大鼠皮瓣血液循環(huán)的磁共振波譜學(xué)初步研究
作者：朱輝
單位：朱輝(廣東省深圳市中心醫(yī)院整形外科，深圳 518036)
關(guān)鍵詞：皮瓣；血液循環(huán)；磁共振波譜分析；大鼠
咸寧醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)000204 摘 要 目的：觀察皮瓣的能量代謝。方法：利用磁共振波譜(MRS)技術(shù)分別對(duì)大鼠皮瓣在正常灌注、動(dòng)脈阻流、靜脈阻流、失活等條件下ATP、PCr、Pi峰形的變化進(jìn)行分析。結(jié)果：正常時(shí)，Pi低于ATP的γ及α峰。皮瓣缺血時(shí)，ATP與PCr明顯降低，而Pi則明顯增高，并顯示酸中毒及組織缺血。結(jié)論：MRS是研究皮瓣能量代謝的有效實(shí)驗(yàn)方法。
中圖分類(lèi)號(hào) R445.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A
文章編號(hào) 1008-0635(2000)02-0088-03
, 百拇醫(yī)藥 A Study of Skin Flap Circulation with Magnetic Resonance
Spectroscopy in Rat
ZHU Hui
(Department of Plastic Surgery,Shenzhen Cental Hospital,Shenzhen 518036)
ABSTRACT Objective To study the energy metabolism of skin flap.Methods Use the magnetic resonance spectroscopy (MRS) to evaluate the values of ATP,PCr and Pi evaluation in mormal flap,hypoperfused flap with vessel occlusion and dead flap.Results In the well-perfused flap,the Pi peak is lower than the gamma and alpha ATP peaks.In vessel-ligated flap,the ATPand PCr peaks are significantly depressed and Pi is significantly elevated.There is an indication of acidosis and tissue ischemia.Conclusion MRS is a valuable tool in the laboratory investigation of flap energy metabolism.
, 百拇醫(yī)藥
KEY WORDS Skin flap;Circulation;Magnetic Resonance Spectroscopy;Rat
皮瓣血液循環(huán)的研究方法包括機(jī)械實(shí)驗(yàn)、血管造影、核素顯影、溫度分析、電子攝像、分類(lèi)代謝實(shí)驗(yàn)等，但這些方法均為間接性且精確度不高。磁共振波譜分析(MRS)是測(cè)定生物體內(nèi)化學(xué)物質(zhì)的一種非損傷技術(shù)，它可以用來(lái)觀察活體中細(xì)胞水平的代謝變化，為皮瓣血液循環(huán)的研究提供了一種直接而可靠的方法。
1 材料與方法
1.1動(dòng)物與模型
15只Sprague-Dawleg大鼠，體重為180～250克。應(yīng)用Finseth-Cutting法形成雙蒂上腹部皮瓣[1]。為避免肌肉組織對(duì)皮瓣MRS分析的干擾，將一銅板置于皮瓣下，然后將表面線(xiàn)圈置于皮瓣上，動(dòng)物放進(jìn)Plexiglas管后推入MRS設(shè)備中檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物分三組，每組5只。分別為對(duì)照組、靜脈阻流組和動(dòng)脈阻流組。
, http://www.www.srpcoatings.com
1.2 方法
MRS設(shè)備為美國(guó)俄亥俄州州立大學(xué)醫(yī)學(xué)院磁共振研究中心的4.7T垂直孔超導(dǎo)型MR。實(shí)驗(yàn)采集資料時(shí)重復(fù)時(shí)間為900毫秒，“獲得”為1400/每屏。20分鐘完成一次全程掃描，分別測(cè)定其波譜峰，每個(gè)皮瓣測(cè)定時(shí)間約8小時(shí)。
1.3 檢測(cè)指標(biāo)
每組均作游離磷或無(wú)機(jī)磷(Pi)、磷酸肌酸(PCr)和ATP的γ、α、β峰和pH值的測(cè)定。
2 結(jié) 果
