心肌葡萄糖代谢显像：技术和应用

2023-12-07 历史故事版权反馈

【摘要】：在葡萄糖负荷下，血浆葡萄糖和胰岛素水平上升，血浆脂肪酸水平降低，则心肌主要利用葡萄糖作为能源物质，因此心肌葡萄糖代谢显像清晰。临床上，18 F－FDG心肌葡萄糖代谢显像一般与静息或负荷心肌灌注显像结合使用。初步研究表明，18 F－FDG检测心肌缺血的敏感性要高于心肌灌注显像。18 F－FDG心肌显像显示局部葡萄糖摄取率增高。

3.4　心肌代谢显像

心肌具有利用多种能量底物的能力，根据血浆各底物与激素水平的高低及局部血流情况等因素，可利用游离脂肪酸、葡萄糖、乳酸、丙酮酸、酮体、氨基酸等，其中葡萄糖和脂肪酸是心肌细胞代谢的重要能量底物，将放射性核素标记的代谢底物给患者静脉注射后，能够被心肌细胞迅速摄取，应用SPECT和PET即可进行心肌代谢断层显像。目前最常用于心肌代谢显像的放射性核素有2类:一类是发射正电子的放射性核素，主要有¹⁸F、¹¹ C、¹⁵ O、¹³ N等;另一类为发射单光子的放射性核素，如¹²³ I。在正常情况下，心脏的主要能量代谢底物为脂肪酸，但当各种原因引起血浆脂肪酸浓度降低时，葡萄糖的氧化利用则成为心脏的主要能量来源。正常人在禁食条件下体内脂肪酸是心脏的主要能量来源，心肌摄取¹⁸F标记的脱氧葡萄糖(¹⁸ F－deoxyglucose，¹⁸ FFDG)减少，显影不清，而脂肪酸代谢显像则清晰。在葡萄糖负荷下，血浆葡萄糖和胰岛素水平上升，血浆脂肪酸水平降低，则心肌主要利用葡萄糖作为能源物质，因此心肌葡萄糖代谢显像清晰。禁食和运动状态下，缺血心肌可摄取¹⁸F－FDG，而正常的和坏死心肌则不摄取;在葡萄糖负荷下，正常和缺血心肌都摄取¹⁸F－FDG，因此在不同条件下应用相应的标记药物进行代谢显像，即可了解心肌的代谢的状态，从而用于心脏疾病的诊断和对心肌细胞存活的判断。

3.4.1　葡萄糖代谢显像

【原理】　葡萄糖是心肌做功的重要能量来源物质，用¹⁸F标记的脱氧葡萄糖是当前最常用和最重要的葡萄糖代谢显像剂，心肌葡萄糖代谢显像的独到之处在于能定量代谢过程。¹⁸ FFDG的结构类似于葡萄糖，与葡萄糖不同的是，其在己糖激酶作用下经磷酸化后，不再参与进一步的代谢过程，而滞留在心肌细胞内，因此可用PET或符合线路SPECT进行心肌代谢显像。

【检查方法】

(1)负荷¹⁸F－FDG显像　空腹6h以上，然后依血糖水平口服25～50g葡萄糖，30min后静脉注射¹⁸F－FDG185～370MBq(5～8mCi)，60～90min后显像，对糖尿病患者和糖耐量异常者口服葡萄糖后依血糖水平给予适量的胰岛素，以促进心肌吸收¹⁸F－FDG。

(2)空腹显像　空腹12h以上，静脉注射¹⁸F－FDG111～185MBq(3～5mCi)，60～90min后显像。

【注意事项】

(1)应保证在整个图像采集过程中心脏位于采集视野内。

(2)透射显像与发射显像间患者位置应保持完全一致。

(3)血糖直接影响心肌¹⁸F－FDG摄取与分布，必须严格控制血糖水平和影响血糖变化的各种相关因素。

【图像分析及结果判定】

(1)短暂的(几分钟)或一过性的缺血能引起心肌葡萄糖代谢上升，一般无细胞结构损害，发生室壁运动异常的概率很低;缺血时间长(超过十几分钟)或反复多次缺血，心肌葡萄糖代谢上升，并伴有室壁运动异常，一般为可逆性，经过一段时间后可自发性恢复，称为心肌顿抑。缺血时间进一步延长，或转为慢性缺血后，心肌超微结构基因表达会发生变化，宏观上表现为血流灌注下降、葡萄糖代谢上升、室壁运动下降，血供恢复后，室壁运动恢复时间长于心肌顿抑，称为冬眠心肌。冬眠心肌和顿抑心肌统称为存活心肌。缺血程度进一步加重或时间更长时心肌可发生永久性不可逆改变，称为心肌梗死。

