动态增强MR 肾图观察兔单侧输尿管梗阻可再通模型中对侧肾脏功能改变

么喜存 杨芹 付胜伟 王勇 孙浩然

单侧输尿管梗阻（unilateral ureteral obstruction，UUO） 是临床常见的疾病， 终生发病率约为千分之一。 UUO 可因尿流的物理阻断而导致肾损害，引起肾纤维化[1]。 约2.6%的肾功能衰竭病人的病因是梗阻性尿路病变[2]。 输尿管可因各种情况而阻塞，包括先天性狭窄、创伤、输尿管和腹膜后恶性肿瘤、子宫内膜异位症和尿石症。

正常情况下， 单侧健康肾就足以充分发挥所有的肾功能。 因此，UUO 通常不会导致健康个体的肾功能障碍。 然而， 许多对侧肾脏和输尿管正常的病人由于UUO 而出现肾功能异常[3]。 有研究[4-6]认为这是由多种血管活性物质、生长因子、细胞因子、化学趋化蛋白、 反应氧化代谢产物等所诱导细胞凋亡的结果， 但其确切原因仍不清楚。 既往研究多讨论UUO 和再通模型患侧肾脏的病理和影像改变，未见重点讨论UUO 对侧肾脏改变的影像研究报道，本研究旨在通过建立兔单侧输尿管梗阻可再通模型，初步探讨单侧输尿管梗阻对对侧肾功能造成的影响。

1 材料与方法

1.1 动物模型建立 1 岁龄雌性新西兰大白兔（天津裕达实验动物养殖公司育种）50 只， 体质量3～3.5 kg，室温下饲养并保证足够饮水，定时、定量供给饲料。 将兔随机分为5 组，每组10 只。 其中1 组作为对照组，行UUO 假手术，术中只置管、不封堵；其余4 组行右侧上尿路UUO 术建立输尿管梗阻模型，并分别于梗阻后3、7、14、28 d 行单侧输尿管梗阻再通（recanalization of unilateral ureteral obstruction，RUUO）术。 UUO 术：采用10%水合氯醛（3.5 mL/kg体质量）腹腔注射麻醉；1%利多卡因局部麻醉，于右肋下缘切口，找到并游离右侧输尿管，在肾盂、输尿管交界处下约2.0 cm 处将穿线的动物血管封堵器（IVM Vascular Occluders,In Vivo Metric,Healdsburg,CA,U.S.A,型号:V0-3）的端口绕过输尿管固定。 将甘油3 mL 推注入驱动管，使封堵器隔膜完全膨胀从而紧密压迫输尿管致其封闭，然后结扎封堵器远端，缝合腹膜及肌层， 封堵器远端固定皮下， 缝合皮肤。RUUO 术：麻醉状态下切开皮肤，利用10 mL 的注射器尽量将驱动管中甘油回抽，封堵器隔膜立即回缩，梗阻部位输尿管再通； 缝合伤口。 本研究经天津医科大学总医院滨海医院实验动物管理委员会审查。

1.2 设备与方法 采用Philips Archiva 1.5 T MR 扫描设备，使用8 通道相控阵线圈（孔径20 cm）。 定位扫描后行平衡稳态自由进动快速梯度回波（balanced turbo field echo，B-TFE）扫描，TR 3 500 ms，TE 120 ms， 激励次数4， 矩阵480×480，FOV 230 mm×230 mm，层厚3 mm，层间距1 mm。 动态增强MR 扫描采用T1高分辨率各向同性容积采集（high resolution isotropic volume excitation，THRIVE）技术行冠状面双肾区扫描，TR 245 ms，TE 10 ms，激励次数1，矩阵256×256，FOV 130 mm×130 mm，层厚3 mm，共3层，每次采集4.0 s，共连续采集30 期。 于动态增强扫描开始的同时自兔耳静脉手动注射0.04 mmol/kg体质量的Gd-DTPA （钆喷酸葡胺注射液，北京北陆药业），注射流率1.0 mL/s，注射后用2 mL 0.9%氯化钠溶液冲管。

