Субекти

Резюме

Целта на това проучване е да се оцени връзката между изобразяващите сурогати за дифузна фиброза и миокардна дисфункция. Тридесет и шест новозеландски бели зайци бяха класифицирани в две групи: контролна група (n = 18) и индуцирана от алоксан захарен диабет (DM) група (n = 18). За всички зайци бяха извършени конвенционална ехография, двуизмерно проследяване на петънца и картографиране на сърдечно-магнитен резонанс (CMR) T1; след това всички зайци бяха жертвани за оцветяването на Масън. Извънклетъчният обем (ECV) се изчислява от стойностите на T1 преди и след контраста и се сравнява с миокардната функция, измерена чрез ехокардиография, използвайки корелацията на Pearson. В DM групата ECV се увеличава с увеличаване на продължителността на диабета, в съответствие с промените в миокардната фиброза, потвърдени от патологията. Нещо повече, ECV е силно корелирана с ранната диастолна скорост на деформация (r = -0,782, p

Въведение

Захарният диабет (DM) може да доведе до структурни сърдечни промени и миокардна дисфункция, което да доведе до сърдечна недостатъчност 1,2. Деветгодишно последващо епидемиологично проучване на пациенти, страдащи от увреждане на миокарда, показва, че заболеваемостта и смъртността на пациентите с диабет е по-висока от тази на пациенти без диабет 3. Въпреки че потенциалната патогенеза на диабетното увреждане на миокарда може да бъде мултифакторна 4, в крайна сметка настъпва ускорена клетъчна апоптоза и некроза, което води до повишена дифузна миокардна интерстициална фиброза 1. Фиброзата може да допринесе за миокардната дисфункция поради потенциалните й връзки с хипергликемия 5. Въпреки това, миокардната дисфункция в ранния стадий може да е резултат от ненормална функция на миоцитите и хипертрофия, а не от фиброза 6. Следователно връзката между фиброзата и миокардната дисфункция остава противоречива.

Двуизмерното (2D) проследяване на петна е усъвършенствана, силно чувствителна ехокардиографска техника за ранно откриване на фина диабетна миокардна дисфункция 7. Въпреки това, поради техническите си ограничения, използването на интегрирана техника за обратно разсейване на ултразвук за откриване на дифузна миокардна фиброза има няколко ограничения 8. Картографирането на сърдечния магнитен резонанс (CMR) T1 е разработено наскоро и използва инверсионно възстановяване, възстановяване на насищане и Look-Locker методи. Картографирането на CMR T1 има по-добра пространствена и времева разделителна способност и може да неинвазивно открива дифузна миокардна фиброза 9,10. Тъй като различните тъкани имат специфични граници на стойностите на T1 при определена сила на магнитното поле, CMR T1 картирането може да определи количествено степента на фиброза чрез точно измерване на извънклетъчния обем (ECV), който се изчислява от стойностите на T1 преди и след контраста 11,12 .

Известно е, че диабетичните зайци проявяват миокардна фиброза 13,14. Следователно в това проучване установихме модел на диабетен заек и непрекъснато наблюдавахме промените в сърдечната функция и степента на дифузна интерстициална фиброза. Нашата хипотеза беше, че след индуцирането на диабет, зайците ще развият дифузна миокардна фиброза, която може да доведе до дисфункция на миокарда.

Резултати

Характеристики

Зайците от DM групата постепенно възобновиха диетата си. В DM групата 1 заек умря в рамките на 8 часа след инжектирането на алоксан, 3 зайци умряха след индукция на модела и нивата на кръвната глюкоза на други 2 зайци постепенно се нормализираха. По този начин в DM и контролните групи в анализа бяха включени общо 36 зайци, а всяка подгрупа съдържаше 6 зайци.

