血管回声跟踪技术评估兔颈动脉斑块形成后动脉弹性功能改变

张双双 陈 莉 吕仁华 王 涌

(复旦大学附属华山医院超声医学科 上海 200400 )

动脉斑块形成是动脉粥样硬化的表现之一,与内中膜厚度(intima-media thickness,IMT)、动脉弹性功能一样,均是心脑血管疾病的重要标志和独立危险因子,但相比于IMT增厚,斑块形成对心脑血管疾病具有更好的相关性和更高的预测价值[1-2]。二维超声是无创性血管疾病检查的常用超声诊断方法,既可测量IMT,也可通过对斑块回声及其表面情况的观察对斑块的性质作出初步评价[3]。二维超声下高回声或强回声斑块富含纤维成分或钙化成分[4],而这些成分的斑块出现及其范围才是动脉弹性下降的主要决定因素[5],并参与心肌梗死[6-7]、脑中风[8]及慢性肾[9]等临床疾病的进展。

血管回声跟踪(echo tracking,ET)技术是这些年来广泛用于血管功能评价的超声诊断技术,通过实时跟踪血管壁的运动轨迹,描记血管内径随心动周期变化的曲线,再结合即时血压,运用其内置的数字化图像管理系统(enhanced digital management system,e-DMS)即可自动计算出各弹性参数的数值,从而对血管弹性功能进行量化分析。有学者认为动脉局部的血流动力学改变与动脉顺应性有关[10],也有学者提出脉冲多普勒技术检测的血流动力学参数可检测出某些因素(如血压)引起的血管弹性和顺应性改变,表现为随血压的升高流速减低、阻力增高的特点[11]。本研究同时采用ET技术和脉冲多普勒技术对颈动脉斑块模型兔的右侧颈动脉进行功能检查,旨在了解颈动脉斑块形成后兔动脉弹性功能的改变及其与动脉斑块的关系,比较两种超声检查方法的应用价值。

材 料 和 方 法

实验动物普通级健康雄性新西兰兔43只(上海甲干生物科技有限公司),右侧颈动脉结构正常,体重1.8～2.2 kg,实验合格证号:SYXK(沪)2013-0087。兔为单只单笼饲养,新到兔先于动物房适应1周后再进行实验。饲养期间自由饮食,灯光12 h交替照明,室温(24±1)℃,空气湿度(55±5)%,给予充足的水和普通饲料。1周后普通饲料换成高脂饲料(即1%高胆固醇饲料,含6%椰子油),其他条件不变。

仪器和方法

超声诊断仪 使用Aloka F-75彩色多普勒超声诊断仪,选择频率为10 MHz高频线阵探头,机器内配ET技术e-DMS,并自带肢体导联。

超声检查前准备 对实验兔进行随机编号,同时用电子秤测量每只兔的体重。用3%戊巴比妥钠以30 mg/kg剂量经耳缘静脉注射,对实验兔进行浅麻醉。对实验兔的右侧颈部颈动脉区、双侧上肢及右侧下肢部分区域进行剪毛、脱毛处理。连接兔肢体导联心电图。

超声检查时间及观察指标 于实验开始时的第0周和高脂饮食喂养后第4周末,分别对每只实验兔进行超声检查并记录检查结果。检查内容包括:二维超声模式下检查内膜表面是否光滑,有无斑块形成;脉冲多普勒超声模式下检测搏动指数(pulsatility index,PI)、阻力指数(resistance index,RI)、收缩期峰值流速(peak systolic velocity,PSV)、舒张期末流速(end diastolic velocity,EDV)和平均血流速度(mean velocity,MnV);ET模式下测量动脉僵硬度参数(stiffness parameter,β)、压力应变弹性系数(pressure-strain elastic modulus)Ep、动脉顺应性(arterial compliance,AC)、脉搏波放大指数(augmentation index,AI)和单点脉搏波传递速度(one-point pulse wave velocity,PWVβ)。

超声检查方法 首先,在二维超声模式下对每只兔的右侧颈动脉进行纵切面和横切面的检查,对内膜进行检查,并观察有无斑块形成,记录阳性结果。随后,启动脉冲多普勒技术检测各个血流动力学指标。最后,调整探头获取最佳颈动脉长轴切面后,进入B/M模式,选择颈总动脉近心端1～2 cm处作为取样区,避开IMT增厚及斑块区域,将追踪门分别置于颈动脉前、后壁内-外膜交界处,检查心电图波形稳定后启动ET技术,追踪门可自动描记血管前后壁的运动轨迹,并以曲线形式显示血管内径随心动周期的变化(图1A),连续获取8～10个稳定的波形并储存,结合兔即时血压,进入e-DMS进行在线或脱机分析,自动计算出Ep、β、AC、PWVβ、AI等5个参数的数值(图1B)。对两位高年资超声诊断医师独立测得的结果取平均值作为检测结果。

A:ET technique traced wall motion of carotid artery.Left:the position of sampling gate;Right:changing curve of carotid artery diameter.B:Enhanced digital management system analyzed elasticity parameters.

