间歇二次谐波全氟显超声造影评价心肌缺血与坏死的价值
作者：谢志泉 刘伊丽 查道刚 郑燕列 陈炜生 陈树元 吴平生 张远慧
单位：谢志泉(广州军区总医院CCU科 510010)；刘伊丽(广州,第一军医大学南方医院心内科 510515)；查道刚(广州,第一军医大学南方医院心内科 510515)；吴平生(广州,第一军医大学南方医院心内科 510515)；张远慧(广州,第一军医大学南方医院心内科 510515)；陈树元(药学基地)；陈炜生(胸外科研究生)；郑燕列(解放军第一五七医院心内科)
关键词：超声心动描记术；间歇二次谐波；心肌再灌注
中华超声影像学杂志000125
【摘要】 目的 评价间歇二次谐波心肌声学造影(myocardial contrast echocardiography,MCE)在梗死心肌再灌注研究中的价值。方法 用前降支冠状动脉套扎建立开胸犬模型。分两组:缺血再灌注组于血流阻断1 h后再灌注2 h;缺血预适应组则在缺血1 h前预缺血和再灌注各5 min,反复4次。两组均于再灌注2 h后经静脉注射全氟显进行MCE,随后取出心脏用Evan蓝和TTC染色,对照两种方法所测的心肌坏死面积、缺血危险面积及坏死占缺血危险面积的百分比。结果 MCE所代表的坏死、缺血危险面积及坏死百分比与组织学染色所代表的相应的实际参数一致(分别为r=0.95、r=0.94和r=0.97,P<0.01)。结论 MCE可替代组织染色法作为评估梗死心肌再通后心肌坏死与缺血的有效方法。
, 百拇医药
Identification of myocardial risk area and infarct size by intermittent harmonic myocardial contrast echocardiography
XIE Zhiquan
(Department of Cardiology Nan fang Hospital,First Millitary Medical University,Guangzhou 510515,China)
LIU Yili,ZHA Daogang
【Abstract】 Objective Myocardial contrast echocardiography (MCE) allows the possibility to detect myocardial perfusion in vivo.To assessed its accuracy in identifying myocardial area at risk and infarct size by intermittent harmonic MCE.Methods Anesthetized open-chest dogs were classified into two groups:Ischemia and reperfusion group (IR) subjected to 1 hour of left descending coronary artery (LDA) occlusion followed by 2 h of reperfusion while ischemic preconditioning group (IP) was given to 5 min ischemia and 5 min reperfusion for 4 times before 1 h of occlusion and 2 h of reperfusion.Intermittent harmonic MCE using intravenous injection of contrast agent C3F8 was assessed at 2 h after reperfusion in identifying myocardial area at risk and infarct size versus gross pathologic specimens stained with Evan′s bule and triphenyltetrazolium chloride (TTC).Results The area at risk and infarct size and percents of necrotic area determined by intermittent harmonic MCE had a excellent correlation with that by pathologic stain (r=0.95,0.94and0.97,respectively,P<0.01).Conclusions Intermittent harmonic MCE using intravenous C3F8 accurately defined myocardial area at risk and infarct size,which may provide a method in vivo for animal experiment and clinical investigation of myocardial ischemia and reperfusion.