Ехокардиография

Морфологията и функцията на лявата камера (LV) бяха оценени чрез конвенционална ехокардиография както в DM, така и в контролните групи (Таблица 1). Не се наблюдава значителна разлика във фракцията на изтласкване (EF) между двете групи (p> 0,05). Освен това, 2D проследяване на петънца показа, че след 3 месеца няма разлика в радиалния систоличен пиков щам (SR) (t = -0,535, p = 0,604) и скоростта на ранно диастолно напрежение (SrR) (t = -0,260, p = 0,800) може да се намери между двете групи. На 6 месеца все още няма разлика в SR (t = 0,143, p = 0,889), но значителна разлика в SrR (t = 2,401, p = 0,037) е очевидна между двете групи. Нещо повече, на 9 месеца бяха установени значителни разлики и при SR (t = -5,052, p Таблица 1 Ултразвуково изследване и CMR параметри.

CMR и неговата корелация с ехокардиография

Резултатите от CMR T1 картографиране са показани на фиг. 1. ECV се изчислява от стойностите на T1 преди и след администриране на контраста. ECV се различава значително между DM и контролните групи (t = 2,46, p = 0,034) за 3 месеца; това е по-рано от момента, в който могат да бъдат открити значителни разлики в SR и SrR. Значителни разлики в ECV между DM и контролните групи се запазват и на 6-ия месец (t = 7,26, p Фигура 1: Представителни T1 карти за типичен заек в 6-месечната диабетна група.

асоциацията

(A) Предконтрастна карта T1. ROI 1 показва времето на T1 преди контраст на миокарда: 1330 ± 86 ms, а ROI 2 показва времето на T1 преди контраст на кръвта: 1,876 ± 27 ms. (Б.) Постконтрастна карта T1 от същото ниво. ROI 1 показва времето на T1 след контраст на миокарда: 513 ± 16 ms, а ROI 2 показва времето на T1 след контраст на кръвта: 408 ± 6 ms. Хематокрит: 42%. ECV, изчислена от карти преди и след контраст T1, е 36,2%.

(A) Корелация между ECV и SR; (Б.) Корелация между ECV и SrR.

Хистология

Фигура 3 показва хистологичните резултати от заешки миокард в контролната и DM групата. В групата с DM, тъй като продължителността на диабета се увеличава, се наблюдава по-обширна миокардна фиброза. Фигура 4 представя график на обемната фракция на колаген (CVF) в DM и контролни групи, съответстващи на възрастта. Стойностите на CVF на 3, 6 и 9 месеца след индукцията на модела са съответно 8,7 ± 1,6%, 14,3 ± 2,6% и 23,8 ± 2,5%. В контролната група не се наблюдава значителна промяна в миокардната фиброза от 3 до 9 месеца. Стойностите на CVF на 3, 6 и 9 месеца в контролната група са съответно 4,5 ± 1,1%, 4,4 ± 0,8% и 4,2 ± 0,8%. CVF се различава значително между DM и контролните групи през всичките 3 времеви точки (3 месеца: t = 5,28, p Фигура 3: Хистологична оценка на измененията на миокарда в съответствие с MR ROI областите в миокарда на интервентрикуларната преграда).

Оцветяване на Masson (синьо = фиброза, червено = миокардни клетки) на сърцата на контролните и DM зайци. В сравнение с контролната група, тежестта на дифузната интерстициална фиброза се увеличава, тъй като продължителността на диабета се увеличава в DM групата.

CVF: обемна фракция на колаген; DM: захарен диабет.

Дискусия

Въпреки че предишни проучвания показват, че диабетът може да предизвика миокардна дисфункция на ранен етап, нашето проучване демонстрира наличието на дифузна миокардна фиброза на различни етапи. Също така установихме корелация между фиброзата и миокардната дисфункция при модели на диабетни зайци въз основа на хистологична оценка. Основните ни открития са, както следва: (1) Промените в ECV настъпиха по-рано от тези на други маркери за сърдечна дисфункция. (2) ECV при зайци с диабет е значително по-висока от тази в контролната група, а повишението на ECV е свързано с продължителността на заешкия диабет. (3) ECV е силно корелирана с диастолна дисфункция и умерено корелирана със систолна дисфункция.

