急性肾静脉闭塞肾脏不同区域杨氏模量差异性的实验研究

张涛; 徐梓祎; 徐景竹; 王兴华

doi:10.3877/cma.j.issn.1672-6448.2025.10.012

中华医学超声杂志（电子版） >

2025 , Vol. 22 >Issue 10: 982 - 987

DOI: https://doi.org/10.3877/cma.j.issn.1672-6448.2025.10.012

基础研究

急性肾静脉闭塞肾脏不同区域杨氏模量差异性的实验研究

张涛 ¹ ,
徐梓祎 ³ ,
徐景竹 ² ,
王兴华 ^,²^,^†

展开

¹　030001　太原，山西医科大学医学影像学院
²　030001　太原，山西医科大学第二医院超声科
³　030012　太原，山西省人民医院超声科

通信作者：

王兴华，Email：wangxhus@163.com

Copy editor: 汪荣

收稿日期: 2025-04-25

网络出版日期: 2025-12-24

基金资助

山西省基础研究计划资助项目(202403021221318)

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收起

Differences in Young's modulus across renal regions following acute renal vein occlusion: an experimental study

Tao Zhang ¹ ,
Ziyi Xu ³ ,
Jingzhu Xu ² ,
Xinghua Wang ^,²^,^†

Expand

¹ College of Medical Imaging, Shanxi Medical University, Taiyuan 030001, China
² Department of Ultrasound, Second Hospital of Shanxi Medical University, Taiyuan 030001, China
³ Department of Ultrasound, Shanxi Provincial People's Hospital, Taiyuan 030012, China

Corresponding author:

Wang Xinghua, Email: wangxhus@163.com

Received date: 2025-04-25

Online published: 2025-12-24

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Fold

摘要

目的

分析急性肾静脉闭塞后肾脏不同区域的杨氏模量差异性并探讨诊断急性肾静脉闭塞的肾脏最佳区域。

方法

取20只新西兰大白兔为研究对象，结扎左肾静脉后2 h测量并比较肾脏不同侧别（健侧组、患侧组）、不同解剖部位（上极、中部、下极）及不同组织结构（皮质、髓质、肾窦）的杨氏模量。采用点二列相关系数分析肾脏不同区域的杨氏模量与急性肾静脉闭塞状态的相关性，采用组内相关系数（ICC）评价杨氏模量测量的可重复性。

结果

在不同解剖部位，健侧组上极与中部、中部与下极间杨氏模量差异有统计学意义（P＜0.05）。患侧组上极、中部及下极间杨氏模量差异均无统计学意义（P＞0.05）。在不同组织结构，健侧组皮质与肾窦、髓质与肾窦间杨氏模量差异有统计学意义（P＜0.05）。患侧组皮质、髓质及肾窦间杨氏模量差异均有统计学意义（P＜0.05）。多因素方差分析显示，三向交互效应（急性肾静脉闭塞状态×解剖部位×组织结构）差异无统计学意义（F=1.575，P=0.190）。患侧组相同解剖部位及相同组织结构的杨氏模量均高于健侧组，差异均有统计学意义（P＜0.05）。其中，中部皮质的效应量最突出（Cohen's d=2.770），其与急性肾静脉闭塞的相关性最强（r=0.867），测量可重复性最优（ICC=0.987）。

结论

正常肾脏的弹性具有区域异质性，病理状态下肾脏的弹性有重塑的可能，急性肾静脉闭塞使肾脏硬度明显增加，中部皮质可作为诊断急性肾静脉闭塞的肾脏最佳区域。

关键词： 肾; 杨氏模量; 超声检查; 剪切波弹性成像; 急性肾静脉闭塞

本文引用格式

张涛 , 徐梓祎 , 徐景竹 , 王兴华 . 急性肾静脉闭塞肾脏不同区域杨氏模量差异性的实验研究[J]. 中华医学超声杂志（电子版）, 2025 , 22(10) : 982 -987 . DOI: 10.3877/cma.j.issn.1672-6448.2025.10.012

Abstract

Objective

To analyze regional heterogeneity in Young's modulus of the kidney following acute renal vein occlusion and identify optimal regions for diagnosis.

