第一部分:速度向量成像对糖尿病大鼠左室局部功能的评价目的:研究速度向量成像(Velocity Vector Imaging, VVI)技术结合潘生丁负荷实验是否能够检测出糖尿病(Diabetes milletus, DM)大鼠左心室潜在的弥漫性室壁运动异常,为临床糖尿病心肌病(Diabetic Cardiomyopathy, DCM)心肌功能障碍的早期诊断和疗效监测提供一种可定量的、简便易行的检查方法。研究方法:23只雄性SD大鼠,禁食12小时后,腹腔内注射1%的链脲菌素(streptozotocin, STZ)溶液65mg/kg。于注射后第3天、第7天、第28天、第56天及第84天禁食4小时后,取尾静脉血测定血糖浓度,血糖浓度>16.7mmol/l,且具有明显的多饮、多食、多尿以及体质量减轻症状者选定为糖尿病模型(DM组, n=18,其中5只大鼠因STZ抵抗而剔除)。另选12只体质量匹配的雄性SD大鼠做为正常对照组,腹腔内注射等量的柠檬酸缓冲液。常规饲养12周后,充分麻醉状态下行气管、颈静脉插管,分别连接呼吸机和三通管,然后行左侧胸腔切开术。采用Sequoia 512C彩色多普勒超声诊断系统,14MHz线阵探头,经心包进行超声心动图检查,分别存储静息状态及潘生丁负荷(3.5mg/kg)后乳头肌水平左室短轴M型及动态二维图像。从M型图像中测量室壁的厚度并计算室壁增厚率。动态二维图像脱机后用syngo VVI软件进行分析。根据美国超声心动图学会制定的标准16节段法,将乳头肌水平左室短轴分为6个节段,在一帧静态图像上分别描记心内膜和心外膜下心肌的节段点,在动态过程中,软件自动追踪并描记心内膜和心外膜。从分析软件自动给出的速度、应变、应变率曲线图中测量各个节段心肌最大收缩期运动速度(Vs)、最大舒张期运动速度(Vd)、最大径向应变(εr)、最大切向应变(εc)、最大收缩(舒张)期切向应变率(SRc)以及径向应变率(SRr)。超声心动图检查完毕后处死动物,摘除心脏,一部分左室心肌组织做透射电镜切片,观察心肌细胞超微结构的改变;余心肌组织固定后行HE染色及CD31免疫组化染色。结果:无论在静息状态还是潘生丁负荷后,DM组大鼠左室壁各个节段之间的心肌运动速度、应变、应变率均无显著性差异(P > 0.05),这一特点与正常对照组大鼠的研究结果相一致。因此我们引入了各个指标6个节段的平均值进行进一步的分析。静息状态下,DM组收缩期和舒张期SRc较正常对照组显著减低(P < 0.05),其余指标与正常对照组没有统计学差异。潘生丁负荷后,尽管DM组和正常对照组室壁运动速度、应变、应变率均较静息状态下显著增高(P < 0.05);但DM组各指标却显著低于正常对照组(P < 0.05)。无论在静息状态还是在潘生丁负荷后,DM组和正常对照组之间室壁增厚率的差异没有统计学意义(P > 0.05)。HE染色结果显示DM组及正常对照组心外膜下的冠状动脉均没有明显的粥样硬化斑块形成。免疫组化结果表明DM组毛细血管密度较正常对照组显著减低(P < 0.05)。透射电镜结果显示DM组心肌细胞超微结构发生了一系列的改变:如毛细血管基底膜局灶性增厚,局部毛细血管管腔变窄呈“裂隙”状以及毛细血管内微血栓的形成;心肌细胞间连接受到破坏(局部闰盘的断裂),肌丝排列紊乱,部分断裂、融解,线粒体肿胀,嵴变短或消失呈“空泡”状,肌浆网肿胀等。结论:基于VVI的室壁运动速度、应变以及应变率的各项指标与负荷超声心动图相结合,可以比较全面的评价DM大鼠左室短轴的室壁运动,较早地检测出DM大鼠由于微循环功能障碍及心肌细胞超微结构改变造成的弥漫性室壁运动异常。收缩(舒张)期的最大切向应变率可能是更为敏感的指标,其在静息状态下便可以检测出这种室壁运动的异常。第二部分:心肌造影超声心动图对糖尿病大鼠心肌微循环的评价目的:研究心肌造影超声心动图(Myocardial Contrast Echocardiography, MCE)技术结合潘生丁负荷试验是否能够早期检测出DM大鼠左心室心肌微循环障碍,为临床DCM心肌微循环障碍的早期诊断和疗效监测提供一种可定量的、简便易行的检查方法。