Успешно установихме модела на непрекъснат диабетен заек чрез динамично проследяване на процеса на фиброза in vivo. Резултатите от патологията потвърдиха, че ECV е ефективен сурогатен маркер за тежестта на миокардната дифузна фиброза и че тя е силно корелирана с диастолна дисфункция. Едно от възможните обяснения е, че AGEs водят до скованост на миокарда, като увеличават фиброзния колаген 30. Систоличната дисфункция е по-слабо свързана с фиброзата, отколкото диастолната дисфункция, най-вероятно поради повишените AGEs в условията на хипергликемия, която не само променя състава на извънклетъчната матрица, но също така влияе на ензимната активност и метаболизма на миокардните клетки, като по този начин нарушава способността на миокардната клетка да упражнява 31 .

Заключения

ECV е ефективен CMR образен сурогат за миокардна дифузна фиброза. По-високите стойности на ECV са свързани с по-тежко увреждане на диастолната функция на миокарда при зайци с диабет.

Методи

Експериментален модел

CMR изображения

Ехокардиография

Хистологичен анализ

След CMR и ултразвуково изследване, зайците както в DM, така и в контролните групи бяха умъртвени. За фиксиране на миокарда се използва разтвор на 10% формалин. След дехидратация и вграждане са избрани патологични срезове в миокарда на интервентрикуларната преграда, съответстващи на CMR сканиращата област. Дебелината на резена беше 5 μm и резените бяха подложени на оцветяване на Masson. След като артефактите и перикардната тъкан бяха премахнати, ние избрахме 12 светлинни микроскопични полета, за да изчислим CVF, използвайки следната формула: CVF = обща площ на колагена/общата площ на изображението. След това изчислихме средното CVF на съдържанието на колаген на всеки парче.

Статистически анализ

Всички данни са изразени като средно ± стандартно отклонение. Различията в ехокардиографските и CMR параметрите между DM и контролните групи бяха определени с двустранен несдвоен t-тест на Student. Корелациите между ECV и SR или SrR бяха оценени с помощта на корелационния анализ на Pearson. За всички статистически анализи е използван софтуерът SPSS 17.0. За всички сравнения, стр

Допълнителна информация

Как да цитирам тази статия: Zeng, M. и др. Асоциацията между дифузната миокардна фиброза при картографиране на сърдечен магнитен резонанс Т1 и миокардна дисфункция при диабетни зайци. Sci. Представител. 7, 44937; doi: 10.1038/srep44937 (2017).

Бележка на издателя: Springer Nature остава неутрален по отношение на юрисдикционните претенции в публикувани карти и институционални принадлежности.

Препратки

Aneja, A. et al. Диабетна кардиомиопатия: прозрения за патогенезата, диагностичните предизвикателства и терапевтичните възможности. Am J Med 121, 748–757 (2008).

Maya, L. & Villarreal, F. J. Диагностични подходи за диабетна кардиомиопатия и миокардна фиброза. J Mol Cell Cardiol 48, 524–529 (2010).

Dandamudi, S. et al. Разпространението на диабетната кардиомиопатия: проучване, основано на популацията в окръг Олмстед, Минесота. J Card Fail 20., 304–309 (2014).

Shivu, G. N. et al. Връзка между коронарната микроваскуларна дисфункция и нарушението на сърдечната енергетика при захарен диабет тип 1. Тираж 21., 1209–1215 (2010).

Робинс, С. П. Биохимия и функционално значение на колагенното омрежване. Biochem Soc Trans 35, 849–852 (2007).

van Heerebeek, L. et al. Диастолна скованост на отслабващото диабетно сърце: значение на фиброзата, напреднали продукти за гликиране и напрежение в покой на миоцитите. Тираж 117, 43–51 (2008).

