間質(zhì)纖維化,細(xì)胞間隙正常。(2)電鏡:DCM組心肌纖維斷裂,線立體腫脹,空泡變性,嵴缺失。對(duì)照組心肌纖維排列整齊,線立體大小均勻,無(wú)腫脹,膜完整,內(nèi)膜嵴正常。

      注:蘇木素伊紅染色:DCM組大鼠心肌細(xì)胞變性、壞死,心肌組織受損;細(xì)胞排列紊亂,組織間質(zhì)纖維化,細(xì)胞間隙增寬,炎癥細(xì)胞浸潤(rùn),呈心肌病樣改變。對(duì)照組大鼠心肌纖維無(wú)斷裂,排列整齊,肌細(xì)胞胞質(zhì)均勻豐富,無(wú)心肌細(xì)胞破壞;細(xì)胞排列整齊,無(wú)間質(zhì)纖維化,細(xì)胞間隙正常。電鏡:DCM組心肌纖維斷裂,線立體腫脹,空泡變性,嵴缺失。對(duì)照組心肌纖維排列整齊,線立體大小均勻,無(wú)腫脹,膜完整,內(nèi)膜嵴正常。DCM:擴(kuò)張型心肌病

      SUV與超聲心動(dòng)圖各指標(biāo)和血漿BNP水平的相關(guān)性分析:(1)SUV與超聲心動(dòng)圖結(jié)果的相關(guān)性分析:SUV與 LVEDD(R=-0.709,P=0.015)、LVESD(R=-0.924,P=0.000)呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,與LVEF (R=0.968,P=0.000)和FS(R=0.863,P=0.001)呈正相關(guān)關(guān)系。(2)SUV與血漿BNP水平的相關(guān)性分析:SUV與血漿BNP水平呈負(fù)相關(guān)關(guān)系(R=-0.948,P=0.000)。

      3 討論

      DCM是一種以單側(cè)左心室、右心室或雙側(cè)心室腔擴(kuò)大、心肌收縮能力障礙為特征的心肌病,其臨床表現(xiàn)以進(jìn)行性充血性心力衰竭、各種心律失常、血栓栓塞事件甚至猝死為基本特征[1]。DCM的發(fā)病機(jī)制尚未完全闡明[3],臨床缺乏有效的治療手段[4]。目前針對(duì)DCM的研究熱點(diǎn)集中在其發(fā)病機(jī)制及治療方法上,大鼠DCM模型應(yīng)用廣泛。目前評(píng)價(jià)DCM動(dòng)物模型主要依靠超聲心動(dòng)圖及病理改變等方法。超聲心動(dòng)圖易受到檢測(cè)者人為因素的影響[9],而且評(píng)價(jià)模型成功需處死部分大鼠得到病理結(jié)果,無(wú)法在動(dòng)物存活時(shí)準(zhǔn)確判斷有無(wú)病理改變的發(fā)生,這就給針對(duì)這些改變的一些基礎(chǔ)研究及療效研究造成很大的困難。

      PET是分子代謝學(xué)與解剖形態(tài)學(xué)完美結(jié)合的顯像的技術(shù)[5],具有空間分辨率高、敏感性高、準(zhǔn)確性高、顯像對(duì)比度好以及能進(jìn)行定量分析等特點(diǎn)[10]。PET代謝顯像劑包括葡萄糖、氨基酸、蛋白質(zhì)、磷脂和核酸代謝顯像劑[7]。常用葡萄糖代謝顯像劑有18F-FDG、11C葡萄糖、11C甲基D葡萄糖等,其中18F-FDG是目前應(yīng)用最廣泛的正電子顯像劑。18F-FDG是葡萄糖的類似物,它在血及組織中的轉(zhuǎn)運(yùn)與葡萄糖類似,都被相同的酶催化成18F-FDG-6-磷酸(FDG-6-P),帶負(fù)電荷的18F-FDG-6-P不能自由通過(guò)細(xì)胞膜,同時(shí)腦、心肌、腫瘤等細(xì)胞中缺乏葡萄糖-6-磷酸酶,使得FDG-6-P去磷酸化后變成FDG的速度降低,所以進(jìn)入體內(nèi)的FDG最終以FDG-6-P的形式停留在上述細(xì)胞內(nèi)而顯影[7]。