(2)禁食状态下，血浆葡萄糖水平下降时，正常心肌能够减少利用甚至停用葡萄糖，转而增

加利用游离脂肪酸进行氧化，以维持能量的需要，而缺血的心肌由于氧供随血流减少而减少，故耗氧量较大的游离脂肪酸β氧化受到限制，需氧量较低的葡萄糖氧化和甚至不需氧也能进行的糖原酵解仍可进行，葡萄糖几乎成为缺血心肌的唯一能量来源。临床上，¹⁸ F－FDG心肌葡萄糖代谢显像一般与静息或负荷心肌灌注显像结合使用。①心肌灌注影像及室壁运动正常，则不管代谢影像如何，均为正常心肌。②灌注正常，室壁运动异常，不管代谢影像如何，均为心肌顿抑。③灌注上升，¹⁸ F－FDG显像正常或上升，则为心肌存活;灌注下降，¹⁸ F－FDG摄取下降，则心肌不存活。

【临床应用】

(1)心肌缺血的诊断　正常及缺血心肌均可摄取¹⁸F－FDG，因此应在空腹进行检测。初步研究表明，¹⁸ F－FDG检测心肌缺血的敏感性要高于心肌灌注显像。(www.chuimin.cn)

(2)心肌葡萄糖代谢的评价　在扩张型心肌病、肥厚型心肌病和高血压性心肌病患者，心肌代谢会发生改变;肥厚型心肌病患者，其心肌细胞从基因型到表型都发生了一系列变化，心肌纤维增生肥大，葡萄糖代谢增高。¹⁸ F－FDG心肌显像显示局部葡萄糖摄取率增高。研究表明，¹⁸F－FDG显像可对非缺血性心脏病患者进行治疗评价;在肺动脉高压患者，由于压力及室壁负荷增大，右心室葡萄糖代谢增加，经过治疗后，右心室压力下降，葡萄糖代谢减低。

(3)预测血管重建术后左心室局部及整体功能恢复情况　随着冠状动脉搭桥术和冠状动脉成形术在冠心病治疗中的应用越来越广，心肌细胞存活的研究显得更为重要。在心肌梗死患者，术前获得心肌血流灌注减低区及室壁运动活动消失区心肌存活与否的信息，是准确预测再通术后局部心室功能能否改善的重要依据，代谢活性的存在是心肌存活的最可靠标志，在心肌血流灌注减低或室壁活动消失的节段，¹⁸F－FDG－PET显像有显像剂摄取是指示心肌存活的重要指标，而再通术后血流的改善提示心肌功能将恢复及预后良好，因此心肌代谢显像也成为选择冠状动脉搭桥术或冠状动脉成形术适应证及其疗效和预后估计的重要手段。

(4)评价冠心病患者的预后　有明显存活心肌的患者，其血管重建术后年死亡率明显低于药物治疗(3.7%对11.7%);而无存活心肌的患者，其血管重建术后年死亡率与药物治疗差别不大(8.5%对11.6%)，左心室射血分数小于30%的患者血管重建术围手术期间死亡率上升，一般情况下存活的心肌节段应具有一定的数量，大于20%手术后功能才能明显改善，即左心室射血分数提高5%以上。

【注意事项】　在某些情况下，¹⁸F－FDG显像不适用于鉴别坏死与存活心肌，如在糖尿病患者，即使在常规胰岛素或口服降糖药的情况下，在有或无葡萄糖负荷时存活心肌可能不摄取¹⁸F－FDG。此外，急性心肌梗死早期，坏死的心肌也可摄取¹⁸F－FDG。对心肌存活的判断最好结合患者心肌血流灌注显像综合判断。

