构建急性心肌梗死模型犬梗死区的跨壁力学变化

doi:10.3969/j.issn.2095-4344.2014.27.006

摘要/Abstract

摘要：

背景：急性心肌梗死起病急，病情凶险，但目前对超急性期的辅助诊断主要靠心电图，实验主要利用组织多普勒应变成像的优点，对急性心肌梗死的早期诊断提供帮助。
目的：应用组织多普勒应变成像技术观测犬急性心肌梗死前、后心内膜下层心肌、中层心肌、心外膜下层心肌径向峰值应变及应变达峰时间，分析其力学变化特征。
方法：16只Beagle犬，开胸结扎左冠状动脉前降支的第一对角支建立急性心肌缺血模型。同步记录心电图，在组织速度成像模式下，分别在急性心肌梗死前、后采集标准心尖短轴切面的连续5个完整心动周期内的二维动态组织多普勒速度图像，存于TDI-Q工作站。分别观测梗死区缺血前、后局部及心内膜下层心肌、中层心肌、心外膜下层心肌径向峰值应变及应变达峰时间。
结果与结论：急性心肌梗死后，梗死区局部以及心内膜下层心肌、中层心肌、心外膜下层心肌的峰值应变较梗死前明显降低(P < 0.05)；梗死区心肌各层次间峰值应变梯度消失；梗死区局部以及各层次心肌达峰时间均较缺血前延长(P < 0.05)。同时观察到梗死区基础状态心内膜下心肌及中层心肌分别与其局部心肌的峰值应变呈正相关(r=0.617，P < 0.01；r=0.556，P < 0.01)，而与梗死区则无相关性(r=0.338，P > 0.05；r=0.218， P > 0.05)。提示急性心肌梗死后，梗死区不同层次心肌间峰值应变梯度消失，局部及不同层次心肌峰值应变明显减低，而达峰时间明显延长，是梗死区心肌结构异常、功能障碍的反映，从而导致心脏整体运动不协调，引起心脏整体的非同步化运动，是触发心力衰竭的重要力学机制之一。

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关键词: 实验动物, 组织构建, 急性心肌梗死, 应变成像, 超声心动图, 急性心肌梗死, 心室功能, 组织多普勒显像, 心肌, 心力衰竭

Abstract:

BACKGROUND: Acute myocardial infarction with acute onset is dangerous, but the aided diagnosis for hyperacute disease mainly depends on electrocardiogram. The advantages of tissue Doppler strain imaging were utilized to help early diagnosis of acute myocardial infarction.
OBJECTIVE: To observe left ventricular transmural peak radial strain and strain time-to-peak of subendocardiac muscle, midmyocardium and subepicardiac muscle using tissue Doppler strain imaging in dogs before and after acute myocardial infarction, and to assess its mechanical characteristics.
METHODS: A total of 16 Beagle dog models of acute myocardial ischemia were established by ligating left anterior descending coronary artery. The two-dimensional apical short-axis views of the left ventricle in five complete cardiac cycles were acquired and stored in TDI-Q workstation before and after acute myocardial ischemia. Transmural peak radial strain and strain time-to-peak of segment, subendocardiac muscle, midmyocardium and subepicardiac muscle at infarct region and baseline were observed.
RESULTS AND CONCLUSION: Peak radial strains at infarct and subendocardiac muscle, midmyocardium and subepicardiac muscle were decreased compared with the baseline (P < 0.05). Peak strain gradient disappeared in each layer of infarct myocardium. Strain time-to-peak of the whole segment and infarct myocardium at different layers was significantly postponed (P < 0.05). There was a positive correlation of peak radial strain between subendocardium and segment as well as between medium and segment at baseline (r = 0.617, P < 0.01; r = 0.556, P < 0.01). This relationship disappeared at infarct region (r = 0.338, P > 0.05; r = 0.218, P > 0.05). Results indicated that after acute myocardial infarction, peak strain gradient disappeared at different layers at infarct region. Acute myocardial ischemia induces peak radial strain decrease at subendocardium, medium, subepicardium and strain time-to-peak at infarct region was significantly postponed, which reflected abnormal cardiac structure and dysfunction, resulted in uncoordinated cardiac motion and asynchronous heart movement. This may be an important mechanical mechanism triggering heart failure.

