研究正电子发射计算机断层测定心肌血流量的临床价值

【摘要】正电子发射计算机断层(positron emission tomography，PET)技术可以无创伤性绝对定量分析健康人群和多种心血管病患者的局部心肌血流量(myocardial blood flow，MBF)，结果可靠，重现性好。本文主要针对冠脉循环的生理和病理生理学信息及MBF测定对判断冠状动脉微循环功能的独特临床价值作一简要综述。

【关键词】正电子发射计算机断层; 无创性测量; 心血管疾病; 心肌血流量; 冠脉血流储备

近年来，我国心血管疾病患者持续增加，且有年轻化趋势。心血管疾病的高发病率、高致残率和高死亡率成为我国重大公共卫生问题。我国现有心血管疾病患者至少2.3亿，每1O个成人中有2人患有心血管疾病，每年因心血管疾病死亡300万人，占总死亡人数的1/3，居死因构成首位。

虽然溶栓治疗和经皮冠状动脉介入治疗术联合抗血栓药能够明显降低急性冠脉综合征的死亡率和发病率，但许多患者出现残余左心室功能紊乱、进行性左室重构和扩张性心力衰竭、左室重构引起的微血管功能损伤，这些同样累及非缺血性区域。这就需要更好地了解疾病临床前期冠脉循环的细微功能性异常，通过积极的预防措施进一步降低缺血性心脏病的发病率和死亡率。

冠状动脉的大血管和微血管病变 血管系统的粥样硬化病变是一个连续的过程，疾病可以发生在生命早期，直到粥样硬化斑块发展到临界期才出现临床症状。冠状动脉大血管病变累及心外膜大动脉，是血管腔内粥样斑块临界生长的结果。

除临床症状以外，诊断冠脉大血管病变可以根据血管的解剖学改变(狭窄)和狭窄病变处的功能性结果，如冠脉血流储备(coronary flow reserve，CFR)或局部左室功能。侵袭性血管造影和多排螺旋CT 血管造影可以评估心外膜冠脉的解剖，SPECT局部心肌灌注半定量分析可以评估心肌缺血，超声心动图和心血管核磁共振(cardiovascular magnetic resonance，cMR)可以用来评估负荷状态下局部室壁运动的改变。

次临界状态的心外膜冠脉损伤(血流动力学改变不明显，即对组织灌注没有明显影响)可能没有临床表现，直到斑块转变为不稳定或破裂时才表现出来，并导致急性冠脉综合征。高分辨CMR可以显示斑块的成分，正电子发射计算机断层(positron emission tomography，PET)炎症显像可以评价斑块的炎症活动。

疾病早期(临床前)的另一种形式是影响冠状动脉微循环(小血管管径<4【)(】 m)，在冠脉造影正常的患者中也可能发生。由于尚无可以直接观察到体内冠脉微循环的技术，对其的评价都依赖于一系列反映微循环功能状态的参数测定，如绝对心肌血流量(myocardial blood flow，MBF)和CFR。

评价人体冠脉血流的创伤性技术有冠状动脉内多普勒导丝、冠状窦温度稀释法、心肌梗死溶栓试验帧数、心肌梗死溶栓试验心肌显色分级等技术。目前大量研究使用PET可以无创、准确地测定局部MBF。虽然CMR在临床应用中仍然受到限制，但是动物和人体试验已经证实，与PET 相比，CMR同样可以准确定量测定局部MBF。冠脉微循环机能障碍会发生在许多无心外膜大血管狭窄的临床情况中，在一些病例中冠脉微循环异常仅仅是偶发，然而在另一些病例中，这些异常则是重要的危险标志，甚至影响心肌缺血的发病机制，因而成为治疗的靶点 。

冠状动脉系统的功能解剖和缺血性心脏病 冠状动脉系统由3个不同功能的冠脉组成：(1)心外膜大冠脉：直径500“m～5 mm，功能为容纳冠脉血流，对血流基本无阻力。

(2)前小动脉：直径1【)(】～500/zm，特点是沿程可以测量到血流压力降低，作用是当冠脉灌注压或血流量改变时，将小动脉源头的压力维持在一个较窄的范围内。由于前小动脉的心肌外位置和动脉壁厚度，其紧张度不受心肌代谢产物影响。(3)小动脉：直径< 100/zm，其紧张度受心肌代谢物影响，沿程血流压力降低明显，它是MBF代谢调节位置，这一特殊功能与心肌血供和心肌氧需求相匹配。前小动脉和小动脉构成冠脉微血管网络_1—23。血管阻力沿着冠状血管床串联分布，约10 的压力降低发生在外周冠脉，3O 发生在前小动脉，40 发生在小动脉，20 发生在毛细血管至大静脉。

在心室壁的不同层面，平行血管节段的血管阻力不同。

在基础静息状态下，由于心内膜下小动脉血流量更大，意识清醒的狗心内膜下血流量高于心外膜下血流量(约1.25：1)。这与心内膜下室壁应力和氧需求量均大于心外膜下相符。只有充足的高灌注压力、足够长的舒张期及传导动脉充分的收缩期扩张，才能保证心内膜下得以充分灌注。但是，当小动脉起始端灌注压降低时(与主动脉压比较)，左室心内膜下较心外膜下更早出现灌注损伤。心内膜下血管选择性收缩会影响心内膜下血管的灌注压和血流量，如果伴有舒张时间缩短和心肌肥大，心内膜下更易出现低灌注l1]。

