二維斑點追蹤成像技術評價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，賀建國，高 宇

(1.空軍軍醫大學附屬西京醫院超聲科，陜西 西安 710032；2.空軍軍醫大學軍事預防醫學院，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因素，可導致左心室重構及功能受損[2]。目前肥胖導致左心室功能受損的機制尚缺乏動物實驗依據。二維斑點追蹤成像(two-dimensional speckle tracking imaging, 2D-STI)技術能夠準確測量左心室各節段二維應變及應變率，由此評價心肌缺血程度。本研究建立肥胖大鼠模型，結合血清學及心肌組織學，采用2D-STI檢測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制提供實驗依據。

1 材料與方法

1.1 實驗動物與分組 成年清潔級SD雄性大鼠16只(購于空軍軍醫大學動物中心)，體質量285～303 g，適應性飼養1周后，隨機分為普通飲食(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，NF組給予普通飼料(每100 g含脂肪19.8%)。所有大鼠喂養12周，自由采食，記錄其體長、腹圍、體質量、心臟質量及腹部脂肪。以HFD組大鼠體質量大于NF組20%作為肥胖標準[3]，最終HFD組有6只大鼠造模成功。

1.2 超聲數據采集 對實驗鼠禁飼、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3個以上心動周期超聲心動圖圖像，脫機后將數據傳至EchoPAC工作站，記錄左心室舒張末期內徑(left ventricular end diastolic, LVED)、左心室長徑(left ventricular long diameter, LVLD)、左心房內徑(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)及左心室射血分數(left ventricular ejection fraction, LVEF)。以二維應變分析軟件結合左心室壁16節段劃分法分析左心室徑向及縱向收縮期應變和應變率，所有數據測量3次，取均值。對聲像圖質量較差的大鼠，連接動物呼吸機，開胸、切開心包，向胸腔內填充耦合劑，將探頭直接接觸心臟表面采集超聲心動圖圖像。

1.3 生化指標檢測 于鼠尾處取血，檢測大鼠空腹血糖。之后開腹,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全自動生化分析儀檢測甘油三酯(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 剖開大鼠胸腔，暴露心臟，用生理鹽水行心臟逆行性灌注，反復進行2～3次，直至流出液體清亮。處死大鼠，摘取心臟置于無菌紗布中，擠壓去除液體殘留，以天平秤測量心臟質量。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、甲苯胺藍染色及免疫組化染色，由病理科醫師對結果進行判定及分析。

1.5 統計學分析 采用SPSS 17.0統計分析軟件，計量資料以±s表示。2組一般資料、生化指標及超聲心動圖參數比較采用獨立樣本t檢驗。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2組大鼠飼養12周后，與NF組相比，HFD組大鼠體質量(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差異無統計學意義(P均>0.05)。

2.1 常規超聲心動圖參數比較 2組常規超聲心動圖參數比較差異均無統計學意義(P均>0.05，表1)。

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

表1 2組大鼠常規超聲心動圖參數比較(±s)

表1 2組大鼠常規超聲心動圖參數比較(±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組大鼠心肌徑向應變比較 A、B.NF組(A)及HFD組(B)徑向應變 圖2 2組大鼠心肌縱向應變比較 A、B.NF組(A)及HFD組(B)大鼠縱向應變

2.3 病理結果 與NF組相比，HFD組大鼠心肌細胞排列紊亂，核大深染，細胞間界限不清，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)、心肌肥大細胞浸潤(圖5)均較NF組明顯增加，而心肌組織自噬微管相關蛋白輕鏈3(light chain 3, LC3)蛋白陽性表達較NF組明顯降低(圖6)。

表2 2組大鼠心肌徑向應變和應變率比較(±s)

表2 2組大鼠心肌徑向應變和應變率比較(±s)

組別徑向應變(%)前間隔前壁側壁后壁下壁后間隔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組別徑向應變率(s-1)前間隔前壁側壁后壁下壁后間隔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組大鼠心肌縱向應變和應變率比較(±s)

表3 2組大鼠心肌縱向應變和應變率比較(±s)

組別縱向應變(%)間隔基底段間隔中間段間隔心尖段側壁基底段側壁中間段側壁心尖段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組別縱向應變率(s-1)間隔基底段間隔中間段間隔心尖段側壁基底段側壁中間段側壁心尖段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 A.NF組； B.HFD組，部分心肌細胞出現顆粒變性，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 A.NF組； B.HFD組 圖5 2組大鼠心臟甲苯胺藍染色(×200，箭示心肌肥大細胞) 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 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立危險因素[4]。美國心臟病學會[5]指出，肥胖是冠心病及左心室功能障礙的重要危險因素。常規超聲心動圖是評估心臟解剖和功能的重要方法[6]，但目前臨床主要以目測法評估有無節段室壁運動異常，評估結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，其縱向應變變化較明顯，且左心室長軸收縮功能改變較舒張功能更為明顯。STI技術可準確測量左心室各節段二維應變值及應變率，敏感地評價心肌缺血程度。本研究中，2組大鼠常規超聲心動圖參數差異無統計學意義，但采用2D-STI技術檢測發現HFD組左心室部分室壁節段收縮末期徑向和縱向應變及應變率減低，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]的相關臨床研究結果。

本研究中，HFD組大鼠體質量、腹部脂肪含量、空腹血糖及TG均較NF組明顯升高。血脂及血糖代謝異常可致動脈粥樣硬化，進而引起心肌缺血及心臟受損，激發心肌炎癥反應。心肌肥大細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組大鼠部分心肌節段應變和應變率減低，可能與心肌肥大細胞浸潤、膠原纖維沉積量及心肌纖維化程度較NF組顯著增加，進而導致心肌僵硬度增加、彈性下降有關。此外，細胞自噬是一種保守的細胞防御機制，心血管疾病多伴有炎癥反應并與細胞自噬密切相關，自噬受抑制可使炎癥加劇，并導致心肌組織損傷[10]。本研究中，HFD組心肌LC3蛋白表達較NF組顯著減少，提示其自噬機制可能受到抑制，可能是導致肥胖大鼠心肌部分節段運動減低的原因之一。

有學者[11]發現，單純肥胖患者左心室長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。本研究中，HFD組大鼠早期心臟解剖結構與NF組相比差異無統計學意義，但部分室壁節段徑向和縱向應變及應變率減低，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心肌炎癥反應、導致心肌纖維化及心肌自噬機制受抑制有關。

本研究的局限性：實驗中2組共5只大鼠通過開胸獲得超聲心動圖，可能導致結果有一定偏倚，需在今后的研究中進一步完善。

總之，早期單純性肥胖大鼠常規超聲心動圖檢查無明顯異常改變時，2D-STI已可檢測到左心室部分節段收縮末期縱向和徑向應變及應變率有所減低。

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