      PET心肌代謝顯像是從分子水平活體評(píng)價(jià)心肌代謝情況的影像學(xué)技術(shù),是評(píng)估心肌存活的金標(biāo)準(zhǔn)[6]。PET葡萄糖心肌代謝顯像在縱向多途徑活體實(shí)驗(yàn)研究方面具有可行性和可重復(fù)性[11]。既往大量應(yīng)用于冠心病心肌梗死后存活心肌的檢測(cè)[12-14],以及預(yù)測(cè)血運(yùn)重建后左心室功能的恢復(fù)情況[13]。18F-FDG PET應(yīng)用于DCM的實(shí)驗(yàn)研究相對(duì)較少,應(yīng)用18F-FDG Micro-PET評(píng)價(jià)大鼠DCM模型目前暫未見(jiàn)公開(kāi)報(bào)道。本研究嘗試用此法評(píng)價(jià)大鼠DCM模型,研究顯示成功的DCM模型大鼠心肌細(xì)胞出現(xiàn)變性、壞死,心肌組織受損,18F-FDG Micro-PET心肌代謝顯像顯示SUV明顯下降,心肌糖代謝異常,同樣存在心肌細(xì)胞壞死,同時(shí)SUV下降情況與心腔大小及心功能呈現(xiàn)相關(guān)性,提示18F-FDG Micro-PET可以用于DCM模型的評(píng)價(jià),其優(yōu)點(diǎn)是可以活體檢測(cè)模型的心肌存活情況,也可以用于評(píng)價(jià)某些治療方法的療效。但是18F-FDG Micro-PET顯像技術(shù)也有一定的局限性,很多因素都可以影響葡萄糖的代謝,比如空腹血糖水平及胰島素水平等[15,16]。由于實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)的關(guān)系,本研究進(jìn)行18F-FDG Micro-PET顯像的大鼠樣本量偏小,可能影響研究結(jié)果的準(zhǔn)確性,我們將在以后的實(shí)驗(yàn)中盡可能完善。另外,本研究造模觀察總時(shí)間為8周,相對(duì)較短,隨著模型觀察時(shí)間延長(zhǎng),大鼠心室腔擴(kuò)張及心功能減退可能更明顯。我們將在以后的實(shí)驗(yàn)中將延長(zhǎng)觀察時(shí)間,以期得到更充足的證據(jù)。

      總之,與傳統(tǒng)的超聲心動(dòng)圖及病理分析相比,18F-FDG Micro-PET顯像技術(shù)不僅可以從分子學(xué)水平、功能代謝方面評(píng)價(jià)心肌活性,提高了評(píng)價(jià)方法的精準(zhǔn)度,而且可實(shí)現(xiàn)無(wú)創(chuàng)、連續(xù)、動(dòng)態(tài)、活體評(píng)價(jià)。在未來(lái)科研中,18F-FDG Micro-PET顯像技術(shù)憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)在評(píng)價(jià)DCM模型方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

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      Application of18F-FDG Micro-PET Myocardial Metabolism Imaging for Evaluating Dilated Cardiomyopathy Model in Experimental Rats

      SHEN Li-juan,LU Shu,ZHOU Yong-hua,XING Qing-min,LI Lan,YANG Min,ZHOU Chun-gang.
      Intensive Care Unit,Wuxi Hospital of traditional Chinese Medicine,Wuxi (214071),Jiangsu,China
      Corresponding Author: LU Shu,Email: panda55007@163.com

      2015-10-27)

      (編輯:朱柳媛)

      無(wú)錫市醫(yī)管中心科研項(xiàng)目(YGZXM14047)

      214071江蘇省,無(wú)錫市中醫(yī)醫(yī)院(沈麗娟、陸曙、邢清敏、李嵐、周春剛);江蘇省血吸蟲(chóng)病防治研究所(周永華);江蘇省原子醫(yī)學(xué)研究所(楊敏)

      沈麗娟主治醫(yī)師博士研究生主要從事心肌病研究Email: panda55@163.com通訊作者:陸曙Email: panda55007@163.com

      R54

      A

      1000-3614(2016)08-0802-05

      10.3969/j.issn.1000-3614.2016.08.018

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