图1颈动脉弹性参数测量及结果输出
Fig1Themeasurementandoutputofcarotidelasticparameters

入选斑块及实验分组正常兔颈动脉IMT 约0.2 mm[12],本研究将厚度 ≥0.5 mm高回声或强回声斑块入选为B组(图2),其余则纳入A组。根据第4周末二维超声下的观察结果,将43只兔分为无斑块组(A组,15只)和有斑块组(B组,28只)。A、B两组在第0周所测得的各参数值对应的称为A0组和B0组。

结 果

二维超声观察结果第0周所有兔内膜线光滑、整齐,未检测到明显增厚的IMT及斑块。第4周末部分兔颈动脉内膜表面欠光滑,并可见到1处或多处高回声或/和强回声斑块突入管腔,将厚度≥0.5 mm者记录下来。

脉冲多普勒检测指标第4周末所有兔的各血流动力学指标与第0周基础状态比较,差异无统计学意义。各血流动力学指标在A组与B组及A0组与B0组之间差异无统计学意义(表1)。

Carotid artery plaque could be detected in the right carotid artery of rabbits in group B by two-dimensional ultrasonography at the end of the 4thweek,as shown by arrows.A and B were two different rabbits of group B.

图2兔颈动脉斑块二维声像图
Fig2Ultrasoundimagingofcarotidarteryplaqueinrabbits

GroupPIRIPSV (cm/s)EDV (cm/s)MnV (cm/s)A01.26 ± 0.320.66 ± 0.0855.26 ± 11.4518.75 ± 5.2529.29 ± 5.81B01.53 ± 0.560.71 ± 0.1362.56 ± 19.5417.72 ± 5.7329.64 ± 5.89A1.34± 0.540.65 ± 0.1176.50 ± 19.9125.54 ± 9.2339.03 ± 9.48B1.31 ± 0.330.66 ± 0.0868.31 ± 15.6323.29 ± 7.6135.36 ± 9.37t/z of B-A-0.178-0.3311.4860.8581.216t/z of B-B01.7971.608-1.216-1.940-1.943t/z of A-A0-0.4850.075-1.950-1.916-1.949t/z of B0-A0-0.797-1.428-1.5290.4090.665P > 0.05> 0.05> 0.05> 0.05> 0.05

A 0,B 0:At the beginning;A,B:At the end of the 4thweek.

ET技术测量结果所有兔在第4周末测得各弹性参数分别与第0周进行比较,β 、Ep和PVWβ均较基础状态增高,差异有统计学意义(t分别为-12.941、-13.535和-7.902,P均<0.001);AC、AI差异无统计学意义。B组各参数与A组进行比较:β、Ep 、PWVβ显著增高,差异有统计学意义(t分别为-3.485、-2.259、-2.233,P=0.001,0.029,0.031)(图3);AC、AI差异无统计学意义,各弹性参数在A0组与B0组之间差异无统计学意义(表2)。

(1)P<0.05,(2)P<0.01,(3)P<0.001.0 wk:At the beginning;4 wk:At the end of the 4thwk.

图3A、B两组动脉弹性参数β、Ep及PWVβ结果分析
Fig3Analysisofarterialstiffnessparametersβ,EpandPWVβbetweengroupAandB

GroupβEp (kPa)AC (mm2/kpa)AI (%)PWVβ (m/s)A09.07 ± 0.6888.38 ± 4.860.069 ± 0.036-20.24 ± 22.935.49 ± 0.30B 09.19 ± 0.8891.31 ± 5.790.062 ± 0.026-36.84 ± 26.375.39 ± 0.49A11.14 ± 1.17(1)104.05 ± 4.69(1)0.077 ± 0.051-40.91 ± 30.815.93 ± 0.28(1)B12.29 ± 0.98(2)(4)108.03 ± 6.02(2)(3)0.056 ± 0.020-46.04 ± 25.106.16 ± 0.33(2)(3)

A 0,B 0:At the beginning;A,B:At the end of the 4thweek.(1)vs.group A0,P<0.001;(2)vs.group B0,P<0.001;vs.group A,(3)P<0.05,(4)P<0.01.

