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编号:10397385
犬顿抑心肌磁共振波谱及高效液相色谱对比研究
http://www.100md.com 《中华医学实践杂志》 2003年第9期
     【摘要】 目的 对比磷-31磁共振波谱( 31 P-MRS)与高效液相色谱(HPLC)在犬顿抑心肌能量代谢研究中的应用价值。方法 选用15~20kg的健康杂种犬18条作为实验对象。麻醉开胸,建立一次持续阻断左冠脉前降支(LAD)15min后解除阻断予以再灌注的顿抑心肌动物模型,采用HPLC法观察术前及再灌注后2h、6h、2天、3天心肌组织高能磷酸化合物的变化,并与相应时间点同一部位 31 P-MRS改变进行分析比较。结果 犬缺血再灌注后相应时间点同一部位心肌 31 P-MRS及HPLC同步测定的结果表明,两种方法变化趋势的相关性好,比较差异无显著性(P>0.05)。两种检测技术结果均显示:再灌注后2h,PCr、ATP和PCr/ATP比值均下降;再灌注6h,PCr/ATP比值上升达最高峰,再灌注后第3天仍稍高于正常水平;再灌注6h PCr含量已回升并超过正常水平,而ATP含量直到再灌注后第3天仍低于正常水平。结论 31 P-MRS在测定活体心肌能量代谢方面具有可靠敏感性,为 31 P-MRS判断存活心肌的准确性提供了依据。HPLC技术亦不失为动态观察存活心肌发生、发展以及转归过程的一个较理想的方法。
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    关键词 顿抑心肌 31 P磁共振波谱 高效液相色谱 心肌能量代谢

    【文献标识码】 A 【文章编号】 1684-2030(2003)09-0769-04

    The comparative study on the canine with stunned myocardium by magnetic re

    sonancespectroscopy and high performance liquid chromatography

    Sun Lijun,Fu Li,Huan Yi,et al.

    Department of Radiology,Xijing Hospital,The Fourth Military Medical University,Xi’an710032.
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    【Abstract】 Objective To compare the applied value of phosphorus-31magnetic resonance spectroscopy( 31 P-MRS)and high performance liquid chromatograghy(HPLC)in canine with stunned myocardium.Methods 18caˉnine of15~20kilogram were chosen as the object of experiments.The chest was opened under anaesthesa,an animal model of stunned myocardium was established by reperfusing the left anterior descending branch(LAD)of coronary artery aftery after its occlusion for15 minutes.The change of high-energy phosphates compound was observed at15minutes after myocardial ischemia and2h,6h,2d,3d after reperfusion by HPlC.The change of31 P-MRS was also observed on the same site at the same time so as to have a comparison.Results The results of synchronous observaˉtion of 31 P-MRS and HPLC on the same site of myocardium at corresponding time shows that two methods have good correlation,and no significant differentce(P>0.05).Both of the two methods shows that PCr ATP ratio all decreased2hours atfer reperfusion,while PCr/ATP ratio increase to the peak6hours after reperfusion,and was still higher than the normal level3days after reperfusion.while the content of ATP still could not return to normal level until3days afˉter reperfusion.Conclusion 31 P-MRS has reliable sensitivity in measuring energy metabolism in myocardial cells,and it provides evidence for determining survival myocardium accurately.HPLC technique is a relatively ideal method to dynamic survey genesis,course and outcome of stunned myocardium.
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    Key words stunned myocardium phosphorus-31magnetic resonance spectroscopy high performance liquid chromatography myocardial energy metabolism

    观察缺血和再灌注后能量代谢的变化是判断心肌是否具有存活性的重要指标。目前可分别采用磷-31磁共振波谱(phosphorus-31magnetic resonance spectroscopy, 31 P-MRS) [1~5] 和高效液相色谱(high performance liquid chromatogˉraphy,HPLC)技术 [6,7] 检测心肌组织中高能磷酸化合物的含量改变。 31 P-MRS技术可直接显示在体心肌高能磷酸盐的代谢过程和pH值的变化,进而在活体状况下判断心肌缺 血及再灌注后心肌细胞的存活情况 [8,9] 。HPLC可在一次实验中检测几种或十几种化合物的准确含量。本实验拟通过观察缺血再灌注后相应时间点同一部位心肌高能磷酸盐的变化,探讨两种技术评价心肌能量改变的相关性。
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    1 材料与方法

    1.1 在体 31 P-MRS动物模型制备 健康杂种犬18条,雌雄不拘,体重15~20(17.58±2.32)kg。静脉注射3%戊巴比妥钠(1ml/kg)麻醉成功后,首先行犬左心室游离壁正常心肌31 P-MRS测定。然后将犬置于右侧卧位,取左侧第5肋间开胸。采用电动呼吸机进行正压机械通气(潮气量15ml/kg,16~20次/min)。剪开心包后,静脉滴注利多卡因(1mg/kg)以预防室颤,同时分离左冠状动脉前降支(LAD),于第一对角支下0.5~1.0cm处用小动脉夹将之夹闭,阻断LAD血流15min后,解除动脉夹使LAD得以再灌注,观察10min待心跳稳定后,逐层缝合,排气关胸。分别于再灌注后2h、6h,2天、3天进行心脏显影MRI检查及病变心肌 31 P-MRS测定(术中死亡犬不纳入本实验)。

