血氧水平依賴磁共振成像評價腎臟鐵過載的初步研究

耿薇薇 孫 軍 潘 靚 沙圓圓 王思齊 邱建國

鐵是人體中最重要的微量元素之一，參與體內多種代謝途徑。鐵在人體內分布廣泛，包括肝臟、心臟、腎臟等多種器官［1］。然而過量的鐵通過一系列催化反應產生氧自由基，導致氧化應激和炎癥，進而引起腎臟結構及功能的損傷［2］。MRI是目前無創評估機體鐵含量的重要工具，利用、等對順磁性物質鐵的敏感性高的特性，來評價機體內的鐵沉積［3］，臨床上主要應用于肝臟、心肌等部位，而對腎臟鐵沉積的可行性評價較少。當組織內脫氧血紅蛋白、含鐵血黃素等順磁性物質增多時會引起值的縮短、值（=1/）的增大。因此，血氧水平依賴成像（blood oxygen level-dependent，BOLD） 可通過值反映腎臟氧含量水平及組織鐵沉積情況［4］。本研究擬建立兔腎臟鐵過載模型，通過MR血氧水平依賴成像初步評價兔腎臟鐵過載病理變化的可行性。

方 法

1.實驗動物和模型建立

本研究經蘇州大學附屬第三臨床醫學院倫理委員會批準。選用純種健康新西蘭大白兔24只（蘇州湖橋生物科技有限公司提供），體質量為2.0～2.5 kg，采用隨機區組法分為對照組（n=12）和鐵過載組（n=12）。鐵過載組兔經后腿肌內一次注射60 mg/kg右旋糖酐鐵（上海邁瑞爾化學技術有限公司）。對照組后腿肌內注射同等劑量0.9%生理鹽水。實驗兔肌內注射后單籠飼養12周，自由進食飲水。

2.MRI檢查

所用儀器為Siemens Magnetom Verio 3.0 T磁共振掃描儀，采用8通道腹部線圈。由于右腎位置較高，右腎BOLD圖像受呼吸運動及腸道氣體等影響顯著，所以本實驗僅掃描左腎。2組實驗兔分別于肌內注射后即刻（0周）及第12周行MRI掃描。檢查前實驗兔禁食禁水8 h。所有實驗兔麻醉后取左側臥位置于MR檢查床上固定，置沙袋于腹部兩側。掃描范圍從左腎上極至下極，軸位掃描定位線垂直左腎長軸，中心位于左腎門水平。

MRI掃描序列：①冠狀位T2WI采用單次激發半傅里葉采集快速自旋回波（half acquisition single-shot turbo spin echo，HASTE）序列，重復時間（TR）/回波時間（TE）1400.0 ms/93.0 ms，視野（FOV）154 mm×219 mm，矩陣126×256，層厚3 mm，層間距0.9 mm，翻轉角160°，帶寬781 Hz/像素，掃描時間14 s。②軸位T2WI采用HASTE序列，TR/TE1 000.0 ms/108.0 ms，FOV130 mm×130 mm，矩陣179×256，層厚4 mm，層間距0 mm，翻轉角138°，帶寬199 Hz/像素，掃描時間98 s。③軸位BOLD，TR/TE 561 ms/11.2 ms；FOV130 mm×130 mm；矩陣218×256；層厚4 mm；層間距0.8 mm；翻轉角20°；帶寬331 Hz/像素；掃描時間737 s。BOLD掃描完成后工作站自動生成map。

3.圖像分析

所有圖像分析在Siemens Sygno工作站進行。由2名具有5年以上工作經驗的泌尿系統影像診斷醫師采用雙盲法獨立完成圖像分析，如有不同意見則協商一致。對照軸位T2WI圖像，選擇左腎門水平map圖像進行分析。由于內髓與腎盂及腎門結構無法區分，數據測量不穩定，因此未納入本研究圖像分析。參考T2WI，2名診斷醫師沿皮質（cortex，CO）及外髓（outer medulla，OM）邊緣勾畫感興趣區（region of interest，ROI）測量皮質及外髓的值，根據公式=1計算值，并計算外髓值（medullary，）與皮質值（cortical，）的比值（MCR=/）。

4.病理組織學檢查

2組實驗兔于肌內注射后第12周MR掃描后分別處死，取出左腎，用10%甲醛固定24 h取材，石蠟包埋，在垂直于左腎長軸的腎門水平切片，行HE染色、普魯士藍染色和Masson染色。在HE染色圖上觀察腎臟損傷情況，在普魯士藍染色圖上觀察鐵分布情況（陽性呈藍染），在Masson染色圖上觀察腎間質纖維化情況。

5.統計學分析

采用SPSS 19.0軟件進行統計學分析。應用Shapiro-Wilk檢驗評價計量資料是否符合正態分布，若符合正態分布，則使用xˉ±s表示，若不符合正態分布，則用中位數（四分位間距）表示。采用Mann-WhitneyU檢驗比較肌內注射后0周及第12周對照組與鐵過載組間值的差異；采用Wilcoxon檢驗分別比較對照組及鐵過載組實驗兔肌內注射后0周與第12周值的差異。P＜0.05為差異有統計學意義。