方法:35只雄性SD大鼠,分为糖尿病组(n=18,其中5只大鼠因STZ抵抗而剔除)和正常对照组(n=12),模型的制备同第一部分。常规饲养12周后,充分麻醉状态下行气管、颈静脉插管及左侧胸腔切开术。采用Sequoia 512C彩色多普勒超声诊断系统经心包行MCE检查。造影剂选用声诺维TM (SonoVueTM),输注方式为经颈静脉连续注射,输注速度为168ml.kg -1 .h -1。分别在静息状态和潘生丁负荷后行乳头肌水平左室短轴心肌造影并存储实时动态图像,脱机后用syngo ACQ软件进行分析。在心肌灌注第一帧短轴切面的前壁、侧壁、后壁、室间隔心肌组织及心腔内分别勾画出感兴趣区域,软件动态追踪并测量感兴趣区域内的平均声学强度,拟合成声学强度-时间曲线,并给出各个感兴趣区域峰值声学强度(Plateau Intensity, PI, A),造影剂灌注速率(β),声学强度达峰时间(Time to Plateau Intensity, TTP)及曲线的拟合度(Goodness of Fit, GOF)等指标。根据公式计算出心肌血流量(Myocardial Blood Flow, MBF)和心肌血流储备(Myocardial Flow Reserve, MFR):MBF=A×β;MFR =负荷后MBF/静息状态MBF。MCE检查完毕后,每组6只大鼠经颈静脉注射99m锝-甲氧基异丁基异腈( 99m Tc-MIBI) 0.6 mCi,代谢3小时后处死大鼠,迅速摘除心脏,取乳头肌水平的左室心肌组织,依照其空间位置将其分成前壁、侧壁、后壁及室间隔四个组织块,称重后进行γ计数。其余的心肌组织固定后行HE染色、CD31免疫组化染色以及电镜下观察心肌细胞超微结构的改变,同第一部分。结果:对两组大鼠左室各壁感兴趣区域的造影结果进行研究发现,同组大鼠前壁、侧壁和室间隔的心肌血流量之间没有显著差异(P > 0.05);后壁的心肌血流量较其他壁减低,且具有统计学意义(P < 0.05)。我们取前壁心肌为代表进行进一步研究,在静息状态和潘生丁负荷后,DM组的A、MBF均较正常对照组显著减低,(P < 0.05);MFR也较正常对照组显著减低(P < 0.05)。DM组的β和TTP在静息状态下与正常对照组没有显著差异(P > 0.05),但在潘生丁负荷后,β较正常对照组显著减低,TTP显著延长,且均具有统计学意义(P < 0.05)。99m Tcγ计数结果证明DM组各个室壁心肌组织的核素摄取量之间没有明显差异(P > 0.05),但均较正常对照组显著减低(P < 0.05)。病理及免疫组化结果同第一部分。结论:MCE检测的峰值声学强度,声学强度达峰时间,心肌血流量及心肌血流储备等指标可以敏感地检测出DCM早期的心肌微循环功能障碍。第三部分:糖尿病大鼠心肌功能变化与微循环状态改变的相关性研究目的:研究VVI检测的心肌运动速度、应变、应变率及其储备与MCE检测的MBF和MFR之间是否具有相关关系。方法:动物模型的建立、潘生丁负荷前后MCE和VVI数据采集和处理同第一、第二部分相关内容。将基础状态VVI检测的心肌运动速度、应变、应变率与MCE检测的MBF之间以及潘生丁负荷后心肌功能(运动速度、应变、应变率)储备与MFR之间进行相关分析。心肌功能(运动速度、应变、应变率)储备定义为潘生丁负荷前后各项指标之间的差值。结果:静息状态下DM组大鼠的心肌运动速度、应变、应变率与MBF之间均没有显著的相关性;潘生丁负荷后,DM组大鼠的心肌运动速度储备、应变储备、应变率储备均与MFR之间呈现显著的正相关性。结论:静息状态下,心肌血流量的变化并非心肌运动速度、应变、应变率等功能指标降低的主要决定因素;而潘生丁负荷后,心肌血流储备的降低可能是心肌功能储备降低的主要决定因素。