心肌梗死（myocardial infarction，MI）是心血管系统疾病中常见的急危重疾病，其发病率和死亡率都很高。心肌梗死后心室重构是在机械、神经、激素和遗传因素等复杂调控下，心室容积、形状、室壁厚度、心肌结构和超微结构等方面发生改变的过程，会增加心脏突发事件的危险，并导致心功能渐进性恶化^[1]。对心室重构的检测及动态监测对指导临床治疗和判断预后有重要作用。心肌扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI)基于生物体内水分子的各向异性扩散原理，能从微观水平无创性评估组织扩散和空间完整性等信息，可反映心室不同区域心肌纤维重构情况^[2]。本研究采用心脏DTI动态监测心肌梗死后不同区域微观重构的演变，旨在发现心室重构的规律。

1　材料与方法

1.1　心梗模型制备与分组

       本研究经南昌大学医学伦理委员会审查通过。模型制备：采用成年雄性日本长耳白兔，体重2.0~ 2.5 kg，术前禁食12 h，耳缘静脉注射1.5%戊巴比妥钠2 ml/kg全麻，连接实验专用心电监护仪监测并采集术前心电图。胸骨左侧缘切口，剪断左侧第3、4肋骨，拉钩牵引双侧胸壁至心包暴露，提起并剪开心包将心脏暴露。用缝线悬吊并固定心尖部，仔细辨认寻找左室支，大致于左心耳缘下5~ 10 mm内结扎左室支，结扎后见供血远端室壁颜色变苍白且搏动减弱，将心脏回纳心腔。静止数秒后观察心电图，若ST段弓背状抬高，提示模型制备成功。术后连续4 d肌注青霉素(80 U/d）预防感染^[3]。

       资料分组：建立兔MI模型40只，分别为梗死后1、2、4、8周、16周这些时间点各8只。术后1周组中因室颤，2周和4周组中因腹泻各死亡1只，术后8周中因严重感染死亡1只，术后16周中因感染或心衰死亡3只，共成功建立MI模型33只。同时设立正常组和假手术组各5只作为对照组。

1.2　MRI扫描及图像后处理

       DTI扫描：实验终点处死兔获取离体心脏，甲醛固定72 h后洗净，用细线将心脏悬空固定在容器中央，往心腔内及容器中注满Fomblin油，排出空气后密封。采用GE Signa HDxt 3.0 T MR仪，4通道动物专用线圈（上海晨光），行心脏DTI成像，扫描参数：TR 2800 ms，TE 102.6 ms，FOV 10.0 cm×10.0 cm，层厚为3.0 mm，间隔为0.5 mm，矩阵为96 × 96，激励次数为2。采用25个扩散方向，所用b值为1000 s/mm²。扫描层面以左室短轴为主，范围覆盖心尖部至心底部。

       图像后处理：DTI原始图像传输至GE Medical Systems AW 4.4工作站，应用Functool进行后处理及数据测量。采纳Wu等^[4]研究中的定义来划分DTI图像中的梗死区（core-infarction zone，CIZ)、边缘区（peri- infarction zone，PIZ)及非梗死区（non-infarction zone，NIZ)，即在心脏短轴层面，CIZ定为b值为0的图像上心室壁变薄，信号增高区。PIZ认为是CIZ向周边分别扩展其圆周角的四分之一区域。NIZ为心肌剩余部分。正常组和假手术组区域划分对应于MI组的相应区域。在CIZ、PIZ和NIZ分别手动放置ROI并调整大小（10~ 15 mm²)，在自动生成的各向异性分数(fractional anisotropy，FA）和平均扩散系数(mean diffusion coefficient，MD）伪彩图中读取数值，每个区域重复测量3次，取平均值作为最后测量值。

1.3　统计学分析

       采用SPSS 20.0统计学软件。所有计量资料以均数±标准差表示。多组样本间的计量资料比较采用单因素方差分析，多组样本间两两比较采用LSD法。以P<0.05为有统计学差异。

2　结果

2.1　不同组别在不同区域的FA和MD值的比较分析

       在梗死区、边缘区和非梗死区，正常组、假手术组和心肌梗死后不同时间节点组的FA和MD的均值（表1)进行两两比较分析。正常组和假手术组在对应CIZ、PIZ、NIZ的FA值和MD值比较均没有统计学差异(P>0.05)。在MI后不同时间点，CIZ和PIZ的FA值和MD值与对照组比较均有统计学差异(P<0.05)，NIZ的FA和MD值与对照组比较无统计学差异。

