【摘要】： 前言 磷譜(~(31)P-MRS)主要反映人體組織細胞的能量代謝改變,磷化物的濃度與能量代謝密切相關,測定磷代謝產物的濃度和分布可確定細胞的能量狀態(tài)。因此,磷譜能探測高能磷酸物質和磷脂的含量,對研究活體組織的能量代謝具有不可替的作用,是研究肌肉病變的重要工具。動態(tài)磷譜能夠測量肌肉在靜息狀態(tài)、收縮期和恢復過程中細胞內高能磷酸化合物的變化,評價骨骼肌做功時能量轉換的效率,是研究肌肉功能的有利工具。另外,由于動態(tài)磷譜可以在體探測細胞內糖原分解代謝和氧化磷酸化的異常,使其對線粒體功能的研究具有獨特的價值。 然而,在研究肌肉能量代謝中,以往國外均采用各代謝物波峰與PCr比值的方法進行間接評價,缺乏直接定量評價的方法與手段。國Qg~(31)P-MRS剛剛起步,還處于實驗研究階段,許多問題還需亟待解決。對~(31)P-MRS的定量方法及正常肌肉的磁共振磷譜特點尚無系統(tǒng)研究,特別是有關動態(tài)磷譜分析的研究受評價指標所限目前尚屬空白。 本研究的創(chuàng)新之處在于通過對成年人和青少年大腿股四頭肌進行~(31)P-MRS定量研究,分析不同年齡組個體能量代謝特點,為進一步深入研究肌肉病變及全身疾病的病理生理學特征奠定基礎。通過對健康受試者的動態(tài)磷譜分析,對生理狀態(tài)骨骼肌運動過程中能量代謝進行定量研究,嘗試用活細胞影像學技術無創(chuàng)性在體評價骨骼肌的功能。 目的 本研究分別對健康成年人和健康青少年兩個受試組進行靜息態(tài)磷譜的定量分析,旨在探討不同年齡組個體能量代謝特點,為進一步深入研究肌肉病變及全身疾病的病理生理學特征奠定基礎;同時,通過對健康受試者的動態(tài)磷譜分析,對不同年齡組生理狀態(tài)骨骼肌運動過程中能量代謝進行定量研究,嘗試用活細胞影像學技術無創(chuàng)性在體評價骨骼肌的功能。 材料與方法 研究對象包括10例健康成年人和6例健康青少年2個受試組,年齡分別為22～55歲(38歲±12歲)和7～16歲(11歲±3歲)。所有受試者未接受過系統(tǒng)體育訓練。在配有多核分析系統(tǒng)(MNS)的Philips Achieva 1.5T磁共振成像系統(tǒng)上對16例受試者進行~(31)P-MRS采集及定量分析。選取具有發(fā)射和接收功能的表面線圈進行波譜采集。將表面線圈固定于大腿表面。先用質子頻率進行成像,觀察磷譜所要采集的范圍,進行自動勻場,然后用磷譜線圈進一步勻場和采集譜線。選用容積采集序列。采集參數:TR=2500ms,激勵64次,磷譜采集共需3min。通過指數函數擬合計算出TR為無窮大時各化合物的峰下面積,對含磷化合物的縱向弛豫差別進行了標準化。通過測量不同厚度皮下脂肪對肌肉內化合物信號強弱的影響,計算出校正系數,對表面線圈場強不均勻性進行了標準化校正。本研究以健康成年人股四頭肌內ATP含量5.5mmol/kg作為標準,對各含磷化合物進行半絕對定量分析。單位為每千克肌肉組織內該化合物的毫摩爾量(mmol/kg)。 動態(tài)磷譜研究采集磷譜前先進行股四頭肌最大負荷(MVC)測試。采集運動期磷譜時分別用25%MVC(低負荷)和50%MVC(高負荷)。先采集靜息期波譜,觀察磷譜所要采集的范圍,并進行自動勻場,然后用磷譜線圈進一步勻場和采集譜線。選用自旋回波頻譜容積采集序列。每幀譜線的完成共需1min。靜息期采集6幀磷譜;然后將相當于25%MVC的重量系于腳踝,讓受試者在膝關節(jié)固定的情況下每5s踢1次小腿,收縮股四頭肌,共采集6幀波譜,然后快速將腳踝負荷增加到50%MVC,重復上述過程,再采集6幀波譜。最后去除腳踝負荷,在恢復期采集6～10幀波譜。譜線的處理在Matlab編寫的軟件包上進行,經過傅立葉轉換、基線調整和相位校正等過程,得到頻率域的譜線。