二維斑點追蹤技術早期評價放射性心臟病兔左室舒張功能的價值

唐雯，熊妮，唐晶，顧鵬

(1.川北醫學院超聲教研室，四川 南充 637000；2.成都市中西醫結合醫院·成都市第一人民醫院超聲科，四川 成都 610000；3.廣元市中心醫院超聲科，四川 廣元 628017)

放射治療是胸部腫瘤的重要治療方法，由于胸部腫瘤靠近心臟，常常誘發心臟毒性，由放射治療引起的心臟損害稱為放射性心臟病(radiation induced heart disease，RIHD)。多數研究[1]發現，左室舒張功能異常往往早于收縮功能異常。因此早期診斷舒張功能受損有重大意義。本研究通過建立RIHD兔動物模型，運用二維斑點追蹤技術(two-dimensional speckle tracking，2D-STI)探索RIHD兔左室舒張功能的變化情況，為臨床早期診斷胸部腫瘤放療后左室舒張功能受損提供一定的參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料

雄性新西蘭大白兔29只(質量2.5～3.5 kg)，其中高劑量組10只、低劑量組12只、對照組7只，所有實驗操作均通過學院動物倫理委員會批準同意。

1.2 方法

1.2.1 動物模型的建立 實驗兔肌肉注射麻醉后，取仰臥位熱塑模進行體位固定，行CT模擬定位掃描，制定三野適形放療計劃，行錐形束CT(CBCT)掃描位置驗證，與定位CT進行匹配，驗證擺位后執行照射，射線能量為6MV-X線，劑量為低劑量組單次20 Gy、高劑量組單次40 Gy、對照組單次0 Gy。見圖1。

1.2.2 實驗動物的超聲檢查 檢查采用飛利浦EPIQ7C超聲診斷儀，選用S12-4心臟探頭。實驗兔分別于放療前(T0期)、放療后第0周(T1期)、放療后第5周(T2期)、放療后第15周(T3期)和放療后第25周(T4期)行超聲檢測。具體檢測步驟：兔胸部備皮，使用速眠新Ⅱ，按0.2 mL/kg肌肉注射麻醉后，左側臥位固定于檢查床上。于胸前及下腹部行3導聯的心電圖連接，于胸骨旁行左室長軸測量左室舒張末內徑(LVDD)、左房前后徑(LAD)。于心尖區行四腔心、三腔心、兩腔心掃查，四腔心切面測量二尖瓣口舒張早期血流峰值流速(E)、二尖瓣口舒張晚期血流峰值流速(A)。分別保存四腔心、三腔心、兩腔心5個心動周期的動圖；應用QLAB10.0定量分析軟件，選擇aCMQ功能，手動描記左室心內膜面，確定二尖瓣環隔側點、側壁點及心尖內膜點，軟件自動生成應變率曲線，記錄舒張早期應變率(LgSRe)、舒張晚期應變率(LgSRa)，取三個切面應變率的均值為LgSRe、LgSRa。操作由同一人進行3次，取3次結果平均值為最終結果。

1.2.3 心臟組織的病理學檢測 在T0期、T1期、T2期、T3期超聲檢測完成后隨機選取高劑量組2只、低劑量組2只及對照組1只兔子處死(不包括意外死亡兔子)，T4期處死所有兔子，取出心臟，進行大體標本觀察。用10%的福爾馬林溶液固定24 h，然后石蠟包埋、切片，行HE染色，用光學顯微鏡在200×下觀察心肌細胞及間質血管。

1.3 統計學分析

2 結果

2.1 實驗動物病理檢查情況

大體標本可見，T4期高劑量組3只兔心肌蒼白，其他解剖兔子大體標本未見明顯異常。HE染色顯示，對照組，T0～T4期，對照組心肌細胞大小正常，排列整齊，未見炎癥細胞。高劑量組與對照組比較，T0、T1期，無明顯差別；T2期，心肌細胞周圍少許炎性細胞；T3期，間質血管周圍少量纖維化，管壁稍厚；T4期，兔子間質血管管壁明顯增厚，部分血管內可見血栓，部分血管壁可見壞死，周圍可見纖維化，心肌細胞局部壞死，心肌間質纖維沉積、炎癥細胞增多。低劑量組與對照組比較，T0、T1期，無明顯差別；T2期，心肌細胞周圍少量炎性細胞；T3期，間質血管周圍少量纖維化，心肌間質纖維沉積，炎細胞浸潤；T4期，心肌間質炎癥細胞較多，局部纖維沉積，細胞排列紊亂。見圖2及圖3。

2.2 常規心動超聲結果

2.2.1 同時期高劑量組與對照組及低劑量組比較 僅高劑量組E/A、E在T4期均降低，差異有統計學意義(P<0.05)，A輕微增大，差異無統計學意義(P>0.05)。見表1。

2.2.2 高劑量組組內比較 僅T4期的E/A、E相較于T0、T1、T2、T3期的E/A、E降低，差異有統計學意義(P<0.05)，A輕微增大差異無統計學意義(P>0.05)。見表1。

表1 左室常規超聲心動圖指標比較

2.3 2D-STI左室舒張功能參數結果

2.3.1 同時期高劑量組與對照組及低劑量組比較 對于LgSRe，在T3及T4期高劑量組相較于低劑量組及對照組降低，差異有統計學意義(P<0.05)；對于LgSRa，在T4期高劑量組相較于低劑量組及對照組增大，差異有統計學意義(P<0.05)。見表2、圖4。