讨 论

ET技术是一种有效的血管功能检测方法,通过将采集到的同时含有振幅信息和相位信息的射频原始信息用零交叉方法转换为距离信息而获取管壁的位移,其距离测量的精确度可高达0.070～0.013 mm[13]。其优势在于能够在血管形态及结构出现显著改变之前,对血管弹性功能异常作出早期诊断,同时还具有操作简单、重复性好、无创等优点。血管弹性功能异常是个体自身因素如年龄、性别和基础因素如高血压、高血脂、吸烟等共同作用的结果。ET技术目前已成熟用于评价这些因素对血管弹性功能产生的影响,为临床相关疾病的发生、发展及预后评估提供了重要信息。Ershova等[14]使用ET技术对66例家族性高胆固醇患者及其血脂水平正常的一级亲属57例进行颈动脉弹性功能检测,将同一年龄阶段两组人群进行比较后发现,前者动脉弹性功能显著低于后者,表现为β、Ep、PWVβ升高,AC降低,表明ET技术可用于评估高脂血症引起的动脉弹性降低。有学者使用ET技术对动脉形态、结构均正常的高血压病患者[15-16]、糖尿病患者[17-18]和被动吸烟者[19]等不同人群以及不同类型的动脉模型[20-21]进行研究,发现ET技术检测的动脉弹性参数的变化早于形态学改变,并与实验动物的病理结果相一致,提示ET技术可准确诊断早期血管功能异常。然而,对于有显著形态学改变的血管,如斑块形成后血管弹性功能的评价,ET技术的应用价值目前证据不足。

本研究基于前期研究[22-24],利用高胆固醇饮食构建动脉粥样硬化兔模型。利用ET技术对出现斑块的兔颈动脉进行弹性功能检测,在高胆固醇饮食第4周末,所有实验兔右侧颈动脉弹性参数均较基础状态增高,说明ET技术可评价高脂饮食引起的动脉弹性功能下降。为进一步探究高脂饮食对动脉弹性影响的具体原因,本研究将B组与A组的各参数比较,前者弹性参数β、Ep及PWVβ显著高于后者,表明ET可用于斑块形成后动脉弹性的评价,而对斑块组与非斑块组的比较提示动脉弹性功能下降可能与高回声或强回声斑块的出现有关。脉冲多普勒测及的各血流动力学指标在各组之间均未出现明显统计学差异,表明血管回声跟踪技术在评价高胆固醇饮食引起的动脉弹性功能异常方面较脉冲多普勒技术更敏感。

动脉斑块的形成是高脂血症等血管内皮损害因素持续存在的结果,病理改变首先是内膜下富含大量脂质的泡沫细胞的聚集,形成脂纹,随后发展为纤维斑块,进一步发展可出现斑块内出血,钙化及表面溃疡等改变。Thompson等[25]提出超声检测颈动脉钙化斑的出现与老年人群总死亡率及心血管疾病的预后相关,形成颈动脉钙化斑块的老年人的心血管疾病发生率及死亡率是非钙化斑块老年人的3倍左右,而钙化斑块的存在可对动脉弹性功能造成影响。

卢强等[26]用ET技术对颈动脉斑块者的动脉弹性功能进行研究,认为斑块对颈动脉弹性功能的影响比较复杂:从整体角度分析,动脉弹性功能是下降的,且随着其他心血管危险因素增多,下降趋势更明显;但从局部角度观察,颈动脉弹性并未发生显著变化。Zureik等[27]使用颈动脉-股动脉脉搏波传播速度对561例体检者的动脉弹性功能进行统计分析后发现,动脉弹性功能的下降与斑块内部回声有关,当斑块是以纤维或钙化成分为主时,动脉弹性功能呈现明显下降,这与本研究利用ET技术评价颈动脉斑块引起的动脉弹性功能下降结果相一致。

本研究尚存在以下不足:(1)研究所使用的43只实验兔在第4周末实验结束后继续参与了其他实验研究,故未能及时对实验兔动脉斑块进行病理取材,因此缺少了病理学参照。(2)二维超声作为本实验检测和评估斑块的主要手段,只能对斑块的性质做出初步的评估,且观察结果受操作者的经验和手法等影响较大。(3)本研究只进行了单侧颈动脉的检查。

综上所述,ET技术不仅可以用于评价早期血管功能的改变,还可用于斑块形成后的动脉弹性功能的研究,且其在这方面的诊断价值高于脉冲多普勒技术。本研究表明,高脂饮食引起的斑块,尤其是富含纤维或钙化成分的斑块,可对血管弹性功能产生一定的影响。