王榮甲，任 克，王永芳

(中國醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院放射科，遼寧 沈陽 110000)

碘對比劑誘導的急性腎損傷(contrast-induced acute kidney injury, CIAKI)已成為不容忽視的臨床問題。碘對比劑所致急性腎損傷(acute kidney injury, AKI)為醫(yī)源性腎損傷的第3位[1]。血肌酐(serum creatinine, Scr)是CIAKI的主要標志物[2]，常在注入碘對比劑后3～5天達峰值，1～3周內(nèi)恢復基線值[3]，導致部分患者錯過治療時間而發(fā)生AKI或延長住院時間。血氧水平依賴(blood oxygenation level-dependent, BOLD)成像能夠無創(chuàng)評價組織氧利用度[4]。血液中順磁性脫氧血紅蛋白含量增多導致周圍磁場不均勻，T2縮短，T2WI低信號，其表觀橫向弛豫率(R2*=1/T2*)是組織氧分壓的敏感指標[5]?；隗w素內(nèi)不相干運動(intravoxel incoherent motion, IVIM)的DWI(IVIM-DWI)使用多個b值對成像數(shù)據(jù)進行雙指數(shù)擬合，將水分子擴散信息和血液微循環(huán)灌注信息分離開來，對于腎臟病變具有潛在臨床應用價值[6-7]，且IVIM技術對腎臟水分子擴散和血液灌注早期變化很敏感[8]。缺氧誘導因子-1α(hypoxia inducible factor-1α, HIF-1α)積累可作為缺氧體內(nèi)測定的內(nèi)源性指標[9]，而血紅素加氧酶1(heme oxygenase-1, HO-1)對組織氧化損傷有重要保護作用[10]。本研究嘗試以IVIM-DWI聯(lián)合BOLD成像早期無創(chuàng)觀察注射碘克沙醇后兔AKI期間腎組織水擴散、灌注及氧合變化，并與腎臟組織學和HIF-1α和HO-1表達水平相對照。

1 材料與方法

1.1 實驗動物及分組 新西蘭雄性兔25只，體質(zhì)量均為2.5 kg，隨機分為基線組和實驗組(1、24、48、72 h組)，每組5只。實驗前12 h停飼、4 h停水。按照5 gI/kg體質(zhì)量[11]經(jīng)耳緣靜脈注射碘克沙醇320建立AKI模型，基線組注射等量生理鹽水，之后依次于1、24、48、72 h對相應實驗組行BOLD和IVIM-DWI掃描。

1.2 儀器與方法 采用GE Twin Speed 3.0T MR掃描儀，8通道陣體線圈，麻醉(3%戊巴比妥鈉1 mg/kg體質(zhì)量)后仰臥位保定動物，頭先進，置于線圈中。BOLD采用多梯度回波序列成像，層數(shù)5層，層厚3 mm，視野16 cm×16 cm，矩陣256×256，TR=96.2 ms，TE=4.4 ms。IVIM采用單次激發(fā)自旋回波擴散加權(quán)平面回波成像，b值取0、10、20、50、100、200、400、600、800、1 200 s/mm2，層數(shù)5，層厚3 mm，視野16 cm×16 cm，矩陣160×160，TR=4 050 ms，TE=95.5 ms。掃描結(jié)束后將圖像上傳至 GE Adw 4.4工作站，手動于右側(cè)腎臟避開腎竇部脂肪及血管選擇ROI(30～35 mm2)，分別在腎皮質(zhì)、髓質(zhì)測量ADC值、D值、D*值、f值及R2*值，重復測量3次，取平均值作為結(jié)果。

1.3 生化指標及組織病理學檢測 對各組兔經(jīng)耳緣靜脈進行采血，離心15 min后取上清檢測Scr和尿素氮(blood urea nitrogen, BUN)。掃描結(jié)束后以過量戊巴比妥處死動物，立即取出腎臟，行HE染色及免疫組織化學染色，參考文獻[12]評分標準對腎臟損傷進行半定量評估，參考文獻[13]方法對HIF-1α和及HO-1在胞漿、胞核中的表達區(qū)域進行半定量分析。

1.4 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 22.0統(tǒng)計分析軟件。以±s表示符合正態(tài)分布和方差齊性測值，采用單因素方差分析進行多組比較，兩兩比較采用LSD方法； 對非正態(tài)分布測值采用Kruskal-Wallis檢驗。以Pearson相關分析觀察fMRI參數(shù)與免疫組織化學評分的相關性，0.40≤|r|≤0.69為中度相關，0.70≤|r|≤0.89為高度相關。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 BOLD參數(shù)值變化 相比基線組，1 h組腎皮質(zhì)、髓質(zhì)R2*值升高，24 h組均達峰值(P均<0.05)，72 h組腎皮質(zhì)、髓質(zhì)R2*值仍未恢復(P均<0.05)。髓質(zhì)R2*值始終高于皮質(zhì)。見表1、圖1。