對(duì)照組測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖1。下為正常血流灌注皮瓣，可見(jiàn)Pi低于ATP分子中的γ、α峰；中為皮瓣血流完全阻斷而使皮瓣失活，出現(xiàn)Pi明顯升高，PCr幾乎完全消失；上為皮瓣危象狀態(tài)時(shí)，Pi右側(cè)位移，提示已有酸中毒與組織缺血。
, 百拇醫(yī)藥
圖1 對(duì)照組。下：正常灌流。
中：皮瓣已失活。上：皮瓣危象
皮瓣靜脈阻流的波譜見(jiàn)圖2。下為阻流1小時(shí)所見(jiàn)，Pi輕度升高，ATP的γ、α、β諸峰雖都低于Pi，但PCr仍然高于Pi，即ATP在皮瓣缺血時(shí)的代償作用；中為再灌注后20分鐘所取得，可從波譜中看到Pi明顯升高及PCr輕度升高；上為再灌注2小時(shí)表現(xiàn)，皮瓣已接近正常，但仍有酸中毒表現(xiàn)。
圖2 靜脈阻流組。下：阻流1小時(shí)。
中：再灌注20分鐘。上：再灌注2小時(shí)
急性動(dòng)脈阻流波譜見(jiàn)圖3。下為阻流后1小時(shí)表現(xiàn)，可見(jiàn)皮瓣能量代謝已明顯處于低水平，Pi升高；中為再灌注后20分鐘，能量代謝已在恢復(fù)中；上是再灌注后4小時(shí)波譜，各項(xiàng)指標(biāo)正在恢復(fù)中，但Pi仍有位移，表明酸中毒尚未完全改善。
, 百拇醫(yī)藥
圖3 動(dòng)脈阻流組。下：阻流1小時(shí)。
中：再灌注20分鐘。上：再灌注4小時(shí)
3 討 論
磁共振波譜分析的基本原理為：測(cè)定原子核的磁共振信號(hào)頻率是通過(guò)原子核的固有性質(zhì)旋磁比及外加在所測(cè)物質(zhì)原子核上的磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。加在原子核上的強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)所測(cè)原子核周?chē)碾娮右约跋噜徳又械碾娮佣紩?huì)產(chǎn)生影響。所以，外加磁場(chǎng)對(duì)電子的作用會(huì)引起原子核位置的微小變化，即所謂“化學(xué)位移”，其使原來(lái)具有固定空間的共振原子核所產(chǎn)生的頻率發(fā)生少許變化，在磁共振的波譜上會(huì)出現(xiàn)不同的峰。
PCr是一種高能量貯存物。當(dāng)ATP增多時(shí)，PCr被合成而成為高能磷貯存物貯存在細(xì)胞內(nèi)。當(dāng)ATP激活生成ADP時(shí)，PCr被轉(zhuǎn)化成ATP和肌酸(Cr)，以保持ATP水平。31 P的MRS可測(cè)定ATP、PCr及Pi的化學(xué)位移，并由此可測(cè)定細(xì)胞內(nèi)的pH值。在缺血情況下，細(xì)胞代謝消耗ATP，促進(jìn)氧化磷酸化形成ATP，并導(dǎo)致ADP升高刺激糖原酵解產(chǎn)生乳酸。PCr和ATP水解會(huì)引起Pi濃度上升。因此，缺氧、局部貧血或細(xì)胞死亡時(shí)，將使高能磷酸鹽(PCr和ATP)下降，Pi量上升，乳酸增加，并導(dǎo)致PH下降[2～4]。
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本實(shí)驗(yàn)利用MRS波譜分析直接測(cè)定細(xì)胞內(nèi)的ATP代謝變化。雖然目前尚無(wú)有效手段去獲得所示各峰的量化數(shù)值，但僅是對(duì)各實(shí)驗(yàn)組波譜顯示的峰形的肉眼觀察即可發(fā)現(xiàn)它們之間的明顯差異。在對(duì)照組的正常血流灌注，我們可以看到三個(gè)ATP峰(γ、α、β)、一個(gè)PCr峰及一個(gè)低于γ與α的Pi峰。三組中所有的血流阻斷或失活皮瓣均表現(xiàn)為ATP與PCr的降低及Pi明顯升高的缺血模式。當(dāng)靜脈阻流時(shí)，則表現(xiàn)出不同于完全失活的PCr與ATP的降低及Pi的輕度升高；急性動(dòng)脈阻流時(shí)，表現(xiàn)為典型的組織缺血波譜，阻流20分鐘內(nèi)即出現(xiàn)Pi的升高與ATP的降低。當(dāng)阻流原因去除后，皮瓣血液循環(huán)逐漸恢復(fù)，MRS波譜表現(xiàn)為PCr與ATP水平的立即增加，而Pi則緩慢降至基礎(chǔ)水平。無(wú)論是動(dòng)脈還是靜脈阻流原因去除后，都可發(fā)現(xiàn)Pi的左側(cè)位移，并且通過(guò)MRS計(jì)算機(jī)分析也可得到與此一致的pH值降低的結(jié)果。由此我們可以推論：Pi的位移是反映組織缺血的更敏感的征象。波譜也表現(xiàn)出Pi恢復(fù)到基礎(chǔ)水平的速度遠(yuǎn)低于PCr及ATP的恢復(fù)速度，即雖然波譜已表現(xiàn)出缺血狀態(tài)得到改善，但細(xì)胞內(nèi)pH仍顯示出酸中毒的存在。