, 百拇医药
【Key words】 Echocardiography;Intermittent harmonic;Myocardial reperfusion
心肌灌注的分析不仅有助于诊断心肌梗死和确定梗死危险区的范围,而且对梗死心肌血流再建成功与否、再通后心肌坏死范围以及心肌存活的评估具有十分重要的临床价值。以往研究[1]表明,冠状动脉内注射含空气蛋白微泡能产生心肌声学显影,但不理想,因为所含空气易于扩散,微泡易被声束破坏。近来,使用含氟蛋白微泡克服了空气微泡的许多缺陷,已实现经静脉注射心肌超声显影[2,3]。而且,间歇二次谐波技术的发展一方面通过选择性接收从微泡返回的谐波信号而大大提高了超声的信噪比,另一方面又显著减少了声束对微泡的破坏而增强心肌声学信号,从而使间歇二次谐波心肌声学造影(MCE)这一新技术日趋成熟,可用以无创性观察心肌血流灌注。本研究旨在探讨我院自制的第二代造影剂全氟显经静脉注射MCE对评估缺血再灌注后心肌坏死与危险范围的价值。
, 百拇医药
材料与方法
一、动物模型的制备
杂种犬15只,雄性9只,雌性6只,体重12.0～20.5kg,平均(16.7±3.9) kg,戊巴比妥钠(30 mg/kg)静脉麻醉,机械呼吸,监测动、静脉压力及心电图。胸骨旁开胸,吊心包床,钝性游离冠状动脉前降支,过线以备套扎。之后静观30 min,视各监测指标稳定则开始实验:缺血再灌注组(8只)缺血1 h后再灌注2 h,缺血预适应组(7只)在缺血1 h前予血流阻断5 min,灌注5 min,如此反复4次,然后阻断1 h,再灌注2 h。
二、心肌声学造影
S4探头(Hewlett-Packard Sonos 5500)置入水囊探测乳头肌中断短轴切面,以自制可调的支架固定探头,按0.005～0.01 ml/kg的剂量弹丸式静脉推注全氟显[微泡浓度为1.7×109/ml,平均直径(2.9±1.2) μm,98%微泡直径<7 μm]进行MCE。探头发射频率为2.1 MHz,接收频率为4.2 MHz,R波心电触发,每3个心动周期显像一次,增益和后处理等参数调至图像最佳后保持不变,图像保存于1/2VHS录像带及1.2G可读写的光盘中。用超声系统软件测量MCE显示缺损的面积。缺血区可分无再灌注部分和低灌注部分,前者始终缺损,后者显影淡且消退显著增快,故在正常心肌显影消退前缺血区存在最小缺损面积和最大缺损面积,设定分别代表坏死范围(ND)和缺血危险范围(AARD)。取再灌注2 h为观察点,测量各面积并计算坏死百分比(ND%)＝(ND/AARD)×100%。
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三、心肌梗死范围的测定
高浓度氯化钾处死,立即取出心脏,原处结扎前降支冠状动脉,以0.5%Evan蓝和1%TTC双重染色,取出拍照。梗死区(AN)呈灰白色,缺血区(AR)呈砖红色,正常心肌呈蓝色。用Quantimet500+图像分析系统测量各面积参数,计算梗死面积百分比(AN%)＝[AN/(AN+AR)]×100%。
四、数据处理
以均数±标准差表示,用SPSS6.0进行相关分析及配对t检验,统计学差异取P<0.05。
结 果
再灌注组有2只犬发生室颤,预适应组有1只发生室颤,均被剔除实验。两组各有6只共12只犬成功完成试验。全部心肌声学显影可靠,心肌正常灌注区、缺血后无再灌注区和低灌注区易于区分。正常灌注心肌显影持续时间(36±23)s,缺血区心肌显影持续时间明显缩短,为(11±7)s,P<0.01。
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缺血区显影后消退加快尤为突出,故在正常灌注区显影消退之前缺血区先后可明确测到最小和最大两次MCE缺损面积(图1),即ND和AARD。这两个指标及ND%与病理染色测定的心肌AN、(AN+AR)和AN%等参数非常一致,相关系数分别为0.94、0.95和0.97(P<0.01)。图2为一只犬的MCE与对应病理染色,显示ND和AARD与病理AN和ARR相一致。
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图1 缺血预适应组1例再灌注2 h后,声学造影显示最小和最大心肌显影缺损面积
图2 缺血再灌注组1例再灌注2 h,声学造影显示最小与最大心肌显影缺损面积
讨 论
本实验结果表明,自制的全氟显经静脉注射,在开胸犬模型中采用间歇二次谐波技术全部获得满意显影,显影后缺血再灌注心肌可清楚区分出无灌注区、低灌注区与正常灌注区。低灌注区心肌声影淡且消退明显加快。因此,前降支结扎相关的心肌区域存在有最小和最大的MCE缺损现象。我们发现,这两个指标能够准确反映实际的心肌坏死范围和缺血危险区的大小。
