超声心动图检测模拟失重大鼠左心室的结构与功能*
作者：暴军香 张立藩 商慧华 余志斌 钱蕴秋
单位：暴军香 张立藩 余志斌 第四军医大学航空生理教研室；商慧华 钱蕴秋 西京医院超声诊断科，西安 710032)
关键词：模拟失重；大鼠；超声心动描记术；心功能
航天医学与医学工程990203摘要：目的 验证模拟失重4wk大鼠心脏左室的结构与功能是否出现类似航天员飞行后的变化。 方法 应用超声心动图技术检测模拟失重大鼠心脏左室的结构与功能。 结果 模拟失重4wk大鼠左室舒张末与收缩末短径均显著减小；左室壁厚度亦减小,但差别未达显著程度。左室舒张末与收缩末容积、每搏量及其相应的体重归一化指数皆显著减少，左室估计质量及其指数亦显著减少。但左室射血分数与短轴收缩率，主动脉瓣、肺动脉瓣及二尖瓣处多普勒峰值血流速度则皆无显著改变。 结论 4wk模拟失重大鼠左室的超声心动图表现类似航天员飞行后的变化。其主要改变为：左室心腔短径变短，左室壁厚度呈减小趋势，左室估计容积与质量皆显著减少,但一些心肌收缩功能指标却未见有明显变化。
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中图法分类号：R852.22 文献标识码：A 文章编号：1002-0837(1999)02-0088-04
Echocardiographic Assessment of Left Ventricular Structure and Function After Simulated Weightlessness in Rats.
BAO Jun-xiang，ZHANG Li-fan，SHANG Hui-hua，YU Zhi-bin，QIAN Yun-qiu.
Abstract：Objective To investigate whether the changes in rat after simulated weightlessness are similar to those in astronaut after flight. Methods The effects of 4 wk tail-suspension on left ventricular structure and function in rats were examined by echocardiography. Results After 4 wk of simulated weightlessness,the thickness of both the anterior and posterior wall in left ventricle (LV) showed a general trend of decrease, but these changes were not statistically significant; the end-systolic and end-diastolic internal dimensions (ESD and EDD respectively) of LV decreased significantly; and the end-systolic volume, end-diastolic volume and stroke volume (ESV, EDV and SV respectively) were all reduced; so did the relevant indices of them. There were no significant differences in ejection fraction (EF) and fractional shortening (FS) between the tail-suspended and control groups. The left ventricular mass (LVM) and its index (LVMI) were decreased. The peak velocities of blood flow of aorta, pulmonary artery and mitral valve didn't show any significant change after simulated weightlessness. Conclusion Medium-term simulated weightlessness may lead to a significant decrease in left ventricular internal dimension, ventricular volume, and mass, and a trend of decrease in mean left ventricular wall thickness. These changes in rats are similar to those observed in astronauts postflight.
, 百拇医药
