优化硫酸钡造影剂对小鼠血管造影效果观察

钱凤涛, 王成稷, 王 恺, 李 珺, 赵轶芸, 袁益婷, 缪 祥

(中国科学院上海营养与健康研究所, 上海 200031)

自1895 年伦琴发现了X 射线，从此奠定了放射诊疗学的基础。但由于血管的密度与机体相似，无法被描绘出来。1896 年科学家开始了对血管造影剂的研究[1,2], 1986 年Rees 等[3]优化了明胶一氧化铅的灌注配方，成为血管灌注技术方面的“金标准”, 2006 年楼新法等[4]又将该配方进行了优化, 2010年邹天乐等[5]使用硫酸钡与乳胶配合的灌注配方，经大鼠皮动脉造影验证其造影结果能与氧化铅相当。但乳胶配制时需要使用氨水，具有刺激性。本文使用免洗手凝胶作为载体，对硫酸钡造影剂的配方做了优化，并尝试将该造影剂应用于小鼠血管造影。

1 材料与方法

1.1 实验动物

SPF 级雄性C57BL/6 小鼠25 只，体质量约25 g，购自上海斯莱克实验动物有限公司[SCXK(沪)2017-0006]。小鼠饲养于中国科学院上海营养与健康研究所实验动物平台 SPF 级动物屏障设施[SYXK (沪) 2019-001]。

1.2 主要试剂和仪器

免洗手消毒凝胶购自上海利康消毒高科技有限公司(批号： 20180203)； 生理盐水购自江西科伦药业有限公司(批号C8111301)； 硫酸钡购自青岛红蝶新材料有限公司(批号： 3180930)； 三溴乙醇购自上海沃凯化学试剂有限公司(批号： 20180912)； 肝素购自国药集团(批号： 20180506)。

X-ray成像系统购自韩国Medikors公司, 型号InAlyzer； 体式显微镜购自德国Leica公司, 型号： EZ4；显微手术镊购自深圳瑞沃德生命科技有限公司, 规格： F11022-11。8-0 结扎线购自上海浦东金环医疗用品股份有限公司； 1 mL 注射器配0.4 mm针头购自上海康德莱企业发展集团(批号K20170922)。

1.3 硫酸钡混悬液的配置

根据实验设计, 硫酸钡混悬液由初选配方和优选配方两次配制, 初选配方在优选配方的基础上制定, 混悬液现配现用, 其中配方1～8的免洗手消毒凝胶均为5 mL 和生理盐水均为1 mL，其中配方1～5 的硫酸钡分别为1 g、3 g、5 g、7 g 和9 g,配方6～8 的硫酸钡分别为3.5 g、4 g 和4.5 g。

1.4 动物分组

配方1～6 及配方8 各使用3 只小鼠，配方7使用4 只小鼠。

1.5 标本的灌注

配置体积分数4%三溴乙醇溶液, 按380 mg/kg计量进行腹腔注射麻醉，在小鼠进入深度麻醉，按压脚趾无反应、生命体征尚存时进行实验。于阴茎背静脉注射600 IU/mL 肝素钠0.5 mL，分离一侧颈总静脉，分离一侧股动脉并预留结扎线，剪断颈外静脉作为血液流出口，于股动脉灌注硫酸钡造影剂，灌注至注射器能感觉明显阻力时停止灌注，结扎股动脉。灌注完成后，将血管外的硫酸钡混悬液清理干净。

1.6 X 射线成像

动脉灌注完成后将小鼠放入X-ray 成像系统中，选择Analysis Mode 成像，成像的X 射线参数为电流： 1.25 mA，电压： 50 kV。成像完成后反向处理图像。

1.7 血管直径测量

使用X-ray 成像系统中软件自带的测量程序测量小鼠血管直径。

2 结果

2.1 血管造影

通过实验发现，各配方均能对小鼠血管造影，但不同配方的造影效果各异(图1)。

2.2 硫酸钡造影剂的最佳配比

在初选配方时第3 组的成像结果较为清晰但血管较少； 第2组的血管较多但不够清晰(图1B、C),故在优选配方中对硫酸钡的用量进行调整。经反复测试确定配方7(图1G)为最佳配置比例。

