PET-CT在心力衰竭中的临床应用

石亚男，门素珍，孙孟华，刘巍

随着核医学技术的发展，PET-CT作为检测心肌活性的一种无创性检查方法，通过核素标记某些化合物或代谢底物如葡萄糖、脂肪酸等作为显像剂，同时获得心脏解剖结构图像和心肌代谢图像，已成为评估心肌灌注及活力的“金标准”，在心力衰竭（心衰）中的应用越来越广泛。

1 PET-CT心肌代谢显像原理

PET-CT心肌代谢显像作为临床应用的一种示踪技术，利用正电子核素标记相关代谢底物作为显像剂，显像剂随血流进入心肌组织，被心肌细胞摄取。利用PET-CT对心脏进行扫描，可显示显像剂在心肌细胞的分布情况，了解局部心肌血流灌注及代谢情况，利用螺旋CT扫描数据对PET图像衰减校正，获得病变区域心肌代谢图像[1]。临床常用的显像剂分三类：灌注类药物、代谢类药物和受体类药物。灌注类药物（如13-NH3）主要用于显示心肌血流灌注，评估局部心肌灌注情况；代谢类药物（如18F-FDG）是利用心肌细胞对显像剂的摄取，测定心肌能量代谢，精确定位心脏病变部位，进而评估心肌缺血程度及临床治疗前后代谢变化，在临床中的应用最为广泛[2-4]；而受体类药物（如18F-多巴胺）主要用于评价心脏受体的数量及其功能情况[5]。PET-CT在心衰中的成像是基于心肌耗氧量、葡萄糖和脂肪酸代谢这三种心肌代谢过程，心衰的进展与心肌线粒体呼吸链活动下降有关；此外，与正常受试者相比，心衰患者的心肌脂肪酸和糖代谢均增加[6]。

18F-FDG是临床应用最广泛的评估心肌代谢活性的示踪剂，作为葡萄糖的类似物，可与葡萄糖竞争转运蛋白进入心肌细胞，在己糖激酶磷酸化作用下形成18F-FDG-6-磷酸，代谢捕获示踪物，当心脏某个区域葡萄糖代谢活跃时，显像时即可出现18F-FDG放射性浓聚[4]。此外，一定的血流灌注是心肌代谢得以维持的基础，在血流灌注减低的心肌节段，18F-FDG摄取也减低，即灌注与代谢相匹配，标志着心肌坏死；反之，如果灌注减低的心肌节段对18F-FDG摄取正常或增加，即灌注与代谢不相匹配，标志着局部心肌存活[7]。

2 心力衰竭时的心肌能量代谢

正常心肌代谢主要以游离脂肪酸和葡萄糖氧化作为能量来源。心肌能量代谢是维持心脏射血功能的重要前提，主要包括三个方面，即营养物质的摄取与利用、氧化磷酸化和心肌纤维的转运与利用[8]。大量研究表明，心衰进程中，衰竭心肌通常发生了能量代谢及底物利用改变，在上述三个方面均受到影响[8]。心衰时，肾上腺素能的活化虽可以保证心脏射血功能，但对心肌的能量利用也可产生负面效应，使心肌室壁应力及氧需求增加，导致心肌有氧代谢明显增加；且心衰状态下，冠状动脉血供减少，心肌氧供减少，葡萄糖成为心肌的首选物质，心肌利用葡萄糖进行无氧酵解，但无氧酵解产生的能量不能维持心肌收缩力，也不能保持心肌细胞的完整性。当血流灌注降低到标准阈值以下，心肌氧供就会进一步减少，组织中酸性代谢物质增加，糖酵解就会受到抑制[7]。因此，代谢活动存在标志着心肌存活。

3 PET-CT在心力衰竭中的应用

PET-CT对心肌活性的检测主要依赖于心肌灌注显像和心肌代谢显像[9]。心肌灌注显像过程中，显像剂在存活心肌的摄取率很高，利用PET显像比较心肌血流和代谢间的匹配关系，评估心肌活性[10]。当灌注与代谢匹配时，表明心肌坏死；当灌注与代谢不匹配时则心肌存活[11]。根据18F-FDG的摄取率，可对心肌病变严重程度进行分级：当摄取值为最大活性的50%～60%时，常提示为非透壁性心肌梗死；摄取值为最大活性的10%～20%时则提示为透壁性心肌梗死[11]。有研究者以18F-FTHA和18F-FDG作为示踪剂，通过PET显像发现，与正常人相比，心衰患者心肌中的游离脂肪酸摄取率降低，葡萄糖摄取率升高[7]。PET-CT可通过对比心衰患者在药物治疗前后的心肌代谢变化，评价药物在治疗心衰的疗效。11C-ACE（11C-乙酸盐）心肌PET显像可以评价心衰患者心肌的有氧代谢。在心衰患者中，心肌有氧代谢增加，11C-ACE清除率较正常人明显下降，经β受体阻滞剂治疗后，其有氧代谢下降，11C-ACE清除率上升[10]。