Key words:simulated weightlessness；rats；echocardiography；heart function
Address reprint requests to:BAO Jun-xiang.Department of Aerospace Physiology,The Fourth Military Medical University,Xi'an 710032,China
心脏是循环系统的动力器官，目前对其在失重(微重力)环境的适应性变化及其在飞行后立位耐力不良发生机理中的重要意义尚缺乏深刻认识。70年代中期以来，超声心动图检查已成为历次航天计划中观察航天员心脏功能与结构变化的主要技术方法之一。比较一致的结论是：着陆后航天员的左室舒张末容积(LVEDV)及每搏量(SV)均较飞行前明显减低[1,2]。多数报道认为:心脏的缩小是由于心室容积减小，左室心肌质量与心肌收缩功能并无显著变化[1,2]。但天空实验室-4的超声心动图检查及近年D-2飞行的核磁共振成像检查却表明，飞行后心肌质量有减少变化[1]。90年代初，对COSMOS 2044航天大鼠的研究首次提出失重可引起心肌萎缩的确切证据[3]。与此同时，本实验室的工作进一步证明模拟失重可引起大鼠心肌收缩性能降低，并观察到心肌超微结构有类似航天失重大鼠的变性及细胞萎缩变化[4]。本实验之目的在于：用经胸超声心动图技术检测模拟失重4 wk大鼠左室的结构与功能，并与同步对照大鼠进行比较。如能证实模拟失重大鼠的超声心动图也表现类似航天员飞行后的变化，则对于采用此模型多层次地深入阐明失重下航天员心脏的适应性变化机理将是一个很重要的依据。
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方 法
模拟失重大鼠模型与饲养 选择体重为250～290 g的雄性Sprague-Dawley大鼠18只。按体重配对原则，随机分为对照组与悬吊组每组各9只。大鼠尾部悬吊及饲养按陈杰等[5]的方法进行。尾部悬吊4 wk，超声检测结束后处死动物，称取左后肢比目鱼肌和腓肠肌的湿重。有关操作及饲养均按照本校动物中心的有关规则进行。
超声心动图检测 使用HDI ULTRA MARK 9型超声诊断仪(ATL，Seattle，USA)，线阵式扫描探头，图象深度4cm。二维与脉冲多普勒超声心动图检测所用的频率分别为7.5 MHz及5.0 MHz。悬吊28d后，用戊巴比妥钠(40mg/kg，腹腔注射)将动物麻醉，记录肢导心电图。检测时，置动物于水平仰卧位，剪去左胸前区毛，涂适量耦合剂。先将探头垂直于左胸壁，与胸骨成10°～30°夹角，显示左室长轴像(Fig.1A)；再将探头转动90°，以显示左室短轴像(Fig.1B)。之后,在左室长轴像引导下，选取左室内径最大处(即乳头肌水平)显示M-型图像(Fig.2A)，以测量左室内径及室壁厚度。检测血流时，先将多普勒取样容积设置于二尖瓣与主动脉瓣瓣尖部位显示两处血流的多普勒频谱。之后，再于肺动脉长轴像引导下得到肺动脉的血流频谱图像。所有过程均由仪器自带设备同步录像，冻结图像后进行测量，自动显示各项参数。由两名有经验的超声专科医生操作，他们在检测时对动物的分组情况全然不知。
, 百拇医药
数据测量与计算 根据美国超声心动图学会制定的标准及有关文献[6～8]，由M-型图像依次测量左室后壁厚度(PWTd)及前壁厚度(ANTd)，左室舒张末短径(LVEDD)及收缩末短径(LVESD)。以连续5个心动周期测量值的平均值作为最后的检测数据。将左室看作一个椭球体，并假设左室长径的长度为短径的两倍，即可按文献给出的计算式计算下列各指标[6,7]：左室舒张末容积(LVEDV)及其指数(EDVI)、左室收缩末容积(LVESV)及其指数(ESVI)、左室心肌质量(LVM)及其指数(LVMI)、每搏量(SV)及其指数(SVI)、射血分数(EF)与短轴收缩率(FS)。
统计分析 所有的数据均以
±s表示.组间均值的显著性差别采用团体t检验,P<0.05为显著性界限。
结 果
, 百拇医药
体重与后肢骨骼肌重量的变化 在4wk模拟失重过程中，对照组与悬吊组大鼠生长趋势一致，皆呈良好生长状态:在前3周,两组间的体重增长无显著差别；第4wk末，悬吊组的平均体重显著低于对照组(P<0.05)。4wk悬吊后,大鼠后肢肌肉——比目鱼肌和腓肠肌的重量较对照组显著降低(P<0.01)，表明模拟失重效果良好(表1)。
表1 对照组与4 wk尾部悬吊组大鼠的一般特征(±s)
Table 1 General features of control and 4 wk tail-suspended rats(±s) 组别(group)
体重(body weight)(g)
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后肢肌肉重量(weight of hindlimb muscles)(g)
悬吊前(pre-suspension)
悬吊后(post-suspension)
比目鱼肌(m.soleus)
腓肠肌(m.gastr.)
