18F氟脱氧葡萄糖PET/CT评价分葱白提取物对猪缺血再灌注心肌细胞活力的影响
作者：张介眉, 柯于鹤, 郝建军, 夏豪, 吴志坚, 凃欣, 王腾, 吴斌, 朱旭, 朱浩
【摘要】 目的：采用18F氟脱氧葡萄糖（18F?fluorodeoxyglucose，18F?FDG）正发射体层扫描（position emission tomography，PET）心肌代谢显像技术评价分葱白提取物对猪缺血再灌注损伤心肌细胞活力的影响。方法：将24只猪随机分为假手术组、空白模型组、曲美他嗪组和葱白提取物组，每组6只。通过球囊封堵冠状动脉制备缺血再灌注模型。造模后第4天，葱白提取物组用葱白提取物灌胃（5.93 mg/kg，2次/d），曲美他嗪组灌胃曲美他嗪（0.36 mg/kg，2次/d），其他两组给同体积生理盐水，连续给药28 d。各组于最后一次给药后1 h行18F?FDG PET/CT心肌显像检测，采用4级评分法评价相应节段心肌细胞活力。结果：分葱白提取物与曲美他嗪均可改善缺血再灌注心肌细胞活力而保护心肌细胞，与空白模型组比较，差异有统计学意义（P<0.01）；葱白提取物组与曲美他嗪组比较，差异无统计学意义（P>0.05）。结论：分葱白提取物可以改善猪缺血再灌注心肌细胞活力。
【关键词】 心肌再灌注损伤; 心肌细胞; 正电子发射断层显像术; 葱白提取物; 曲美他嗪; 猪
Objective: To investigate the effects of extract of Bulbus Allii Caespitosi on cardiocyte viability of swines with myocardial reperfusion injury by analyzing the 18F?fluorodeoxyglucose (18F?FDG) position emission tomography (PET) imaging.
Methods: Twenty?four swines were randomly divided into sham?operated group, untreated group, trimethazine group and extract of Bulbus Allii Caespitosi group. Myocardial reperfusion injury was induced by plugging the anterior descending coronary artery of swine with sacculus. Bulbus Allii Caespitosi or trimetazidine was given twice daily for 28 days. Then myocardial perfusion was detected with 18F?FDG PET/CT and the radioactivity distribution was evaluated.
Results: Compared with the untreated group, Bulbus Allii Caespitosi and trimetazidine could improve the activity of myocardial cells after myocardial infarction (P<0.01), and there were no significant differences between Bulbus Allii Caespitosi and trimetazidine (P>0.05).
Conclusion: Bulbus Allii Caespitosi can improve myocardial metabolism after ischemia and reperfusion in swines.
Keywords: myocardial reperfusion injury; myocytes, cardiac; positron emission tomography; Bulbus Allii Caespitosi; trimetazidine; swines
冠心病时缺血心肌能量及其他代谢发生一系列变化，故心肌缺血也可认为是一种“代谢性疾病”［1］。18F氟脱氧葡萄糖（18F?fluorodeoxyglucose，18F?FDG）心肌代谢显像是目前公认的判断存活心肌的有价值的方法［2,3］。18F?FDG心肌代谢显像主要是通过比较心肌血流灌注与代谢之间的匹配状态对存活心肌进行估价。当心肌灌注节段性降低时，如果口服葡萄糖后的18F?FDG正电子发射体层扫描（positron emission tomography, PET）显像显示相应节段对18F?FDG摄取正常或相对增加(灌注?代谢不匹配)，标志着心肌细胞虽缺血但仍然存活；相反，相应节段18F?FDG摄取减低(灌注?代谢匹配)标志着心肌细胞不存活［4］。如何改善心肌能量代谢是缺血性心脏病的一个重要方面，也为冠心病的治疗提供了新的思维和策略。分葱白提取物是辛温中药分葱白的提取物，我们的前期研究证明本品具有很好的改善心肌缺血的作用［5］，本研究在制备猪心肌缺血再灌注模型的基础上，观察了分葱白提取物对猪缺血再灌注心肌细胞活力的影响，发现葱白提取物可以有效改善缺血再灌注心肌细胞活力。
