隨著造影劑及心跳門控技術(shù)的發(fā)展,顯微計算機(jī)斷層掃描技術(shù)(Micro-CT)成為臨床前活體動物心臟研究的有利手段之一。Micro-CT可以在相對短時間內(nèi)獲得心腔高分辨率的三維圖像,時間短也就意味著麻醉時間短,對心臟的副作用小,同時也滿足高通量的成像。
許多研究人員已經(jīng)證明了,Micro-CT可以對心臟的形態(tài)學(xué)和整體心室收縮指數(shù)進(jìn)行量化,如心搏量體積、射血分?jǐn)?shù)(EF),心臟輸出量等。但是,使用Micro-CT評價收縮期排空或舒張期充盈的其他功能參數(shù)未見報道。舒張和收縮功能的評估是至關(guān)重要的,因?yàn)槭湛s功能異常常見于心血管疾病中,尤其在早期臨床表現(xiàn)中;而舒張功能的改善與生存時間的延長有關(guān)。如果Micro-CT這種簡單的成像模式,即可測定舒張和收縮期雙心室功能參數(shù),將對心肺疾病的診斷、預(yù)后具有重要意義。
大鼠肺動脈高壓模型
為了評價Micro-CT能否同時評估左心室(LV)和右心室(RV)的動態(tài)舒張充盈和收縮排空,文中使用了SU5416-低氧(SuHx)大鼠肺動脈高壓模型(PAH)和健康大鼠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
肺動脈高壓是一種罕見但破壞性的疾病,由于肺動脈血管收縮和重構(gòu),引起肺動脈低壓升高。與LV不同,RV對后負(fù)荷的增加很敏感,隨著疾病的進(jìn)展,額外的負(fù)荷會導(dǎo)致RV肥大、纖維化和衰竭。
實(shí)驗(yàn)方法
使用PAH及健康大鼠,尾靜脈注射血池型碘化造影劑eXIA160XL(Binitio Biomedical, Inc, Ottawa, Ontario, Canada),劑量5μL/g體重,調(diào)整自動注射泵至速率0.3ml/min。大鼠經(jīng)過氣體麻醉后,置于珀金埃爾默Quantum GX microCT成像系統(tǒng)中進(jìn)行成像,管電壓調(diào)整至90Kvp,電流80 μA,僅需4min即可完成掃描。重建的數(shù)據(jù)加載到Analyze 12.0軟件中,在心內(nèi)膜輪廓線進(jìn)行圖像重建,計算所有重建的LV和RV體積。
*相關(guān)縮寫:
EDV:舒張末期容積;ESV:收縮末期容積;SV:心博量;LV:左心室;RV:右心室;EF:射血分?jǐn)?shù)。
實(shí)驗(yàn)證實(shí)SuHx大鼠右心室顯著增大,肺動脈擴(kuò)張(圖1A-1C),以及扁平的室間隔朝LV偏移,形成壓縮的d型LV(圖1A和1B)。而健康的對照組大鼠,圖像顯示沒有異常。
圖1. SU5416-hypoxia(SuHx)和健康對照大鼠的心臟功能評價。(A)冠狀面, (B) 橫斷面,(C)三維圖像。
此外,與對照組相比,SuHx大鼠RV舒張末期和收縮末期體積顯著增加(圖2A-C),而RV心搏量體積和EF明顯減少,該結(jié)果與臨床一致(圖2C和2D)。同時,SuHx大鼠LV舒張末期,收縮末和心搏量顯著低于對照組(圖2E–2G)。值得注意的是,SuHx大鼠的LV EF不受影響,這表明LV收縮功能還可以維持(圖2H)。
SV= EDV-ESV
EF=SV/EDV×100
圖2. SuHx和對照大鼠心臟容積及功能參數(shù)對比。
(A)右心室舒張末期容積, (B) 右心室收縮末期容積,(C)右心室心博量容積,(D)右心室射血分?jǐn)?shù),(E)左心室舒張末期容積,(F)左心室收縮末期容積,(G)左心室心博量,(H)左心室射血分?jǐn)?shù)。
心臟肥大小鼠造影成像
幾十年以來,一些心臟肥大和心力衰竭的轉(zhuǎn)基因小鼠模型被學(xué)者們用于心肌肥厚和心衰這些致命疾病可能的分子機(jī)制研究。其中Gαq(G蛋白的一種)過表達(dá)小鼠就是很好的模型,Gαq蛋白過表達(dá)可引起心肌細(xì)胞的肥大和左心室功能減退。在此文章中使用珀金埃爾默Quantum GX microCT成像系統(tǒng)來評價,Gαq過表達(dá)對心臟的影響。
實(shí)驗(yàn)方法
使用Gαq-過表達(dá)及健康小鼠作為模型,尾靜脈注射ExiTron nano6000,100μl/只,注射后立即掃描,使用analyze軟件進(jìn)行分析,用四種顏色代表心臟的不同分區(qū)。
由圖中可以看出,Gαq過表達(dá)對心臟的影響,使用自帶軟件可以清晰的看到冠狀面斷層圖像,可以劃分出心臟的四個腔室(圖3.上排)。藍(lán)色:右心房,黃色:右心室,粉色:左心房,綠色:左心室。相應(yīng)橫斷面的圖像顯示出心房和心室肥大(圖3A)。通過軟件可以測定各個腔室的容積,從而比較Gαq40小鼠和對照小鼠的心臟容積的差別。通過比較容積發(fā)現(xiàn),相對比照小鼠,Gαq40轉(zhuǎn)基因小鼠四個心腔都顯示肥大,心房肥大更加明顯(圖3B)。
圖3. 心臟造影圖像及定量數(shù)據(jù)。
(A)造影后,對照組和Gαq40小鼠心臟成像;
(B)心室及心腔的容積計算。
參考文獻(xiàn)
1. Baktybek Kojonazarov, Alexander Belenkov etc., Evaluating Systolic and Diastolic Cardiac Function in Rodents Using Microscopic Computed Tomography. Circ Cardiovasc Imaging. 2018;11:e007653
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