造影剂的回波强度主要取决于微泡的大小与浓度。含空气微泡经静脉注射虽能过肺,但因微泡内压大,空气弥散快,微泡易于皱缩、变小而失去声学特性,导致心肌显影不良。含氟气体分子量大,向微泡外弥散较慢,微泡的声学特性稳定,故显著增强心肌显影[4]。全氟显为自制的含氟造影剂,它克服了第一代造影剂的缺点,实现了稳定可靠经静脉心肌显影。本结果与以往资料[3]表明,全氟显经静脉心肌显影效果确实,无明显副作用,可推广应用。
, 百拇医药
蛋白微泡在超声波作用下具有非线性振动的声学特性,因而它对超声发射的特定频率能产生共振回波即谐波。有研究表明,当心肌组织内有足够的微泡时,超声探头接收来自微泡的谐波使回波的信噪比较基波显著增高。但增加的谐波信号也有不利的一面,即增加对微泡的破坏。目前证实间歇超声成像能减少声束对微泡的破坏而增强心肌显影[7]。我们观察也表明,谐波与间歇超声显像技术是MCE的另一关键要素。此外与基波相比,间歇二次谐波具有如下优点:全氟显用量小,显影持续时间长,后壁出现衰减的频率减少。
本实验表明,MCE缺损的最小面积和最大面积可作为判定心肌坏死与缺血危险范围的良好指标。MCE被认为是一种评价冠状动脉微小循环的新技术[4],因此MCE缺损的最小面积代表了这部分心肌组织缺血后微小血管功能完全丧失,发生无再流现象,意味着心肌不能存活。MCE缺损最大面积则包括了心肌坏死部分以及低灌注区的心肌,后者代表了心肌和微小血管功能受损,既可能恢复又可能恶化,对坏死范围产生重大影响。可见,利用这一技术对心肌梗死和缺血再灌注的实验与临床研究具有重要的意义,它具有无损伤性、廉价方便、可以动态在体观察的特点,因此可望为心肌梗死的定性定量诊断、梗死发展的预估、心肌梗死溶栓或PTCA治疗再通后心肌灌注、存活和坏死面积的评价,以及缺血预适应过渡到临床等研究提供新的技术手段。
, 百拇医药
资助项目：国家自然基金(C39870329)
参考文献：
1 Villanueva FS,Glasheen WP,Sklenar J,et al.Characterization of spatial patterns of flow within the reperfused myocardium by myocardial contrast echocardiography:implications in determining extent of myocardial salvage.Circulation,1993,88:2596-2606.
2 Grayburn PA,Erickson JM,Escobar J,et al.Peripheral intravenous myocardial contrast echocardiography using a 2% dodecafluoropentane emulsion:identification of myocardial risk area and infarct size in the canine model of ischemia.J Am Coll Cardiol,1995,26:1340-1347.
, http://www.100md.com
3 苏伟,贾满盈,刘伊丽,等.静脉心肌声学造影定量心肌缺血的实验研究.第一军医大学学报,1997,17:296-299.
4 Kaul S.Myocardial contrast echocardiography.Curr Probl Cardiol,1997,22:556-635.
5 Linder JR,Firschke C,Wei K,et al.Myocardial perfusion characteristic and hemodynamic profile of MRX-115,a venous echocardiographic contrast agent,during acute myocardial infarction.J Am Soc Echocardiogr,1998,11:36-46.
6 Wei K,Skyba DM,Firschke C,et al.Interaction between microbubbles and ultrasound:in vitro and in vivo observations.J Am Coll Cardiol,1997,29:1081-1088.
7 Porter TR,Xie F.Transient myocardial contrast after initial exposure to diagnostic ultrasound pressures with minute doses of intravenously injected microbubbles:demonstration and potential mechanisms.Circulation,1995,92:2391-2395.