1 材料与方法
1.1 动物及分组 DⅣ系猪24只，雌雄各半，体质量（20±5.3）kg，由华中农业大学实验猪场提供（动物检疫合格证号为17388735），随机分为假手术组、空白模型组、曲美他嗪组、分葱白提取物组，每组6只。单笼饲养在温度为24～27 ℃，相对湿度为65%～75%的动物房内，通风，自然光照，普通饲料喂养，自由饮水。
1.2 实验药品 分葱白提取物，由华中科技大学同济药学院提供［分葱白提取物为双子叶百合科植物分葱(Allium fisturosum L. var. caespitosum Makio)的新鲜鳞茎经微波干燥和超临界萃取得到的提取物，干燥葱白超临界萃取的总得率在1.85%左右，主要含有甾体、皂苷、不饱和脂肪酸及含硫化合物等几类化合物，浓度为25%，批号为060110］；曲美他嗪，由施维雅（天津）制药有限公司提供（批号为20055465，每粒20 mg）。18F?FDG（放化纯度>98%），由GE公司生产，华中科技大学同济医学院协和PET中心提供。
1.3 主要仪器 Discovery LS PET/CT和Innova3100型数字化平板血管造影机（GE公司）。
1.4 缺血再灌注模型制备 参照胡耀鹏等［6］的方法制备心肌缺血再灌注模型。禁食8 h后，用氯胺酮（20 mg/kg）、地西泮（2 mg/kg）肌肉注射行基础麻醉后，仰卧固定于手术台上，连接心电监护仪，迅速用套管针在猪耳静脉建立静脉通路，静脉注射戊巴比妥钠(60 mg/kg)麻醉后施行手术。术中根据肢体运动情况每20～30分钟重复静脉注射戊巴比妥钠150 mg，保持麻醉状态，并注意观察其生命体征情况。右腹股沟备皮，消毒铺巾，1%利多卡因局部麻醉，切开皮肤，分离右侧股动脉，穿刺动脉，置入导丝及6F鞘管，注射肝素5 kU，行冠状动脉造影，置入经皮腔内冠状动脉成形术（percutanous translaminal coronary angioplasty，PTCA）球囊导丝，然后置入20 mm球囊至左冠状动脉前降支远段，以303～304 kPa充盈球囊预处理3次。每次球囊充盈时间依次为30、60、120 s，每次间隔时间均为3 min，以303～304 kPa扩张球囊封堵前降支远段。冠脉造影示冠状动脉左前降支（left anterior descending coronary artery，LAD）狭窄达80%～90%，心电监护示ST段呈弓背上抬改变为封堵成功标志。假手术组只穿刺，不封堵。
1.5 给药方法 造模后第4天开始给药，分葱白提取物组用分葱白提取物按5.93 mg/kg［B种动物的剂量(mg/kg)=折算系数×A种动物的剂量(mg/kg)，折算系数=1.78］，2次/d灌胃，曲美他嗪组按0.36 mg/kg，2次/d给药，其他两组同体积生理盐水灌胃，给药时间28 d，各组于最后一次给药后1 h检测心肌代谢显像。
1.6 18F?FDG PET/CT检测心肌代谢显像 实验前一天晚上禁食。最后一次给药1 h后，耳缘静脉注射50%葡萄糖50 mL，然后静脉注射6 U胰岛素，查空腹血糖大于6.1 mmol/L后10 min，按6.475 MBq/kg注射18F?FDG，活度4.5 mCi，50 min后进行透射显像和发射显像。PET图像行衰减校正及迭代法重建，获得心脏短轴、水平长轴和垂直长轴的断层图像，扫描层厚4.25 mm，应用短轴图像重建靶心图。
心肌分段采用美国心脏学会的17节段分法(见图1)。用视觉评价法对18F?FDG PET/CT图像各节段的放射性分布进行4级评分［7］：3分，摄取正常；2分，轻度减少；1分，中度减少；0分，严重减少。如心肌各节段18F?FDG中度或明显聚集，认为心肌有活力；如心肌各节段无聚集或聚集极轻，则认为心肌无活力。
1.7 统计学方法 计量资料数据用x±s表示，采用单因素方差分析法对实验数据进行分析，组间比较采用t检验，P<0.05为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 心肌缺血再灌注后心电图表现 模型组猪缺血后心电图检测显示为ST段呈弓背上抬，QRS主波向上呈Rs型，再灌注时QRS波表现为主波向下rS型或QS型，伴QRS波增宽，然后r波波幅逐渐增大，演变成主波向上的Rs型，QRS时程恢复正常。治疗后分葱白提取物组和曲美他嗪组心电图ST段均明显下降，下降幅度均大于50%。
2.2 18F?FDG PET/CT心肌代谢显像 18F?FDG PET/CT显像示放射性稀疏或缺损集中于前壁或心尖，与封堵前降支血供范围相一致。假手术组心肌活力正常，各节段放射性分布评分分值降低。空白模型组无活力心肌节段数明显高于正常对照组（P<0.01），各节段放射性分布评分分值明显低于正常对照组（P<0.01）；分葱白提取物组和曲美他嗪组无活力心肌节段数明显低于空白模型组（P<0.01），各节段放射性分布评分分值明显高于空白模型组（P<0.01），两组之间比较差异无统计学意义（P>0.05）。结果提示，分葱白提取物可以改善缺血再灌注心肌细胞活力。见表1和图2。