       CIZ的FA值在术后1周组与2周组间比较有差异，术后1、2周组分别与术后4、8周及16周组两两比较均有差异。对于PIZ的FA值，在术后4周组分别与2、8周及16周组行两两比较发现有差异(P<0.05)。CIZ的MD值在术后1、2、16周组分别与术后4、8周组进行两两比较有统计学差异。PIZ的MD值只在术后1周组与4周组间比较发现有差异(P<0.05)。

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表1  不同组别在梗死区、边缘区和非梗死区的FA值和MD值
Tab. 1  FA and MD values of different groups in the CIZ, PIZ and NIZ

2.2　不同区域的FA和MD值的动态演变

       CIZ的FA值在术后1周时显著下降，然后逐渐下降，至第4周时最低，之后维持稳定。PIZ的FA值在术后1周时也显著下降，在第2周内基本稳定，后出现小幅度下降至第4周时最低，之后又有小幅度的回升至8周时基本稳定。NIZ的FA值在MI后没有明显变化（图1)。

       CIZ的MD值在术后4周内呈迅速、明显上升趋势，而PIZ的MD值表现为缓慢、渐进性升高，两者均在第4周时达高峰。之后CIZ的MD值基本稳定至8周，在第16周时出现小幅度下降。PIZ的MD值轻度下降达8周时基本稳定。NIZ的MD值在MI后变化不明显（图2)。

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图1  心肌梗死后不同时间点FA值的演变。CIZ和PIZ的FA值在术后第1周时均显著下降，之后下降较缓慢，均在第4周时达最低
图2  心肌梗死后不同时间点MD值的演变。在术后4周内，CIZ的MD呈迅速明显上升趋势而PIZ的MD渐进性轻度升高，两者均是在第4周时达高峰
Fig. 1  showed both the FA values of the CIZ and PIZ significantly decreased in the 1st week, then decreased slowly, both reached the lowest values at the 4th week.
Fig. 2  showed the MD values in the CIZ increased rapidly and dramatically in the 4th weeks after operation, while those in the PIZ increased slowly and gradually, both reaching the peak at the 4th week synchronously.

3　讨论

3.1　不同区域重构的病理改变

       心肌梗死后心室重构是整个心室对损伤的应答反应，CIZ表现为心肌变薄并心腔扩大变形，形成均质性瘢痕，存在室壁瘤破裂风险。PIZ为坏死心肌和存活心肌共存区域，形成不均质瘢痕，存活心肌发生细胞缝隙连接重构和不稳定的心电活动，会增加室性心律失常发生的风险。NIZ作为代偿性重构区域，心肌细胞会肥大并延长、凋亡，间质胶原纤维增生，继发离心性肥厚^[1]。随着时间推移，不同区域重构各异，且调控重构的因素权重也会有所差异，故对MI后重构规律的发现有助于重构机制的揭示以及指导治疗。

3.2　心室微观结构重构的检测意义

       随着心脏MRI技术的发展成熟，由于其软组织分辨率高，多参数、多序列及任意方位成像，无辐射和可重复性好等优势，一站式检查可完成对心脏形态和功能的全面评估。形态学上，心室腔呈不规则扩大和结构变形，表现为收缩末期容积及舒张末期容积增加。功能学上心室收缩及舒张功能障碍，表现为射血分数、峰值射血率及峰值充盈率均降低。尽管这些评估心室整体重构的指标检测简单，但敏感性较差，不能在早期发现重构，不能准确反映不同区域重构的程度，其灵敏性也较低^[5,6]。

       对心肌不同区域的重构进行检测和动态监测有着重要价值，心脏DTI成像可从微观水平反映不同区域心肌纤维的走行、排列、环绕方向、连续性、紧密性等信息，且可定量评估组织完整性和扩散情况。常用指标为FA值和MD值，FA值是代表组织完整性的敏感标志，MD值代表细胞内、外间隙水分子的分布和组织平均扩散情况，两者可从微观角度定量评估心肌重构^[7,8,9]。

