本研究采用磁共振扩散峰度成像(diffusion kurtosis imaging,DKI)分别观测大鼠永久性大脑中动脉阻塞(middle cerebral artery occlusion,MCAO)模型和大鼠缺血再灌注MCAO模型缺血半暗带(ischemic penumbra,IP)的影像学演化,并结合病理生理学改变,观测再灌注后N-甲基-D-天门冬氨酸受体(N-methyl-D-aspartate receptor,NMDAR)的迁移与IP区演化的相关性,评估IP区内神经元的损伤情况,为临床IP区的诊断和治疗提供影像学依据和理论基础。本研究分为以下两部分。第一部分大鼠急性脑梗死缺血半暗带的DKI评价背景与目的观测DKI相关参数即平均扩散率(mean diffusion coefficient,MD)、平均扩散峰度(mean kurtosis,MK)、轴向扩散率(axial diffusion coefficient,Da)、轴向扩散峰度(axial kurtosis,Ka)、径向扩散率(radial diffusion coefficient,Dr)及径向扩散峰度(radial kurtosis,Kr)在大鼠永久缺血(permanent ischemia,PI)模型的演化规律,以及对应DKI参数图上的缺血面积百分比对IP区的界定效力。为IP区的DKI诊断提供实验依据。材料与方法制作大鼠MCAO模型4组,分别为PI1h,PI3h,PI6h和PI24h,在相应时间点进行脑部DKI扫描。各时间点所得DKI图像分3组配对分析:?MD图与MK图配对,测量MD图缺血区MD值、MK图缺血区MD值、MD图/MK图缺血不匹配区MD值、核心缺血区MD值、MD图缺血区边缘相对正常区MD值,同时测量MD图缺血区MK值、MK图缺血区MK值、MD图/MK图缺血不匹配区MK值、核心缺血区MK值、MD图缺血区边缘相对正常区MK值,依次命名为MD1、MD2、MD3、MD4、MD5、MK1、MK2、MK3、MK4、MK5;?Da图与Ka图配对,测量Da图缺血区Da值、Ka图缺血区Da值、Da图/Ka图缺血不匹配区Da值、核心缺血区Da值、Da图缺血边缘相对正常区Da值,同时勾画出Da图缺血区Ka值、Ka图缺血区Ka值、Da图/Ka图缺血不匹配区Ka值、核心缺血区Ka值、Da图缺血区边缘相对正常区Ka值,依次命名为Da1、Da2、Da3、Da4、Da5、Ka1、Ka2、Ka3、Ka4、Ka5;?Dr图与Kr图配对,测量Dr图缺血区Dr值、Kr图缺血区Dr值、Dr图/Kr图缺血不匹配区Dr值、核心图缺血区Dr值、Dr图缺血区边缘相对正常区Dr值,同时勾画出Dr图缺血区Kr值、Kr图缺血区Kr值、Dr图/Kr图缺血不匹配区Kr值、核心缺血区Kr值、Dr图缺血区边缘相对正常区Kr值,依次命名为Dr1、Dr2、Dr3、Dr4、Dr5、Kr1、Kr2、Kr3、Kr4、Kr5。以上数据分别进行同一选点部位不同时间点和同一时间点不同部位的单因素方差分析(one-way analysis of variance,one-way ANOVA)和最小显著差值法(least significant difference,LSD)两两比较。测量不同时间点的DKI相关参数图和扩散加权成像(diffusion weighted imaging,DWI)上的缺血面积百分比并进行单因素ANOVA。各时间点扫描结束取脑行2,3,5-氯化三苯基四氮唑(2,3,5-Triphenyltetrazolium chloride,TTC)染色,取梗死最大截面的缺血面积百分比与DKI相关参数图、DWI的缺血面积百分比进行单因素ANOVA、配对t检验和独立样本t检验。α=0.05,P<0.05认为有统计学意义。结果1.MD图缺血区与MK图缺血区的不匹配区、Da图缺血区与Ka图缺血区的不匹配区、Dr图缺血区与Kr图缺血区的不匹配区在PI1h和PI3h组存在,在PI6h和PI24h组消失。2.扩散率(MD、Da、Dr)值随时间呈下降趋势,扩散峰度(MK、Ka、Kr)随时间呈上升趋势,单因素ANOVA显示同一时间点不同部位和同一选点部位不同时间点(除边缘相对正常区外)的MD、MK、Da、Ka、Dr、Kr差异分别有统计学意义,P<0.05。3.在PI1h组、PI3h组、PI6h组、PI24h组中,MD图缺血面积百分比、Da图缺血面积百分比、Dr图缺血面积百分比的LSD两两比较显示差异无统计学意义,同时MK图缺血面积百分比、Ka图缺血面积百分比、Kr图缺血面积百分比LSD两两比较显示差异无统计学意义。4.在PI1h组、PI3h组中,TTC染色缺血面积百分比(20.53%(3.21%,25.92%(4.14%)与MD图缺血面积百分比(30.87%±5.19%,34.83%±3.05%)、Da图缺血面积百分比(29.54%±3.08%,33.34%±3.15%)、Dr图缺血面积百分比(30.16%±3.73%,32.83%±3.27%)的同一时间点的LSD两两比较显示差异均有统计学意义,p<0.05;而PI6h组、PI24h组的MD图、MK图、Da图、Ka图、Dr图、Kr图的缺血面积百分比与TTC染色缺血面积百分比的单因素ANOVA和LSD两两比较显示,差异均无统计学差异。