3.4.2　心肌脂肪酸代谢显像

【原理】　心肌脂肪酸代谢显像常用的显像剂为11C－棕榈酸、¹²³I标记的游离脂肪酸等。在生理状态下，棕榈酸占血液中循环脂肪酸的25%～30%，是心肌能量代谢的主要底物，60%～80%产生ATP的是通过脂肪酸的氧化作用而获得，其中一半来自棕榈酸的氧化。

正常心脏禁食状态下和运动时，乳酸水平上升，乳酸成为心肌的主要能量来源，此时将放射性核素标记的游离脂肪酸(FFA)静脉注射后，能迅速被心肌细胞摄取，参与心肌的脂肪酸代谢过程，应用SPECT或PET可以描绘出心肌脂肪酸代谢活性的图像。目前常用的单光子显像药物为¹²³ I标记的游离脂肪酸类似物，如直链ω位苯基15烷酸(IPPA)和支链β位甲基ω苯基15烷酸(BM IPP)，对位碘的IPPA在进入心肌细胞后，短暂转化为三酰甘油和磷脂形式并迅速进入线粒体进行β氧化代谢，代谢产物碘苯甲酸直接或在肝转化为马尿酸后迅速由肾脏清除，邻位碘的IPPA和BM IPP由于受空间化学结构的影响，使其进入线粒体进一步β氧化受阻，而以三酰甘油和磷脂形式滞留于心肌细胞，更有利于高质量的SPECT显像，正电子核素¹¹ C标记的棕榈酸(¹¹ C－PA)作为FFA的示踪物，静脉注射后被心肌细胞吸收，很快经过β氧化，再被清除出去并随血液离开心肌。用PET进行心肌动态显像不仅可以显示¹¹ C－PA在心肌内的分布，而且可以获得心肌清除曲线，其曲线可分为早期快清除相和较晚的慢清除相，早期快清除相的半衰期与心肌的耗氧量呈负相关，与¹¹ C－PA在心肌内氧化生成¹¹ C－CO₂的速率呈正相关，故可作为心肌能量代谢的指标。

【检查方法】　一般选择在禁食状态下检查，静脉注射¹²³ I－BM IPP 111 MBq，在20 min和3 h后分别作SPECT采集，按常规方法进行图像处理，重建左心室水平长轴、垂直长轴和短轴断层影像。如使用¹¹ C－PA，则需要应用PET或符合线路SPECT心肌显像。

【注意事项】　参见本节葡萄糖代谢显像的相关内容。

【图像分析及结果判定】正常人¹¹ C－PA左心室心肌显影均匀，在心肌缺血情况下，脂肪酸代谢显像与葡萄糖代谢显像的影像特征有较大差异，缺血区脂肪酸代谢显像呈局灶性缺损，而¹⁸F－FDG显像同一部位则显像剂摄取增高，表明物质代谢已由脂肪酸转为葡萄糖，按以下公式分别计算各节段的局部摄取指数(RRU):

RRU=

该节段总计数/最大节段总计数×100%

正常心肌各节段摄取¹²³ I－BMIPP均匀，各节段间RRU没有明显差别。

【临床应用】　①心肌缺血的诊断;②存活心肌的判定;③扩张型心肌病及肥厚型心肌病代谢评价。冠状动脉狭窄＞70%的心肌缺血患者，心肌对11C－PA的摄取减少，清除缓慢，可用于心肌缺血的早期诊断及心肌梗死区存活心肌的判断。直链脂肪酸是经过β氧化代谢并从心肌中释放出来，因此，脂肪酸的利用可通过评价放射性示踪剂的洗脱动力学直接得到。心肌脂肪酸代谢显像对心肌缺血的诊断、心肌梗死范围及程度的估计、心肌梗死区存活心肌的检测以及对扩张型和肥厚型心肌病的评价有重要意义。在心肌缺血的情况下，其洗脱明显减慢，¹¹C－PA

PET显像和血清碱性磷酸酶估测的心肌梗死范围大小之间存在很好的相关性，¹²³I－BMIPP在肥厚型心肌病患者心肌中的分布不均匀，早期相肥厚部位¹²³ I－BMIPP摄取明显减低，延迟相不均匀分布更为明显。

心肌葡萄糖代谢显像：技术和应用

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