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Key words: myocardial infarction, myocardium, ultrasonography, echocardiography

中图分类号:

R318

王俊利，尹立雪，费丽萍，牛青英，李文华. 构建急性心肌梗死模型犬梗死区的跨壁力学变化[J]. 中国组织工程研究, 2014, 18(27): 4293-4298.

Wang Jun-li, Yin Li-xue, Fei Li-ping, Niu Qing-ying, Li Wen-hua. Transmural mechanics at the infarcted myocardium of a dog model of acute myocardial infarction[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2014, 18(27): 4293-4298.

图/表（结果） 4

参考文献

[1]Lima JA, Judd RM, Bazille A, et al. Regional heterogeneity of human myocardial infarcts demonstrated by contrast-enhanced MRI. Potential mechanisms. Circulation. 1995;92(5):1117-1125.
[2]Schiller NB, Shah PM, Crawford M, et al. Recommendations for quantitation of the left ventricle by two-dimensional echocardiography. American Society of Echocardiography Committee on Standards, Subcommittee on Quantitation of Two-Dimensional Echocardiograms. J Am Soc Echocardiogr. 1989;2(5):358-367.
[3]Erbel R, Brennecke R, Goerge G, et al. Possibilities and limits of 2-dimensional echocardiography in quantitative image analysis. Z Kardiol. 1989;78 Suppl 7:131-142.
[4]Hong Y, Orihashi K, Oka Y. Intraoperative monitoring of regional wall motion abnormalities for detecting myocardial ischemia by transesophageal echocardiography. Echocardiography. 1990;7(3):323-332.
[5]Mangion JR. Right ventricular imaging by two-dimensional and three-dimensional echocardiography. Curr Opin Cardiol. 2010;25(5):423-429.
[6]Crawford MH. How reliable are echocardiographic studies in the diagnosis of myocardial dysfunction? Cardiovasc Clin. 1983;13(1):51-63.
[7]Sugishita Y, Koseki S, Matsuda M, et al. Dissociation between regional myocardial dysfunction and ECG changes during myocardial ischemia induced by exercise in patients with angina pectoris. Am Heart J. 1983;106(1 Pt 1):1-8.
[8]Penkov N, Sirakova V. Echo-apex-ECG-phonocardiographic control of left ventricular diastolic function in patients with unstable angina pectoris and other forms of ischemic heart disease. Vutr Boles. 1989;28(1):15-21.
[9]Dagianti A, Agati L, Arata L, et al. The modern cardiologist between technology and clinical medicine in the evaluation of ischemic cardiopathy. Cardiologia. 1985;30(9):759-799.
[10]Ishibashi M, Yasuda T, Tamaki N, Evaluation of symptomatic vs. silent myocardial ischemia using the ambulatory left ventricular function monitor (VEST). Isr J Med Sci. 1989;25(9): 532-538.
[11]Ianovski GV, Terzov AI, Belonozhko AG, et al. Differential evaluation of signs of myocardial ischemia during exertion in patients with ischemic heart disease. Vrach Delo. 1983;(10): 18-21.
[12]Smiseth OA, Ihlen H. Strain rate imaging: why do we need it? J Am Coll Cardiol. 2003;42(9):1584-1586.
[13]Galderisi M, Mele D, Marino PN, et al. Quantitation of stress echocardiography by tissue Doppler and strain rate imaging: a dream come true? Ital Heart J. 2005;6(1):9-20.
[14]Hoffmann R. Tissue Doppler and innovative myocardial-deformation imaging techniques for assessment of myocardial viability. Curr Opin Cardiol. 2006;21(5):438-442.
