BOLD-MRI評價含碘對比劑對糖尿病腎病兔腎臟氧含量的影響

王佳歡，周 菲，魏寶春，林 紅

(吉林市中心醫院影像中心，吉林 吉林 132000)

隨著糖尿病人群基數的增加[1]和含碘對比劑應用的普及，糖尿病患者接受碘對比劑檢查的概率增高，注射碘對比劑導致急性腎損傷(post-contrast acute kidney injury， PC-AKI)也越來越引起關注[2]。2018年，對比劑安全委員會更新對比劑使用指南并規定PC-AKI是指靜脈注射碘對比劑后2～3天，血清肌酐水平出現短暫性升高并超過基礎值的1.5倍或絕對值增加26.5 μmol/L[2]。目前對PC-AKI尚無特殊治療方法，合理使用對比劑和監測預防PC-AKI成為關鍵。含碘對比劑主要經腎臟代謝，使腎臟氧含量降低[3]，而糖尿病腎病更加重了這一影響[4]。BOLD-MRI可通過R2*值反映腎臟氧含量的水平[5-6]，R2*值越高，說明腎臟氧含量越低，反之，R2*值越低，說明腎臟的氧含量高。本研究建立糖尿病腎病兔模型，探討不同濃度含碘對比劑對腎臟氧含量的影響及注射含碘對比劑后腎臟氧含量的變化規律。

1 材料與方法

1.1 實驗動物和模型建立 選用健康成年雄性新西蘭大白兔40只[吉林醫藥學院動物中心提供，許可證號SYXK(吉)2012-0004]，體質量2.5～3.0 kg，平均(2.76±1.34)kg；其中8只作為對照組正常喂養，其余32只進行高脂高糖喂養。糖尿病腎病模型造模成功標準：喂養第12周時對實驗兔進行血糖、肌酐、尿素氮及微量白蛋白的生化檢查，指標升高為Ⅱ型糖尿病腎病模型造模成功[7]。

1.2 實驗分組 將32只糖尿病腎病兔隨機分為4組，每組8只，分別注射不同濃度(200、240、300、350 mgI/ml)含碘對比劑(通用制藥上海有限公司提供)，并命名為200亞組、240亞組、300亞組和350亞組。注射前將碘對比劑預熱到37°C，采用22G靜脈留置針經耳緣靜脈手動注射，注射劑量為1 mgI/kg體質量[8]。對照組8只實驗兔注射對應劑量的生理鹽水。注射后1、24、48和72 h進行MR掃描。

1.3 儀器與方法 采用GE Signa HDxt 3.0T MR掃描儀，小動物線圈。掃描序列包括快速梯度回波T2W和BOLD序列。T2W參數：TR 512 ms，TE 88 ms，FOV 14 cm×14 cm，矩陣192×256，層厚3 mm，層間距1 mm，NEX 2。BOLD參數：采用多回波擾相梯度回波序列，TR 140 ms，TE 16 ms，翻轉角30°，帶寬31.25 kHz，矩陣160×160，FOV 18 cm×18 cm，層厚4 mm，層數6，NEX 4。

采用GE AW 4.5后處理工作站，以Functional軟件自動生成BOLD圖。于BOLD冠狀位圖像上，分別于每側腎臟上部、中部和下部的腎皮質、外髓、內髓各放置6個ROI，雙側腎臟共測量36個ROI，盡量保持ROI大小及形態一致，避開腎竇脂肪及血管，測量其R2*值，計算腎皮質、外髓和內髓的平均R2*值。

1.4 病理檢查 于MR掃描后每個時間點每組隨機處死2只實驗兔，測量腎臟質量，對腎臟進行HE染色，并采用HypoxyprobeTM-1染色法對實驗兔腎臟進行缺氧組織標記。

1.5 統計學分析 采用SPSS 19.0統計分析軟件。計量資料以±s表示。糖尿病腎病模型兔與對照組實驗兔腎臟質量和生化指標比較采用t檢驗。對符合正態分布資料的多組間R2*值比較采用多因素方差分析及LSD進行兩兩組間比較。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