Methods

A total of 20 New Zealand White rabbits were used as the study subjects. At 2 hours after ligation of the left renal vein, Young's modulus was measured and compared across different sides (healthy side vs affected side), anatomical locations (upper pole vs mid portion vs lower pole), and organizational structures (cortex vs medulla vs renal sinus) of the kidney. The point-biserial correlation coefficient was employed to analyze the correlation between Young's modulus in various renal regions and the status of acute renal vein occlusion. The intraclass correlation coefficient (ICC) was used to assess the reproducibility of the Young's modulus measurements.

Results

Regarding anatomical locations, in the healthy side group, the differences in Young's modulus were statistically significant between the upper pole and mid portion, and between the mid portion and lower pole (P＜0.05). In the affected side group, no statistically significant differences in Young's modulus were observed among the upper pole, mid portion, and lower pole (P＞0.05). Regarding organizational structures, in the healthy side group, the differences in Young's modulus were statistically significant between the cortex and renal sinus, and between the medulla and renal sinus (P＜0.05). In the affected side group, the differences in Young's modulus among the cortex, medulla, and renal sinus were all statistically significant (P＜0.05). Three-way ANOVA revealed that the three-way interaction effect (acute renal vein occlusion status × anatomical location × organizational structure) was not statistically significant (F=1.575, P=0.190). The Young's modulus values in the affected side group were consistently higher than those in the healthy side group for identical anatomical locations and organizational structures, and all these differences were statistically significant (P＜0.05). Among these comparisons, the mid-portion cortex demonstrated the most prominent effect size (Cohen's d=2.770), eexhibited the strongest correlation with acute renal vein occlusion (r=0.867), and showed the optimal measurement reproducibility (ICC=0.987).

Conclusion

Renal elasticity in normal kidneys shows regional heterogeneity and undergoes remodeling under pathological conditions. Acute renal vein occlusion causes a significant increase in stiffness, identifying the mid-portion cortex as the optimal diagnostic region.

Key words： Kidney; Young's modulus; Ultrasonography; Shear wave elastogrphy; Acute renal vein occlusion

急性肾静脉闭塞是指肾静脉因突发性原因导致血流中断的病理状态，常见于肾病综合征、恶性肿瘤及术后患者，可引发肾功能损伤、肾梗死甚至肺栓塞等严重并发症^［1,2,3］。目前，诊断急性肾静脉闭塞主要依赖彩色多普勒技术^［4］、CT血管成像（computed tomography angiography，CTA）、磁共振血管成像（magnetic resonance angiography，MRA）和数字减影血管造影（digital subtraction angiography，DSA），但上述各种检查方法多因依赖操作者经验、受检者肥胖、存在辐射、造影剂过敏及有创性等因素而存在局限性。急性肾静脉闭塞时，血流受阻会导致肾组织淤血、间质水肿及纤维化，从而增加组织硬度^［5-6］，剪切波弹性成像（shear wave elastogrphy，SWE）技术作为一种实时、无创、定量检测组织硬度的技术，可通过肾脏硬度变化间接提示肾静脉闭塞，为肾静脉功能评估提供新方向。杨氏模量作为SWE量化组织硬度的核心参数，已应用于多个部位的病变分析^［7-8］。有研究表明，肾静脉结扎后，肾脏中部与下极的杨氏模量增高^［9］。然而，目前研究多聚焦单一解剖部位或单一组织结构，敏感度较低。本研究以兔为研究对象，通过结扎左肾静脉模拟急性肾静脉闭塞病理过程，运用SWE记录急性肾静脉闭塞后肾脏不同侧别（健侧组、患侧组）、不同解剖部位（上极、中部、下极）及不同组织结构（皮质、髓质、肾窦）的杨氏模量，对急性肾静脉闭塞后的肾脏进行多区域的弹性参数量化分析，旨在探讨肾脏不同区域弹性的差异性，得出诊断急性肾静脉闭塞的最佳区域。

材料与方法

一、实验对象

取健康新西兰大白兔20只，由山西省人民医院实验动物中心提供，其中雌兔4只，雄兔16只，体重1.75~3.56 kg，平均体重（2.53±0.47）kg。本实验经山西省人民医院伦理委员会批准（No.2023-075）。

