大鼠皮瓣血液循环的磁共振波谱学初步研究
作者：朱辉
单位：朱辉(广东省深圳市中心医院整形外科，深圳 518036)
关键词：皮瓣；血液循环；磁共振波谱分析；大鼠
咸宁医学院学报000204 摘 要 目的：观察皮瓣的能量代谢。方法：利用磁共振波谱(MRS)技术分别对大鼠皮瓣在正常灌注、动脉阻流、静脉阻流、失活等条件下ATP、PCr、Pi峰形的变化进行分析。结果：正常时，Pi低于ATP的γ及α峰。皮瓣缺血时，ATP与PCr明显降低，而Pi则明显增高，并显示酸中毒及组织缺血。结论：MRS是研究皮瓣能量代谢的有效实验方法。
中图分类号 R445.9 文献标识码 A
文章编号 1008-0635(2000)02-0088-03
, 百拇医药 A Study of Skin Flap Circulation with Magnetic Resonance
Spectroscopy in Rat
ZHU Hui
(Department of Plastic Surgery,Shenzhen Cental Hospital,Shenzhen 518036)
ABSTRACT Objective To study the energy metabolism of skin flap.Methods Use the magnetic resonance spectroscopy (MRS) to evaluate the values of ATP,PCr and Pi evaluation in mormal flap,hypoperfused flap with vessel occlusion and dead flap.Results In the well-perfused flap,the Pi peak is lower than the gamma and alpha ATP peaks.In vessel-ligated flap,the ATPand PCr peaks are significantly depressed and Pi is significantly elevated.There is an indication of acidosis and tissue ischemia.Conclusion MRS is a valuable tool in the laboratory investigation of flap energy metabolism.
, 百拇医药
KEY WORDS Skin flap;Circulation;Magnetic Resonance Spectroscopy;Rat
皮瓣血液循环的研究方法包括机械实验、血管造影、核素显影、温度分析、电子摄像、分类代谢实验等，但这些方法均为间接性且精确度不高。磁共振波谱分析(MRS)是测定生物体内化学物质的一种非损伤技术，它可以用来观察活体中细胞水平的代谢变化，为皮瓣血液循环的研究提供了一种直接而可靠的方法。
1 材料与方法
1.1动物与模型
15只Sprague-Dawleg大鼠，体重为180～250克。应用Finseth-Cutting法形成双蒂上腹部皮瓣[1]。为避免肌肉组织对皮瓣MRS分析的干扰，将一铜板置于皮瓣下，然后将表面线圈置于皮瓣上，动物放进Plexiglas管后推入MRS设备中检测。实验动物分三组，每组5只。分别为对照组、静脉阻流组和动脉阻流组。
, http://www.100md.com
1.2 方法
MRS设备为美国俄亥俄州州立大学医学院磁共振研究中心的4.7T垂直孔超导型MR。实验采集资料时重复时间为900毫秒，“获得”为1400/每屏。20分钟完成一次全程扫描，分别测定其波谱峰，每个皮瓣测定时间约8小时。
1.3 检测指标
每组均作游离磷或无机磷(Pi)、磷酸肌酸(PCr)和ATP的γ、α、β峰和pH值的测定。
2 结 果
对照组测定结果见图1。下为正常血流灌注皮瓣，可见Pi低于ATP分子中的γ、α峰；中为皮瓣血流完全阻断而使皮瓣失活，出现Pi明显升高，PCr几乎完全消失；上为皮瓣危象状态时，Pi右侧位移，提示已有酸中毒与组织缺血。
, 百拇医药
图1 对照组。下：正常灌流。
中：皮瓣已失活。上：皮瓣危象
皮瓣静脉阻流的波谱见图2。下为阻流1小时所见，Pi轻度升高，ATP的γ、α、β诸峰虽都低于Pi，但PCr仍然高于Pi，即ATP在皮瓣缺血时的代偿作用；中为再灌注后20分钟所取得，可从波谱中看到Pi明显升高及PCr轻度升高；上为再灌注2小时表现，皮瓣已接近正常，但仍有酸中毒表现。
