二维斑点追踪成像技术评价早期单纯性肥胖大鼠左心室收缩功能

曾丽琴，张 军*，拓胜军，王雅韵，胡 运，贺建国，高 宇

(1.空军军医大学附属西京医院超声科，陕西 西安 710032；2.空军军医大学军事预防医学院，陕西 西安 710032)

DOI：10.13929/j.1003-3289.201709107

肥胖为全球性流行病[1]，是糖尿病及高血压等慢性疾病的重要危险因素，可导致左心室重构及功能受损[2]。目前肥胖导致左心室功能受损的机制尚缺乏动物实验依据。二维斑点追踪成像(two-dimensional speckle tracking imaging, 2D-STI)技术能够准确测量左心室各节段二维应变及应变率，由此评价心肌缺血程度。本研究建立肥胖大鼠模型，结合血清学及心肌组织学，采用2D-STI检测大鼠左心室亚临床心肌功能受损情况，为临床早期肥胖患者左心室功能受损机制提供实验依据。

1 材料与方法

1.1 实验动物与分组 成年清洁级SD雄性大鼠16只(购于空军军医大学动物中心)，体质量285～303 g，适应性饲养1周后，随机分为普通饮食(normal food, NF;n=6)组和高脂饮食组(high fat diet, HFD;n=10)。HFD组给予高脂饲料(每100 g饲料中含脂肪45.0%)喂养，NF组给予普通饲料(每100 g含脂肪19.8%)。所有大鼠喂养12周，自由采食，记录其体长、腹围、体质量、心脏质量及腹部脂肪。以HFD组大鼠体质量大于NF组20%作为肥胖标准[3]，最终HFD组有6只大鼠造模成功。

1.2 超声数据采集 对实验鼠禁饲、不禁水12 h。将大鼠仰卧位保定于平板，以2%戊巴比妥钠2 ml/kg体质量行腹腔注射麻醉，于胸腹部备皮，连接心电图。采用GE Vivid E9彩色超声诊断仪，12S探头，频率 10～12 MHz，取连续3个以上心动周期超声心动图图像，脱机后将数据传至EchoPAC工作站，记录左心室舒张末期内径(left ventricular end diastolic, LVED)、左心室长径(left ventricular long diameter, LVLD)、左心房内径(left atrium diameter, LA)、室间隔厚度(interventricular septum thickness, IVS)、左心室后壁厚度(left ventricle posterior wall thickness, LVPW)、左心室短轴缩短率(left ventricular shortening, FS)及左心室射血分数(left ventricular ejection fraction, LVEF)。以二维应变分析软件结合左心室壁16节段划分法分析左心室径向及纵向收缩期应变和应变率，所有数据测量3次，取均值。对声像图质量较差的大鼠，连接动物呼吸机，开胸、切开心包，向胸腔内填充耦合剂，将探头直接接触心脏表面采集超声心动图图像。

1.3 生化指标检测 于鼠尾处取血，检测大鼠空腹血糖。之后开腹,于下腔静脉取血，离心后取血清，置于-18℃冰箱保存12 h。采用Hitachi 7 600全自动生化分析仪检测甘油三酯(triglyceride, TG)、高密度脂蛋白(high density lipoprotein, HDL)及低密度脂蛋白(low density lipoprotein, LDL)。

1.4 病理检查 剖开大鼠胸腔，暴露心脏，用生理盐水行心脏逆行性灌注，反复进行2～3次，直至流出液体清亮。处死大鼠，摘取心脏置于无菌纱布中，挤压去除液体残留，以天平秤测量心脏质量。取前壁心肌组织，固定于4%多聚甲醛液中，置于4℃冰箱保存24 h，石蜡包埋切片，行HE染色、Masson染色、甲苯胺蓝染色及免疫组化染色，由病理科医师对结果进行判定及分析。