, http://www.www.srpcoatings.com
MRS用于測(cè)定實(shí)驗(yàn)動(dòng)物皮瓣模型的血液循環(huán)是一種直接、精確、干擾小的方法。盡管MRS應(yīng)用于臨床術(shù)后監(jiān)測(cè)皮瓣血運(yùn)還有待時(shí)日，但它是目前一個(gè)非常有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)研究工具。
參考文獻(xiàn)
1，F(xiàn)inseth F,Cutting C.An experimental neurovascular island skin flap for the study of delay phenomenon.Plast Reconstr Surg，1978；61：412
2，Litt L,Gonzalez,Mendez R.A in vivo 31P-NMR study of cerebral hypoxic hypoxia in rats.Magn Reson Med，1986；3：619
3，Stein P,Goldstein S.In vivo evaluation of intracellular pH and high-energy phosphore metabolites during regional myocardial inchemia in cats using 31P nuclear magtic resonance.Magn Reson Med，1986；3：262
4，Alexander Z,Thian C,Min Xue.Human in vivo 31P spectroscopy of skin：potentially a powerful tool for non-invasive study of metabolism in a cutaneous tissue.Dermatol Surg Onco，1989；15：11
收稿2000-03-10, http://www.www.srpcoatings.com
單位：朱輝(廣東省深圳市中心醫(yī)院整形外科，深圳 518036)
關(guān)鍵詞：皮瓣；血液循環(huán)；磁共振波譜分析；大鼠
咸寧醫(yī)學(xué)院學(xué)報(bào)000204 摘 要 目的：觀察皮瓣的能量代謝。方法：利用磁共振波譜(MRS)技術(shù)分別對(duì)大鼠皮瓣在正常灌注、動(dòng)脈阻流、靜脈阻流、失活等條件下ATP、PCr、Pi峰形的變化進(jìn)行分析。結(jié)果：正常時(shí)，Pi低于ATP的γ及α峰。皮瓣缺血時(shí)，ATP與PCr明顯降低，而Pi則明顯增高，并顯示酸中毒及組織缺血。結(jié)論：MRS是研究皮瓣能量代謝的有效實(shí)驗(yàn)方法。
中圖分類(lèi)號(hào) R445.9 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A
文章編號(hào) 1008-0635(2000)02-0088-03
, 百拇醫(yī)藥 A Study of Skin Flap Circulation with Magnetic Resonance
Spectroscopy in Rat
ZHU Hui
(Department of Plastic Surgery,Shenzhen Cental Hospital,Shenzhen 518036)
ABSTRACT Objective To study the energy metabolism of skin flap.Methods Use the magnetic resonance spectroscopy (MRS) to evaluate the values of ATP,PCr and Pi evaluation in mormal flap,hypoperfused flap with vessel occlusion and dead flap.Results In the well-perfused flap,the Pi peak is lower than the gamma and alpha ATP peaks.In vessel-ligated flap,the ATPand PCr peaks are significantly depressed and Pi is significantly elevated.There is an indication of acidosis and tissue ischemia.Conclusion MRS is a valuable tool in the laboratory investigation of flap energy metabolism.