Duchateau, N. et al. Модели на движение на миокарда и деформации в експериментален свински модел на остър LBBB/CRT и хроничен инфаркт. Int J Cardiovasc Imaging 30, 875–887 (2014).

Kosmala, W. et al. Интегрирано обратно разсейване като фиброзен маркер в метаболитния синдром: връзка с биохимични доказателства за фиброза и дисфункция на лявата камера. Eur Heart J Cardiovasc Imaging 13, 459–467 (2012).

Lee, S. P. et al. Оценка на дифузна миокардна фиброза чрез използване на MR образна диагностика при асимптоматични пациенти с аортна стеноза. Рентгенология 274, 359–369 (2015).

Coelho-Filho, O. R. et al. Количествено определяне на хипертрофия на кардиомиоцитите чрез сърдечен магнитен резонанс: последици за ранното преустройство на сърцето. Тираж 128, 1225–1233 (2013).

de Meester, D. R. C. et al. Хистологично валидиране на измерването на дифузна интерстициална миокардна фиброза чрез миокардна екстраваскуларна обемна фракция от картографиране на модифициран Look-Locker (MOLLI) T1 при 3 T. J Cardiovasc Magn Reson 17, 48 (2015).

Flett, A. S. et al. Дифузна миокардна фиброза при тежка аортна стеноза: равновесно контрастно изследване на сърдечно-съдовия магнитен резонанс. Eur Heart J Cardiovasc Imaging 13, 819–826 (2012).

Fu, H. et al. Нарушена предсърдна електромеханична функция и насърчаване на предсърдно мъждене при индуцирани от алоксан диабетни зайци. Cardiol J 20., 59–67 (2013).

Mir, S. H. & Darzi, M. M. Хистопатологични аномалии на продължителен индуциран от алоксан захарен диабет при зайци. Int J Exp Pathol 90, 66–73 (2009).

Sveen, K. A. et al. Нарушена функция на лявата камера и резерв на миокарден кръвен поток при пациенти с дългосрочен диабет тип 1 и без значима коронарна артериална болест: асоциации с протеиново гликиране. Diab Vasc Dis Res 11., 84–91 (2014).

Zhen, Z. et al. Повишените алтернанти на Т-вълната са свързани със субклинични структурни и функционални аномалии на миокарда при пациенти с диабет тип 2. J Cardiol 68, 329–34 (2016).

Shao, C. H. et al. Дисинхронно (неравномерно) освобождаване на Ca 2+ в миоцитите от индуцирани от стрептозотоцин диабетни плъхове. J Mol Cell Cardiol 42, 234–246 (2007).

Huynh, K. et al. Насочването към повишаване на регулирането на реактивни кислородни видове след хипергликемия предотвратява диабетна кардиомиопатия тип 1 при мишки. Безплатно Radic Biol Med 60, 307–317 (2013).

Muranaka, A. et al. Количествена оценка на функциите на лявата камера и лявото предсърдие чрез изобразяване на скорост на деформация при пациенти с диабет със и без хипертония. Ехокардиография 26, 262–271 (2009).

Labombarda, F. et al. Надлъжно увреждане на щам на лявата камера при деца и юноши с диабет тип 1: двуизмерно изследване на спекъл щам. Диабет Metab 40, 292–298 (2014).

Weytjens, C. et al. Оценка на контрактилната функция и инотропния резерв с изобразяване на скоростта на тъканите, деформация и деформация при диабет, индуциран от стрептозотоцин. Eur J Echocardiogr 11., 622–629 (2010).

Wei, Z. et al. Корелация между дисфункция на миокарда и нарушение на перфузията при диабетични плъхове с изображения на скоростта на вектора и контрастна ехокардиография на миокарда. Ехокардиография 29(10), 1247–1255 (2012).

