在心血管疾病研究領(lǐng)域，冠狀動(dòng)脈微循環(huán)一直是備受關(guān)注卻又充滿研究挑戰(zhàn)的關(guān)鍵區(qū)域。近期一項(xiàng)發(fā)表于《Frontiers in Cardiovascular Medicine》的研究，利用LSCI激光散斑血流成像技術(shù)，為深入探究冠狀動(dòng)脈微循環(huán)灌注提供了新的視角。

研究背景與技術(shù)挑戰(zhàn)
現(xiàn)有研究技術(shù)的局限
在臨床研究中，冠狀動(dòng)脈微循環(huán)的研究進(jìn)展一直較為緩慢，主要障礙在于現(xiàn)有的成像技術(shù)難以清晰地呈現(xiàn)冠狀動(dòng)脈微血管結(jié)構(gòu)。在實(shí)驗(yàn)研究方面，心臟位于胸腔深處，其周圍的肺臟運(yùn)動(dòng)以及自身的跳動(dòng)，都會(huì)干擾成像效果。且該技術(shù)需要昂貴的設(shè)備、專業(yè)的操作人員以及復(fù)雜的心臟穩(wěn)定措施，這些因素限制了其在心臟微循環(huán)研究中的廣泛應(yīng)用。

LSCI技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與困境
LSCI激光散斑血流成像技術(shù)具有操作簡(jiǎn)便、技術(shù)門檻低、成本相對(duì)較低等優(yōu)勢(shì)。能夠從組織或器官表面附近的血管評(píng)估微循環(huán)血流情況，并以偽彩色“熱圖”的形式展示灌注狀態(tài)。而且，該技術(shù)無(wú)需使用外源性對(duì)比劑或熒光劑，通過(guò)光的散射原理即可實(shí)現(xiàn)成像，這使得它在生物醫(yī)學(xué)研究中具有獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。

不過(guò)對(duì)運(yùn)動(dòng)極為敏感，在應(yīng)用于心臟研究時(shí)，心臟的跳動(dòng)會(huì)產(chǎn)生大量運(yùn)動(dòng)偽影，嚴(yán)重干擾血流信號(hào)的準(zhǔn)確獲取。心臟復(fù)雜的收縮、舒張運(yùn)動(dòng)以及主動(dòng)脈壓力波動(dòng)，都會(huì)導(dǎo)致最終計(jì)算得到的散斑對(duì)比圖像受到干擾，難以準(zhǔn)確反映真實(shí)的血流情況，這也使得LSCI激光散斑血流成像技術(shù)在心臟研究中的應(yīng)用受到了很大限制。

技術(shù)創(chuàng)新與應(yīng)用
創(chuàng)新點(diǎn)：結(jié)合自定義軟件
為了克服LSCI激光散斑血流成像技術(shù)在心臟成像中的運(yùn)動(dòng)偽影問(wèn)題，研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了創(chuàng)新性的嘗試。他們將LSCI激光散斑血流成像與自定義的散斑分析軟件相結(jié)合，能夠從LSCI激光散斑血流成像技術(shù)采集的通量數(shù)據(jù)中準(zhǔn)確識(shí)別并整理出心臟收縮期和舒張期的相關(guān)事件。通過(guò)設(shè)定特定的算法規(guī)則，還可以篩選出符合條件的通量峰值和谷值，分別代表舒張期和收縮期的血流情況，為后續(xù)的數(shù)據(jù)分析提供了有力支持。

實(shí)驗(yàn)動(dòng)物模型與干預(yù)措施
實(shí)驗(yàn)選用的小鼠分為成年（2-4個(gè)月）和老年（18-19個(gè)月）兩個(gè)年齡組。為了誘導(dǎo)心肌缺血-再灌注損傷，通過(guò)左胸切開(kāi)術(shù)暴露心臟，對(duì)左前降支動(dòng)脈進(jìn)行縫合結(jié)扎45分鐘，隨后松開(kāi)結(jié)扎實(shí)現(xiàn)再灌注2.5小時(shí)。此外，還關(guān)注了抑制促炎細(xì)胞因子的治療效果。在部分實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)頸動(dòng)脈插管在再灌注前10分鐘和再灌注后60分鐘注射小鼠觀察其對(duì)心臟灌注的影響。