32只實驗兔均成功制備為糖尿病腎病模型，其腎臟質量及相關生化指標均高于對照組(P均<0.001，表1)。

2.1 R2*值改變 注射對比劑后1、24、48和72 h，各組腎皮質、外髓和內髓的R2*值的變化趨勢為：注射含碘對比劑后1 h R2*值均升高，24 h升至最高，之后開始下降(圖1、2)。多因素方差分析結果顯示，對照組注射生理鹽水后各時間點間腎皮質(P=0.878)、外髓(P=0.824)、內髓(P=0.752)的R2*值總體差異均無統計學意義。350亞組、300亞組、240亞組、200亞組腎皮質、外髓、內髓注射對比劑后不同時間點的R2*值總體差異均有統計學意義(P均<0.001)，注射后24 h R2*值升至最高，與其他時間點兩兩比較差異均有統計學意義(P均<0.05)，見表2～4。

表1 糖尿病腎病模型組與對照組兔腎臟質量和生化指標比較(±s)

表1 糖尿病腎病模型組與對照組兔腎臟質量和生化指標比較(±s)

組別腎臟質量(g)血糖(mmol/L)肌酐(μmol/L)尿素氮(mmol/L)微量白蛋白(mg/L)糖尿病腎病模型組(n=32)10.01±2.2823.41±6.50169.10±12.279.82±0.7121.71±3.56對照組(n=8)9.60±1.424.77±1.1356.24±11.534.28±0.536.51±1.38t值0.3651.6252.3270.2681.241P值<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001

表2 各組注射對比劑/生理鹽水后腎皮質不同時間點R2*值比較(s-1，±s)

表2 各組注射對比劑/生理鹽水后腎皮質不同時間點R2*值比較(s-1，±s)

組別1h24h48h72h糖尿病腎病模型組 200亞組28.41±2.6229.20±4.1428.53±3.0026.64±3.63 240亞組28.81±3.6331.00±4.6429.21±2.5229.42±6.13 300亞組33.23±4.3133.74±2.4232.44±5.2131.51±4.41 350亞組34.64±5.1237.22±4.5136.21±4.9132.42±4.71對照組19.00±2.3118.91±2.1019.23±2.2418.90±2.71F值18.43552.46135.62412.534P值<0.001<0.001<0.001<0.001

表3 各組注射對比劑/生理鹽水后腎外髓不同時間點R2*值比較(s-1，±s)

表3 各組注射對比劑/生理鹽水后腎外髓不同時間點R2*值比較(s-1，±s)

組別1h24h48h72h糖尿病腎病模型組 200亞組34.35±3.7437.24±5.0034.54±3.9330.75±4.64 240亞組36.91±2.8437.91±4.5135.24±3.1132.63±2.72 300亞組42.64±7.8444.64±5.2239.23±3.5136.33±5.82 350亞組44.95±4.7151.84±5.2246.63±4.8143.51±4.71對照組20.00±4.2122.70±4.8222.42±5.4121.67±5.15F值21.58784.35656.21438.289P值<0.001<0.001<0.001<0.001

表4 各組注射對比劑/生理鹽水后腎內髓不同時間點R2*值比較(s-1，±s)

表4 各組注射對比劑/生理鹽水后腎內髓不同時間點R2*值比較(s-1，±s)

組別1h24h48h72h糖尿病腎病模型組 200亞組25.73±2.8229.84±3.7225.11±2.3123.62±3.13 240亞組27.51±3.0030.72±7.9329.24±4.9327.40±4.21 300亞組37.11±4.8238.74±6.9233.83±3.8328.14±5.32 350亞組38.20±5.6541.92±4.0039.53±4.6332.94±5.00對照組20.21±2.4220.00±3.6221.85±2.7420.52±3.22F值20.59874.24759.36535.247P值<0.001<0.001<0.001<0.001

注射對比劑后1、24、48和72 h，350亞組、300亞組、240亞組、200亞組與對照組間腎皮質、外髓、內髓的R2*值總體差異均有統計學意義(P均<0.001)；兩兩比較，350亞組腎皮質、外髓、內髓的R2*值最高，差異有統計學意義(P均<0.05)；見表2～4。注射后24 h，350亞組實驗兔腎臟不同部位間比較，腎皮質、外髓和內髓間R2*值總體差異有統計學意義(F=12.512，P<0.001)，外髓的R2*值最高，高于皮質和內髓，差異有統計學意義(P均<0.05)。