Ng, A. C. T. et al. Асоциация между дифузната миокардна фиброза чрез кардиомагнитно резонансно усилване на контраста T1 картографиране и субклинична миокардна дисфункция при пациенти с диабет: пилотно проучване. Circ Cardiovasc Imaging 5, 51–59 (2012).

Jellis, C. et al. Асоциация на образни маркери на миокардна фиброза с метаболитни и функционални нарушения при ранна диабетна кардиомиопатия. Circ Cardiovasc Imaging 4, 693–702 (2011).

Chin, C. W. et al. Оптимизиране и сравнение на миокардни Т1 техники при 3Т при пациенти с аортна стеноза. Eur Heart J Cardiovasc Imaging 15, 556–565 (2014).

Kawel, N. et al. T1 картографиране на миокарда: интра-индивидуална оценка на еволюцията на времето след контраста на T1 и фракцията на извънклетъчната обем при 3T за Gd-DTPA и Gd-BOPTA. J Cardiovasc Magn Reson 14., 26 (2012).

Tan, S. M. et al. FT23, перорално активно антифибротично съединение, отслабва структурни и функционални аномалии в експериментален модел на диабетна кардиомиопатия. Clin Exp Pharmacol Physiol 39, 650–656 (2012).

Nenna, A. et al. Фармакологични подходи срещу крайни продукти за напреднала гликация (AGEs) при диабетно сърдечно-съдови заболявания. Res Cardiovasc Med 4, e26949 (2015).

Guo, Z. et al. Корелация между напреднали крайни продукти за гликиране и експресията на мастни възпалителни фактори при диабетна кардиомиопатия тип II. Bosn J Basic Med Sci 15, 15–19 (2015).

Borlaug, B. A. & Kass, D. A. Механизми на диастолна дисфункция при сърдечна недостатъчност. Тенденции Cardiovasc Med 16., 273–279 (2006).

Кас, Д. А. Подобряване без ВЪЗРАСТ: нови прозрения в сърцето на диабета. Circ Res 92, 704–706 (2003).

Благодарности

Тази работа е частично подкрепена от Националната природонаучна фондация на Китай под грант № 81401375, 81571784, 81471646, 81671671. Проект за научна и технологична подкрепа в областта на социалното развитие на провинция Хунан, № 2015SF2020-4. Проект за комисия за развитие и реформи на провинция Хунан №: средства на предприятие Ксианджай [2015]. Фондация за естествени науки на провинция Хунан, № 14JJ2027.

Информация за автора

Принадлежности

Катедра по радиология, Втора болница Xiangya на Централния южен университет, Чангша, Китай

Mu Zeng, Jun Liu, Enhua Xiao, Changlian Tan & Zishu Zhang

Катедра по ултразвук, Втората болница на Медицинския университет в Шанси, Тайюан, Китай

Катедра по рентгенология, Пекин Болница „Жен“, Столичен медицински университет, Пекински институт по сърдечни, белодробни и кръвоносни съдове, Пекин, Китай

Zhaoying Wen & Zhanming Fan

Институт за изследване на биомедицински изображения, Медицински център Cedars-Sinai, Лос Анджелис, Калифорния, САЩ

Yibin Xie & Debiao Li

MR Collaborations NE Asia, Siemens Healthcare, Пекин, Китай

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Можете също да търсите този автор в PubMed Google Scholar

Вноски

Z.S.Z., Z.M.F. и D.B.L. участва в експерименталния дизайн, анализ на резултатите и заключение; M.Z., Y.Y.Q., Z.Y.W., J.L., E.H.X. и C.L.T. извършва експерименти с животни, MRI сканиране, измерване и анализ на данни; Y.B.X. и J.A. извършена последваща обработка на изображения и статистически анализ на данни; и М.З. и Z.S.Z. написа вестника. Всички автори са прегледали ръкописа.

Автора за кореспонденция

Етични декларации

Конкуриращи се интереси

Авторите не декларират конкуриращи се финансови интереси.