1.3 描绘MR 肾图（magnetic resonance renography,MRR） 数据上传至Philips EWS（Extended MR Workspace，R3.2.3，Netherlands）工作站，采用T1-PERFUSSION 软件，在双侧肾脏正中冠状面动脉期图像上手动勾画肾皮质、肾髓质兴趣区（ROI），肾髓质ROI 注意避开肾皮质和肾盂。 由软件自动生成时间信号强度曲线(time density curve，TDC），并由此获得肾皮质和肾髓质的信号强度值 （signal intensity，SI）及相对信号强度（ΔSI，即T0与达峰时间之间的信号强度变化值）（图1）。

1.4 肾小球滤过系数（kcl）计算 离体Gd-DTPA 浓度为0～5.0 mmol/L 时，对比剂浓度（C）与ΔSI 呈线性相关[7]，即ΔSI=2.976C-0.026。根据ΔSI得到肾皮质和肾髓质中的对比剂浓度CCx和CMed。 再根据Baumann-Rudin 公式计算kcl，即kcl=[dCMed（t）/dt]/CCx（t）。其中，CCx（t）为单位时间内肾皮质对比剂浓度变化，CMed（t）为单位时间内肾髓质对比剂浓度变化[8]。计算各组梗阻前及再通后kcl， 即对照组UUO 假手术后及术后1 个月的kcl，以及4 个模型组RUUO 术前及术后1 个月的kcl。

图1 ROI 勾画及TDC 示意图。 A、B 图分别为肾皮质和肾髓质ROI 及对应生成的TDC。

1.5 统计学分析 采用SPSS 22.0 软件进行统计学分析。符合正态分布的计量资料以均数±标准差（x±s）表示。 5 组间kcl比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用LSD-t 检验。各组梗阻及再通后kcl比较采用配对t 检验。 P<0.05 表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 梗阻及再通后各组间kcl的比较 5 组间梗阻kcl和梗阻再通后kcl比较差异均有统计学意义（均P<0.05）。 4 个模型组的梗阻kcl均高于对照组，但4 组间比较差异均无统计学意义（均P＞0.05）。 比较梗阻再通后各组的kcl，28 d 组低于其他3 个模型组（P<0.05），但与对照组间差异无统计学意义（P＞0.05）；此外，7 d 组kcl最高， 但仅与对照组和28 d 组比较差异有统计学意义（P<0.05），其他各组间差异均无统计学意义（P＞0.05），见表1。

表1 5 组间梗阻及再通后的kcl 比较

2.2 各组梗阻再通前后kcl的比较 对照组梗阻及再通后kcl差异无统计学意义（t=0.934，P=0.375）。3、7、14、28 d 组梗阻后kcl均高于再通后kcl（分别t=6.804，P＜0.001；t=2.627，P=0.027；t=4.87，P=0.001；t=3.73，P=0.005）。

3 讨论

3.1 可再通UUO 模型的临床价值 UUO 后的治疗策略一直是肾脏科医生最关心的。UUO 不仅会造成梗阻肾脏的肾间质纤维化， 而且也会引起对侧肾脏损伤，最终导致肾功能不全；一些病人甚至在梗阻得到缓解后仍会出现肾损害或进展为肾功能衰竭[9-11]。因此，对于UUO 病人进行输尿管再通或肾切除术哪个治疗方式更为合理仍存在争议。 目前对于UUO病人对侧肾损伤的精确机制尚待研究， 以往的研究多认为是肾小管上皮细胞凋亡及坏死导致肾小管萎缩和肾实质丧失的结果。 最近的研究[12]发现细胞焦亡参与了UUO 病人对侧肾脏的损伤[13]，这种促炎性程序性细胞死亡， 其特征是DNA 损伤和膜穿孔，表现为细胞不断胀大直至细胞膜破裂， 导致细胞内容物的释放进而激活强烈的炎症反应， 在拮抗感染和内源危险信号中发挥重要作用。我们试图通过UUO可再通模型量化这种损伤。UUO 模型是一种广泛应用的肾纤维化动物模型，其特点是1~2 周内阻塞的肾脏出现间质纤维化[14]，而可再通的UUO 模型可用于研究梗阻解除后肾脏的结构和功能恢复， 在炎症和免疫过程、 细胞和组织再生以及随后的组织重塑方面具有广阔的应用前景。本研究利用IVM 血管封堵器制作了可再通UUO 模型，并根据预实验及先前文献报道[15-16]，设定了3、7、14、28 d 的梗阻时长及RUUO 术1 个月的恢复时长， 以模拟不同梗阻时长的兔肾损伤的过程， 从而探讨梗阻时间对解除梗阻后对侧及患侧肾功能恢复的影响。 本研究使用的是Baumann-Rudin 模型， 该数学模型将肾脏分为肾血管和肾小管2 个隔室， 并且单纯认为肾皮质部分为血管隔室， 髓质部分为肾小管隔室。 对比剂由肾皮质到肾髓质的流出速率即为血管隔室至肾小管隔室的滤过系数kcl。研究[17]证实，MRI 利用该模型评估的kcl与传统的菊粉清除率法具有较好的一致性。