二、仪器与方法

1.仪器：采用配有SL15-4线阵探头的法国声科公司AixPlore 彩色多普勒超声诊断仪，频率4~15 MHz。

2.急性肾静脉闭塞造模方法：实验开始前使用异氟烷吸入麻醉，在实验过程中根据动物具体情况按0.1 mg/kg剂量追加盐酸替来他明盐酸唑拉西泮麻醉。术区备皮消毒后，经腹正中切口分离并结扎左肾静脉，然后关腹。左肾静脉结扎2 h后，以仰卧位固定，充分暴露腹部，探头轻置于皮肤表面获取左肾静脉超声图像。符合下列标准为造模成功：（1）超声检查完成后病理学检查提示肾静脉血栓形成；（2）超声提示肾静脉内可见栓子回声，其内未探及明显血流信号。

3.肾脏的剪切波弹性测量方法：获取肾脏的冠状切面图，调整探头角度使肾脏长轴与声束垂直，避免各向异性伪影，优化成像参数［频率12 Hz，机械指数（mechanical index，MI）1.6］，确保肾皮质-髓质分界清晰且无明显增益伪影。在常规超声确认目标区域后，切换弹性成像模式，待图像稳定后，将取样框直径固定为2 mm，分别测量双侧肾脏上极、中部及下极处的皮质、髓质及肾窦的杨氏模量，共9个区域，于同一区域连续测量3次，取3次的平均值。右肾为健侧组，左肾为患侧组（图1）。测量完成后取患侧肾脏进行病理学检查。

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图1 急性肾静脉闭塞健侧与患侧肾脏中部杨氏模量测量图。图a为健侧肾脏中部皮质、髓质及肾窦测量图；图b为患侧肾脏中部皮质、髓质及肾窦测量图

三、统计学分析

采用SPSS 27.0软件进行统计分析。符合正态分布的计量资料以

x ¯

±s表示。健侧组与患侧组两组间比较采用配对t检验，使用Holm-Bonferroni方法对P值进行校正，同侧肾脏的不同解剖部位或不同组织结构多组间比较采用单因素方差分析，当差异具有统计学意义时，采用Tukey HSD事后检验进行两两比较。多因素方差分析评估急性肾静脉闭塞状态、解剖部位及组织结构间的三向交互效应。采用点二列相关系数分析肾脏不同区域杨氏模量与急性肾静脉闭塞状态的相关关系。采用组内相关系数（intra-class correlation coefficient，ICC）评价杨氏模量测量的可重复性。以P＜0.05为差异有统计学意义。

结果

一、SWE测量结果

1.肾脏不同区域杨氏模量的测量可重复性：肾脏不同区域杨氏模量测量的ICC为0.921~0.987（表1），其中肾脏中部皮质杨氏模量的ICC最高（ICC=0.987）。

表1 急性肾静脉闭塞后肾脏不同区域杨氏模量测量的ICC

肾脏组织结构	肾脏解剖部位
肾脏组织结构	上极	中部	下极
皮质	0.957	0.987	0.981
髓质	0.965	0.958	0.953
肾窦	0.942	0.969	0.921

注：ICC为组内相关系数

2.肾脏不同解剖部位杨氏模量差异性：健侧组不同解剖部位，上极与中部、中部与下极间杨氏模量差异有统计学意义（P＜0.05），上极与下极间杨氏模量差异无统计学意义（P＞0.05）。患侧组上极、中部及下极间杨氏模量差异均无统计学意义（P＞0.05，表2）。

表2 肾脏不同解剖部位杨氏模量比较（kPa，
$x ¯$
±s）

组别	例数	上极	中部	下极	F值	P值
健侧组	20	20.21±5.79	16.45±4.62^a	18.76±4.44^b	8.665	＜0.001
患侧组	20	55.95±22.02	55.86±22.70	56.71±21.32	0.027	0.973
t值		12.839	14.005	16.617
P值		＜0.001	＜0.001	＜0.001

注：与上极比较，^aP＜0.001；与中部比较，^bP=0.032

3.肾脏不同组织结构杨氏模量差异性：健侧组不同组织结构，皮质与肾窦、髓质与肾窦间杨氏模量差异有统计学意义（P＜0.05），皮质与髓质间杨氏模量差异无统计学意义（P＞0.05）。患侧组皮质、髓质及肾窦间杨氏模量差异均有统计学意义（P＜0.05，表3）。

表3 肾脏不同组织结构杨氏模量比较（kPa，
$x ¯$
±s）

组别	例数	皮质	髓质	肾窦	F值	P值
健侧组	20	19.15±6.80	19.21±4.29	17.04±3.76^ab	3.465	0.033
患侧组	20	66.14±18.53	57.03±17.63^a	45.34±24.09^ab	15.849	＜0.001
t值		19.516	16.878	11.091
P值		＜0.001	＜0.001	＜0.001