[15]Perk G, Tunick PA, Kronzon I. Non-Doppler two-dimensional strain imaging by echocardiography--from technical considerations to clinical applications. J Am Soc Echocardiogr. 2007;20(3):234-243.
[16]Friedberg MK, Mertens L. Tissue velocities, strain, and strain rate for echocardiographic assessment of ventricular function in congenital heart disease. Eur J Echocardiogr. 2009;10(5): 585-593.
[17]Urheim S, Edvardsen T, Torp H, et al. Myocardial strain by Doppler echocardiography. Validation of a new method to quantify regional myocardial function. Circulation. 2000;102 (10):1158-1164.
[18]施新猷.医学动物实验方法[M].北京:人民卫生出版社,1980.
[19]褚俊,徐美清,何华,等.犬急性心肌梗死模型制备的方法学研究[J].安徽医学, 2002,23(2):6-8.
[20]钱蕴秋.冠心病的超声心动图诊断[J].中国超声学杂志,1992,8(2): 84.
[21]陈永洪,杨俊华.二维超声心动图与心电图在急性心肌梗死左前降支病变部位判定的应用比较[J].实用临床医学杂志,2006, 7(9): 25-26.
[22]魏广和,李清贤,李桂玲,等.冠心病无创检查与冠状动脉造影诊断价值的对比分析[J].济宁医学院学报,2004,27(3):28-29.
[23]姚艳,黄从新,陈高.Cav1.2和Cav3.1在犬左心室不同部位中表达的比较[J].第四军医大学学报,2006,27(19):1752-1754.
[24]Antzelevitch C, Sun ZQ, Zhang ZQ, et al. Cellular and ionic mechanisms underlying erythromycin-induced long QT intervals and torsade de pointes. J Am Coll Cardiol. 1996; 28(7):1836-1848.
[25]Kuroda T, Seward JB, Rumberger JA, et al. Left ventricular volume and mass: Comparative study of two-dimensional echocardiography and ultrafast computed tomography. Echocardiography. 1994;11(1):1-9.
[26]Spotnitz HM, Spotnitz WD, Cottrell TS, et al. Cellular basis for volume related wall thickness changes in the rat left ventricle. J Mol Cell Cardiol. 1974;6(4):317-331.
[27]Costa KD, Takayama Y, McCulloch AD, et al. Laminar fiber architecture and three-dimensional systolic mechanics in canine ventricular myocardium. Am J Physiol. 1999;276 (2 Pt 2):H595-607.
[28]Wu MT, Tseng WY, Su MY, et al. Diffusion tensor magnetic resonance imaging mapping the fiber architecture remodeling in human myocardium after infarction: correlation with viability and wall motion. Circulation. 2006;114(10):1036-1045.
[29]Chen J, Song SK, Liu W, et al. Remodeling of cardiac fiber structure after infarction in rats quantified with diffusion tensor MRI. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2003;285(3): H946-954.
[30]Wu EX, Wu Y, Nicholls JM, et al. MR diffusion tensor imaging study of postinfarct myocardium structural remodeling in a porcine model. Magn Reson Med. 2007;58(4):687-695.
[31]Voigt JU, Lindenmeier G, Exner B, et al. Incidence and characteristics of segmental postsystolic longitudinal shortening in normal, acutely ischemic, and scarred myocardium. J Am Soc Echocardiogr. 2003;16(5): 415-423.
[32]Skulstad H, Edvardsen T, Urheim S, et al. Postsystolic shortening in ischemic myocardium: active contraction or passive recoil? Circulation. 2002;106(6):718-724.
[33]阮霞,舒先红,潘翠珍,等.左心室壁收缩后收缩在正常、缺血和梗死心肌中的分布及特征[J].中华超声影像学杂志,2007,16(5): 377-381.
[34]张涓,吴雅峰,曾定尹,等.定量组织速度成像技术评价心肌梗死患者局部心肌的收缩后收缩[J].中华超声影像学杂志,2003,12(10): 585-589.
[35]Rynning SE, Hexeberg E, Birkeland S, et al. Non-uniform recovery of performance in stunned myocardium evaluated by two-dimensional sonomicrometry. Acta Physiol Scand. 1993; 149(4): 441-449.

