碘克沙醇不同路径注射诱导家兔肾脏损伤及磁共振功能成像检测评价的实验研究

发布时间：2020-10-21 05:43

　　 前言:随着医学影像设备和技术的飞速发展,碘对比剂在数字减影血管造影(digital subtraction angiography,DSA)经皮心脏介入、动脉介入和计算机断层(Computed Tomography,CT)对比增强扫描及血管成像的应用越来越广泛。但碘对比剂可引发急性肾损伤(contrast-induced acute kidney injury,CI-AKI),特别是原有肾功能不全患者、内皮功能障碍和/或糖尿病和未充分预水化的患者。对比剂诱导的急性肾损伤发生在多达30%的患者接受碘对比剂,导致CI-AKI成为一种常见的医源性事件~([1])。通常被认为是医院获得性急性肾损伤最常见的第三个常见原因~([2]),仅次于肾灌注不足和肾毒性药物~([3])。临床定义对比剂肾病为在注射对比剂后24 h到5天内血清肌酐水平升高(25%或绝对值升高0.5mg/dL)~([4-6])。幸运的是,大多数CI-AKI患者肾脏呈暂时的功能障碍,但CI-AKI也有严重的后果,如住院并发症发生率增加、死亡率升高、以及转化为慢性肾脏疾病或患肾功能长期肾功能丧失~([7,8])。经动脉(intraarterial,IA)DSA和经静脉(intravenous,IV)CT血管造影程序都要求给予碘对比剂,然而,对比剂经IA或IV注射后,在体内血液循环的方式、毛细血管床的缓冲和静脉容量性血管系统的稀释,使对比剂到达肾脏的比例、肾动脉内药物浓度不尽相同。这就提出了一些问题,即CI-AKI是否存在IA和IV注射路径依赖性?哪种注射路径的CI-AKI更高?注射多少剂量可引起长期肾功能障碍?因为它会直接影响医生制订合理的诊疗方案以及CI-AKI的预防措施~([9])。所以解决上面的问题有着重要的临床意义。值得注意的是,先前大多数临床研究直接通过DSA和CT检查后,用血清肌酐(serum creatinine,SCr)水平来评价IA和IV注射路径的风险~([9-12]),而这样研究存有一定的缺陷的,因为注射剂量不能保持恒定、使用不同种类或分子结构的对比剂、SCr值存在正常波动,这些都是混杂因素,导致实验的结果存在偏差和争议。并且SCr不能提供每侧肾脏单独的功能信息~([13])。本研究通过动物实验,经肾动脉、耳缘静脉、股动脉三种不同路径注射非离子型二聚体等渗对比剂碘克沙醇,探讨不同注射路径对肾脏的影响。为了研究CI-AKI的病程,在注射等渗对比剂碘克沙醇后72小时内,通过磁共振血氧水平依赖成像(Blood oxygenation level-dependent-magnetic resonance imaging,BOLD-MRI)和体素内不相干运动成像(Intravoxel incoherent motion,IVIM)纵向监测不同注射路径注射相同对比剂剂量后家兔双侧肾脏功能图像。BOLD-MRI获得肾脏氧含量(relative spin-spin relaxation rate,R2*)图,IVIM获得表观弥散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)、真实扩散系数(pure molecular diffusion,D)、灌注相关扩散系数(perfusion-related diffusion,D*)和灌注分数(volume fraction,f)四组图像,其动态变化情况与肾脏组织学改变和缺氧诱导因子(hypoxia-inducible factor-1α,HIF-1α)免疫组化的表达进行对照,以确定BOLD-MRI和IVIM各参数的观察结果。将来为临床提供无创、方便、快捷、准确的检查方法以及合理、安全的使用碘对比剂提供参考。材料与方法:一、对比剂选择碘克沙醇注射液(GE医疗,上海,中国);英文名称:Iodixanol;分子式:C35H44I6N6O15;分子量:1550.1819;浓度320mg iodine/mL;等渗透压290mOsm/kgH2O;粘度20°C时为25.4mPa·s,37°C时为11.4mPa·s;pH值为6.8-7.6。二、碘克沙醇不同注射路径对家兔肾损伤作用的观察及功能磁共振成像评价研究实验组:比较三种不同注射路径对肾脏的影响。63只雄性新西兰家兔随机分为A:左肾动脉注射组、B:耳缘静脉注射组、C:股动脉注射组,每组21只。戊巴比妥按30mg/kg耳缘注射麻醉动物。高压注射器,按照1.0g iodine/kg剂量、1ml/s速率注射碘克沙醇。在对比剂注射前24小时、注射后1小时、24小时、48小时、72小时对每组家兔双侧肾脏行BOLD-MRI和IVIM扫描,观察肾皮质(cortex,CO)、外髓(outer medulla,OM)和内髓(inner medulla,IM)的R2*值、ADC值、D值、D*值、f值的变化。对照组:63只雄性家兔按照上述注射路径分为三组,AS:左肾动脉注射组、BS:耳缘静脉注射组、CS:股动脉注射组,每组21只。