3.2 RUUO 术前及术后的kcl比较 UUO 后最直接的表现就是梗阻侧肾积水、肾功能损害，而对侧肾则出现代偿性肾小球滤过率升高[9]。 本研究团队既往研究[7]发现，UUO 术后3 d 组患侧kcl下降较快，而对侧肾kcl则以较快的速度提升以代偿，这与以往的文献[18-19]报道相符合。7 d 和14 d 组的kcl趋于平稳（P>0.05），这说明机体对梗阻造成的损伤有一定的耐受能力， 并且代偿也是有限度的；28 d 较14 d 时的kcl有所下降，我们认为这代表着不可逆损伤的开始，但这两组比较差异无统计学意义（P>0.05），可能是个体差异、样本量、梗阻时间等因素造成的。

RUUO 术后肾功能改变的病理生理过程复杂，影响因素众多。 本研究结果显示UUO 后3、7、14、28 d 组，在RUUO 术后都观察到kcl不同程度减低，其中28 d 组的kcl在RUUO 术后进一步减低， 不仅与RUUO 术前比较差异有统计学意义，甚至接近对照组水平（P>0.05），因此我们认为28 d 组的kcl降低的原理与其他组存在内在差别，其他4 组的kcl降低表示代偿程度的下降，而28 d 组的降低反映的是对侧肾的损伤（因为解除梗阻前kcl均值已经下降），故而造成对侧kcl的减低。

本研究发现对侧肾kcl补偿增加的程度与梗阻侧肾功能的损失程度有关，梗阻早期（3 d 内）患侧肾脏kcl下降比较快，对侧肾脏kcl增加也较快。 我们观察到在梗阻3~14 d 期间，患肾的kcl变化不明显，出现了一个类似平台期的改变， 在同时期， 对侧肾的kcl改变也趋于不明显。 但是，这种趋势不适用于梗阻持续28 d 以后，因为28 d 组在梗阻解除后，对侧肾功能依然显著下降，这表明如果梗阻时间过长，解除患侧的梗阻已经无济于事了，不仅患侧肾kcl没有增高[7]，而且对侧肾的损伤依然继续（kcl继续下降）。所以， 我们认为UUO 晚期患侧肾功能已经不能恢复，但是并不代表没有必要对其进行干预，因为过长时间的输尿管阻塞可能比肾缺失更容易损害对侧肾脏的功能[20]，这也是我们下一步需要研究的内容。

3.3 本研究的局限性 首先，本研究涵盖的时间节点是在预实验及文献报道基础上采用的经验值，故得到的结果只是大概的时间范围， 时间节点涵盖不够全面，且随着梗阻时间延长，样本数据波动较大，需要加大样本量。 其次，因实验条件所限，本研究未涉及实验动物学尿生化指标的变化和组织病理学改变， 实验中发现的一些问题及据此提出的假设尚需进一步的实验和临床工作来验证。

3.4 小结 利用功能MRI 的影像方法来定量评估分侧肾脏功能的优势在于，不仅能反映患肾损伤，还能够观测健肾的代偿与损伤，本研究通过计算kcl量化了单侧梗阻性肾病时健肾的损伤程度， 首次报道UUO 梗阻时间过长会导致对侧肾的损伤，这对制定梗阻性肾病的临床治疗策略提供了一定的理论基础和实验依据。