光声成像技术揭示脓毒症脑血管病理变化：微循环障碍与血脑屏障破坏的多参数动态评估

本研究针对脓毒症相关脑病（SAE）中脑血管损伤机制不清的问题，采用560 nm光声显微镜（PAM）系统对CLP模型小鼠进行动态监测。通过Evans Blue（EB）示踪和五维血管形态分析，首次实现脓毒症诱导的脑血管病理改变（包括血管密度降低、分支减少及细血管增生）的活体多参数定量，发现运动皮层区微血管退化与运动/认知缺陷显著相关。该研究为SAE的早期诊断提供了新型影像学工具，发表于《Photoacoustics》。

　　

脓毒症作为全身性炎症反应综合征，其并发症脓毒症相关脑病（SAE）导致高达70%患者出现意识障碍甚至昏迷，死亡率随病情加重显著上升。尽管研究已明确脑血管功能障碍是SAE发展的关键环节，但受限于现有影像技术的分辨率不足，脓毒症诱导的微血管变化始终缺乏精准量化手段。传统磁共振成像难以捕捉微米级血管特征，而近红外荧光成像又需外源造影剂且分辨率有限。这一技术瓶颈严重阻碍了SAE病理机制研究和临床干预策略开发。

为解决这一难题，来自海南大学的研究团队创新性地将光声成像技术（PAI）应用于SAE研究。这种融合光学高分辨率和声学深穿透优势的技术，能以血红蛋白为内源对比剂实现无标记血管成像。研究人员通过盲肠结扎穿孔术（CLP）建立小鼠脓毒症模型，运用自主研发的560 nm波长PAM系统，结合EB示踪、激光散斑血流成像和AngioTool血管分析软件，首次实现了SAE进程中脑血管网络的多维度动态评估。

关键技术方法包括：1）CLP手术构建脓毒症小鼠模型；2）560 nm PAM系统进行全脑扫描（分辨率12.1 μm横向/69.3 μm轴向）；3）EB尾静脉注射结合连续PA成像定量血脑屏障通透性；4）五参数血管形态分析（密度、分支指数、孔隙率、迂曲度及管径分布）；5）开放场地（OFT）和新物体识别（NOR）行为学测试评估神经功能。

研究结果部分：
3.1 光声成像系统与材料表征
自主研发的PAM系统通过手术刀边缘成像验证其12.1 μm横向分辨率，EB与血液在560 nm处具有等效光声信号强度，为后续实验奠定技术基础。

3.2 脓毒症小鼠脑血流变化
激光散斑成像显示CLP组术后6小时脑血流下降最显著（较假手术组降低53.4%），该时间点被选定为后续BBB研究窗口。

3.3 系统性炎症与器官功能
ELISA检测显示CLP组血清IL-6和TNF-α水平显著升高，伴随肝功能（ALT/AST）和肾功能（BUN/Cr）指标异常，证实模型成功模拟脓毒症多器官功能障碍。

3.4 血脑屏障通透性增加
动态PA成像显示CLP组EB外渗速度较对照组快72.5%，60分钟时泄漏面积增加56.7%。脑组织解剖证实EB在运动皮层区大量渗出，与PA结果高度一致。

3.5 脑血管形态转变
术后7天血管定量显示：CLP组血管密度下降37.2%，分支指数降低29.8%，同时<60 μm细血管比例增加，提示炎症介导的血管退行性变。

3.6 脑区特异性血管病变
运动皮层（M1/M2）呈现最严重的BBB破坏和血管网络退化（迂曲度增加2.1倍），视觉皮层（V1/V2）和压后皮层（RSD）损伤较轻，显示SAE对脑功能的区域选择性影响。

3.7 行为学表现
OFT测试显示CLP组运动距离减少64.3%，NOR测试识别指数下降41.8%，与运动皮层微血管损伤程度呈显著负相关。

讨论与结论：
该研究首次通过活体光声成像揭示SAE进程中脑血管网络的时空演化规律：早期（6小时）以BBB破坏为主，后期（7天）表现为血管密度降低和异常重塑。特别重要的是发现运动皮层微血管退化与运动功能障碍的高度关联性，这为解释SAE患者运动失调提供了血管病理学基础。技术层面，研究证实PAI在微循环研究中的独特优势——无需造影剂即可实现10 μm级血管成像，其检测灵敏度甚至能捕捉5分钟内的EB外渗动态。

未来研究可结合PAM的血氧饱和度检测功能，进一步探索脓毒症脑缺氧机制。临床转化方面，该技术为SAE的早期诊断提供了新型影像学生物标志物，其揭示的脑区特异性损伤规律也为精准治疗靶点选择提供了理论依据。随着深脑光声层析技术的发展，这一方法有望拓展至临床脓毒症患者的脑功能监测领域。