, 百拇醫(yī)藥
KEY WORDS Skin flap;Circulation;Magnetic Resonance Spectroscopy;Rat
皮瓣血液循環(huán)的研究方法包括機(jī)械實(shí)驗(yàn)、血管造影、核素顯影、溫度分析、電子攝像、分類(lèi)代謝實(shí)驗(yàn)等，但這些方法均為間接性且精確度不高。磁共振波譜分析(MRS)是測(cè)定生物體內(nèi)化學(xué)物質(zhì)的一種非損傷技術(shù)，它可以用來(lái)觀察活體中細(xì)胞水平的代謝變化，為皮瓣血液循環(huán)的研究提供了一種直接而可靠的方法。
1 材料與方法
1.1動(dòng)物與模型
15只Sprague-Dawleg大鼠，體重為180～250克。應(yīng)用Finseth-Cutting法形成雙蒂上腹部皮瓣[1]。為避免肌肉組織對(duì)皮瓣MRS分析的干擾，將一銅板置于皮瓣下，然后將表面線(xiàn)圈置于皮瓣上，動(dòng)物放進(jìn)Plexiglas管后推入MRS設(shè)備中檢測(cè)。實(shí)驗(yàn)動(dòng)物分三組，每組5只。分別為對(duì)照組、靜脈阻流組和動(dòng)脈阻流組。
, http://www.www.srpcoatings.com
1.2 方法
MRS設(shè)備為美國(guó)俄亥俄州州立大學(xué)醫(yī)學(xué)院磁共振研究中心的4.7T垂直孔超導(dǎo)型MR。實(shí)驗(yàn)采集資料時(shí)重復(fù)時(shí)間為900毫秒，“獲得”為1400/每屏。20分鐘完成一次全程掃描，分別測(cè)定其波譜峰，每個(gè)皮瓣測(cè)定時(shí)間約8小時(shí)。
1.3 檢測(cè)指標(biāo)
每組均作游離磷或無(wú)機(jī)磷(Pi)、磷酸肌酸(PCr)和ATP的γ、α、β峰和pH值的測(cè)定。
2 結(jié) 果
對(duì)照組測(cè)定結(jié)果見(jiàn)圖1。下為正常血流灌注皮瓣，可見(jiàn)Pi低于ATP分子中的γ、α峰；中為皮瓣血流完全阻斷而使皮瓣失活，出現(xiàn)Pi明顯升高，PCr幾乎完全消失；上為皮瓣危象狀態(tài)時(shí)，Pi右側(cè)位移，提示已有酸中毒與組織缺血。
, 百拇醫(yī)藥
圖1 對(duì)照組。下：正常灌流。
中：皮瓣已失活。上：皮瓣危象
皮瓣靜脈阻流的波譜見(jiàn)圖2。下為阻流1小時(shí)所見(jiàn)，Pi輕度升高，ATP的γ、α、β諸峰雖都低于Pi，但PCr仍然高于Pi，即ATP在皮瓣缺血時(shí)的代償作用；中為再灌注后20分鐘所取得，可從波譜中看到Pi明顯升高及PCr輕度升高；上為再灌注2小時(shí)表現(xiàn)，皮瓣已接近正常，但仍有酸中毒表現(xiàn)。
圖2 靜脈阻流組。下：阻流1小時(shí)。
中：再灌注20分鐘。上：再灌注2小時(shí)
急性動(dòng)脈阻流波譜見(jiàn)圖3。下為阻流后1小時(shí)表現(xiàn)，可見(jiàn)皮瓣能量代謝已明顯處于低水平，Pi升高；中為再灌注后20分鐘，能量代謝已在恢復(fù)中；上是再灌注后4小時(shí)波譜，各項(xiàng)指標(biāo)正在恢復(fù)中，但Pi仍有位移，表明酸中毒尚未完全改善。
, 百拇醫(yī)藥
圖3 動(dòng)脈阻流組。下：阻流1小時(shí)。
中：再灌注20分鐘。上：再灌注4小時(shí)
3 討 論
磁共振波譜分析的基本原理為：測(cè)定原子核的磁共振信號(hào)頻率是通過(guò)原子核的固有性質(zhì)旋磁比及外加在所測(cè)物質(zhì)原子核上的磁場(chǎng)強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。加在原子核上的強(qiáng)磁場(chǎng)對(duì)所測(cè)原子核周?chē)碾娮右约跋噜徳又械碾娮佣紩?huì)產(chǎn)生影響。所以，外加磁場(chǎng)對(duì)電子的作用會(huì)引起原子核位置的微小變化，即所謂“化學(xué)位移”，其使原來(lái)具有固定空間的共振原子核所產(chǎn)生的頻率發(fā)生少許變化，在磁共振的波譜上會(huì)出現(xiàn)不同的峰。
