急性兔脑缺血模型磁共振波谱的实验研究

1、急性兔脑缺血模型磁共振波谱的实验研究【摘要】目的：探讨急性兔脑缺血的磁共振波谱改变.方法：建立兔急性脑缺血模型并行MRS检查，在缺血中心区和周围区分别检测N-乙酰天冬氨酸（NAA）、胆碱Cho、肌酸Cr、乳酸Lac。结果：缺血区的1H-磁共振波谱显示NAA明显下降或消失，Cho、Cr亦见不同程度的下降，但下降幅度不如NAA，且缺血中心区下降幅度较缺血周围区下降幅度大；出现Lac峰，且缺血中心区Lac峰值最高，缺血周围区较低。结论：本实验通过研究兔急性脑缺血模型的MRS特点，为研究脑缺血性疾病的提供了可靠的动物模型和实验理论依据。 【关键词】 脑缺血；磁共振成像；波谱 A experimenta

2、l research of Acute Cerebral Ischemia Model of the rabbits by using Magnetic Resonance Spectroscopy LIU BO YIE Yongsong，ZHOU Dongjin et a1 Department of Radiology，The second Affiliated Hospital，Guangzhou University of Traditional Chinese Medicine，Guangdong Province 510120，PRChina Abstract Objective：

3、To investigate the mechanism of Magnetic Resonance Spectroscopy and the value of Magnetic Resonance Spectroscopy in the acute cerebral ischemia. Methods：The Acute Cerebral Ischemia Model of 10 rabbits were performed on MRS. The level of NAA、Cho、Cr、Lac in the center and peripheral of the ischemic are

4、a were measured on MRS. Results：The Proton Magnetic Resonance Spectroscopy of the ischemic area showed: the level of NAA decreased obviously, the level of Cho、Cr were also decreased, and the down extent in the center of the ischemic area was bigger than that in the peripheral of the ischemic area. T

5、he peak of Lac was showed, and it was higher in the center of the ischemic area. Conclusion：Magnetic Resonance Spectroscopy can reflect injured degree of brain tissue, and biochemical event、 developing regularity of cerebral ischemia tissue. The characteristic of the Acute Cerebral Ischemia Model of

6、 the rabbits on Magnetic Resonance Spectroscopy can provide reliable animal model and theoric evidence for ischemic cerebrovascular diseases. Key words Cerebral Ischemia, Magnetic resonance, Spectroscopy 磁共振波谱成像（magnetic resonance spectroscopy，MRS）是一种非创伤性检测体内化学成分的方法，能够活体测量脑组织的代谢情况，能早期、敏感地放映缺氧缺血后脑损伤，

7、提供细胞能量代谢、细胞膜崩解、神经元功能及神经递质活动等信息。本研究建立兔急性脑缺血模型，利用磁共振波谱成像（MRS），观察兔急性脑梗塞模型的1H-MRS特点，探讨磁共振波谱成像显示和评价急性脑梗塞的价值，从而为脑缺血性疾病的研究提供实验理论依据。 1 材料和方法 1.1 动物来源 选择由广州中医药大学实验动物中心提供的新西兰大白兔10只，雌雄各半，体重2.02.5kg，由中心实验室统一饲养。 1.2 实验兔急性脑缺血模型的制作 1.3 MR扫描前动物准备 实验兔经3戊巴比妥钠按1.0ml/kg的剂量耳缘静脉注射麻醉平稳后，俯卧背位固定于专制的兔固定板上，准备进行MR扫描。 1.4 MR波谱扫

8、描方法和参数 采用GE公司SIGNA1.5T Twin speed with EXCITE超导MR扫描仪，体线圈。 1H-MRS参数：采用Probe 2000单体素MRS软件包，扫描前自动匀场，CHESS水抑制，STEAM定域，PRESS序列，TR/TE=1500/135ms，层厚=3mm，无间距，FOV：160x160mm，矩阵128x128，采样体素容积7 mm37 mm37mm3，采集时间8min。 1.5 MR图像后处理及各项指标的测量 将所有扫描图像传输至工作站，采用GE公司的Functool软件，MRS由机器自动完成平均、基线矫正、相位循环、代谢物识别及定量测定，获得兔脑的波谱曲线