在每個時期的6幀磷譜里選取后4幀疊加在一起,得到該時期的譜線。根據各化合物的位移,確定磷酸單酯(PME)、無機磷(Pi)、磷酸二酯(PDE)、磷酸肌酸(CP)、γ-ATP、α-ATP和β-ATP共7個波峰,并對峰下面積進行定量。通過肌酸激酶催化的平衡反應,可以計算出ADP的含量;肌肉運動時的做功效率由運動負荷與Pi/CP的比值決定。 結果 一、~(31)P-MRS可直接測量的化合物的濃度 肌肉內未與大分子結合而且含量高于1mmol的代謝物質能夠直接被~(31)P-MRS探測到。正常人的磁共振磷譜能清楚觀察到7個代謝產物的共振波峰,由左向右依次是磷酸單酯(PME)、無機磷(Pi)、磷酸二酯(PDE)、磷酸肌酸(CP)、γ-ATP、α-ATP和β-ATP。通過計算各自的峰下面積可直接定量分析,青少年PDE含量明顯低于成人,而ATP含量明顯高于成人。其他化合物組間無顯著性差異。 二、~(31)P-MRS可間接測量的與能量代謝相關的化合物濃度 大部分ADP與肌原纖維結合,細胞漿內游離的可溶ADP很少。不能夠直接探測到。但是通過肌酸激酶催化的平衡反應,可以計算出ADP的含量。其中青少年組的pH值,鎂合ATP及總鎂離子含量均明顯高于成人,ADP、PP、自由鎂離子和游離ATP的含量組間無顯著性差異。 三、青少年組與成人組動態(tài)~(31)P-MRS的比較 低負荷(25%MVC)運動時,可觀察到Pi峰升高,CP峰降低;高負荷(50%MVC)運動時,Pi峰繼續(xù)升高,CP峰明顯降低:恢復期Pi峰降低,CP峰基本恢復到靜息水平,而ATP峰在靜息期、運動期和恢復期基本保持穩(wěn)定。定量觀察成人組和青少年組Pi、CP和β-ATP運動期的動態(tài)變化顯示,兩組受試者運動時Pi升高、CP降低,運動停止后基本恢復到靜息期水平,其中高負荷運動期成人組Pi升高幅度較大。兩組ATP相對保持恒定,青少年組的ATP值在各期均高于成人組。兩組受試者細胞內總含磷量維持恒定。 成人組和青少年組肌肉靜息期、運動期、恢復期各含磷化合物含量的比較:PME和PDE含量動態(tài)四期縱向變化不明顯。兩組間橫向比較PME值無明顯差別,僅在高負荷運動期,青少年組均值低于成年組。 成人及青少年股四頭肌內ADP、PP、含鎂離子化合物及肌肉做功效率在靜止期、運動期和恢復期的比較:運動期ADP含量升高,PP含量降低,運動停止后恢復到靜止期水平,兩組間橫向比較差異無統(tǒng)計學意義。Mg-ATP和總Mg~(2+)含量與ATP相似,動態(tài)四期保持恒定,青少年組含量高于成人組。自山Mg~(2+)和自由ATP兩組間差異無統(tǒng)計學意義。肌肉功效由負荷的重量/(Pi/CP)決定,高負荷時肌肉功效增加,雖然成人組負荷較高,但兩組肌肉做功效率差異無統(tǒng)計學意義。 結論 1、磷譜可以對多種參與能量代謝的化合物進行定量研究,并能夠無創(chuàng)性探測細胞內的微環(huán)境,是在體能量代謝的重要工具。 2、本研究通過對肌肉磷譜的定量分析,明確成人和青少年組的能量代謝特點,為客觀分析肌肉系統(tǒng)的疾病奠定了良好的基礎。 3、骨骼肌細胞內可直接利用的能量較高,但儲備能量物質和運動時肌肉做功效率與成人相似;骨骼肌做功時細胞內高能磷酸化合物相互轉換維持正常的功能。 4、動態(tài)磷譜可以無創(chuàng)性定量評價骨骼肌不同運動狀態(tài)能量代謝特點,為肌肉的功能影像學提供客觀信息。
【學位授予單位】：中國醫(yī)科大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2008
【分類號】：R445.2

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本文編號：2638746