图1 左心室分段模拟图（略）
Figure 1 Simulation graph of segments of left ventricle
表1 各组无活力心肌节段数及放射性分布评分（略）
Table 1 Number of no vitality myocardial segments and radioactivity distribution
**P<0.01, vs sham?operated group; △△P<0.01, vs untreated group.
图2 缺血再灌注后18F?FDG PET/CT心肌代谢显像（略）
Figure 2 Imaging of myocardial metabolism in myocardial segments observed by 18F?FDG PET/CT after reperfusion
A: Sham?operated group; B: Untreated group; C: Trimetazidine group; D: Extract of Bulbus Allii Caespitosi group.
3 讨论
随着冠状动脉搭桥术或冠状动脉成形术在冠心病中的应用越来越广泛，心肌细胞存活情况的研究显得尤为重要。在心肌梗死患者术前准确预测心肌血流灌注减低区及室壁活动消失区心肌是否存活，是再通术后局部心室功能能否恢复的重要依据。缺血再灌时心功能的改变与脂代谢改变引起的生化改变有关。这种生化改变不仅影响脂类的能量代谢，也可影响膜的完整性。18F?FDG PET/CT心肌代谢显像是目前判断心肌存活最准确的方法，被称为“金标准”。18F?FDG PET/CT显像的临床应用对评价药物治疗心肌缺血的疗效，提高冠心病诊疗水平意义重大。
心肌细胞通过心肌的微循环进行能量代谢。优化心肌能量代谢是治疗缺血性心脏病的重要手段之一，受到临床上的广泛关注。研究表明，几种改善血液动力学的药物(β受体阻滞剂、钙拮抗剂、硝酸酯)联合治疗心绞痛，并不比单药获益更大，而且有可能增加不良事件的发生。事实上心肌缺血时，一方面有血液动力学改变，一方面心肌代谢也发生了变化，循环中脂肪酸水平显著升高，葡萄糖氧化受到抑制，伴乳酸堆积、酸中毒、收缩功能障碍及继发膜损伤。因此，针对心肌缺血时的血液动力学改变和代谢变化进行治疗，可有效改善心肌缺血［8］。
心肌缺血再灌注损伤属于中医“胸痹”、“心痛”范畴，是因胸阳不振，阴寒、痰浊留踞胸廓，或心气不足，鼓动乏力，使气血痹阻、心失血养所致。我们认为“阳气不通，心脉痹阻”是其发病的关键，由于“阳气宜通”所以治疗当用辛温药“通阳宣痹”，意在阳气一通，痰瘀得化，血脉畅通，心脏得养。在药物的选择上，我们在历代医家临床用药体会和自己临床经验的基础上，选用辛温通阳中药分葱白治疗冠心病收到满意疗效。我们前期临床和实验研究也发现用分葱白提取物具有改善心肌缺血和抗氧化损伤作用，我们认为这种作用正是分葱白良好“通阳”作用之表现［9］。因此，我们选用辛温药分葱白研究“通阳中药”对缺血心肌细胞能量代谢和微循环的影响。
微循环障碍和能量代谢异常是心肌缺血的病理基础，优化心肌能量代谢和改善微循环是治疗缺血性心脏病的重要手段之一。气为血之帅，气血的生化与运行全赖阳气的温煦推动。用“阳气不通”理论可以很好地解释缺血心肌微循环障碍和能量代谢异常的机制，通阳中药葱白具有较好的辛温通阳功效。本实验结果表明，分葱白提取物可以改善心肌缺血再灌注损伤，其机制与促进心肌细胞能量代谢有关，和能量代谢药物曲美他嗪相比差异无统计学意义，说明辛温通阳中药对于缺血心肌能量代谢具有较好的调节作用。在传统活血化瘀、温阳益气、化痰祛浊治法基础上，从阳气不通的角度探索冠心病治疗的新途径，对于提高冠心病诊疗水平，具有很高的临床价值。本研究仅仅研究了一种辛温通阳中药对心肌缺血再灌注损伤的影响，对于其他药物的研究可能会对冠心病的防治产生深远的影响。本研究只是从能量代谢的角度初步研究了葱白提取物对心肌细胞活力的影响，其分子机制有待于进一步研究。
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