引言

材料方法

设计：影像学随机对照动物实验。

时间及地点：实验于2010年10月至2012年1月在四川省医学科学院•四川省人民医院超声实验中心完成。

材料：

实验动物：清洁级雌性毕格犬16只，犬龄3-5岁，平均体质量15 kg，由四川省医学科学院•四川省人民医院实验动物所提供，动物合格证号：SCXK(川)2012-20。饲养于18-25 ℃，湿度40%-60%环境。

实验方案获得四川省医学科学院实验动物伦理委员会批准。

设备仪器：采用日本东芝公司生产阿波罗700A彩色超声诊断仪，阿波罗700A具有TDI-Q分析系统，可进行组织追踪和角度校正功能，能定量分析各节段不同层次心肌的速度、应变、梯度速度、位移等，其二维图像帧频达40 Hz 以上，探头频率3.5 MHz。

方法：

制作急性心肌梗死动物模型：先后给予实验动物毕格犬氯胺酮(10 mg/kg)，酚酞尼(0.1 mg/kg)静脉注射后心电监测，待角膜反射消失后，在气管插管、呼吸机辅助通气支持下，颈动、静脉插管，监测动脉压。胸部正中切口开胸，切开并分离皮下组织，暴露心脏，剪开心包制成心包吊篮。缺血前基础状态的图像采集结束后，分离并结扎冠状动脉左前降支第一对角支，30 min后，制成急性缺血模型。开始缺血状态的图像采集^[18-19]。

采集图像：在组织速度成像模式下，同步记录心电图，在5个连续完整心动周期内，采集缺血前、后标准心尖短轴切面的二维动态组织多普勒速度图像，存于TDI-Q工作站内。

急性心肌梗死左心室不同区域的确定： ①梗死区：在左前降支血流供应节段内，超声表现为回声较缺血前明显减低且伴有局部室壁变薄的部位。②非缺血区：在缺血区所对应室壁：下壁、后壁，超声表现为运动幅度增大且伴有室壁略增厚的区域。③边缘区：在梗死区与非缺血区交界部位，超声表现回声较基础状态略有减弱，无明显局部室壁变薄，但运动减弱部位^[20-22]。见图1。

图像分析：

节段峰值应变及达峰时间测量：根据美国超声学会推荐的左室16段分段法将室壁心肌分段^[2]。启用TDI-Q软件程序，在心尖短轴切面，分别在缺血前为左室前壁以及缺血后梗死区中央位置，选取内、外侧长度分别为5，10 mm等腰梯形取样框，使取样框中心线与室壁内、外膜垂直，并随心肌运动进行跟踪(图2A)，根据不同的心肌厚度适当调整取样框宽度，使其覆盖心内膜至心外膜心肌厚度，通过TDI-Q软件分析，生成应变曲线，在一个心动周期中，曲线最高点的纵坐标代表峰值应变，横坐标代表达峰时间。

左心室心肌分层：根据文献报道^[23-24]，犬左心室壁分为心内膜下层心肌、中层心肌及心外膜下层心肌。心内膜下心肌取样点定在整个取样容积中线长度的16%，在内膜至其下1.0-2.0 mm；中层心肌取样点定在整个取样容积中线长度的50%，中间4.0-5.0 mm；心外膜下心肌取样点定在整个取样容积中线长度的84%左右，心外膜至其下1.0-2.0 mm(图2B)。

测量不同层次心肌峰值应变以及达峰时间：将宽度固定为10 mm条状取样容积置于节段取样框的位置，取样点分别置于心内膜下心肌、中层心肌和心外膜下层次。通过手动逐帧跟踪(图2B)，使取样容积保持在所测的心肌上，启用TDI-Q软件分析，生成应变曲线，在一个心动周期中，曲线最高点的纵坐标代表峰值应变，横坐标代表达峰时间。

主要观察指标：急性心肌梗死模型毕格犬在梗死前及梗死后，局部及不同层次心肌的径向峰值应变及应变达峰时间。

统计学分析：梗死区缺血前、后峰值应变以及应变达峰时间均为正态分布计量资料，采用SPSS 13.0软件包(美国SPSS公司)完成统计处理，数据以x(_)±s表示，先后采用了两独立样本t 检验、配对t 检验及相关回归分析，P < 0.05为差异有显著性意义。