2.3.2 高劑量組組內比較 對于LgSRe，高劑量組從T2～T4期逐漸降低，T3、T4期差異有統計學意義(P<0.05)；對于LgSRa，高劑量組從T2～T4期逐漸增大，T4期差異有統計學意義(P<0.05)。見表2、圖4。

表2 左室舒張期應變率

3 討論

研究[2]顯示，輻射誘發的心臟并發癥與總輻射劑量、暴露年齡、隨訪時間以及是否聯合使用化療藥物有關。RIHD可有心包炎、心包纖維化、彌漫性心肌纖維化、冠心病、微血管損傷和瓣膜狹窄等病理特征[3]。引起這些病理改變的因素都不局限于輻射暴露，但輻射可以顯著加速這些病理變化的進展過程[4]。心肌纖維化的特征是彌漫性膠原帶縱橫交錯穿過心臟組織，分離和替換心肌細胞。本實驗高劑量組在放療后T3期出現少量纖維化，T4期纖維化比較明顯，低劑量組在T4期也出現輕度纖維化，與以往的動物實驗一致[3]。此外，電離輻射也可能直接損傷心肌，引起心肌細胞變性壞死[5]，本實驗高劑量組T4期出現心肌細胞局部變性壞死。與其他因素引起冠狀動脈病變相似，輻射誘導的冠狀動脈病變最初事件是內皮損傷，單核細胞滲入內膜，隨后低密度脂蛋白沉積和脂紋形成[5]。有學者[6-7]研究指出，單次劑量14 Gy或分次劑量2 Gy/d，連續20次照射apoE突變體c57bl/6小鼠局部頸動脈可加速其粥樣硬化的發生，本實驗中未見粥樣斑塊出現。輻射引起的心臟微血管損傷以毛細血管密度降低為特征，有報道指出，在給鼠心臟局部高劑量(≥8 Gy)后可出現毛細血管密度降低[8]。在一項對兔子的實驗中，毛細血管對輻射的反應比大靜脈和小動脈表現出更多的形態變化，這表明微血管在缺血性損傷中起到了作用[9]，本實驗中小血管的明顯變化是血管周圍纖維化、炎癥細胞聚集，高劑量組在T4期則可見血栓形成。

通過構建RIHD動物模型，能較好地研究放療這一單一因素對RIHD發生發展的影響、RIHD的病理改變、2D-STI的特征，為臨床早期診斷和早期治療RIHD起到重要作用。周衛兵等[10]使用新西蘭大白兔構建心臟輻射損傷模型時，采用了臨床相關劑量組(10、14、18 Gy)、高劑量組(22、30、40、54、60、80 Gy)，研究發現，臨床相關劑量組心臟損傷較輕，變化不明顯，高劑量組心臟損傷較重，且劑量越高，損害越重，60 Gy、80 Gy組死亡率較高。故本實驗采用低劑量組(20 Gy)、高劑量組(40 Gy)作為實驗組，既能研究與臨床接近的放射劑量，也能保證動物的生存率。

常規超聲心動圖指標如LVDD早期診斷RIHD敏感度不高[11]。二尖瓣口血流E峰和A峰是臨床上評價左室舒張功能的常用指標，E峰受舒張早期左室松弛性和左房壓力的影響，A峰反映了舒張晚期左房-左室壓力階差，并且受左室順應性和左房收縮功能的影響[12]，本實驗中僅高劑量組在T4期E、E/A有明顯降低，A峰輕微上升，可能是因為高劑量組在T4期左室整體松弛性降低，E、E/A下降，為保證左室充盈量，左房代償性收縮，A峰值上升；而高劑量組在T1、T2、T3期和低劑量組在整個觀察時期的左室整體松弛性較好，故E、E/A、A沒有變化。2D-STI技術是在二維視圖下通過非組織多普勒方法對心肌形變進行定量分析，與傳統組織多普勒技術相比，具有不受角度依賴及容量負荷影響等優點[13]。近年來，已經證實了斑點追蹤技術有著重要的可行性和可重復性。張琦等[14]運用斑點追蹤技術評估STEMI病人PCI術后左心室局部收縮功能時指出STI可以定量評價心肌缺血程度，應變率是冠心病早期缺血的敏感指標。本實驗中，高劑量組T3期LgSRe出現降低，T4期進一步降低，T4期LgSRa升高，說明2D-STI可以早期診斷RIHD舒張功能異常，且LVSRe指標優于LVSRa及常規心動圖指標E/A、E；而低劑量組與實驗組各時期對比均沒有明顯統計學差異，說明放射劑量也是影響左心室舒張功能的重要因素，劑量越大左心室舒張功能損傷越明顯，與方曉燕等[15]研究一致。

本研究樣本例數偏少，研究時間尚可延長，實驗組明顯的心功能損害尚未出現。心臟各節段的應變率可進一步分析，心肌損害的病理學可進一步探討。

綜上，二維斑點追蹤技術可早期評價放射性心臟病兔左心舒張功能，放射劑量越大，觀察時間越長，心功能損傷表現越明顯。