3.3　不同区域微观重构的演变规律

       笔者发现CIZ和PIZ的FA值在术后第1周时均显著下降。由此可以推测，在MI后炎症期，CIZ和PIZ组织受损最为明显、迅速，受各种调控因素影响最大，病理变化率最大，这与不良心血管事件，如室壁破裂、恶性心律失常好发于此时期相吻合。然后，CIZ和PIZ的FA值缓慢下降至第4周时最低，而CIZ和PIZ的MD值在4周时同步达高峰，说明CIZ和PIZ组织损伤仍在进展且在4周时完整性破坏最严重，也即病理重构达高峰，这或许也表明4周后再进行延缓重构的治疗所发挥的作用不及在4周内给予治疗所起的作用大。不过在术后4周内，CIZ的MD值呈持续大幅度上升，这与心肌细胞坏死崩解、间质炎性浸润、水肿、胶原纤维增生等有关。PIZ的MD值为缓慢渐进性升高，与CIZ炎症向PIZ扩展的速度，PIZ内存活心肌细胞数量及其代偿性延长、肥厚程度等有关。

       在4周后，发现PIZ的FA值在第8周时出现小幅度回升而MD值轻度下降，推测PIZ重构在自然进程中可能存在部分可逆性，逆转程度可能与梗死大小、位置、透壁程度、缺血后再灌注情况或微血管阻塞等有关，同时也反映此期可作为PIZ重构治疗的靶点，且对此期PIZ重构可逆机制的揭示或许有助于重构的治疗，当然这还需要更多研究来证实。在心梗8周后，CIZ和PIZ的FA值基本趋向稳定，说明心室重构基本达到平衡状态。不过，CIZ的MD值在第16周时出现小幅度下降，推测可能与进行性心功能恶化或慢性心力衰竭发生有关，促进间质大量纤维化并相互交联来代偿室壁应力负荷做功^[10,11,12]。

3.4　心梗后FA和MD值定量的影响因素

       随着心梗时间延长，不同样本间体质的差异，梗死范围的差异，以及心功能渐进性恶化，心力衰竭发生率也增加，而且诱发心衰的因素的存在，如感染、心律失常等危险因素，会造成样本间的个体差异，对DTI定量会带来误差，且对不同样本测值误差影响各异。由于心脏搏动和呼吸运动的存在，作者未能实现在体DTI扫描，有项研究表明离体FA测值大约比在体测值要大四分之一左右，MD值对温度变化较敏感^[10]，由于未能进行在体扫描的验证及相关分析，故具体影响还需进一步研究。

       此外，由于心梗后心脏形变，心室形态不规则，离体标本梗死区变薄、表面皱缩且凹凸不平，采用DTI成像时，存在奈奎斯特鬼影(Nyquist ghost）以及易出现图像变形的干扰。而且，对不同区域测值手动放置感兴趣区，取样容积不同且易产生偏倚，对测值带来的干扰也就各异^[13]。此外，本文不足之处是心肌离体标本缺乏病理学验证，需要改进。

       复杂的生物体内存在快速和慢速两种扩散形式，小b值趋于显示快速扩散的信息，而大b值更多地反映慢速扩散的信息，所以选择合适的b值以使DTI成像能更好地反映心肌纤维重构。因为FA值定量主要依赖于微观结构的方向，心梗后心肌细胞肿胀、核固缩或溶解，以及炎性细胞、纤维母细胞大量募集构成了慢速扩散环境，而细胞外的水肿，胶原纤维的增生和成熟、无序到有序的排列改变了细胞外结构，形成快速扩散环境。由于两种扩散形式在心梗后重构中同等存在，所以定量FA值时选择中等b值（1500~ 2000 s/mm²）更为准确。而MD值以反映快速扩散信息为主，选择小b值(≤1500 s/mm²）即可^[14]。

3.5　结论

       心肌梗死后心室重构是复杂且动态变化的过程，尤其是在心肌梗死后第1周时，梗死区和边缘区组织重构最为迅速且明显，在第4周时，病理重构达高峰，在心梗达8周后，心室重构基本稳定。心脏DTI能够反映微观结构重构演变，可能在宏观形态学和功能学重构指标还未出现异常前就敏感检测到重构和不同区域重构的差异，更为灵敏地动态监测重构演变，这对重构机制的探索和指导临床有着重要意义^[15]。