图2 静脉阻流组。下：阻流1小时。
中：再灌注20分钟。上：再灌注2小时
急性动脉阻流波谱见图3。下为阻流后1小时表现，可见皮瓣能量代谢已明显处于低水平，Pi升高；中为再灌注后20分钟，能量代谢已在恢复中；上是再灌注后4小时波谱，各项指标正在恢复中，但Pi仍有位移，表明酸中毒尚未完全改善。
, 百拇医药
图3 动脉阻流组。下：阻流1小时。
中：再灌注20分钟。上：再灌注4小时
3 讨 论
磁共振波谱分析的基本原理为：测定原子核的磁共振信号频率是通过原子核的固有性质旋磁比及外加在所测物质原子核上的磁场强度来实现的。加在原子核上的强磁场对所测原子核周围的电子以及相邻原子中的电子都会产生影响。所以，外加磁场对电子的作用会引起原子核位置的微小变化，即所谓“化学位移”，其使原来具有固定空间的共振原子核所产生的频率发生少许变化，在磁共振的波谱上会出现不同的峰。
PCr是一种高能量贮存物。当ATP增多时，PCr被合成而成为高能磷贮存物贮存在细胞内。当ATP激活生成ADP时，PCr被转化成ATP和肌酸(Cr)，以保持ATP水平。31 P的MRS可测定ATP、PCr及Pi的化学位移，并由此可测定细胞内的pH值。在缺血情况下，细胞代谢消耗ATP，促进氧化磷酸化形成ATP，并导致ADP升高刺激糖原酵解产生乳酸。PCr和ATP水解会引起Pi浓度上升。因此，缺氧、局部贫血或细胞死亡时，将使高能磷酸盐(PCr和ATP)下降，Pi量上升，乳酸增加，并导致PH下降[2～4]。
, http://www.100md.com
本实验利用MRS波谱分析直接测定细胞内的ATP代谢变化。虽然目前尚无有效手段去获得所示各峰的量化数值，但仅是对各实验组波谱显示的峰形的肉眼观察即可发现它们之间的明显差异。在对照组的正常血流灌注，我们可以看到三个ATP峰(γ、α、β)、一个PCr峰及一个低于γ与α的Pi峰。三组中所有的血流阻断或失活皮瓣均表现为ATP与PCr的降低及Pi明显升高的缺血模式。当静脉阻流时，则表现出不同于完全失活的PCr与ATP的降低及Pi的轻度升高；急性动脉阻流时，表现为典型的组织缺血波谱，阻流20分钟内即出现Pi的升高与ATP的降低。当阻流原因去除后，皮瓣血液循环逐渐恢复，MRS波谱表现为PCr与ATP水平的立即增加，而Pi则缓慢降至基础水平。无论是动脉还是静脉阻流原因去除后，都可发现Pi的左侧位移，并且通过MRS计算机分析也可得到与此一致的pH值降低的结果。由此我们可以推论：Pi的位移是反映组织缺血的更敏感的征象。波谱也表现出Pi恢复到基础水平的速度远低于PCr及ATP的恢复速度，即虽然波谱已表现出缺血状态得到改善，但细胞内pH仍显示出酸中毒的存在。
, http://www.100md.com
MRS用于测定实验动物皮瓣模型的血液循环是一种直接、精确、干扰小的方法。尽管MRS应用于临床术后监测皮瓣血运还有待时日，但它是目前一个非常有价值的实验研究工具。
参考文献
1，Finseth F,Cutting C.An experimental neurovascular island skin flap for the study of delay phenomenon.Plast Reconstr Surg，1978；61：412
2，Litt L,Gonzalez,Mendez R.A in vivo 31P-NMR study of cerebral hypoxic hypoxia in rats.Magn Reson Med，1986；3：619
3，Stein P,Goldstein S.In vivo evaluation of intracellular pH and high-energy phosphore metabolites during regional myocardial inchemia in cats using 31P nuclear magtic resonance.Magn Reson Med，1986；3：262
4，Alexander Z,Thian C,Min Xue.Human in vivo 31P spectroscopy of skin：potentially a powerful tool for non-invasive study of metabolism in a cutaneous tissue.Dermatol Surg Onco，1989；15：11
收稿2000-03-10, http://www.100md.com