冠状动脉循环对血流量改变的反应 冠状动脉血流剪应力与剪切速率(或速度)和黏滞度成比例。尽管剪切速率或黏滞度出现变化，动脉仍表现出维持一个固有的剪应力常数的倾向。实际上，高或低的剪应力都可能损伤血液成分和血管内皮之间的相互作用。

当剪切力增强时，血管内皮细胞反应性释放血管舒张因子，如一氧化氮(NO)、血管内皮源性超极化因子(EDHF)和前列环素，实现血流介导的血管扩张。NO可能对心外膜大血管的舒张起到重要作用，因为心外膜大血管的舒张受到N0合成的特异性抑制剂L一单甲基精氨酸(L NMMA)的阻碍。EDHF的扩血管功能是改变动脉的管径大小，更显著地表现在阻力血管，可能对前小动脉血流介导的扩张起到重要作用。前列环素对血流介导的血管舒张作用不太大，但是当NO生物利用度降低引起血管内皮功能紊乱时，前列环素介导的舒血管作用可能是一种补偿机制。通过冠脉的自主调节，冠脉血流量在一定灌注压范围内(60～ 120 mmHg，1 mmHg=0.133 kPa)可保持恒定。心肌氧耗量的水平决定了冠脉血流量维持稳定的水平。在灌注压减低时，心内膜下血管自主调节能力较心外膜下血管更差，更易受到低灌注压的损伤。

自主调节的反应机制可能是远端小动脉的一种肌源性反应，既根据灌注压改变血管直径。在基础静息状态下，冠脉阻力血管的张力高，这种内在的静息高张力使得冠脉可以在心肌氧耗量增加时，通过迅速扩大小血管的管径来提高血流量，即机能扩张机制。这种冠脉血流量的代谢调控是精细的，对心肌的氧供十分重要，是神经递质、内皮细胞生成的血管活性物质(NO、前列环素、EDHF、内皮素)、吞噬细胞生成的血管活性物质[组胺、激肽、白介素、血液物质(血栓烷A2、血清素)]和血管活性药物之间动态平衡的结果。腺苷是腺嘌呤核苷酸的代谢产物，作用于冠状动脉小动脉，是代谢性血流调节的关键媒质之一。它通过刺激位于血管平滑肌细胞的腺苷A2受体，产生强有力的动脉扩张效应。心肌氧供应和需求比例失调的情况下，腺苷分泌增多，组织间腺苷浓度升高，伴随冠脉血流量增加。心肌氧耗量的改变触发了复杂、综合的微血管反应，冠脉循环通过区域和整合的调节机制，协调不同微血管区域的阻力，使血流量和氧需求量相匹配l1 J。

冠状动脉循环对缺血的反应 短暂阻断冠状动脉引起缺血，在解除阻断后的几秒钟内发生反应性扩张。阻断时问达15～20 S时，冠脉血流量峰值可达到缺血前的4～5倍，并且与缺血期的持续时间直接相关。尽管更长的阻断时间不会进一步改变扩张反应的峰值，但的确影响了整个扩张过程的持续时间(与阻断时间成比例增加)。

心肌缺血被普遍认为是舒张冠状动脉阻力血管最有效的刺激。一般情况下，反应性扩张的高峰血流量代表了在特定冠脉灌注压力下可以达到的最大血流量。静脉内给予腺苷或双嘧达莫等扩血管药物，诱发冠脉微循环趋向于最大程度扩张，使冠脉血流量达到反应性扩张的高峰流量。

CFR是指冠脉最大程度扩张时的血流量与静息状态下血流量的比值，是对流经心外膜大冠脉和微循环血流的综合测定。在冠心病(coronary artery disease，CAD)患者中，CFR的降低程度与冠脉狭窄的严重程度直接相关。当心外膜大冠脉没有发生阻塞性狭窄时，CFR降低标志着冠脉微循环功能障碍，临床上将CFR≤ 2.0视为微血管功能异常。由于CFR是一个比值，影响分子或分母的因素都可能影响计算结果，所以低CFR值并不一定反映扩张血流量减低，也可能是由于扩张血流量正常而静息态血流量异常增高。静息态MBF与心脏作功呈线性相关，必须标准化心脏工作负荷的静息血流量，测定心律收缩压乘积(rate pressure product，RPP)。扩张血流量除以RPP修正后的静息血流量即得到修正后的CFR。健康人群的CFR会因年龄和性别发生变化，因此有必要将患者的CFR值与年龄、性别相匹配的健康人群进行比较。评价狭窄冠脉支配区域内的'冠脉微血管功能障碍需取决于临床应用_] ]。

PET测定MBF的新进展·心内膜下和心外膜下MBF测定 由运动或药物负荷诱发血管扩张引起的心内膜下CFR减低是血流限制性冠脉狭窄的特征。Rimoldi等 利用猪的缺血性心脏病模型证实，在药物负荷过程中，PET可以有效测量正常厚度的左室透壁MBF分布。使用全定量灌注评价具有临床意义，无需建立正常感兴趣区作为参考，尤其是在多支血管病变和纤维化或疤痕引起心肌血供不均匀性增强的患者中。心内膜下和心外膜下周围不同组织的组成差异是其血流微环境存在小的系统差异的原因。定性分析MBF的动力学模型包括校正动脉血放射性活度的本底校正技术，不对邻近组织的放射性进行本底校正可能会高估心外膜下MBF。

长期和短期可重现性 对于”NH，PET 和H O PET测定MBF的短期重现性已有报道，连续PET测定MBF可以用作定性分析多种干预手段对MBF和血流储备的影响。