2.2 IVIM各參數(shù)值變化 相比基線組，1 h組腎皮質(zhì)、髓質(zhì)ADC值及D值下降，24 h組降至最低(P均<0.05)，72 h組腎臟皮質(zhì)、髓質(zhì)ADC值、皮質(zhì)D值仍未恢復基線水平，但差異無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)，而髓質(zhì)D值仍低于基線組(P<0.05)。1 h組腎皮質(zhì)、髓質(zhì)D*值降低，72 h組基本恢復至基線水平(P均>0.05)。24 h組腎皮質(zhì)、髓質(zhì)f值最低(P均<0.05)，72 h組腎髓質(zhì)f值仍未恢復基線水平(P<0.05)。見表2、圖2。

2.3 生化指標 相比基線組，1 h組Scr及BUN升高，72 h組達到峰值(P均<0.05)。見表3。

2.4 病理學改變 實驗組腎組織細胞核脫落，腎臟皮質(zhì)空泡化，腎小球萎縮，近曲小管內(nèi)可見管腔碎屑形成，以24 h最重。免疫組化染色顯示，1 h組腎小管上皮細胞核即有HIF-1α及HO-1表達，胞漿、細胞核中均可見到陽性染色，24 h組表達最顯著，切片染色最深，48h組及72h組表達水平下降，染色漸淺。見圖3～5。

表1 各組腎臟皮、髓質(zhì)R2*值比較(s-1，±s)

表1 各組腎臟皮、髓質(zhì)R2*值比較(s-1，±s)

組別腎皮質(zhì)R2*腎髓質(zhì)R2*基線組24.67±3.7326.88±2.86實驗組 1 h組27.50±2.2229.76±4.32 24 h組 31.96±2.80*36.22±2.74* 48 h組29.71±2.42*34.26±2.88* 72 h組28.77±2.20*32.87±2.60*F值4.8806.952P值0.0070.001

注：*：與基線組比較，P<0.05

圖1 各組代表性BOLD圖像

表2 各組腎臟IVIM參數(shù)值(±s)

表2 各組腎臟IVIM參數(shù)值(±s)

組別腎皮質(zhì)D值(×10-4 mm2/s)ADC值(×10-4 mm2/s)D*值(×10-3 mm2/s)f值(%)腎髓質(zhì)D值(×10-4 mm2/s)ADC值(×10-4 mm2/s)D*值(×10-3 mm2/s)f值(%)基線組4.07±0.619.65±0.6010.20±0.8039.34±1.923.63±0.339.45±0.249.90±0.4037.50±1.92實驗組 1 h組3.47±0.629.45±0.449.08±0.2937.10±1.40*3.09±0.24*9.10±0.42*8.79±0.4934.10±0.90* 24 h組 3.06±0.50*8.80±0.31*9.62±0.3534.80±1.13*2.77±0.15*8.25±0.12*9.28±1.1628.66±2.52* 48 h組3.20±0.34*9.09±0.369.77±0.6636.12±2.21*2.91±0.29*8.36±0.14*9.31±0.6530.42±2.38* 72 h組3.56±0.419.49±0.339.87±1.0838.44±1.613.14±0.44*8.81±0.319.75±0.2933.18±3.39*F值2.9193.3281.7205.6795.70017.4172.12510.407P值0.0470.0300.1850.0030.0030.0000.115<0.001

注：*：與基線組比較P<0.05

表3 各組生化指標(±s)

表3 各組生化指標(±s)

組別Scr(μmol/L)BUN(mmol/L)基線組59.8±7.564.27±1.12實驗組 1 h組62.4±6.434.33±1.20 24 h組69.2±7.955.18±1.20 48 h組77.2±6.83*6.06±1.10* 72 h組83.8±8.41*6.43±0.93*F值9.0373.834P值0.0000.018

注：*：與基線組比較P<0.05

2.5 fMRI各參數(shù)與HIF-1α、HO-1的相關性 HIF-1α及HO-1與腎皮質(zhì)R2*、ADC值、D值及f值呈中等相關，與D*值無明顯相關；HIF-1α及HO-1與髓質(zhì)R2*及D值與呈中度相關，ADC值及f值高度相關，與D*值無明顯相關。見圖6、7。

3 討論

目前對于CIAKI的發(fā)生機制尚未完全清楚。以往研究[4,6]多單獨采用BOLD或IVIM技術評估腎功能。本研究聯(lián)合應用此二種fMRI技術，以BOLD監(jiān)測注射碘對比劑后早期腎臟血氧代謝的改變，IVIM觀察腎組織內(nèi)水分子運動和血流灌注的變化信息，相互印證，以從多方面、多角度準確顯示注射碘對比劑后腎功能變化，并探討其病理生理學機制。

圖3各組腎臟病理(HE，×400) A.病理圖； B.病理評分比較 (*：與基線組相比P<0.05)