对照(control)(n=9)
276±12
345±20
0.121±0.014
1.85±0.180
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悬吊(suspended)(n=8)
276±10
329±14*
0.059±0.014**
0.414±0.032**
注：*P<0.05,**P<0.01与对照组相比 Note:*P<0.05,**P<0.01 as compared with the control 超声心动图的改变 因有一只悬吊大鼠麻醉意外死亡，故对两组共17只大鼠完成了超声心动图检测，均得到质量较好的图像。图1和2即是二维与M-型图像的举例。
, http://www.100md.com 图1 一只对照大鼠舒张末左室长轴与短轴像及其示意图
AW—前壁; LV—左室腔; PW—后壁; LA—左房; MV—二尖瓣; AO—主动脉。
Fig.1 Photographs of parasternal long axis image (A) and short axis view (B) of left ventricle and line drawings of them(C, D) at end diastole of a control rat
AW—anterior wall; LV—left ventricular cavity; PW—posterior wall; LA—left atrium;MV—mitral valve; AO—aorta
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图2 一只对照大鼠左室M型超声心动图及其示意图
测量位置为舒张末(d)及收缩末(s)。图注同图1
Fig.2 M-mode recording of left ventricle (A) and line drawing of it (B) of a control rat
Measurement locations for chamber dimensions at diastole (d) and systole (s) are labeled. Legends are same as Fig.1
图1是一只对照大鼠心脏长轴与短轴超声心动图图像以及它们的轮廓示意图，清晰显示左室室腔、后壁、前壁、二尖瓣、左房、主动脉等结构。图2为一只对照大鼠的M型超声图像及其示意图，能清楚地显示心动周期中左室短径及室壁运动的动态变化。
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由M-型图像测得的数据及有关计算结果均已整理于表2，其中MVV、AOV、PAV分别为二尖瓣、主动脉瓣、肺动脉瓣峰值血流速度。与对照组相比，4 wk模拟失重后，大鼠ANTd与PWTd减小了5%和5.2%，但其改变均未达显著程度；左室舒张末与收缩末短径(LVEDD与LVESD)则分别减小了13%(P<0.01)与14%(P<0.01)。由此计算得出的一些容积指标也有明显改变：模拟失重组左室舒张末与收缩末容积(LVEDV与LVESV)分别减少了34%(P<0.01)与33%(P<0.01)，相应的指数值EDVI与ESVI，则分别减少了27%(P<0.01)与29%(P<0.05)；每搏量(SV)减少了35%(P<0.01)，每搏量指数(SVI)减少了27%(P<0.01)。但一些心肌收缩功能指标，如短轴收缩率(FS)及射血分数(EF)则均无明显改变。此外，模拟失重组左室质量的计算值较对照组减少了24%(P<0.01)，其指数(LVMI)则减少了17%(P<0.01)。三种血流速度指标在两组间均无显著差别。
表2 对照组与4 wk尾部悬吊组大鼠的超声心动图指标
, 百拇医药
Table 2 Echocardiographic data from control (CON) and 4 wk tail-suspended (SUS) rats(±s) 指标
对照组(n=9)
悬吊组(n=8)
(index)
(control)
(suspended)
测量值(measured values)
ANTd(mm)
2.0±0.1
, 百拇医药
1.9±0.1
PWTd(mm)
1.9±0.1
1.8±0.1
LVEDD(mm)
6.0±0.2
5.3±0.2**
LVESD(mm)
2.9±0.2
2.5±0.2**
FS(%)
, http://www.100md.com 52.8±2.7
52.2±2.4
容积计算值(calculated volume)
LVEDV(ml)
0.22±0.02
0.15±0.01**
LVESV(ml)
0.024±0.004
0.016±0.003**
SV(ml)
0.20±0.02
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0.13±0.01**
EDVI(ml/100g)
0.062±0.0081
0.045±0.004**
ESVI(ml/100g)
0.007±0.001
0.005±0.001*
SVI(ml/100g)
0.055±0.007
0.040±0.003**
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EF
0.894±0.019
0.890±0.017
心肌质量计算值(calculated myocardial muscle weight)
LVM(g)
0.79±0.05
0.60±0.03**
LVMI(g/100g)
0.22±0.02
0.18±0.01**
, 百拇医药
多普勒峰值血流速度测量值
(measured peak doppler blood flow velocity)