配方7 可得到清晰的小鼠血管造影，包括小鼠的主动脉、肾动脉、颈动脉、股动脉以及更细的动脉血管等均清晰可见,经测量小鼠的颈动脉直径约0.41～0.49 mm(图2)。

3 讨论

据邹天乐等[5]报道, 乳胶-硫酸钡配方可对大鼠皮动脉造影。陶友伦等[6]实验表明, 400～500 g大鼠皮动脉直径约(0.53±0.12) mm[6]。在本研究的最佳配方下, 可得到小鼠颈动脉的清晰图像,经测量小鼠的颈动脉直径约(0.45±0.04)mm(图2)。血管造影的效果，取决于硫酸钡混悬液的浓度、载体与硫酸钡的比例、X 射线参数、灌注的力度和速度。

3.1 硫酸钡的优点

临床上常用的血管造影剂为碘普罗胺、碘异肽醇、碘苯六醇[7]，这些造影剂使用方便但造影时不能选择性地只对动脉或静脉造影。而使用氧化铅或硫酸钡可以选择性对动脉或静脉造影。氧化铅斜方晶体粒径为1～15 μm[5]，而硫酸钡的直径约为0.1～1 μm[12]，所以在理论上硫酸钡可以进入直径更细的血管。氧化铅属于二等毒物，硫酸钡则无毒[8]，使用硫酸钡作为造影剂更为安全，可避免氧化铅带来的铅中毒危险。

A： 配方1； B： 配方2； C： 配方3； D： 配方4； E： 配方5； F： 配方 6； G： 配方7； H： 配方8图 1 各配方的小鼠血管造影对比(以腹部为例)

A：颈部动脉；B：主动脉；C：肾动脉； D：股动脉图2 小鼠血管造影最佳效果

3.2 载体的选择

由于硫酸钡的密度大于4.5，其自然沉降是无法避免的[9]，而在混悬液中加入一定量的载体可有效减缓其沉降[10]。本文采用免洗手消毒凝胶作为硫酸钡的载体，免洗手消毒凝胶相较其他的载体，如乳胶、生粉、甲基纤维素等，其配制更简便、价格低廉、无毒无害，而且在生活中十分常见。经过反复试验及调整配方、得到了较好的成像效果。

3.3 影响硫酸钡造影效果因素

3.2.1 硫酸钡浓度 本次研究采用钡餐，该钡餐为粉末状, 能够很好与载体混合。研究发现硫酸钡的浓度会直接影响成像的效果[11]。浓度越高,成像效果越好，成像的血管直径越粗； 浓度越低,成像效果越差, 成像血管的直径越细。究其原因,硫酸钡在配置成混悬液后会形成团聚体[5], 浓度越高，硫酸钡所形成的团聚体越大，导致其无法进入更细的血管，使小血管不能成像； 浓度越低，硫酸钡所形成的团聚体越小，可以进入更细的血管，但由于硫酸钡的浓度太低，无法完全阻挡X射线穿过，导致成像效果不清晰。在反复试验后, 最终确定硫酸钡配制比例为硫酸钡4 g，免洗手消毒凝胶1 mL，生理盐水5 mL。

3.2.2 X 射线参数 X 射线的成像质量与电压、电流、曝光时间等有关[4]，本实验使用ANALYSIS MODE拍摄, 成像的最佳参数均由设备自动选择。

3.4 造影剂的灌注

硫酸钡的灌注不同于临床上的乳胶高压灌注。灌注造影剂时，动作要轻柔，灌注速度不宜过快，如灌注时速度过快、用力过大会导致小鼠血管爆裂，造影剂流出会影响成像结果。

3.5 灌注血管的选择

本实验采用股动脉作为注射用血管，灌注前使用肝素钠对小鼠全身的血液抗凝，剪断颈外静脉作为血管流出口。最大程度保证了小鼠血管成像的完整性。

经优化后的硫酸钡灌注配方，可得到高质量的血管造影效果。该配方配置方便，成本低廉，不会对实验人员及环境造成影响，在血管研究， 如肿瘤血管生成研究等领域不失为一种有效的造影方法。