1.5 统计学分析 采用SPSS 17.0统计分析软件，计量资料以±s表示。2组一般资料、生化指标及超声心动图参数比较采用独立样本t检验。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2组大鼠饲养12周后，与NF组相比，HFD组大鼠体质量(t=5.573)、腹围(t=14.513)以及腹部脂肪含量(t=4.419)均显著增高(P均<0.01)，空腹血糖(t=7.13)和TG(t=3.20)增高(P均<0.05)，而2组HDL、VDL差异无统计学意义(P均>0.05)。

2.1 常规超声心动图参数比较 2组常规超声心动图参数比较差异均无统计学意义(P均>0.05，表1)。

2.2 左心室二维应变和应变率比较 与NF相比，HFD组前间隔径向应变率及前间隔、前壁径向应变减低，余室壁节段应变及应变率差异均无统计学意义(P均>0.05；表2，图1)；后间隔基底段、中间段、心尖段及侧壁基底段纵向应变及应变率差异有统计学意义(P均<0.01)，侧壁中间段及心尖段纵向应变率差异均无统计学意义(P均>0.05；表3，图2)。

表1 2组大鼠常规超声心动图参数比较(±s)

表1 2组大鼠常规超声心动图参数比较(±s)

组别LVEDD(mm)LVESD(mm)LVDLD(mm)LVSLD(mm)IVS(mm)LVPW(mm)LA(mm)LVEF(%)FS(%)HFD组5.31±0.222.85±0.319.51±0.707.55±1.131.92±0.211.96±0.123.50±0.1974.60±15.3140.00±13.60NF组5.53±0.313.01±0.219.18±0.507.04±0.791.63±0.121.69±0.133.49±0.0977.40±12.5442.40±11.94t值1.241.170.810.822.011.870.020.340.29P值0.250.270.430.430.080.090.970.740.77

图1 2组大鼠心肌径向应变比较 A、B.NF组(A)及HFD组(B)径向应变 图2 2组大鼠心肌纵向应变比较 A、B.NF组(A)及HFD组(B)大鼠纵向应变

2.3 病理结果 与NF组相比，HFD组大鼠心肌细胞排列紊乱，核大深染，细胞间界限不清，胞浆染色加深，部分呈疏松颗粒状(图3)；心肌胶原纤维沉积(图4)、心肌肥大细胞浸润(图5)均较NF组明显增加，而心肌组织自噬微管相关蛋白轻链3(light chain 3, LC3)蛋白阳性表达较NF组明显降低(图6)。

表2 2组大鼠心肌径向应变和应变率比较(±s)

表2 2组大鼠心肌径向应变和应变率比较(±s)

组别径向应变(%)前间隔前壁侧壁后壁下壁后间隔HFD组16.88±1.3615.89±1.4422.61±2.4821.31±2.7723.27±3.9421.27±2.87NF组23.61±5.1123.02±6.4221.52±4.0921.40±4.6127.22±3.9526.57±5.42t值2.832.420.510.042.291.92P值0.020.040.620.960.060.89组别径向应变率(s-1)前间隔前壁侧壁后壁下壁后间隔HFD组5.93±0.776.42±0.855.82±1.516.37±1.426.92±0.816.72±2.71NF组7.74±1.147.15±0.686.79±0.666.59±1.487.73±1.328.00±1.81t值2.941.491.230.251.060.87P值0.020.170.250.810.320.41

表3 2组大鼠心肌纵向应变和应变率比较(±s)

表3 2组大鼠心肌纵向应变和应变率比较(±s)

组别纵向应变(%)间隔基底段间隔中间段间隔心尖段侧壁基底段侧壁中间段侧壁心尖段HFD组-8.16±1.34-8.49±2.08-10.73±2.44-8.80±2.97-8.95±2.92-9.18±1.05NF组-13.61±1.68-14.92±2.18-15.88±1.52-15.38±0.73-15.38±2.05-18.76±2.05t值5.664.763.994.806.149.28P值<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001组别纵向应变率(s-1)间隔基底段间隔中间段间隔心尖段侧壁基底段侧壁中间段侧壁心尖段HFD组-1.41±0.31-1.69±0.24-1.41±0.29-1.76±0.25-1.33±0.37-2.22±0.45NF组-3.63±1.31-3.82±1.03-3.51±0.50-3.27±0.51-2.67±1.19-3.42±1.41t值3.693.568.055.902.581.80P值<0.001<0.001<0.001<0.0010.060.10