MVV(cm/s)
104.2±9.3
104.3±8.2
AOV(cm/s)
121.1±18.3
116.3±14.8
PAV(cm/s)
112.4±17.8
117.6±18.8
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注：*P<0.05,**P<0.01,与对照组比
Note:*P<0.05,**P<0.01,as compared with the control
讨 论
本工作首次应用超声心动图技术研究模拟失重大鼠心脏形态与功能的变化，并观察到实验动物的超声心动图出现类似航天员飞行后的变化[1，2]：模拟失重4 wk后大鼠左室舒张末与收缩末短径(LVEDD与LVESD)明显减小；左室舒张末容积(LVEDV)、收缩末容积(LVESV)与每搏量(SV)及各相应指数也均较对照组显著减少(表2)。这与航天员飞行后超声心动图的改变颇有相似之处。Bungo等(1987)报道，飞行后航天员相应指标的体表面积归一化指数，如LVEDVI与SVI在5～8天飞行后也呈减少变化[2]。本工作还发现：左室心肌质量(LVM)及心肌质量指数(LVMI)也较对照组明显减少。虽然大多数报道认为，飞行后超声心动图检查未见航天员有心肌质量减少变化[1，2]，但天空实验室-4的超声心动图检测，以及D-2的核磁共振检测却又得出飞行后心肌质量减少的结果[1]。最近，用超声心动图监测6周卧床被试者，曾发现7名被试者中有5人的左室心壁厚度明显减小[9]。这种分歧可能与超声仪器的分辨率、性能、操作因素，或者是否曾进行对抗动作有关。根据文献[1，3，4，9]所列举的资料，我们认为失重/模拟失重可能也导致人体心肌质量减少变化。至于一些心肌收缩功能指标，如射血分数(EF)与短轴收缩率(FS)则未见有明显改变。这也与航天时的结果[2]一致。但实验中并未考虑两组前、后负荷等因素的不同，很可能要采用更为精确的实验技术，或者在一定负荷条件下方可揭示出整体心脏功能的改变。本实验室先前的工作已证实模拟失重可引起大鼠离体心肌收缩性能降低[4]。
, 百拇医药
近年来在利用大鼠病理模型或转基因小鼠模型研究心肌肥大、充血性心衰等问题时，已开始采用超声心动图技术，并获得成功[6，7]。文献中所用的探头大多为7.5 MHz，最低者也为5MHz。本实验所用探头性能(5～10 MHz)已可满足需要，所测得的LVEDD、PWT及ANT数据也与文献[6，7]报道相近，故所测得的结果应是可信的。但也应指出，上述大鼠病理模型均表现心肌肥大变化，其室壁厚度可成倍增大，超声心动图检测可得出非常显著的结果。而本工作模拟失重大鼠心肌的改变属于萎缩性质，其室壁厚度变化幅度估计较小，故对室壁厚度的检测结果还应进一步予以验证。若能使用频率更高、体积更小的探头，并探讨更加逼近实际的计算公式，可能会对室壁厚度测量及左室心肌质量估计得出更为精确的结果。
总之，本工作首次应用经胸超声心动图技术检测模拟失重大鼠左心室的结构与功能，发现有类似航天员飞行后的变化。这一结果不仅支持采用尾部悬吊模拟失重大鼠模型所得出的结论[4],也是可能将人体观察[1，2]与动物实验结论[4]统一起来的一条重要线索。
, 百拇医药
*基金项目：国家自然科学基金资助(39670800)
参考文献
[1]Frey MAB. Space research activities during mission of the past[J]. Med Sci Sports Exerc, 1996, 28(10): S3～S8
[2]Bungo MW, Goldwater DJ, Popp RL et al. Echocardiographic evaluation of space shuttle crewmembers[J].J Appl Physiol, 1987, 62(1): 278～283
[3]Goldstein MA, Edwards RJ, Schroeter JP. Cardiac morphology after conditions of microgravity during COSMOS 2044[J]. J Appl Physiol, 1992, 73(2): S94～ S100
, 百拇医药
[4]Zhang LF, Yu ZB,Ma J. Functional alterations in cardiac muscle after medium-or long-term simulated weightlessness and related cellular mechanisms[J].J Gravit Physiol, 1995, 2(1):4～8
[5]陈 杰，马 进，丁兆平等. 一种模拟失重影响的大鼠尾部悬吊模型[J]. 空间科学学报，1993,13(2)：159～162
[6]Pawlush DG, Moore RL, Musch TI et al. Echocardiographic evaluation of size, function, and mass of normal and hypertrophied rat ventricles[J].J Appl Physiol, 1993, 74(5): 2598～2605
, http://www.100md.com
[7]Litwin SE, Kate SE, Morgan JP et al. Serial echocardiographic assessment of left ventricular geometry and function after large myocardial infarction in the rat[J].Circulation, 1994,89(1):345～354