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讨论

心室肌由呈左手螺旋的心内膜下心肌、环形排列的中层心肌及呈右手螺旋的心外膜下心肌构成^[25]。心肌细胞和细胞间质组成心肌组织。心肌薄片为室壁增厚的基本力学单元，由交织排列成网状的肌束膜包绕2-4个心肌细胞构成^[26]，当心肌收缩时，心肌纤维的缩短，增厚和相互间的剪切力导致交叉纤维的形成，引起心肌片层结构的延伸，心肌薄片的变形，通过形成一种“手风琴样”室壁增厚机制，产生射血分数^[27]。心肌正常构造是保持其收缩和舒张功能的前提。实验中梗死区心肌峰值应变明显降低，此跨壁力学变化是梗死区心肌收缩成分的丧失以及心肌纤维重构的结果，梗死区局部功能性右手螺旋纤维相对减少而功能性左手螺旋纤维相对增多，已通过心肌核磁共振扩散张量成像所证实，而且多项回归分析显示功能性左手螺旋纤维的数量及比例与梗死面积成正相关；而与射血分数成显著负相关^[28-30]。

实验中心内膜下心肌应变达峰时间分别长于中层心肌及心外膜下心肌应变的达峰时间，与Antzelvitch等^[24]研究吻合，收缩和舒张运动的延迟,是心肌缺血后节段功能异常的最先表现，梗死区心肌应变达峰时间较缺血前延迟，认为是收缩后收缩现象的结果，收缩后收缩现象是心肌缺血的敏感标志，可见于急性缺血，顿抑及正常的心肌组织, 也是心肌存活的标志^[31]。目前研究认为心肌被动运动和主动收缩，是引起收缩后收缩现象的两种主要机制，在梗死区可能主要与被动运动有关^[32]。收缩期峰值应变的比例和峰值与心肌整体与节段功能有显著相关性^[33]。收缩后收缩现象实际上主要与左心室运动的不同步有关，不同步运动直接导致了心肌收缩及舒张不协调的增加，减少了心肌的作功效率^[34]。

<研究显示心室舒缩期心内膜下心肌对室壁增厚的贡献为58%，而中层心肌、心外膜下心肌对室壁增厚的贡献分别为25%和17%^[35]。这与本实验中心内膜下层心肌与局部心肌体峰值应变有较好的相关性，而在梗死区上述相关性消失是相一致的。

综上，急性心肌缺血后，梗死区心肌跨壁力学变化，实时呈现梗死区不同层次心肌运动状态，是心肌结构异常，功能障碍的反映，为理解急性缺血后心肌电机械重构机制、结构、功能异常以及存活心肌功能，提供理论及临床基础。

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文章快阅

延伸阅读

急性心肌梗死按梗死灶的大小及其在心壁的分布情况分为3型：①透壁性心肌梗死，病变累及心室壁的全层或大部分，病灶较大，直径为2.5cm以上，常见冠状动脉内有血栓形成，心电图上出现病理性Q波，此型最为常见。②灶性心肌梗死：梗死范围较小，呈灶性分布于心室壁的一处或多处，临床常易漏诊而被尸检发现。③心内膜下心肌梗死，梗死灶位于左心室壁内层一半处以内，呈小灶性，但分布常较广泛，严重者左心室壁的四个面的心内膜下均有病灶;心电图上一般无病理性Q波，进入21世纪以来，多数临床医生不以有否Q波区分心梗类型，而是分为ST段抬高型与非ST段抬高型两种，以此区分是否溶栓，心电图有进行性和特征性改变，对诊断和估计病变的部位，范围和病情演变，都有很大帮助，心电图波形变化包括3种类型：①坏死区的波形，面向坏死心肌的导联，出现深而宽的Q波。②损伤区的波形，面向坏死区周围的导联，显示抬高的ST段。③缺血区的波形，面向损伤区外面的导联，显示T波倒置，典型的心电图演变过程是:起病时(急性期)面向梗死区的导联出现异常Q波和ST段明显抬高，后者弓背向上与T波连接呈单向曲线，R波降低或消失，背向梗死区的导联则显示R波增高和ST段压低，在发病后数日至2周左右(亚急性期)面向梗死的导联，ST段逐渐恢复到基线水平，T波变为平坦或显著倒置，背向梗死区的导联则T波增高，发病后数周至数月(慢性期)，T波可呈冠状形倒置，其两支对称，波谷尖锐，异常Q波以后常永久存在，也有少数病例在急性期后Q波明显减小或消失，而T波有可能在数月至数年内恢复。

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