注射相同容积的生理盐水。在生理盐水注射前24小时、注射后1小时、24小时、48小时、72小时对每组家兔双侧肾脏行BOLD-MRI和IVIM扫描,观察CO、OM和IM的R2*值、ADC值、D值、D*值、f值的变化。三、碘克沙醇注射路径、注射剂量与家兔肾损伤作用的观察及功能磁共振成像评价研究实验组:63只家兔股动脉注射,按照注射剂量分为D组:1.5g iodine/kg、E组:2.0g iodine/kg、F组:2.5g iodine/kg,每组21只,高压注射器1ml/s速率注射碘克沙醇。根据实验一的结果,股动脉注射双肾损伤相同,本组只测量左肾。在注射对比剂前24小时、注射后1小时、24小时、48小时、72小时进行左肾BOLD-MRI和IVIM扫描。观察CO、OM和IM的R2*值、ADC值、D值、D*值、f值的变化并与A组左肾对比,比较相同肾损伤程度,肾动脉与股动脉不同注射路径与碘对比剂剂量的关系。对照组:63只雄性家兔按照上述注射剂量分为DS、ES、FS三组,每组21只。股动脉注射不同容积的生理盐水。在生理盐水注射前24小时、注射后1小时、24小时、48小时、72小时对每组家兔左侧肾脏行BOLD-MRI和IVIM扫描,观察CO、OM和IM的R2*值、ADC值、D值、D*值、f值的变化。四、BOLD-MRI和IVIM图像后处理ADVANCE 4.4后处理工作站(General ElectricMedical Systems)分析后处理BOLD-MRI和IVIM图像,半月状感兴趣区(region of interest,ROI)对肾脏CO、OM和IM进行大范围选择,避开肾窦、血管和脂肪组织,每个ROI不小于10mm~2。五、组织学分析每组家兔在每次磁共振扫描后,过量戊巴比妥(100mg/kg)耳缘静脉注射处死3只,取肾,去除包膜,沿纵轴对半切开。4%多聚甲醛固定,常规脱水,石蜡包埋。以5μm厚连续切片,制成常规光学显微镜切片,苏木素-伊红(haematoxylin and eosin,HE)染色。六、免疫组织化学使用链霉抗生物素蛋白-过氧化物酶技术,在5μm石蜡包埋的组织切片上进行HIF-1α的免疫染色。简而言之,石蜡切片脱蜡、水化、抗原修复和阻断内源性过氧化物酶的活性,将切片与1:500稀释的第一抗体鼠多克隆抗HIF-1α(Novus,Littleton,USA)在4℃过夜,随后与非生物素标记(EliVisionTMsuper,China)试剂A、B各孵育15分钟,使辣根过氧化酶聚合物与一抗结合,二氨基联苯胺显色,苏木精复染。七、统计学分析组间比较,采用单因素方差分析和Tukey事后检验。组内比较,采用重复测量的方差分析和Bonferroni事后检验。组织学评分和HIF-1α表达评分,用Kruskal–Wallis检验和配对比较。Spearman相关分析是用来评估肾组织损伤、HIF-1α表达评分与MRI参数之间的关系。SPSS v.24.0(Chicago,IL)软件进行统计学分析。p0.05具有统计学差异。结果:碘克沙醇不同注射路径对家兔肾损伤作用结果:生理盐水三种不同路径注射前后双侧肾脏CO、OM和IM的R2*值、ADC值、D值、D*值、f值无统计学差异。三种不同路径对比剂注射后,双侧肾脏CO、OM和IM的R2*值明显升高,24小时后逐渐下降向基线恢复;ADC值、D值和f值明显降低,24小时后逐渐升高向基线恢复;D*值明显降低,1小时后逐渐升高向基线恢复,72小时内各参数都恢复基线水平。R2*值与HIF-1α表达呈正相关;ADC值、D值和f值与肾组织损伤评分呈负相关。A组左肾于24小时变化最明显,肾损伤最重,病理可见肾小球萎缩,肾小管上皮细胞肿胀、空泡形成,肾小管扩张,管腔内碎屑堆积,细胞核HIF-1α表达明显。碘克沙醇股动脉不同剂量注射对家兔肾损伤作用结果:不同容积生理盐水股动脉注射前后左侧肾脏CO、OM和IM的R2*值、ADC值、D值、D*值、f值无统计学差异。不同剂量对比剂股动脉注射后,D组和E组左侧肾脏CO、OM和IM各参数变化与A组左肾无统计学差异,F组左侧肾脏各参数于72小时未恢复基线水平。结论:相同剂量和注射速率的情况下,碘克沙醇对比剂肾动脉注射造成同侧肾损伤较重,耳缘静脉、股动脉注射造成双侧肾损伤相同并相对较轻。随着股动脉注射剂量的增加,肾损伤程度明显增加。1.5-2.0 g iodine/kg股动脉注射与1.0 g iodine/kg肾动脉注射造成的肾损伤相似,72小时肾功能可恢复。2.5 g iodine/kg大剂量对比剂股动脉注射后,肾功能持续性降低,72小时无法恢复。R2*值与HIF-1α表达、ADC值、D值和f值与肾组织损伤有线性关系,说明BOLD-MRI和IVIM序列联合同时判断双侧肾组织氧含量和组织学变化具有重要价值。
【学位单位】：中国医科大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：R692;R445.2
【部分图文】：