[8]Sahn DJ, Demaria A, Kisslo J et al. The Committee on M-mode Standardization of the American Society of Echocardiography. Recommendation regarding quantitation in M-mode echocardiography: results of a survey of echocardiographic measurement[J]. Circulation, 1978,58(6):1072～1083
[9]Arbeille Ph, Herault S. Cardiac hemodynamics at rest and during LBNP after 4 days and 6 weeks in HDT[J].J Gravit Physiol, 1997,4 (2):31～32
收稿日期：1998-05-26, http://www.100md.com
单位：暴军香 张立藩 余志斌 第四军医大学航空生理教研室；商慧华 钱蕴秋 西京医院超声诊断科，西安 710032)
关键词：模拟失重；大鼠；超声心动描记术；心功能
航天医学与医学工程990203摘要：目的 验证模拟失重4wk大鼠心脏左室的结构与功能是否出现类似航天员飞行后的变化。 方法 应用超声心动图技术检测模拟失重大鼠心脏左室的结构与功能。 结果 模拟失重4wk大鼠左室舒张末与收缩末短径均显著减小；左室壁厚度亦减小,但差别未达显著程度。左室舒张末与收缩末容积、每搏量及其相应的体重归一化指数皆显著减少，左室估计质量及其指数亦显著减少。但左室射血分数与短轴收缩率，主动脉瓣、肺动脉瓣及二尖瓣处多普勒峰值血流速度则皆无显著改变。 结论 4wk模拟失重大鼠左室的超声心动图表现类似航天员飞行后的变化。其主要改变为：左室心腔短径变短，左室壁厚度呈减小趋势，左室估计容积与质量皆显著减少,但一些心肌收缩功能指标却未见有明显变化。
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中图法分类号：R852.22 文献标识码：A 文章编号：1002-0837(1999)02-0088-04
Echocardiographic Assessment of Left Ventricular Structure and Function After Simulated Weightlessness in Rats.
BAO Jun-xiang，ZHANG Li-fan，SHANG Hui-hua，YU Zhi-bin，QIAN Yun-qiu.
Abstract：Objective To investigate whether the changes in rat after simulated weightlessness are similar to those in astronaut after flight. Methods The effects of 4 wk tail-suspension on left ventricular structure and function in rats were examined by echocardiography. Results After 4 wk of simulated weightlessness,the thickness of both the anterior and posterior wall in left ventricle (LV) showed a general trend of decrease, but these changes were not statistically significant; the end-systolic and end-diastolic internal dimensions (ESD and EDD respectively) of LV decreased significantly; and the end-systolic volume, end-diastolic volume and stroke volume (ESV, EDV and SV respectively) were all reduced; so did the relevant indices of them. There were no significant differences in ejection fraction (EF) and fractional shortening (FS) between the tail-suspended and control groups. The left ventricular mass (LVM) and its index (LVMI) were decreased. The peak velocities of blood flow of aorta, pulmonary artery and mitral valve didn't show any significant change after simulated weightlessness. Conclusion Medium-term simulated weightlessness may lead to a significant decrease in left ventricular internal dimension, ventricular volume, and mass, and a trend of decrease in mean left ventricular wall thickness. These changes in rats are similar to those observed in astronauts postflight.