PCr是一種高能量貯存物。當(dāng)ATP增多時(shí)，PCr被合成而成為高能磷貯存物貯存在細(xì)胞內(nèi)。當(dāng)ATP激活生成ADP時(shí)，PCr被轉(zhuǎn)化成ATP和肌酸(Cr)，以保持ATP水平。31 P的MRS可測(cè)定ATP、PCr及Pi的化學(xué)位移，并由此可測(cè)定細(xì)胞內(nèi)的pH值。在缺血情況下，細(xì)胞代謝消耗ATP，促進(jìn)氧化磷酸化形成ATP，并導(dǎo)致ADP升高刺激糖原酵解產(chǎn)生乳酸。PCr和ATP水解會(huì)引起Pi濃度上升。因此，缺氧、局部貧血或細(xì)胞死亡時(shí)，將使高能磷酸鹽(PCr和ATP)下降，Pi量上升，乳酸增加，并導(dǎo)致PH下降[2～4]。
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本實(shí)驗(yàn)利用MRS波譜分析直接測(cè)定細(xì)胞內(nèi)的ATP代謝變化。雖然目前尚無(wú)有效手段去獲得所示各峰的量化數(shù)值，但僅是對(duì)各實(shí)驗(yàn)組波譜顯示的峰形的肉眼觀察即可發(fā)現(xiàn)它們之間的明顯差異。在對(duì)照組的正常血流灌注，我們可以看到三個(gè)ATP峰(γ、α、β)、一個(gè)PCr峰及一個(gè)低于γ與α的Pi峰。三組中所有的血流阻斷或失活皮瓣均表現(xiàn)為ATP與PCr的降低及Pi明顯升高的缺血模式。當(dāng)靜脈阻流時(shí)，則表現(xiàn)出不同于完全失活的PCr與ATP的降低及Pi的輕度升高；急性動(dòng)脈阻流時(shí)，表現(xiàn)為典型的組織缺血波譜，阻流20分鐘內(nèi)即出現(xiàn)Pi的升高與ATP的降低。當(dāng)阻流原因去除后，皮瓣血液循環(huán)逐漸恢復(fù)，MRS波譜表現(xiàn)為PCr與ATP水平的立即增加，而Pi則緩慢降至基礎(chǔ)水平。無(wú)論是動(dòng)脈還是靜脈阻流原因去除后，都可發(fā)現(xiàn)Pi的左側(cè)位移，并且通過(guò)MRS計(jì)算機(jī)分析也可得到與此一致的pH值降低的結(jié)果。由此我們可以推論：Pi的位移是反映組織缺血的更敏感的征象。波譜也表現(xiàn)出Pi恢復(fù)到基礎(chǔ)水平的速度遠(yuǎn)低于PCr及ATP的恢復(fù)速度，即雖然波譜已表現(xiàn)出缺血狀態(tài)得到改善，但細(xì)胞內(nèi)pH仍顯示出酸中毒的存在。
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MRS用于測(cè)定實(shí)驗(yàn)動(dòng)物皮瓣模型的血液循環(huán)是一種直接、精確、干擾小的方法。盡管MRS應(yīng)用于臨床術(shù)后監(jiān)測(cè)皮瓣血運(yùn)還有待時(shí)日，但它是目前一個(gè)非常有價(jià)值的實(shí)驗(yàn)研究工具。
參考文獻(xiàn)
1，F(xiàn)inseth F,Cutting C.An experimental neurovascular island skin flap for the study of delay phenomenon.Plast Reconstr Surg，1978；61：412
2，Litt L,Gonzalez,Mendez R.A in vivo 31P-NMR study of cerebral hypoxic hypoxia in rats.Magn Reson Med，1986；3：619
3，Stein P,Goldstein S.In vivo evaluation of intracellular pH and high-energy phosphore metabolites during regional myocardial inchemia in cats using 31P nuclear magtic resonance.Magn Reson Med，1986；3：262
4，Alexander Z,Thian C,Min Xue.Human in vivo 31P spectroscopy of skin：potentially a powerful tool for non-invasive study of metabolism in a cutaneous tissue.Dermatol Surg Onco，1989；15：11
收稿2000-03-10, http://www.www.srpcoatings.com