图3 2组大鼠心脏HE染色(×200)表现 A.NF组； B.HFD组，部分心肌细胞出现颗粒变性，脂肪空泡(箭) 图4 2组大鼠心脏Masson染色(×200，箭示心肌胶原蛋白)表现 A.NF组； B.HFD组 图5 2组大鼠心脏甲苯胺蓝染色(×200，箭示心肌肥大细胞) A.NF组； B.HFD组 图6 2组大鼠心脏免疫组化染色(×200，箭示LC3蛋白)表现 A.NF组； B.HFD组

3 讨论

肥胖是引起血脂、血糖代谢异常及心脏损害的独立危险因素[4]。美国心脏病学会[5]指出，肥胖是冠心病及左心室功能障碍的重要危险因素。常规超声心动图是评估心脏解剖和功能的重要方法[6]，但目前临床主要以目测法评估有无节段室壁运动异常，评估结果易受主观因素的影响，且由于早期肥胖患者左心室心肌损害不明显而易致漏诊。研究[7]表明，纵向排列的心肌纤维对心肌缺血更敏感。早期肥胖大鼠心肌缺血及心脏受损，其纵向应变变化较明显，且左心室长轴收缩功能改变较舒张功能更为明显。STI技术可准确测量左心室各节段二维应变值及应变率，敏感地评价心肌缺血程度。本研究中，2组大鼠常规超声心动图参数差异无统计学意义，但采用2D-STI技术检测发现HFD组左心室部分室壁节段收缩末期径向和纵向应变及应变率减低，提示肥胖大鼠早期存在心脏受损和心肌缺血，支持薛甜等[8]的相关临床研究结果。

本研究中，HFD组大鼠体质量、腹部脂肪含量、空腹血糖及TG均较NF组明显升高。血脂及血糖代谢异常可致动脉粥样硬化，进而引起心肌缺血及心脏受损，激发心肌炎症反应。心肌肥大细胞受刺激后可分泌促纤维化因子、促炎因子和促心肌肥大因子[9]。HFD组大鼠部分心肌节段应变和应变率减低，可能与心肌肥大细胞浸润、胶原纤维沉积量及心肌纤维化程度较NF组显著增加，进而导致心肌僵硬度增加、弹性下降有关。此外，细胞自噬是一种保守的细胞防御机制，心血管疾病多伴有炎症反应并与细胞自噬密切相关，自噬受抑制可使炎症加剧，并导致心肌组织损伤[10]。本研究中，HFD组心肌LC3蛋白表达较NF组显著减少，提示其自噬机制可能受到抑制，可能是导致肥胖大鼠心肌部分节段运动减低的原因之一。

有学者[11]发现，单纯肥胖患者左心室长轴收缩功能明显受损，且肥胖程度与左心功能受损程度密切相关。本研究中，HFD组大鼠早期心脏解剖结构与NF组相比差异无统计学意义，但部分室壁节段径向和纵向应变及应变率减低，提示左心室存在部分心肌缺血及心脏损伤，可能与血糖及血脂代谢异常引发心肌炎症反应、导致心肌纤维化及心肌自噬机制受抑制有关。

本研究的局限性：实验中2组共5只大鼠通过开胸获得超声心动图，可能导致结果有一定偏倚，需在今后的研究中进一步完善。

总之，早期单纯性肥胖大鼠常规超声心动图检查无明显异常改变时，2D-STI已可检测到左心室部分节段收缩末期纵向和径向应变及应变率有所减低。

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