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Key words:simulated weightlessness；rats；echocardiography；heart function
Address reprint requests to:BAO Jun-xiang.Department of Aerospace Physiology,The Fourth Military Medical University,Xi'an 710032,China
心脏是循环系统的动力器官，目前对其在失重(微重力)环境的适应性变化及其在飞行后立位耐力不良发生机理中的重要意义尚缺乏深刻认识。70年代中期以来，超声心动图检查已成为历次航天计划中观察航天员心脏功能与结构变化的主要技术方法之一。比较一致的结论是：着陆后航天员的左室舒张末容积(LVEDV)及每搏量(SV)均较飞行前明显减低[1,2]。多数报道认为:心脏的缩小是由于心室容积减小，左室心肌质量与心肌收缩功能并无显著变化[1,2]。但天空实验室-4的超声心动图检查及近年D-2飞行的核磁共振成像检查却表明，飞行后心肌质量有减少变化[1]。90年代初，对COSMOS 2044航天大鼠的研究首次提出失重可引起心肌萎缩的确切证据[3]。与此同时，本实验室的工作进一步证明模拟失重可引起大鼠心肌收缩性能降低，并观察到心肌超微结构有类似航天失重大鼠的变性及细胞萎缩变化[4]。本实验之目的在于：用经胸超声心动图技术检测模拟失重4 wk大鼠左室的结构与功能，并与同步对照大鼠进行比较。如能证实模拟失重大鼠的超声心动图也表现类似航天员飞行后的变化，则对于采用此模型多层次地深入阐明失重下航天员心脏的适应性变化机理将是一个很重要的依据。
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方 法
模拟失重大鼠模型与饲养 选择体重为250～290 g的雄性Sprague-Dawley大鼠18只。按体重配对原则，随机分为对照组与悬吊组每组各9只。大鼠尾部悬吊及饲养按陈杰等[5]的方法进行。尾部悬吊4 wk，超声检测结束后处死动物，称取左后肢比目鱼肌和腓肠肌的湿重。有关操作及饲养均按照本校动物中心的有关规则进行。
超声心动图检测 使用HDI ULTRA MARK 9型超声诊断仪(ATL，Seattle，USA)，线阵式扫描探头，图象深度4cm。二维与脉冲多普勒超声心动图检测所用的频率分别为7.5 MHz及5.0 MHz。悬吊28d后，用戊巴比妥钠(40mg/kg，腹腔注射)将动物麻醉，记录肢导心电图。检测时，置动物于水平仰卧位，剪去左胸前区毛，涂适量耦合剂。先将探头垂直于左胸壁，与胸骨成10°～30°夹角，显示左室长轴像(Fig.1A)；再将探头转动90°，以显示左室短轴像(Fig.1B)。之后,在左室长轴像引导下，选取左室内径最大处(即乳头肌水平)显示M-型图像(Fig.2A)，以测量左室内径及室壁厚度。检测血流时，先将多普勒取样容积设置于二尖瓣与主动脉瓣瓣尖部位显示两处血流的多普勒频谱。之后，再于肺动脉长轴像引导下得到肺动脉的血流频谱图像。所有过程均由仪器自带设备同步录像，冻结图像后进行测量，自动显示各项参数。由两名有经验的超声专科医生操作，他们在检测时对动物的分组情况全然不知。
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数据测量与计算 根据美国超声心动图学会制定的标准及有关文献[6～8]，由M-型图像依次测量左室后壁厚度(PWTd)及前壁厚度(ANTd)，左室舒张末短径(LVEDD)及收缩末短径(LVESD)。以连续5个心动周期测量值的平均值作为最后的检测数据。将左室看作一个椭球体，并假设左室长径的长度为短径的两倍，即可按文献给出的计算式计算下列各指标[6,7]：左室舒张末容积(LVEDV)及其指数(EDVI)、左室收缩末容积(LVESV)及其指数(ESVI)、左室心肌质量(LVM)及其指数(LVMI)、每搏量(SV)及其指数(SVI)、射血分数(EF)与短轴收缩率(FS)。
统计分析 所有的数据均以
±s表示.组间均值的显著性差别采用团体t检验,P<0.05为显著性界限。结 果
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体重与后肢骨骼肌重量的变化 在4wk模拟失重过程中，对照组与悬吊组大鼠生长趋势一致，皆呈良好生长状态:在前3周,两组间的体重增长无显著差别；第4wk末，悬吊组的平均体重显著低于对照组(P<0.05)。4wk悬吊后,大鼠后肢肌肉——比目鱼肌和腓肠肌的重量较对照组显著降低(P<0.01)，表明模拟失重效果良好(表1)。
表1 对照组与4 wk尾部悬吊组大鼠的一般特征(
±s)Table 1 General features of control and 4 wk tail-suspended rats(
±s) 组别(group)体重(body weight)(g)
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后肢肌肉重量(weight of hindlimb muscles)(g)
悬吊前(pre-suspension)
悬吊后(post-suspension)
比目鱼肌(m.soleus)
腓肠肌(m.gastr.)