缺血性心肌病是心力衰竭的常见原因。谢博洽等[12,13]通过研究8只犬在不同心肌缺血状态下葡萄糖的摄取，发现缺血心肌对18F-FDG摄取增加的程度和持续时间与其缺血程度有关。Miikka等[14]研究慢性心肌梗死后心衰猪的模型中PETCT代谢显像左心室的灌注、结构、功能和氧化代谢的评估。肺动脉高压是导致右心衰竭的最常见死亡原因。肺动脉高压是一种以肺血管内膜病变，平滑肌层肥大，血管周围炎症和伴随右心室重塑为特征的综合征，最终导致右心功能降低。右心衰发展的关键因素是由缺血和糖酵解的水平决定的右心室代谢状态，其导致缺氧的恶性循环，使心肌代谢从葡萄糖氧化到糖酵解转变，增加右心室舒张末压，降低其输出量，进一步导致心肌缺血。在肺动脉高压中，丙酮酸脱氢酶激酶被激活并抑制丙酮酸脱氢酶，糖酵解比例增加，右心室收缩功能受损，心输出量减少[15]。右心室代谢由有氧代谢转变为糖酵解，并通过产生乳酸诱导酸中毒，心肌对葡萄糖摄取增加糖酵解的心肌能量供应[16]，这为PET-CT利用18F-FDG检测肺动脉高压下心肌代谢异常提供了可能性。Mielniczuk等[17]使用PET-CT灌注扫描（13N-NH3和82Rb）检测肺动脉高压患者心肌缺血区域，以测量正常灌注区域中右心室与左心室的标准摄取值。总之，肺动脉高压诱导心肌缺氧，可能最终影响右心室代谢状态。

各种心脏疾病（如心肌缺血、心肌梗死等）时，心脏自主神经系统的改变发生于心脏出现结构和功能明显异常之前，通常不能被常规的形态及功能检查观察到。PETCT受体显像可对心脏早期神经系统变化进行检测，目前占主导地位的是11C标记的心脏神经受体显像药物[18]。临床最常用的心脏神经受体正电子放射性药物时11C-HED和11C-EPI，均作用于突触前摄取和存储。Willemsen等[19]利用11C-CGP12388对原发性扩张性心肌病的研究结果显示，扩张性心肌病患者的β-肾上腺素受体密度明显低于对照组。而且Tadao等通过11C-Hydroxyephedrine PET受体显像也可观察心衰患者β阻滞剂治疗后的受体恢复状况。

4 结语

目前，心力衰竭的治疗主要有药物、冠状动脉再血管化和心脏移植等。PET-CT心肌代谢显像技术的发展，在心力衰竭的发病机制、鉴别诊断及治疗预后评估等方面发挥着越来越重要的作用。杨彦松等[20]通过对冠心病患者术前进行PET-CT评估存活心肌的研究发现，存活心肌数量是患者冠状动脉搭桥术后左室射血分数改善和左室容积减小的独立影响因素，使判断心肌存活成为确定缺血性心肌病患者治疗方案的重要辅助标准。PET-CT作为目前公认的判断心肌活性的“金标准”[21]，已被大多数临床医师所接受，在许多检测存活心肌的试验中，评价心肌葡萄糖代谢被认为是最准确的诊断手段，加之核医学的灵敏度和特异性高、安全无创等特点，在心肌存活的诊断及心脏病治疗决策中起到重要的指导作用。

[1] Cleland JG,Calvert M,Freemantle N,et al. The Heart Failure Revascularisation Trial(HEART)[J]. Eur J Heart Fail,2011,13(2):227-33.

[2] 王跃涛,刘德峰. 存活心肌的影像学评价及比较[J]. 中国介入影像与治疗学,2009,6(5):473-6.