5.PI24组扩散峰度值(MK、Ka)的百分变化率为(109.4%±4.8%)(149.8%±5.1%)(47.0%±3.5%),扩散率(MD、Da)的百分变化率为(51.4%±2.3%)(57.6%±3.0%)(43.4%±2.9%),而PI1h组和PI3h组的缺血不匹配区内的扩散峰度值(MK、Ka)的百分变化率与扩散率值(MD、Da)的百分变化率相近。结论1.MD图/MK图配对、Da图/Ka图配对、Dr图/Kr图配对在界定IP区的范围上无明显差异,其中Ka值对细胞受损程度的反应最为显著;2.MD图/MK图缺血不匹配区、Da图/Ka图缺血不匹配区、Dr图/Kr图缺血不匹配区可能代表了IP区,且该区域的扩散峰度的百分变化率与扩散率的百分变化率相近,进一步验证了该区域为细胞功能受损较低的IP区。第二部分大鼠急性缺血再灌注IP区演化机制的DKI评估背景与目的观察DKI相关参数(MD、MK、Da、Ka、Dr、Kr)在大鼠急性MCAO模型缺血再灌注后的IP区演化,同时分析缺血区域内的细胞凋亡、N-甲基-天门冬氨酸受体2A亚型/2B亚型(N-methyl-D-aspartate receptor-2A/N-methyl-D-aspartate receptor-2B,NMDAR2A/NMDAR2B)的表达和迁移与DKI参数的相关性,为DKI相关参数改变与IP区病理改变的相关性提供实验依据。材料与方法制作大鼠MCAO模型并在缺血2h后拔出线栓进行再灌注,模型组随机分为IR0h、IR1h、IR3h、IR6h、IR24h共5组,对照组不置入线栓,各组分别在对应时间点进行MRI-DKI扫描,选点方法同第一部分,以上6组数据分别进行同一选点部位不同时间点和同一时间点不同部位的单因素ANOVA和LSD两两比较,P<0.05认为有统计学意义。各组在扫描后取大鼠脑组织,分别进行免疫组化、细胞凋亡、实时定量PCR(real time PCR,RT-PCR)与蛋白免疫印迹(Western Blotting)检测,获取相关数值。将以上数据进行单因素ANOVA和LSD两两比较,同时与DKI各参数进行相关性分析,α=0.05,P<0.05认为有统计学意义。结果1.IR0h~IR6h内缺血区MD、Da、Dr随时间呈下降趋势,IR6h~IR24h出现假性正常,MK、Ka、Kr随时间呈持续上升趋势;同一时间点不同部位和同一选点部位不同时间点(除边缘相对正常区外)的MD、MK、Da、Ka、Dr、Kr分别进行单因素ANOVA,差异均有统计学意义,P<0.05。2.在IR0h组~IR6h组内缺血不匹配区的研究中发现,MK值百分变化率和MD值百分变化率与Ka值百分变化率和Da值百分变化率差异均不明显,而Kr值的百分变化率明显低于Dr值的百分变化率,LSD两两比较差异有统计学意义,P<0.05。在IR24h组内缺血不匹配区的研究中发现,扩散峰度值(MK、Ka、Kr)百分变化率(98.52%±2.13%,145.63%±1.19%,64.35%±2.19%)明显高于扩散率值(MD、Da、Dr)百分变化率(52.13%±1.20%,62.16%±2.31%,47.78%±1.15%)。3.在缺血区的NMDAR2A免疫组化表达和细胞凋亡进行单因素ANOVA和LSD两两比较,结果显示差异有统计学意义,并随时间呈递增趋势;而NMDAR2B的免疫组化表达进行单因素ANOVA和LSD两两比较,结果显示随时间呈递减趋势。4.RT-PCR研究发现,NMDAR2A-m RNA的表达随时间呈递增趋势,RQ值从对照组的1至IR24h组的4,各组间进行单因素ANOVA显示,差异有统计学意义,P<0.05;同时NMDAR2B-m RNA的表达随时间呈更显著的递增趋势,RQ值从对照组的1至IR24h组的7,各组间进行单因素ANOVA显示,差异有统计学意义,P<0.05。5.Western Blotting检测发现缺血再灌注后,NMDAR2A在组织匀浆液中的表达整体升高,在突触膜、突触外膜和轻质胞膜中的表达降低;NMDAR2B则在组织匀浆液、突触外膜和轻质胞膜中的表达降低,在突触膜上呈先上升后下降趋势。6.MD值、Da值、Dr值与NMDAR2A的免疫组化表达呈正相关,r值分别为0.508、0.686、0.479;与NMDAR2B免疫组化表达与细胞凋亡呈负相关,r值分别为-0.513、-0.657、-0.449;-0.492、-0.672、-0.367。MK值、Ka值、Kr值与与NMDAR2B的免疫组化表达、细胞凋亡呈正相关,r值分别为0.550、0.698、0.407;0.526、0.646、0.413,与NMDAR2A免疫组化表达呈负相关,r值分别为-0.562、-0.640、-0.466。结论1.MD图/MK图缺血不匹配区、Da图/Ka图缺血不匹配区、Dr图/Kr图缺血不匹配区代表的IP区在IR0h~IR6h内存在,IR24h消失;扩散峰度值较扩散率值能更加准确的反映IR6h~IR 24 h内缺血区水分子扩散受限情况;2.缺血再灌注后NMDAR在细胞各亚结构存在迁移和再分布;3.MD值、MK值、Da值、Ka值、Dr值、Kr值与细胞凋亡以及NMDAR2A、NMDAR2B的表达具有较好的相关性,其中Da值、Ka值的相关性最高,能更好反应缺血再灌注后细胞微观结构的改变。