成像實(shí)驗(yàn)與結(jié)果分析
識(shí)別心臟周期的雙相通量特征
在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，心臟在每個(gè)心動(dòng)周期中，有兩個(gè)相對(duì)靜止的時(shí)刻，分別是舒張高峰期和收縮高峰期。在舒張高峰期，心肌灌注較高；而在收縮高峰期，由于心臟收縮對(duì)血管的機(jī)械擠壓，心肌灌注較低。LSCI激光散斑血流成像技術(shù)能夠清晰地捕捉到這兩個(gè)階段的差異，在熱圖中表現(xiàn)為舒張期顏色較暖，收縮期顏色較冷。同時(shí)，在通量讀數(shù)中呈現(xiàn)出明顯的振蕩特征，舒張期出現(xiàn)峰值，收縮期出現(xiàn)谷值。

通過(guò)軟件的進(jìn)一步分析，能夠更準(zhǔn)確地識(shí)別和整理這些高、低通量點(diǎn)。軟件會(huì)根據(jù)設(shè)定的規(guī)則，判斷通量數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，只有當(dāng)檢測(cè)到符合特定軌跡（如低谷值前有兩個(gè)下降點(diǎn)，后有至少兩個(gè)上升點(diǎn)）的通量變化時(shí)，才會(huì)將其標(biāo)記為有效點(diǎn)進(jìn)行后續(xù)分析。這種精確的數(shù)據(jù)分析方法，為研究心臟不同時(shí)期的血流變化提供了可靠依據(jù)。

驗(yàn)證LSCI通量信號(hào)來(lái)源
為了確定LSCI激光散斑血流成像技術(shù)通量信號(hào)并非主要由心臟運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生，研究人員進(jìn)行了一項(xiàng)巧妙的實(shí)驗(yàn)：在一只未受傷的成年小鼠暴露的左心室近端放置一塊不透明、不反光的黑色卡片，這樣可以阻止來(lái)自下方心肌壁血流的通量信號(hào)被捕獲，只能記錄到心臟跳動(dòng)產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)通量信號(hào)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，從左心室未覆蓋區(qū)域（“灌注和運(yùn)動(dòng)”區(qū)域）生成的熱圖，在舒張期呈現(xiàn)溫暖的紅色，收縮期則變?yōu)檩^冷的紅/綠色；而覆蓋區(qū)域（“僅運(yùn)動(dòng)”區(qū)域）生成的熱圖顏色明顯更冷，在綠色和藍(lán)色之間交替變化。通量信號(hào)數(shù)據(jù)也呈現(xiàn)出相應(yīng)的規(guī)律，未覆蓋區(qū)域的通量值高于覆蓋區(qū)域。通過(guò)將“僅運(yùn)動(dòng)”的通量值從“灌注和運(yùn)動(dòng)”的總通量值中減去，得到的“僅灌注”通量信號(hào)仍然呈現(xiàn)出與心臟周期相關(guān)的雙相振蕩特征，這充分證明了盡管部分通量信號(hào)來(lái)源于心臟運(yùn)動(dòng)，但左心室微循環(huán)血流對(duì)總通量信號(hào)也有重要貢獻(xiàn)。

評(píng)估左心室灌注情況
研究人員利用LSCI激光散斑血流成像技術(shù)對(duì)未治療和接受IL-36Ra治療的成年和老年小鼠在心肌缺血-再灌注損傷后的左心室灌注情況進(jìn)行了評(píng)估。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在所有小鼠中，一旦左前降支動(dòng)脈結(jié)扎，熱圖顏色會(huì)迅速轉(zhuǎn)變?yōu)檩^冷的顏色，通量數(shù)據(jù)也顯著下降，這清晰地表明了缺血期的到來(lái)。在缺血期間，由于心臟運(yùn)動(dòng)，通量信號(hào)仍然呈現(xiàn)出振蕩特征，但在未治療的老年小鼠中，通量信號(hào)的波動(dòng)范圍更大，數(shù)據(jù)的均勻性更差，表現(xiàn)得更為“不穩(wěn)定”。