2.2 病理結果

2.2.1 HE染色 對照組實驗兔注射生理鹽水后的腎臟HE染色可見腎小球形態飽滿，結構清晰，近曲小管上皮細胞未見腫脹。注射含碘對比劑后腎小球開始萎縮，近曲小管上皮細胞出現混濁，隨著碘濃度的增加，表現更加顯著。350亞組實驗兔在注射含碘對比劑后1 h腎小球略腫脹，近曲小管上皮細胞略混濁、腫脹，間質內毛細血管充血；24 h腎小球出現混濁，近曲小管上皮細胞腫脹，伴空泡變性，間質內毛細血管充血；48 h腎小球呈萎縮改變，近曲小管上皮細胞腫脹，伴空泡變性；72 h腎小球明顯萎縮，近曲小管上皮細胞空泡變性，間質內毛細血管充血；見圖3。

2.2.2 免疫組織化學染色 對照組實驗兔注射生理鹽水后應用HypoxyprobeTM-1染色，腎皮質與髓質之間染色無明顯差異。注射碘對比劑后應用HypoxyprobeTM-1染色，注射后1 h，腎髓質染色略有加深；24 h腎髓質染色明顯加深；48 h腎皮質與髓質染色仍有差異；72 h腎髓質染色減輕；見圖4。

3 討論

在糖尿病腎病階段，由于腎臟高代謝導致的Na+-K+-ATP酶活性增加和腎小管的負擔過重，特別是在位于外髓的近曲小管和髓袢升支粗段，耗氧量明顯增加[9]，提示外髓受到的影響更明顯[10-11]。本研究結果顯示，350亞組實驗兔中，在注射對比劑后各個時間點，外髓的R2*值升高最明顯，高于內髓和皮質，提示含碘對比劑對腎臟外髓的氧含量影響最嚴重，且碘濃度越高，這一作用越明顯。腎內氧代謝取決于氧供應和氧消耗的平衡狀態[12]，當含碘對比劑進入腎小血管，對比劑使血液變得黏稠，導致紅細胞聚集能力增強，血液流動速度減慢，氧氣輸送能力降低，使供氧量明顯減少，造成局部組織缺氧；同時對比劑進入腎血管后，腎臟的血流動力學亦發生改變，腎血管短暫性的擴張，血流量暫時性增加，之后可出現持續性的血管收縮，使腎灌注進一步減少，從而導致腎組織氧含量更加降低[13]。

圖2 注射生理鹽水或不同濃度含碘對比劑后腎皮質(A)、外髓(B)和內髓(C)R2*值折線圖 變化趨勢為注射含碘對比劑后1 h R2*值均升高，24 h升至最高，之后開始下降

圖3 對照組和350亞組實驗兔腎臟病理圖(HE，×400) A.對照組； B～E.分別為350亞組注射對比劑后1、24、48和72 h

圖4 對照組和350亞組實驗兔腎臟HypoxyprobeTM-1免疫組織化學圖(×200) A.對照組； B～E.分別為350亞組注射對比劑后1、24、48和72 h

BOLD-MRI可無創性評價腎臟氧含量水平[14]，目前多采用R2*值間接評價組織氧含量的變化[15]。本研究中，注射不同濃度對比劑后，各組實驗兔腎皮質、外髓、內髓的R2*值在各個時間點均升高，提示腎臟氧含量下降，注射后24 h達到峰值，之后開始降低，反映了腎臟損害于注射后24 h最明顯，之后逐漸恢復的過程。注射不同濃度對比劑后，各組實驗兔間腎皮質、外髓、內髓的R2*值均有差異，且350亞組最高，提示含碘對比劑對腎臟氧含量的影響隨對比劑濃度增加而增強。本研究所采用的HypoxyprobeTM-1和其相關抗體是檢測正常組織和腫瘤組織缺氧的重要標識。通過HypoxyprobeTM-1染色可以標記注射含碘對比劑后腎臟皮、髓質氧含量的不同[16]。本研究中，注射對比劑后24 h，350亞組實驗兔的腎臟皮、髓質缺氧標記差別最明顯，提示24 h時實驗兔腎臟髓質氧含量最低，與本研究對R2*值的測量結果相符。

本研究的局限性：只選取4個時間點進行研究，未來應增加更多的時間點，以觀察腎臟氧含量恢復至正常水平的總體趨勢；樣本量較小，有待增加樣本量進一步深入研究。

總之，本研究通過動物實驗發現碘對比劑可以降低腎臟氧含量，引起腎小球損害，以外髓最為明顯，且隨對比劑濃度增加，腎損傷加重，注射對比劑后24 h此損傷達峰值，之后逐漸恢復。BOLD-MRI可反映注射含碘對比劑后腎臟氧含量變化，有助于評估腎臟病理及功能損害，有望為臨床合理應用對比劑和監測腎功能提供輔助信息。