单位：朱辉(广东省深圳市中心医院整形外科，深圳 518036)
关键词：皮瓣；血液循环；磁共振波谱分析；大鼠
咸宁医学院学报000204 摘 要 目的：观察皮瓣的能量代谢。方法：利用磁共振波谱(MRS)技术分别对大鼠皮瓣在正常灌注、动脉阻流、静脉阻流、失活等条件下ATP、PCr、Pi峰形的变化进行分析。结果：正常时，Pi低于ATP的γ及α峰。皮瓣缺血时，ATP与PCr明显降低，而Pi则明显增高，并显示酸中毒及组织缺血。结论：MRS是研究皮瓣能量代谢的有效实验方法。
中图分类号 R445.9 文献标识码 A
文章编号 1008-0635(2000)02-0088-03
, 百拇医药 A Study of Skin Flap Circulation with Magnetic Resonance
Spectroscopy in Rat
ZHU Hui
(Department of Plastic Surgery,Shenzhen Cental Hospital,Shenzhen 518036)
ABSTRACT Objective To study the energy metabolism of skin flap.Methods Use the magnetic resonance spectroscopy (MRS) to evaluate the values of ATP,PCr and Pi evaluation in mormal flap,hypoperfused flap with vessel occlusion and dead flap.Results In the well-perfused flap,the Pi peak is lower than the gamma and alpha ATP peaks.In vessel-ligated flap,the ATPand PCr peaks are significantly depressed and Pi is significantly elevated.There is an indication of acidosis and tissue ischemia.Conclusion MRS is a valuable tool in the laboratory investigation of flap energy metabolism.
, 百拇医药
KEY WORDS Skin flap;Circulation;Magnetic Resonance Spectroscopy;Rat
皮瓣血液循环的研究方法包括机械实验、血管造影、核素显影、温度分析、电子摄像、分类代谢实验等，但这些方法均为间接性且精确度不高。磁共振波谱分析(MRS)是测定生物体内化学物质的一种非损伤技术，它可以用来观察活体中细胞水平的代谢变化，为皮瓣血液循环的研究提供了一种直接而可靠的方法。
1 材料与方法
1.1动物与模型
15只Sprague-Dawleg大鼠，体重为180～250克。应用Finseth-Cutting法形成双蒂上腹部皮瓣[1]。为避免肌肉组织对皮瓣MRS分析的干扰，将一铜板置于皮瓣下，然后将表面线圈置于皮瓣上，动物放进Plexiglas管后推入MRS设备中检测。实验动物分三组，每组5只。分别为对照组、静脉阻流组和动脉阻流组。
, http://www.100md.com
1.2 方法
MRS设备为美国俄亥俄州州立大学医学院磁共振研究中心的4.7T垂直孔超导型MR。实验采集资料时重复时间为900毫秒，“获得”为1400/每屏。20分钟完成一次全程扫描，分别测定其波谱峰，每个皮瓣测定时间约8小时。
1.3 检测指标
每组均作游离磷或无机磷(Pi)、磷酸肌酸(PCr)和ATP的γ、α、β峰和pH值的测定。
2 结 果
对照组测定结果见图1。下为正常血流灌注皮瓣，可见Pi低于ATP分子中的γ、α峰；中为皮瓣血流完全阻断而使皮瓣失活，出现Pi明显升高，PCr几乎完全消失；上为皮瓣危象状态时，Pi右侧位移，提示已有酸中毒与组织缺血。
, 百拇医药
图1 对照组。下：正常灌流。
中：皮瓣已失活。上：皮瓣危象
皮瓣静脉阻流的波谱见图2。下为阻流1小时所见，Pi轻度升高，ATP的γ、α、β诸峰虽都低于Pi，但PCr仍然高于Pi，即ATP在皮瓣缺血时的代偿作用；中为再灌注后20分钟所取得，可从波谱中看到Pi明显升高及PCr轻度升高；上为再灌注2小时表现，皮瓣已接近正常，但仍有酸中毒表现。