結 果

1.MRI-BOLD圖像表現

圖1 鐵過載組和對照組左腎血氧水平依賴（BOLD）圖像

2.對照組及鐵過載組值的差異

表1 對照組和鐵過載組腎臟皮髓質值比較

表1 對照組和鐵過載組腎臟皮髓質值比較

正態分布資料用xˉ±s表示，偏態分布資料用M（P25，P75）表示。

組別images/BZ_98_1547_1473_1591_1517.png值（0周）images/BZ_98_1547_1473_1591_1517.png值（12周）皮質 外髓MCR皮質 外髓MCR正常組22.54（20.12，25.32）29.82±2.361.32±0.0821.08±1.3128.89±1.421.37±0.08鐵過載組23.49（21.41，25.19）30.35±1.721.30±0.0830.36±5.1433.57±4.881.12±0.13 P值0.2250.5310.440＜0.0010.003＜0.001

圖2 鐵過載組在0周及12周時值的比較

3.病理組織學結果

鐵過載組HE染色顯示腎小球毛細血管及腎小管間質內可見少許炎性細胞浸潤，部分腎小管上皮細胞水腫變性，胞質疏松淡染（圖3A）；普魯士藍染色呈陽性，腎小球及腎小管可見較多藍染顆粒（圖3B）；Masson染色顯示腎間質可見少許藍染的膠原纖維沉積（圖3C）。對照組HE染色顯示腎小球及腎小管形態結構正常（圖3D）；普魯士藍染色呈陰性，未見明顯藍染顆粒（圖3E）；Masson染色顯示腎間質內未見明顯藍染膠原纖維沉積（圖3F）。

圖3 鐵過載組和對照組左腎病理表現

討 論

鐵是人體細胞所必需的微量元素，在正常生理狀態下，鐵的攝入與排泄是保持平衡的［5］。過量的鐵會在肝、腎、胰腺、心肌和內分泌腺等實質器官內沉積，導致組織損傷和纖維化。腎臟作為人體重要器官，對于機體體液調節、維持電解質平衡具有重要作用［6］。當腎臟鐵負荷過多時，可引起氧化應激及全身炎癥反應，最終導致腎臟結構和功能異常［7］。雖然腎臟內鐵沉積量相對較少，但在以往的研究發現少量的鐵沉積也會損害器官功能［8］，目前針對腎臟鐵過載的檢測方法研究較少，但其臨床意義不可忽視。因此，探索、尋找腎臟鐵過載的無創性檢測方法具有較高的臨床意義。

血氧水平依賴磁共振成像是一種無創性氧合評估方法，該技術對含鐵血黃素、脫氧血紅蛋白等順磁性物質敏感，這類順磁性物質增多會導致橫向馳豫率增加而引起值增大。脫氧血紅蛋白增多、值升高，又反映了組織氧合水平的減低。因此BOLD-MRI不僅可以反映組織鐵沉積情況，還可以間接反映組織氧合水平。部分研究［9］指出，值在評估心臟、肝臟鐵過載方面具有可行性、準確性和可重復性。陳釔地等［10］針對重型β地中海貧血患者的一項回顧性研究發現肝臟值與肝鐵濃度呈高度負相關，提示值可以很好地反映肝臟鐵含量。Grassedonio等［11］的研究指出，在腎臟鐵過載的測量上是可行的，且具有可重復性。本研究采用值作為評價指標，并且計算了外髓值與皮質值的比值（MCR值），MCR值可以在一定程度上減少外在因素對值的影響。

Naito等［12］通過建立慢性腎臟病大鼠模型，發現鐵螯合劑可減輕慢性腎臟病大鼠腎間質纖維化的進展，提出腎鐵沉積似乎與腎間質纖維化有關。Ikeda等［13］的研究結果顯示去鐵胺可減輕單側輸尿管梗阻小鼠的腎間質纖維化，其在輸尿管梗阻誘導的腎間質纖維化中的保護作用包括抑制氧化應激、炎癥以及促纖維化信號。查婷婷等［14］通過構建兔輸尿管梗阻模型，發現兔腎臟皮髓質值隨著兔腎纖維化程度的進展而升高，提出BOLD可以通過反映腎臟氧合水平而間接反映腎臟纖維化的進展過程。從以往文獻中可以發現，腎臟鐵過載可以引起腎間質纖維化，值不僅可以反映腎臟鐵過載程度，同時也可以反映腎臟纖維化程度。

此外，本研究結果顯示肌內注射鐵劑后第12周，鐵過載組兔腎的MCR值較對照組減低，表明第12周時鐵過載組兔腎皮質值的增加較髓質值的增加更加明顯。該結果表明過量的鐵主要沉積在皮質區域，可能是由于鐵代謝經過腎小球濾過及腎小管重吸收的過程主要在腎皮質內完成，當鐵過載引起腎臟損傷時，多余的鐵沉積在腎皮質內。

本研究存在的不足之處：①樣本量較少，實驗兔可能存在個體差異性，需加大樣本量，進一步驗證實驗結果的可靠性及穩定性；②本實驗僅針對BOLD評估腎鐵沉積的可行性進行研究，未對鐵沉積程度進行研究，后續將在更長時間及更大鐵劑量的條件下觀察過量鐵沉積對腎臟可能造成的病理及影像學改變。

綜上所述，MR血氧水平依賴成像所得觀察指標腎皮髓質偽彩圖改變、腎皮質及外髓增高、MCR值減低等表現，可以成為評價鐵過載介導腎臟損傷的無創性檢測方法。