[3] 何祚祥. 放射性核素显像在冠心病诊断中的临床应用[J]. 中国医刊,2006,41(1):21-2.

[4] 姜睿,胡盛寿,田月琴,等. SPECT存活心肌评分对冠状动脉旁路移植术远期心脏不良事件的预测作用[J]. 中华胸心外科杂志,2010,26(3):154-7.

[5] 韩大力,姜万荣,于金明. 18F-脱氧胸苷正电子体层显像应用及指导生物靶区勾划的展望[J]. 中华肿瘤杂志,2009,30(1):1-4.

[6] Knuuti J,Tuunanen H. Metabolic imaging in myocardial ischemia and heart failure[J]. The quarterly journal of nuclear medicine and molecular imaging:official publication of the Italian Association of Nuclear Medicine (AIMN) and the International. Association of Radiopharmacology (IAR),2010,54(2):168.

[7] Bax JJ,Patton JA,Poldermans D,et al. 18-Fluorodeoxyglucose imaging with positron emission tomography and single photon emission computed tomography:cardiac applications[J]. Seminars in Nuclear Med,2000,30(4):281-98.

[8] Neubauer S. The failing heart-an engine out of fuel[J]. N Engl J Med,2007,356(11):1140-51.

[9] Ghosh N,Rimoldi OE,Beanlands RS,et al. Assessment of myocardial ischaemia and viability: role of positron emission tomography.[J].European heart journal, 2010, 31(24):2984-995.

[10]李贵平. PET-CT在心血管系统中的临床应用[J]. 核医学科,2007,13(7):8-10.

[11] Segall G. Assessment of myocardial viability by positron emission tomography[J]. Nucl ed Commun,2002,23(4):323-30．

[12] 谢博洽,杨敏福,窦克非,等. 18F-FDG PET/CT心肌“缺血记忆”显像的实验研究[J]. 中华核医学与分子影像杂志,2012,32(6):442-6.

[13] 谢博洽,杨敏福,叶钱,等. 18F-FDG PET/CT显像对心肌“缺血记忆”的分子机制研究[J]. 同位素,2012,25(1):47-52.

[14] Miikka Tarkia,Christoffer MSc,Stark MD,et al. Cardiac remodeling in a new pig model of chronic heart failure: Assessment of left ventricular functional,metabolic,and structural changes using PETCT,and echocardiography[J]. Journal of Nuclear Cardiology,2015,22(4):655-65.

[15] Piao L,Sidhu VK,Fang YH,et al. FOXO1-mediated upregulation of pyruvate dehydrogenase kinase4(PDK4)decreases glucose oxidation and impairs right ventricular function in pulmonary hypertension:therapeutic benefits of dichloroacetate[J]. J Mol Med(Berl),2013,91(3):333-46.

[16] Zhao L,Ashek A,Wang L,et al. Heterogeneity in lung(18)FDG uptake in pulmonary arterial hypertension:potential of dynamic(18)FDG positron emission tomography with kinetic analysis as a bridging biomarker for pulmonary vascular remodeling targeted treatments[J].Circulation,2013,128(11):1214-24.

[17] Mielniczuk LM,Birnie D,Ziadi MC,et al. Relation between right ventricular function and increased right ventricular[18F]fluorodeoxyglucose accumulation in patients with heart failure[J]. Circulation. Cardiovascular imaging,2011,4(1):59.

[18] Aikawa T,Naya M,Obara M,et al. Impaired Myocardial Sympathetic Innervation Is Associated with Diastolic Dysfunction in Heart Failure with Preserved Ejection Fraction:11C-Hydroxyephedrine PET Study[J]. Journal of Nuclear Medicine,2017,58(5):784-90.

[19] Willemsen AT,Slart RH. Myocardial beta-adrenoceptor downregulation in idiopathic dilated cardiomyopathy measured in vivo with PET using the new radioligand(S)-[11C]CGP12388[J]. Eur J Nucl Med Mol Imaging, 2005,32(4):443-7.

[20] 杨彦松,王跃涛. 存活心肌数量预测冠状动脉旁路移植术后左心室射血分数改善和左心室容积减小的价值[J]. 苏州大学,2016.

[21] Brogsitter C,Grüning T,Weise R,et al. 18F-FDG PET for detecting myocardial viability: validation of 3D data acquisition.[J]. Journal of Nuclear Medicine Official Publication Society of Nuclear Medicine,2005,46(1):19-24.