图2 静脉阻流组。下：阻流1小时。
中：再灌注20分钟。上：再灌注2小时
急性动脉阻流波谱见图3。下为阻流后1小时表现，可见皮瓣能量代谢已明显处于低水平，Pi升高；中为再灌注后20分钟，能量代谢已在恢复中；上是再灌注后4小时波谱，各项指标正在恢复中，但Pi仍有位移，表明酸中毒尚未完全改善。
, 百拇医药
图3 动脉阻流组。下：阻流1小时。
中：再灌注20分钟。上：再灌注4小时
3 讨 论
磁共振波谱分析的基本原理为：测定原子核的磁共振信号频率是通过原子核的固有性质旋磁比及外加在所测物质原子核上的磁场强度来实现的。加在原子核上的强磁场对所测原子核周围的电子以及相邻原子中的电子都会产生影响。所以，外加磁场对电子的作用会引起原子核位置的微小变化，即所谓“化学位移”，其使原来具有固定空间的共振原子核所产生的频率发生少许变化，在磁共振的波谱上会出现不同的峰。
PCr是一种高能量贮存物。当ATP增多时，PCr被合成而成为高能磷贮存物贮存在细胞内。当ATP激活生成ADP时，PCr被转化成ATP和肌酸(Cr)，以保持ATP水平。31 P的MRS可测定ATP、PCr及Pi的化学位移，并由此可测定细胞内的pH值。在缺血情况下，细胞代谢消耗ATP，促进氧化磷酸化形成ATP，并导致ADP升高刺激糖原酵解产生乳酸。PCr和ATP水解会引起Pi浓度上升。因此，缺氧、局部贫血或细胞死亡时，将使高能磷酸盐(PCr和ATP)下降，Pi量上升，乳酸增加，并导致PH下降[2～4]。
, http://www.100md.com
本实验利用MRS波谱分析直接测定细胞内的ATP代谢变化。虽然目前尚无有效手段去获得所示各峰的量化数值，但仅是对各实验组波谱显示的峰形的肉眼观察即可发现它们之间的明显差异。在对照组的正常血流灌注，我们可以看到三个ATP峰(γ、α、β)、一个PCr峰及一个低于γ与α的Pi峰。三组中所有的血流阻断或失活皮瓣均表现为ATP与PCr的降低及Pi明显升高的缺血模式。当静脉阻流时，则表现出不同于完全失活的PCr与ATP的降低及Pi的轻度升高；急性动脉阻流时，表现为典型的组织缺血波谱，阻流20分钟内即出现Pi的升高与ATP的降低。当阻流原因去除后，皮瓣血液循环逐渐恢复，MRS波谱表现为PCr与ATP水平的立即增加，而Pi则缓慢降至基础水平。无论是动脉还是静脉阻流原因去除后，都可发现Pi的左侧位移，并且通过MRS计算机分析也可得到与此一致的pH值降低的结果。由此我们可以推论：Pi的位移是反映组织缺血的更敏感的征象。波谱也表现出Pi恢复到基础水平的速度远低于PCr及ATP的恢复速度，即虽然波谱已表现出缺血状态得到改善，但细胞内pH仍显示出酸中毒的存在。
, http://www.100md.com
MRS用于测定实验动物皮瓣模型的血液循环是一种直接、精确、干扰小的方法。尽管MRS应用于临床术后监测皮瓣血运还有待时日，但它是目前一个非常有价值的实验研究工具。
参考文献
1，Finseth F,Cutting C.An experimental neurovascular island skin flap for the study of delay phenomenon.Plast Reconstr Surg，1978；61：412
2，Litt L,Gonzalez,Mendez R.A in vivo 31P-NMR study of cerebral hypoxic hypoxia in rats.Magn Reson Med，1986；3：619
3，Stein P,Goldstein S.In vivo evaluation of intracellular pH and high-energy phosphore metabolites during regional myocardial inchemia in cats using 31P nuclear magtic resonance.Magn Reson Med，1986；3：262
4，Alexander Z,Thian C,Min Xue.Human in vivo 31P spectroscopy of skin：potentially a powerful tool for non-invasive study of metabolism in a cutaneous tissue.Dermatol Surg Onco，1989；15：11
收稿2000-03-10, http://www.100md.com