(收稿日期：1998-07-10), 百拇医药
单位：谢志泉(广州军区总医院CCU科 510010)；刘伊丽(广州,第一军医大学南方医院心内科 510515)；查道刚(广州,第一军医大学南方医院心内科 510515)；吴平生(广州,第一军医大学南方医院心内科 510515)；张远慧(广州,第一军医大学南方医院心内科 510515)；陈树元(药学基地)；陈炜生(胸外科研究生)；郑燕列(解放军第一五七医院心内科)
关键词：超声心动描记术；间歇二次谐波；心肌再灌注
中华超声影像学杂志000125
【摘要】 目的 评价间歇二次谐波心肌声学造影(myocardial contrast echocardiography,MCE)在梗死心肌再灌注研究中的价值。方法 用前降支冠状动脉套扎建立开胸犬模型。分两组:缺血再灌注组于血流阻断1 h后再灌注2 h;缺血预适应组则在缺血1 h前预缺血和再灌注各5 min,反复4次。两组均于再灌注2 h后经静脉注射全氟显进行MCE,随后取出心脏用Evan蓝和TTC染色,对照两种方法所测的心肌坏死面积、缺血危险面积及坏死占缺血危险面积的百分比。结果 MCE所代表的坏死、缺血危险面积及坏死百分比与组织学染色所代表的相应的实际参数一致(分别为r=0.95、r=0.94和r=0.97,P<0.01)。结论 MCE可替代组织染色法作为评估梗死心肌再通后心肌坏死与缺血的有效方法。
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Identification of myocardial risk area and infarct size by intermittent harmonic myocardial contrast echocardiography
XIE Zhiquan
(Department of Cardiology Nan fang Hospital,First Millitary Medical University,Guangzhou 510515,China)
LIU Yili,ZHA Daogang
【Abstract】 Objective Myocardial contrast echocardiography (MCE) allows the possibility to detect myocardial perfusion in vivo.To assessed its accuracy in identifying myocardial area at risk and infarct size by intermittent harmonic MCE.Methods Anesthetized open-chest dogs were classified into two groups:Ischemia and reperfusion group (IR) subjected to 1 hour of left descending coronary artery (LDA) occlusion followed by 2 h of reperfusion while ischemic preconditioning group (IP) was given to 5 min ischemia and 5 min reperfusion for 4 times before 1 h of occlusion and 2 h of reperfusion.Intermittent harmonic MCE using intravenous injection of contrast agent C3F8 was assessed at 2 h after reperfusion in identifying myocardial area at risk and infarct size versus gross pathologic specimens stained with Evan′s bule and triphenyltetrazolium chloride (TTC).Results The area at risk and infarct size and percents of necrotic area determined by intermittent harmonic MCE had a excellent correlation with that by pathologic stain (r=0.95,0.94and0.97,respectively,P<0.01).Conclusions Intermittent harmonic MCE using intravenous C3F8 accurately defined myocardial area at risk and infarct size,which may provide a method in vivo for animal experiment and clinical investigation of myocardial ischemia and reperfusion.