9、图，在缺血中心区和缺血周围区进行测定。 1H-MRS检测的主要代谢物有： N-乙酰天冬氨酸（NAA）； 胆碱Cho； 肌酸Cr； 乳酸Lac。 1.6 病理学检查 MR扫描完毕后，立即使用过量的戊巴比妥钠将动物处死，断头取兔脑，用10%等渗福尔马林固定48小时，沿标本冠断面且与MR扫描图像的基线相对应，将标本冠状以2mm厚度切片，选择与MR扫描相对应的层面行TTC染色，制作病理切片，普通光学显微镜下观察。 2 结果 2.1 实验兔急性脑缺血模型的MRS表现 实验兔急性脑缺血模型缺血区的1H-磁共振波谱显示NAA明显下降或消失，Cho、Cr亦见不同程度的下降，但下降幅度不如NAA，且缺血中心区下

10、降幅度较缺血周围区下降幅度大；出现Lac峰，且缺血中心区Lac峰值最高，缺血周围区较低（见图）。 2.2 病理学检查结果 光镜下实验兔急性脑缺血模型缺血中心区部分病例呈完全液化区，夹杂少量坏死细胞，部分呈大量坏死的神经细胞、胶质细胞及胶质纤维的坏死细胞碎片聚集，而缺血周围区内见神经细胞间隙增宽，疏松，水肿及坏死胶质细胞较多。 3 讨论 3.1 MRS的成像原理1 磁共振波谱成像（magnetic resonance spectroscopy，MRS）是利用核磁共振现象和化学位移作用进行特定原子核及其化合物定量分析的方法。即利用体内含奇数质子的原子核自身的磁性及外加磁场的作用使其磁化及振动（即共

11、振），产生磁共振信号，经傅立叶公式转换成频率（波谱）。与磁共振成像不同的是磁共振波谱主要检测的是组织内的一些化合物和代谢物的含量以及它们的浓度，这些化学信息代表组织或体液中相应代谢物的浓度，反映组织细胞的代谢状况。MRS的基本原理包括化学位移和自旋耦合两大部分。 目前用于磁共振波谱测定的原子核有氢、氮、碳、磷、氟、钠和钾等原子核，但应用于临床研究脑部的最主要为氢。氢磁共振波谱（1H-磁共振波谱）可观察组织代谢产物中的氢质子，其检测的内容主要有： N-乙酰天冬氨酸（NAA）：含量最多，波谱位置在2.0ppm。主要在神经元和轴突内，由神经元的线粒体产生，是神经元密度与活力的标志。是评价脑病变最重要

12、的波峰。当脑梗死时，可以表现有NAA波降低及NAA/Cr比值降低。 胆碱Cho：波谱位置在3.20ppm。包括磷酸胆碱、磷脂酰胆碱及磷酸甘油胆碱。胆碱是细胞膜磷脂代谢的成分之一，参与细胞膜的合成和降解。Cho波增高说明细胞膜更新加快、细胞密度大。 肌酸Cr：波谱位置在3.03ppm。包括肌酸、磷酸肌酸。在正常代谢情况下，总肌酸浓度基本保持稳定，因此经常被作为计算比值的标准，如NAA/Cr、Cho/Cr等。 乳酸Lac：人脑正常组织检测不到Lac，Lac信号的出现代表糖酵解增大或者其他代谢产物累集。Lac的波峰位于1.3ppm，当TE由短变长时，Lac峰会发生翻转。当脑缺氧、缺血、癫痫、肿瘤等情

