健康猪心肌[11C]β-羟基丁酸动力学研究：正电子发射断层成像与动静脉平衡方法的比较及其在心脏代谢研究中的意义

本研究针对心脏酮体代谢评估中传统动静脉（AV）平衡方法的有创性和技术挑战，开展了利用[11C]β-羟基丁酸（[11C]OHB）正电子发射断层成像（PET）进行无创定量分析的研究。结果表明，PET与AV平衡法测得的心肌OHB摄取呈强正相关（r=0.97），证实PET可可靠评估心肌酮体代谢，为心脏能量代谢研究提供了重要的无创工具。

　　

心脏作为人体最勤劳的器官，每天需要消耗大量能量来维持其持续不断的收缩功能。在正常情况下，心脏主要依靠脂肪酸和葡萄糖供能，但在特殊代谢状态下——比如长时间饥饿或糖尿病时——酮体会成为心脏重要的替代能源。准确测量心肌对酮体的摄取和氧化能力，对于理解心脏在生理和病理状态下的代谢适应机制具有重要意义。

传统上，研究心肌酮体代谢主要依靠动静脉（AV）平衡方法，这种方法需要在动脉和冠状静脉窦同时采集血样，通过计算浓度差来评估代谢率。虽然准确，但这种方法是高度有创的，需要熟练的导管插入技术、精确的血液采样同步和准确的血流量化，限制了其广泛应用。正电子发射断层成像（PET）作为一种非侵入性成像技术，使用放射性标记的酮体示踪剂如[¹¹C]β-羟基butyrate（[¹¹C]OHB），为研究活体心肌酮体代谢提供了新途径。然而，PET测量的准确性仍需通过与金标准方法如AV平衡的直接比较来验证。

为此，来自丹麦奥胡斯大学的研究团队在《Nuclear Medicine and Biology》上发表了一项创新性研究，通过在健康猪模型中同步进行[¹¹C]OHB PET成像和AV平衡测量，首次系统比较了这两种方法在评估心肌酮体代谢方面的一致性和可靠性。

研究人员采用六只健康雌性猪作为实验对象，通过分级输注酮盐（DL-Na-OHB）来模拟不同生理状态的酮体水平。研究过程中，同时进行了[¹⁵O]water PET扫描评估心肌血流（MBF）和[¹¹C]OHB PET扫描评估酮体代谢。关键技术方法包括：使用猪模型因其心脏与人类相似；动脉和冠状静脉窦导管插入术用于血液采样；[¹¹C]OHB的放射性合成；动态PET扫描和图像重建；血液代谢物分析和[¹¹C]CO₂分数测定；以及基于Fick原理的AV平衡计算。

血液参数结果显示，高剂量输注期间动脉OHB浓度显著高于低剂量期（4.2±0.5 vs. 1.7±0.8 μmol/mL），证实了成功建立了不同酮体水平的实验条件。同时观察到游离脂肪酸、葡萄糖和血红蛋白浓度在高剂量期显著降低，而碳酸氢盐浓度增加，反映了酮体输注对整体代谢状态的影响。

全血/血浆比率和代谢物分析表明，[¹¹C]OHB注射后35秒达到最大积累，随后迅速清除。全血/血浆比率在3-60分钟内平均为0.81±0.04。冠状静脉窦血中的[¹¹C]CO₂分数在前30分钟内比动脉血上升更快，表明心肌对[¹¹C]OHB的氧化代谢。

心肌酮体摄取、CO₂产生和灌注数据显示，PET衍生的和AV平衡衍生的OHB摄取测量值之间存在强正相关（r=0.97）。然而，PET测量值系统地高估了AV平衡测量值，且这种偏差随着酮体浓度的增加而增加，需要1.7倍的校正因子。OHB提取分数与动脉OHB浓度呈负相关（r=-0.79），提示在较高酮体水平下存在转运体饱和现象。

PET衍生的速率常数k₂与AV平衡衍生的CO₂产生之间的相关性为中度负相关但不显著（r=-0.60）。相比之下，k₂与冠状静脉窦血中[¹¹C]CO₂分数呈强正相关且接近显著性（r=0.71；p=0.08），表明k₂可能更好地反映心肌内[¹¹C]OHB的氧化而非其对全身CO₂水平的贡献。

研究结论表明，[¹¹C]OHB PET成像是一种评估心肌酮体代谢的可靠无创工具，与AV平衡方法显示出高度一致性。然而，研究人员也注意到PET倾向于高估绝对摄取值，这可能是由于示踪剂的可逆摄取和流出造成的。提取分数随着动脉酮体浓度升高而降低的现象表明 monocarboxylate transporters (MCTs) 可能存在饱和效应，这是在解释PET数据时需要考虑的重要因素。

这项研究的重要意义在于它首次直接比较了无创PET成像和有创AV平衡方法在测量心肌酮体代谢方面的一致性，为[¹¹C]OHB PET在临床研究和应用中的使用提供了验证基础。研究结果表明，经过适当的校正，PET成像可以成为研究心脏代谢疾病的强大工具，特别是在糖尿病、心力衰竭和心肌缺血等与代谢紊乱密切相关的疾病领域。此外，该研究建立的猪模型实验方案也为未来人类研究提供了重要参考。

尽管研究存在样本量较小和使用麻醉模型的限制，但这些发现为无创评估心肌酮体代谢迈出了重要一步，有望推动心脏代谢成像领域的进一步发展，最终为心脏代谢疾病的诊断和治疗监测提供新的工具和方法。