对照(control)(n=9)
276±12
345±20
0.121±0.014
1.85±0.180
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悬吊(suspended)(n=8)
276±10
329±14*
0.059±0.014**
0.414±0.032**
注：*P<0.05,**P<0.01与对照组相比 Note:*P<0.05,**P<0.01 as compared with the control 超声心动图的改变 因有一只悬吊大鼠麻醉意外死亡，故对两组共17只大鼠完成了超声心动图检测，均得到质量较好的图像。图1和2即是二维与M-型图像的举例。
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AW—前壁; LV—左室腔; PW—后壁; LA—左房; MV—二尖瓣; AO—主动脉。
Fig.1 Photographs of parasternal long axis image (A) and short axis view (B) of left ventricle and line drawings of them(C, D) at end diastole of a control rat
AW—anterior wall; LV—left ventricular cavity; PW—posterior wall; LA—left atrium;MV—mitral valve; AO—aorta
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图2 一只对照大鼠左室M型超声心动图及其示意图
测量位置为舒张末(d)及收缩末(s)。图注同图1
Fig.2 M-mode recording of left ventricle (A) and line drawing of it (B) of a control rat
Measurement locations for chamber dimensions at diastole (d) and systole (s) are labeled. Legends are same as Fig.1
图1是一只对照大鼠心脏长轴与短轴超声心动图图像以及它们的轮廓示意图，清晰显示左室室腔、后壁、前壁、二尖瓣、左房、主动脉等结构。图2为一只对照大鼠的M型超声图像及其示意图，能清楚地显示心动周期中左室短径及室壁运动的动态变化。
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由M-型图像测得的数据及有关计算结果均已整理于表2，其中MVV、AOV、PAV分别为二尖瓣、主动脉瓣、肺动脉瓣峰值血流速度。与对照组相比，4 wk模拟失重后，大鼠ANTd与PWTd减小了5%和5.2%，但其改变均未达显著程度；左室舒张末与收缩末短径(LVEDD与LVESD)则分别减小了13%(P<0.01)与14%(P<0.01)。由此计算得出的一些容积指标也有明显改变：模拟失重组左室舒张末与收缩末容积(LVEDV与LVESV)分别减少了34%(P<0.01)与33%(P<0.01)，相应的指数值EDVI与ESVI，则分别减少了27%(P<0.01)与29%(P<0.05)；每搏量(SV)减少了35%(P<0.01)，每搏量指数(SVI)减少了27%(P<0.01)。但一些心肌收缩功能指标，如短轴收缩率(FS)及射血分数(EF)则均无明显改变。此外，模拟失重组左室质量的计算值较对照组减少了24%(P<0.01)，其指数(LVMI)则减少了17%(P<0.01)。三种血流速度指标在两组间均无显著差别。
表2 对照组与4 wk尾部悬吊组大鼠的超声心动图指标
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Table 2 Echocardiographic data from control (CON) and 4 wk tail-suspended (SUS) rats(
±s) 指标对照组(n=9)
悬吊组(n=8)
(index)
(control)
(suspended)
测量值(measured values)
ANTd(mm)
2.0±0.1
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1.9±0.1
PWTd(mm)
1.9±0.1
1.8±0.1
LVEDD(mm)
6.0±0.2
5.3±0.2**
LVESD(mm)
2.9±0.2
2.5±0.2**
FS(%)
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52.2±2.4
容积计算值(calculated volume)
LVEDV(ml)
0.22±0.02
0.15±0.01**
LVESV(ml)
0.024±0.004
0.016±0.003**
SV(ml)
0.20±0.02
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0.13±0.01**
EDVI(ml/100g)
0.062±0.0081
0.045±0.004**
ESVI(ml/100g)
0.007±0.001
0.005±0.001*
SVI(ml/100g)
0.055±0.007
0.040±0.003**
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EF
0.894±0.019
0.890±0.017