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【Key words】 Echocardiography;Intermittent harmonic;Myocardial reperfusion
心肌灌注的分析不仅有助于诊断心肌梗死和确定梗死危险区的范围,而且对梗死心肌血流再建成功与否、再通后心肌坏死范围以及心肌存活的评估具有十分重要的临床价值。以往研究[1]表明,冠状动脉内注射含空气蛋白微泡能产生心肌声学显影,但不理想,因为所含空气易于扩散,微泡易被声束破坏。近来,使用含氟蛋白微泡克服了空气微泡的许多缺陷,已实现经静脉注射心肌超声显影[2,3]。而且,间歇二次谐波技术的发展一方面通过选择性接收从微泡返回的谐波信号而大大提高了超声的信噪比,另一方面又显著减少了声束对微泡的破坏而增强心肌声学信号,从而使间歇二次谐波心肌声学造影(MCE)这一新技术日趋成熟,可用以无创性观察心肌血流灌注。本研究旨在探讨我院自制的第二代造影剂全氟显经静脉注射MCE对评估缺血再灌注后心肌坏死与危险范围的价值。
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材料与方法
一、动物模型的制备
杂种犬15只,雄性9只,雌性6只,体重12.0～20.5kg,平均(16.7±3.9) kg,戊巴比妥钠(30 mg/kg)静脉麻醉,机械呼吸,监测动、静脉压力及心电图。胸骨旁开胸,吊心包床,钝性游离冠状动脉前降支,过线以备套扎。之后静观30 min,视各监测指标稳定则开始实验:缺血再灌注组(8只)缺血1 h后再灌注2 h,缺血预适应组(7只)在缺血1 h前予血流阻断5 min,灌注5 min,如此反复4次,然后阻断1 h,再灌注2 h。
二、心肌声学造影
S4探头(Hewlett-Packard Sonos 5500)置入水囊探测乳头肌中断短轴切面,以自制可调的支架固定探头,按0.005～0.01 ml/kg的剂量弹丸式静脉推注全氟显[微泡浓度为1.7×109/ml,平均直径(2.9±1.2) μm,98%微泡直径<7 μm]进行MCE。探头发射频率为2.1 MHz,接收频率为4.2 MHz,R波心电触发,每3个心动周期显像一次,增益和后处理等参数调至图像最佳后保持不变,图像保存于1/2VHS录像带及1.2G可读写的光盘中。用超声系统软件测量MCE显示缺损的面积。缺血区可分无再灌注部分和低灌注部分,前者始终缺损,后者显影淡且消退显著增快,故在正常心肌显影消退前缺血区存在最小缺损面积和最大缺损面积,设定分别代表坏死范围(ND)和缺血危险范围(AARD)。取再灌注2 h为观察点,测量各面积并计算坏死百分比(ND%)＝(ND/AARD)×100%。
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三、心肌梗死范围的测定
高浓度氯化钾处死,立即取出心脏,原处结扎前降支冠状动脉,以0.5%Evan蓝和1%TTC双重染色,取出拍照。梗死区(AN)呈灰白色,缺血区(AR)呈砖红色,正常心肌呈蓝色。用Quantimet500+图像分析系统测量各面积参数,计算梗死面积百分比(AN%)＝[AN/(AN+AR)]×100%。
四、数据处理
以均数±标准差表示,用SPSS6.0进行相关分析及配对t检验,统计学差异取P<0.05。
结 果
再灌注组有2只犬发生室颤,预适应组有1只发生室颤,均被剔除实验。两组各有6只共12只犬成功完成试验。全部心肌声学显影可靠,心肌正常灌注区、缺血后无再灌注区和低灌注区易于区分。正常灌注心肌显影持续时间(36±23)s,缺血区心肌显影持续时间明显缩短,为(11±7)s,P<0.01。
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缺血区显影后消退加快尤为突出,故在正常灌注区显影消退之前缺血区先后可明确测到最小和最大两次MCE缺损面积(图1),即ND和AARD。这两个指标及ND%与病理染色测定的心肌AN、(AN+AR)和AN%等参数非常一致,相关系数分别为0.94、0.95和0.97(P<0.01)。图2为一只犬的MCE与对应病理染色,显示ND和AARD与病理AN和ARR相一致。
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图1 缺血预适应组1例再灌注2 h后,声学造影显示最小和最大心肌显影缺损面积
图2 缺血再灌注组1例再灌注2 h,声学造影显示最小与最大心肌显影缺损面积
讨 论
本实验结果表明,自制的全氟显经静脉注射,在开胸犬模型中采用间歇二次谐波技术全部获得满意显影,显影后缺血再灌注心肌可清楚区分出无灌注区、低灌注区与正常灌注区。低灌注区心肌声影淡且消退明显加快。因此,前降支结扎相关的心肌区域存在有最小和最大的MCE缺损现象。我们发现,这两个指标能够准确反映实际的心肌坏死范围和缺血危险区的大小。