再灌注后，成年小鼠的熱圖顏色和通量信號(hào)能夠恢復(fù)到基線水平，而老年小鼠則無(wú)法恢復(fù)，通量信號(hào)甚至在再灌注階段繼續(xù)下降，且振蕩信號(hào)仍然不穩(wěn)定。這表明老年小鼠在心肌缺血-再灌注損傷后，左心室灌注恢復(fù)能力明顯較弱。

然而，接受IL-36Ra治療的成年和老年小鼠，通量信號(hào)均能恢復(fù)到基線水平。通過(guò)對(duì)舒張期平均通量信號(hào)的分析發(fā)現(xiàn)，成年小鼠的基礎(chǔ)通量值顯著高于老年小鼠。缺血會(huì)使所有小鼠的平均舒張期通量信號(hào)下降，再灌注后成年小鼠能夠恢復(fù)，但老年小鼠不能。對(duì)再灌注期分析顯示，受傷的老年小鼠心臟通量顯著低于成年小鼠，而IL-36Ra治療能夠顯著增加成年和老年小鼠的通量，且兩組治療后的小鼠之間無(wú)顯著差異。

量化心率和檢測(cè)心律不齊
利用LSCI激光散斑血流成像技術(shù)從每分鐘的舒張期事件數(shù)量計(jì)算心率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，在受傷的老年小鼠中，缺血期間心率下降，再灌注期間短暫上升；而受傷的成年小鼠心率則相對(duì)穩(wěn)定。

同時(shí)，研究還發(fā)現(xiàn)受傷的老年小鼠在缺血和再灌注期間更容易出現(xiàn)心律不齊。盡管AUC分析顯示成年和老年小鼠在心律不齊方面總體無(wú)顯著差異，但老年小鼠在整個(gè)成像期間，心跳間隔的標(biāo)準(zhǔn)差變化更為明顯，這表明LSCI激光散斑血流成像技術(shù)不僅可以評(píng)估心臟灌注，還能為研究心臟對(duì)損傷的功能反應(yīng)提供有價(jià)值的信息。

深遠(yuǎn)意義與未來(lái)展望
研究首次成功將LSCI激光散斑血流成像技術(shù)應(yīng)用于麻醉小鼠跳動(dòng)心臟，突破了該技術(shù)在心臟研究的局限，為冠狀動(dòng)脈微循環(huán)研究開(kāi)辟新途徑。研究清晰展示了缺血-再灌注損傷對(duì)心臟灌注的影響，尤其在老年小鼠中更明顯，證實(shí)了抗炎藥物IL-36Ra改善冠狀動(dòng)脈微循環(huán)灌注的作用，為理解老年患者心肌梗死后不良結(jié)局及未來(lái)心血管疾病治療提供依據(jù)和新策略。

LSCI激光散斑血流成像技術(shù)可用于檢測(cè)多種合并癥下冠狀動(dòng)脈微循環(huán)灌注變化，研究多種心臟疾病模型中的微循環(huán)改變，評(píng)估缺血預(yù)處理效果和相關(guān)藥物作用。但該技術(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)敏感，微弱的冠狀動(dòng)脈反應(yīng)可能被運(yùn)動(dòng)信號(hào)掩蓋，限制其在復(fù)雜場(chǎng)景的應(yīng)用。未來(lái)研究可探索去除運(yùn)動(dòng)偽影的方法，拓展其在不同心血管疾病模型中的應(yīng)用。

論文信息
聲明：本文僅用作學(xué)術(shù)目的。
El-Awaisi J, Kavanagh DPJ, Kalia N. Monitoring coronary blood flow by laser speckle contrast imaging after myocardial ischaemia reperfusion injury in adult and aged mice. Front Cardiovasc Med. 2024 Feb 12;11:1358472. 

DOI：10.3389/fcvm.2024.1358472.