13、况下会出现Lac峰。因此，可以根据这些代谢物含量的多少，分析组织代谢的变化。当它们浓度发生一定的变化时，根据这些生化改变以1H-磁共振波谱曲线中产生不同的峰值及比率，来确定组织细胞结构或代谢的异常。 3.2实验兔急性脑缺血模型的建立及MRS表现 目前，建立局灶性脑缺血模型的常用方法有两种2：开颅方法阻断供血动脉与导管法引入栓子栓塞供血动脉。本研究采用的经导管法引入不可撤除栓子栓塞供血动脉，即注射明胶微球至颈内动脉引起脑内栓塞的方法制备急性脑缺血模型。该方法操作简单，能较好的模拟人脑梗死的自然病理过程，不需开颅创伤小，且微球性质较稳定，不易自溶。但是此法栓子部位不定，引起双侧大脑半球多处小梗死灶

14、，无法预测脑梗死部位及范围。 本研究中，所有模型兔均出现不同程度偏瘫体征。实验兔急性脑缺血模型缺血中心区的1H-磁共振波谱显示NAA明显下降，几乎完全消失；Cho、Cr亦见不同程度的下降，但下降幅度不如NAA；出现Lac峰。这与人脑急性脑缺血的1H-磁共振波谱表现基本一致。 病理学检查，光镜下实验兔急性脑缺血模型缺血中心区部分病例呈完全液化区，夹杂少量坏死细胞，部分呈大量坏死的神经细胞、胶质细胞及胶质纤维的坏死细胞碎片聚集。因此，从实验兔的临床体征、MRS表现、以及病理检查结果来观察，均证实本实验兔急性脑缺血模型造模成功。 3.3 实验兔急性脑缺血模型的MRS研究 脑梗死时，局部脑组织缺血、坏

15、死、软化，血脑屏障破坏，代谢物浓度发生变化。1H-磁共振波谱能描述缺血和脑梗塞区不同的损伤程度，有助于对缺血半暗带、分水岭脑梗塞、TIA等诸多缺血性病变的认识及对预后的评价和疗效观察等3。 本组10例实验兔急性脑缺血模型，1H-磁共振波谱发现缺血中心区的N-乙酰天冬氨酸明显减少或消失，临床上最早出现在发病24h，提示缺血中心区形成并可作为细胞不可逆性损伤的标记物，NAA减少的程度反映了神经元尚失的多少4。Cho、Cr亦见不同程度的下降，但下降幅度不如NAA；缺血区边缘仍有一定的N-乙酰天冬氨酸、肌酸和胆碱，但其峰值降低。缺血区内外均出现乳酸波，缺血中心区Lac浓度最高，缺血周围较低。乳酸波于脑

16、梗死后0.51h达到最高峰，它的出现是早期脑缺血极为敏感的指标。Lac升高的原因比较一致的观点是超急性期及急性期是因脑血管闭塞后脑组织缺血缺氧，无氧糖酵解增加所致5。 有报道6可以利用磁共振波谱成像，通过对超急性脑梗死的Lac和NAA的综合分析来识别可逆性损伤区（缺血性半暗带）与不可逆损伤区（梗死区）。本实验中，实验兔急性脑缺血模型缺血中心区和周围区NAA、Cho、Cr均见不同程度的下降，但缺血中心区下降幅度较缺血周围区下降幅度大；缺血中心区和周围区均见Lac峰，但缺血中心区Lac峰值最高，周围区较低。说明缺血中心区为不可逆损伤区，而周围区脑组织缺血低灌注尚未造成梗塞（神经元死亡），可以随时间延长梗塞灶扩大，是可逆的持续性低灌注的缺血组织。但至于NAA下降多少才能使缺血向梗死转变，目前尚无定论。病理学检查，光镜下实验兔急性脑缺血模型缺血中心区部分病例呈完全液化区，夹杂少量坏死细胞，部分呈大量坏死的神经细胞、胶质细胞及胶质纤维的坏死细胞碎片聚集，而缺血周围区内见神经细