心肌质量计算值(calculated myocardial muscle weight)
LVM(g)
0.79±0.05
0.60±0.03**
LVMI(g/100g)
0.22±0.02
0.18±0.01**
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多普勒峰值血流速度测量值
(measured peak doppler blood flow velocity)
MVV(cm/s)
104.2±9.3
104.3±8.2
AOV(cm/s)
121.1±18.3
116.3±14.8
PAV(cm/s)
112.4±17.8
117.6±18.8
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注：*P<0.05,**P<0.01,与对照组比
Note:*P<0.05,**P<0.01,as compared with the control
讨 论
本工作首次应用超声心动图技术研究模拟失重大鼠心脏形态与功能的变化，并观察到实验动物的超声心动图出现类似航天员飞行后的变化[1，2]：模拟失重4 wk后大鼠左室舒张末与收缩末短径(LVEDD与LVESD)明显减小；左室舒张末容积(LVEDV)、收缩末容积(LVESV)与每搏量(SV)及各相应指数也均较对照组显著减少(表2)。这与航天员飞行后超声心动图的改变颇有相似之处。Bungo等(1987)报道，飞行后航天员相应指标的体表面积归一化指数，如LVEDVI与SVI在5～8天飞行后也呈减少变化[2]。本工作还发现：左室心肌质量(LVM)及心肌质量指数(LVMI)也较对照组明显减少。虽然大多数报道认为，飞行后超声心动图检查未见航天员有心肌质量减少变化[1，2]，但天空实验室-4的超声心动图检测，以及D-2的核磁共振检测却又得出飞行后心肌质量减少的结果[1]。最近，用超声心动图监测6周卧床被试者，曾发现7名被试者中有5人的左室心壁厚度明显减小[9]。这种分歧可能与超声仪器的分辨率、性能、操作因素，或者是否曾进行对抗动作有关。根据文献[1，3，4，9]所列举的资料，我们认为失重/模拟失重可能也导致人体心肌质量减少变化。至于一些心肌收缩功能指标，如射血分数(EF)与短轴收缩率(FS)则未见有明显改变。这也与航天时的结果[2]一致。但实验中并未考虑两组前、后负荷等因素的不同，很可能要采用更为精确的实验技术，或者在一定负荷条件下方可揭示出整体心脏功能的改变。本实验室先前的工作已证实模拟失重可引起大鼠离体心肌收缩性能降低[4]。
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近年来在利用大鼠病理模型或转基因小鼠模型研究心肌肥大、充血性心衰等问题时，已开始采用超声心动图技术，并获得成功[6，7]。文献中所用的探头大多为7.5 MHz，最低者也为5MHz。本实验所用探头性能(5～10 MHz)已可满足需要，所测得的LVEDD、PWT及ANT数据也与文献[6，7]报道相近，故所测得的结果应是可信的。但也应指出，上述大鼠病理模型均表现心肌肥大变化，其室壁厚度可成倍增大，超声心动图检测可得出非常显著的结果。而本工作模拟失重大鼠心肌的改变属于萎缩性质，其室壁厚度变化幅度估计较小，故对室壁厚度的检测结果还应进一步予以验证。若能使用频率更高、体积更小的探头，并探讨更加逼近实际的计算公式，可能会对室壁厚度测量及左室心肌质量估计得出更为精确的结果。
总之，本工作首次应用经胸超声心动图技术检测模拟失重大鼠左心室的结构与功能，发现有类似航天员飞行后的变化。这一结果不仅支持采用尾部悬吊模拟失重大鼠模型所得出的结论[4],也是可能将人体观察[1，2]与动物实验结论[4]统一起来的一条重要线索。
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*基金项目：国家自然科学基金资助(39670800)
参考文献
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[3]Goldstein MA, Edwards RJ, Schroeter JP. Cardiac morphology after conditions of microgravity during COSMOS 2044[J]. J Appl Physiol, 1992, 73(2): S94～ S100
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[4]Zhang LF, Yu ZB,Ma J. Functional alterations in cardiac muscle after medium-or long-term simulated weightlessness and related cellular mechanisms[J].J Gravit Physiol, 1995, 2(1):4～8
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[6]Pawlush DG, Moore RL, Musch TI et al. Echocardiographic evaluation of size, function, and mass of normal and hypertrophied rat ventricles[J].J Appl Physiol, 1993, 74(5): 2598～2605
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收稿日期：1998-05-26, http://www.100md.com