图 1 以 A 组实验为例，实验流程图.2.2 MRI 扫描参数3.0T Twin Speed 全身磁共振扫描仪 (型号 signa，General Electric MedicalSystilwaukee, WI, USA)。动物线圈，仰卧位，头先进，将双侧肾脏置于线圈中心水平描双侧肾脏正中冠状面图像，BOLD 采用平面回波序列：重复时间（repetitiontiR），101.5 毫秒; 回波时间（echo time，TE），6.3-32 毫秒; 翻转角度（flip angA），30°; 带宽（bandwidth，BW），31.25 kHz; 矩阵，160x160; 视野，18 厘米米; 层厚度，4 毫米; 层数，5; 扫描时间，2 分 30 秒。 IVIM 序列：单次自旋扩散加权回波成像，b =0,10,20,50,100,200,400,600,800,1200s / mm2，TR，405;TE，96.3 毫秒; 矩阵，160x160; 视野，18 厘米x18 厘米; 层厚度，4 毫米; 层数; 扫描时间，6 分 41 秒。.2.3 图像后处理

实验流程如图 1。图 1 以 A 组实验为例，实验流程图2.2.2 MRI 扫描参数3.0T Twin Speed 全身磁共振扫描仪 (型号 signa，General Electric MedicalSystems,Milwaukee, WI, USA)。动物线圈，仰卧位，头先进，将双侧肾脏置于线圈中心水平，扫描双侧肾脏正中冠状面图像，BOLD 采用平面回波序列：重复时间（repetitiontime，TR），101.5 毫秒; 回波时间（echo time，TE），6.3-32 毫秒; 翻转角度（flip angle，FA）

14图 3. 双侧肾脏 CO、OM 和 IM 的 R2*值、ADC 值、D 值、D*值和 f 值变化率三种不同路径对比剂注射后，双侧肾脏 CO、OM 和 IM 的 R2*值明显升高，24 小时后逐渐下降向基线恢复；ADC 值、D 值和 f 值明显降低，24 小时后逐渐升高向基线恢复； D*值明显降低，1 小时后逐渐升高向基线恢复，72 小时内各参数都恢复基线水平。3.6 组织学分析
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本文编号：2849719