圖4各組HIF-1 α表達(×400) A.HIF-1 α免疫組織化學； B.HIF-1 α表達比較 (*：與基線組相比P<0.05)

圖5各組HO-1表達(×400) A.HO-1免疫組織化學； B.HO-1表達比較 (*：與基線組相比P<0.05)

腎臟低灌注、缺氧及氧化應激是CIAKI發(fā)生發(fā)展的關鍵病理因素[1]。R2*值升高表明局部組織內(nèi)氧含量降低，反之提示氧含量升高。b值<200 s/mm2時IVIM-DWI代表組織灌注信息，b值>200 s/mm2時則反映水分子擴散程度。本研究以BOLD觀察注射碘克沙醇后72 h內(nèi)兔腎臟R2*值的動態(tài)變化過程，發(fā)現(xiàn)注入碘克沙醇后1 h腎臟R2*值即開始升高，24 h達峰值；注射碘克沙醇后1 h兔腎臟D*值下降，可能由于腎小血管收縮導致腎臟血流微灌注減少[14]，進而引發(fā)腎臟缺氧；至72 h腎皮質(zhì)、髓質(zhì)R2*值仍未恢復至正常水平，推測原因在于碘克沙醇的高黏度特性可減緩腎內(nèi)血流速度，延長其在腎內(nèi)滯留時間[15]；碘對比劑經(jīng)腎小球濾過，不僅被腎小管重吸收，且其濃度在流經(jīng)腎小管段時進一步濃縮，加重腎小管損傷，最終導致腎臟不可恢復的缺氧損傷。

圖6 腎臟fMRI參數(shù)與HIF-1α評分相關性散點圖

圖7 腎臟fMRI參數(shù)與HO-1評分相關性散點圖

ADC值同時包含水分子擴散和血液微循環(huán)灌注雙重信息。真實擴散系數(shù)D值是真實的水分子擴散運動的表現(xiàn)；灌注相關擴散系數(shù)D*值代表血液微循環(huán)灌注，取決于毛細血管的收縮或舒張狀態(tài)；而灌注分數(shù)f值則是組織內(nèi)液體負荷狀態(tài)的體現(xiàn)。本研究中腎臟皮、髓質(zhì)ADC值大于D值，這是由于ADC值同時包含水分子擴散和血流灌注信息。注射碘克沙醇后，兔腎臟ADC值及D值降低，可能與碘克沙醇對腎小管上皮細胞的毒性作用或延遲的細胞凋亡致腎內(nèi)組織擴散減少有關[16]。另外，碘克沙醇雖為等滲對比劑，進入體內(nèi)后其高黏度使之與腎小管的接觸時間延長，引起細胞水腫，組織內(nèi)水分子擴散受限。光鏡下觀察病理切片顯示腎小管細胞水腫及炎性細胞浸潤，腎小球萎縮，腎臟間質(zhì)纖維化，進一步證實了上述影像學結(jié)果。本研究提示碘克沙醇所致腎臟灌注減少早于腎臟組織擴散降低，與既往研究相符[17]。注射碘克沙醇后1 h腎臟D*值及f值下降為腎臟血管持續(xù)收縮所致，隨后血管舒張，D*值漸漸回升，而f值回升略晚于D*值，表明血管舒張后引起腎血容量增加，提示D*值和f值可區(qū)分腎臟功能性血管舒張和液體負荷增加。碘克沙醇對腎臟皮質(zhì)血流灌注的影響是一過性的，本研究72 h組腎皮質(zhì)IVIM各參數(shù)基本恢復至正常水平，而腎髓質(zhì)各參數(shù)仍低于正常值，考慮原因在于腎皮質(zhì)血運豐富，而髓質(zhì)生理性低氧，碘克沙醇更易對其造成不可逆損傷。

HIF-1α是缺氧條件下的重要氧依賴性核轉(zhuǎn)錄因子，參與紅細胞生成以及鐵代謝和能量代謝等，為血紅素分解代謝中的限速酶，可被各種氧化應激所誘導。本研究發(fā)現(xiàn)兔腎臟皮、髓質(zhì)R2*值與HIF-1α和HO-1有較好的相關性，提示R2*值可較好地反映局部腎組織氧含量；細胞毒性作用和腎小管細胞凋亡所致腎內(nèi)擴散降低可加重腎小管損傷，而腎小管損傷亦可引起腎臟缺氧，此點為ADC值、D值和f值與HIF-1α及HO-1良好的相關性所證實。因此，利用BOLD和IVIM技術可監(jiān)測CIAKI的發(fā)生和發(fā)展，應用價值較好。

本研究的主要局限性：掃描過程中實驗兔處于自由呼吸狀態(tài)，圖像可能受呼吸及腸氣偽影干擾；采用手動勾畫ROI進行分析，可能影響數(shù)據(jù)的準確性； T2*對組織氧合敏感，亦受血管體積分數(shù)和局部紅細胞壓積的影響，測量準確性和圖像質(zhì)量均有待提高。