    1.2 离体HPLC动物样品制备 在犬胸腔低温状态下,分别取与 31 P-MRS测定相同时间与部位的心肌组织约0.5g(湿重),用在液氮中预冷的金属钳夹冻,并立即置于液氮罐中保存。拟行HPLC分析时,准确称取(200±20)mg,置于预冷的玻璃组织研磨器中,加入预冷的0.42mol/L高氯酸2.0ml迅速制成匀浆液,在4℃以6000rpm离心5min,取上清液1.0ml,加入1%甲基橙10μl,用1mol/L氢氧化钾滴定至黄色,置冰浴10min后,又以相同的条件离心10min,倾出上清液用0.45μm滤膜过滤后即成测定样品,冰浴保存,8h测定。
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    1.3 31 P-MRS检查方法及步骤 西门子公司Magnetom63SP4000超导型磁共振成像系统,磁场强度1.5T。使用体线圈进行心脏检查,将TLP(Transmission line resonators)-100mm 1 H/ 31 P发射并接收表面线圈,置于犬左侧前胸壁进行心肌 31 P-MRS检查。测量参数为TR2000ms,TE2ms,矩阵8×1024,层厚20mm,FOV160mm,采集次数14次,采集时间30min,结果采用相位编码16×16,感兴趣区(VOI)为10mm×10mm×20mm。检测部位包括左室前壁2个,左室外侧壁、间隔壁、心血池及胸壁肌肉各1个,共检测6个区域。

    1.4 高效液相色谱分析设备及试剂 (1)仪器:HP1100型高效液相色谱仪、紫外检测器、HP数据工作站。低温高速离心机(德国Eptendorf公司)、万分之一电子天平(瑞士Metˉtler公司GB204型)。(2)标准品:磷酸肌酸(PCr)购自Sigma 公司,5’-三磷酸腺苷(ATP)钠盐、5’-二磷酸腺苷(ADP)钠盐以及5’-磷酸腺苷(AMP)钠盐均为进口分装样品。(3)一般试剂为国产分析纯。(4)色谱条件:离子对反相HPLC法:①色谱柱:HP原装不锈钢C 18 反相色谱柱(4.6mm×250mm,粒径5μm);②流动相:220mmol/L KH 2 PO 4 /K 2 HPO4 缓冲液(pH6.5),内含13%甲醇和3mmol/L四丁基氢氧化胺(TBA);③检测波长:λ=210nm;④流速:1.3ml/min;⑤柱温:20~25℃;⑥进样量:10μl。
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    1.5 HPLC检查方法及步骤 (1)柱效测试和分离效果测试;证明在本色谱条件下PCr、ATP、ADP和AMP可达到基线分离。(2)标准曲线的制作:以峰面积为纵坐标,标准品浓度为横坐标绘制标准曲线。(3)最低检测浓度:PCr5μg/ml;ATP5μg/ml;ADP4.5μg/ml以及AMP4μg/ml(S/N≥3)。(4)进样:将缺血再灌注前后不同时间点心肌组织提取液10μl/次注入色谱分析系统中,PCr、ATP、ADP和AMP在10min内基线分离。(5)分析计算:由标准曲线方程计算出不同时间点心肌组织样品中PCr、ATP、ADP和AMP的含量,单位是μmol/g湿重组织。

    1.6 观察指标 因要作 31 P-MRS和HPLC的对比研究,故只观察采用此两种方法均能检出的化合物-PCr、ATP与PCr/ATP的比值。

    1.7 统计学方法 实验结果以均数±标准差(X±s)表示。采用statistics analysis system(简称SAS)统计软件包,对数据进行t检验及方差分析(各时间点处理组与正常对照组比较采用Dunnett t检验)等统计学处理。P<0.05认为有统计学意义。
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    2 结果

    见表1。

    表1 犬顿抑心肌 31 P-MRS与HPLC能量代谢对比(略)

    表1显示为犬心肌缺血再灌注前后相应时间点同一部位心肌 31 P-MRS及HPLC及HPLC同步测定的原始数据和分析结果,表明两种方法相关性好,其变化趋势比较差异无显著性(P>0.05)。

    两种技术检测结果均显示:在心肌急性缺血15min再灌注2h,PCr、β-ATP和PCr/β-ATP比值均下降;再灌注6h PCr/β-ATP比值上升达最高峰,再灌注后第3天仍稍高于正常水平;再灌注6h PCr含量已回升并超过正常水平;而ATP含量至再灌注后第3天仍低于正常水平(见图1~3)。除ATP含量在再灌注2h比较差异有统计学意义(P<0.05)外,余各值变化对比均无统计学意义(P>0.05),尤其PCr/β-ATP比值二者显示几乎重合。
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    图1 再灌注前后PCr变化趋势图(略)

    图2 再灌注前后ATP变化趋势对比图(略)

    图3 再灌注前后PCr/ATP变化趋势图(略)