造影剂的回波强度主要取决于微泡的大小与浓度。含空气微泡经静脉注射虽能过肺,但因微泡内压大,空气弥散快,微泡易于皱缩、变小而失去声学特性,导致心肌显影不良。含氟气体分子量大,向微泡外弥散较慢,微泡的声学特性稳定,故显著增强心肌显影[4]。全氟显为自制的含氟造影剂,它克服了第一代造影剂的缺点,实现了稳定可靠经静脉心肌显影。本结果与以往资料[3]表明,全氟显经静脉心肌显影效果确实,无明显副作用,可推广应用。
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蛋白微泡在超声波作用下具有非线性振动的声学特性,因而它对超声发射的特定频率能产生共振回波即谐波。有研究表明,当心肌组织内有足够的微泡时,超声探头接收来自微泡的谐波使回波的信噪比较基波显著增高。但增加的谐波信号也有不利的一面,即增加对微泡的破坏。目前证实间歇超声成像能减少声束对微泡的破坏而增强心肌显影[7]。我们观察也表明,谐波与间歇超声显像技术是MCE的另一关键要素。此外与基波相比,间歇二次谐波具有如下优点:全氟显用量小,显影持续时间长,后壁出现衰减的频率减少。
本实验表明,MCE缺损的最小面积和最大面积可作为判定心肌坏死与缺血危险范围的良好指标。MCE被认为是一种评价冠状动脉微小循环的新技术[4],因此MCE缺损的最小面积代表了这部分心肌组织缺血后微小血管功能完全丧失,发生无再流现象,意味着心肌不能存活。MCE缺损最大面积则包括了心肌坏死部分以及低灌注区的心肌,后者代表了心肌和微小血管功能受损,既可能恢复又可能恶化,对坏死范围产生重大影响。可见,利用这一技术对心肌梗死和缺血再灌注的实验与临床研究具有重要的意义,它具有无损伤性、廉价方便、可以动态在体观察的特点,因此可望为心肌梗死的定性定量诊断、梗死发展的预估、心肌梗死溶栓或PTCA治疗再通后心肌灌注、存活和坏死面积的评价,以及缺血预适应过渡到临床等研究提供新的技术手段。
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资助项目：国家自然基金(C39870329)
参考文献：
1 Villanueva FS,Glasheen WP,Sklenar J,et al.Characterization of spatial patterns of flow within the reperfused myocardium by myocardial contrast echocardiography:implications in determining extent of myocardial salvage.Circulation,1993,88:2596-2606.
2 Grayburn PA,Erickson JM,Escobar J,et al.Peripheral intravenous myocardial contrast echocardiography using a 2% dodecafluoropentane emulsion:identification of myocardial risk area and infarct size in the canine model of ischemia.J Am Coll Cardiol,1995,26:1340-1347.
, http://www.100md.com
3 苏伟,贾满盈,刘伊丽,等.静脉心肌声学造影定量心肌缺血的实验研究.第一军医大学学报,1997,17:296-299.
4 Kaul S.Myocardial contrast echocardiography.Curr Probl Cardiol,1997,22:556-635.
5 Linder JR,Firschke C,Wei K,et al.Myocardial perfusion characteristic and hemodynamic profile of MRX-115,a venous echocardiographic contrast agent,during acute myocardial infarction.J Am Soc Echocardiogr,1998,11:36-46.
6 Wei K,Skyba DM,Firschke C,et al.Interaction between microbubbles and ultrasound:in vitro and in vivo observations.J Am Coll Cardiol,1997,29:1081-1088.
7 Porter TR,Xie F.Transient myocardial contrast after initial exposure to diagnostic ultrasound pressures with minute doses of intravenously injected microbubbles:demonstration and potential mechanisms.Circulation,1995,92:2391-2395.
(收稿日期：1998-07-10), 百拇医药