    3 讨论

    Kalil [10] 等报道了急性心肌缺血6h再灌注4~39天后的 31 P-MRS显示,心肌代谢有了明显的改善。Zhang [11] 等指出心肌细胞的PCr(磷酸肌酸)的恢复与血流水平明显相关。Von [12] 等采用化学位移成像(CSI)方法,通过对8只正常大鼠心脏的研究发现高能磷酸盐呈均匀分布,6只慢性心肌梗死大鼠的高能磷酸盐在瘢痕组织中含量少,而且分布不均匀。由病理解剖和 31 P-MRS-CSI分别测定的心肌梗死区域具有良好的相关性(P<0.05)。Robert [13] 等人用HPLC法测定了27条心肌缺血再灌注犬心肌腺嘌呤核苷酸的蓄积量,结果表明腺嘌呤核苷酸充满虽然很慢,但反复灌注3min后有氧新陈代谢已经开始恢复。但未能与 31 P-MRS相比较,而且观察时间也过短。
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    孙立军、郜发宝等人 [2,14] 已首先完成正常心肌、心肌梗死及再灌注后 31 P-MRS的基础和临床研究工作。研究结果表明化学位移成像技术是目前 31 P-MRS较理想的空间定位技术;该方法能够用于临床非侵入测定心肌能量代谢。心肌离体后PCr迅速下降,2h内下降为0;而ATP持续4~6h耗竭。国人正常心肌PCr/β-ATP为1.58±0.19,而心肌梗死病人为0.98±0.31,其差异具有非常显著性。叶冀明 [15] 、高鸿 [16] 等人通过高效液相色谱(HPLC)法同步测定心肌组织磷酸肌酸和腺苷酸的变化,也得出心肌能量代谢状态,是评价缺血心肌损害程度和心肌保护效果的重要指标。但以上几种方法鲜有结合或相互验证。

    本实验将缺血再灌注后相同时间、部位心肌HPLC与 31 P-MRS的观察结果进行比较,即运用基础物理化学分析方法检测离体心肌能量物质绝对的含量改变,判断在体心肌 31 P-MRS检测结果的准确性及实用性,为在体心肌 31 P-MRS临床应用提供了重要的实验依据。目前尚未见相关的 研究报道。
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    缺血再灌注后相应时间点同一部位心肌HPLC与 31 P-MRS测得的结果反映两种方法不仅变化趋势相同,其差别也无统计学意义(P>0.05)。两者均显示:在心肌急性缺血15min再灌注2h,PCr、β-ATP和PCr/β-ATP比值均下降,再灌注6h PCr含量与PCr/β-ATP比值迅速回升达最高峰,至再灌注后第3天接近正常水平;而ATP含量至再灌注后第3天仍低于正常水平。即在部分能量代谢物的检测中,HPLC证实了 31 P-MRS在测定活体心肌代谢活动方面的可靠敏感性。说明短暂的心肌缺血后,虽然及时予以供血,大多数心肌能量代谢物质在短时间内恢复或接近正常水平,但受损的心功能并非立即恢复正常,局部异常的心功能可维持相当一段时间。研究结果还证明在体 31 P-MRS可准确、无创、动态地显示心肌高能磷酸盐的代谢过程、心肌缺血及再灌注后心肌细胞的存活情况以及心肌损伤的程度和类型,研究结果无疑具有重要的临床参考价值。

    心血管MRI及 31 P-MRS能连续和非侵入地观测心脏解剖、生理、组织特性及能量代谢变化,是显示心肌缺血梗死部位、面积大小和能量改变的无创性诊断工具。 31 P-MRS在评估心脏冠状动脉血流重建后心肌活力、心肌再灌注效果和心肌功能的恢复等方面具有很大的潜力。由于该技术能显示心肌病理生理阶段的异常,因而能为临床早期诊断、治疗方案的选择和预后的评估提供重要的信息,应加强该技术的临床应用。
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    HPLC法主要用于有机混合物的分离、鉴定及定量。对缺血心肌能量物质的分离分析无论在灵敏性、特异性及快速性等方面都有独特的优点,堪称为一种高效分离及分析的方法。HPLC法可同步分离并准确测定心肌组织PCr和ATP、ADP、AMP等腺苷酸的含量变化,所需心肌组织样品小(10 -2 g湿重组织),却可反映心肌能量代谢状态,为研究心肌缺血损害时动态观察顿抑心肌等的发生、发展及转归过程的较为理想的方法之一。进一步开发HPLC临床应用的广度和深度,为研究和探讨冠心病、心肌梗死等心血管疾病的发病机制无疑提供了一个有力的技术手段。在生命科学研究中具有广阔的应用前景。

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    16 高鸿,余志豪,余田,等.高效液相色谱法测定心肌组织腺苷酸及意义.遵义医学院学报,1997,20:36-38.

    基金项目:国家自然科学基金资助课题(编号:39970227)

    作者单位:1 710032西安第四军医大学西京医院放射科

    2 710032西安第四军医大学基础部化学教研室

    3 100082北京解放军总医院放射科

    (收稿日期:2003-06-28)

    (编辑 亦平), 百拇医药