注：健侧组中，与皮质比较，^aP=0.026；与髓质比较，^bP=0.043。患侧组中，与皮质比较，^aP（髓质）=0.007，^aP（肾窦）＜0.001；与髓质比较，^bP＜0.001

4.急性肾静脉闭塞后肾脏不同区域的杨氏模量差异：多因素方差分析显示，急性肾静脉闭塞状态、解剖部位和组织结构的三向交互效应不显著（F=1.575，P=0.190），进一步采用配对t检验结合效应量进行评估。结果显示，健侧组与患侧组相同解剖部位及相同组织结构的杨氏模量差异均具有统计学意义（P＜0.001），中部皮质在急性肾静脉闭塞后杨氏模量差异的效应量最为突出（Cohen's d=2.770，表4）。

表4 急性肾静脉闭塞后肾脏不同区域杨氏模量比较（kPa，
$x ¯$
±s）

组别	例数	皮质	髓质	肾窦	F值	P值
健侧组（上极）	20	23.19±6.94	20.71±4.18	16.71±3.99	7.859	＜0.001
患侧组（上极）	20	69.54±18.09	58.87±18.07	39.44±19.01	13.776	＜0.001
t值		9.873	9.160	5.408
P值		＜0.001^*	＜0.001^*	＜0.001^*
Cohen's d		2.208	2.048	1.209
组别	例数	皮质	髓质	肾窦	F值	P值
健侧组（中部）	20	15.77±6.34	17.21±4.00	16.36±2.97	0.486	0.617
患侧组（中部）	20	66.57±19.02	54.87±18.05	41.35±18.00	9.449	＜0.001
t值		12.388	8.953	6.267
P值		＜0.001^*	＜0.001^*	＜0.001^*
Cohen's d		2.770	2.002	1.402
组别	例数	皮质	髓质	肾窦	F值	P值
健侧组（下极）	20	18.48±5.06	19.72±4.12	18.07±4.16	0.737	0.483
患侧组（下极）	20	61.73±17.44	54.74±12.45	46.49±16.66	4.740	0.012
t值		11.905	11.487	7.497
P值		＜0.001^*	＜0.001^*	＜0.001^*
Cohen's d		2.662	2.569	1.676

注：^*P值为经过Holm-Bonferroni校正后的值

5.肾脏不同区域的杨氏模量与急性肾静脉闭塞状态的关系：相关性分析显示，中部皮质的杨氏模量与急性肾静脉闭塞的相关性最高（r=0.867，表5）。

表5 肾脏不同区域杨氏模量与急性肾静脉闭塞状态的点二列相关系数（r值，n=20）

肾脏组织结构	肾脏解剖部位
肾脏组织结构	上极	中部	下极
皮质	0.856	0.867	0.855
髓质	0.820	0.818	0.861
肾窦	0.639	0.696	0.759

二、病理结果

肾静脉观察：肾静脉内梗阻性血栓形成。肾静脉镜下观察：肾静脉主干、部分分支及皮髓质交界处部分小静脉管腔内可见红染、交织成网状或均质状的血栓物质。肾脏镜下观察：肾小球毛细血管球扩张充血，管腔内红细胞淤积；部分肾小管上皮细胞肿胀、变性，细胞界限模糊（图2）。

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图2 实验兔左肾静脉结扎2 h后病理图像。图a示左肾静脉梗阻性血栓形成（HE ×100）；图b示左肾肾小球显著淤血，伴肾小管上皮细胞变性（HE ×100）

讨论

肾静脉急性闭塞时，患者除特异性侧腹疼痛和血尿外，可能没有其他栓塞的症状与体征^［10］，血清肌酐和血尿素氮在短期内不会出现明显的变化，常规超声也易受肠道气体和肥胖等多种因素影响进而干扰诊断导致严重后果。因此，早期发现急性肾静脉闭塞具有重要的临床意义，目前尚缺少早期准确诊断肾静脉闭塞的超声方法。SWE技术通过实时定量监测肾脏弹性的动态变化，为急性肾静脉闭塞的早期诊断提供了新型无创评估手段。其通过捕捉肾脏弹性在静脉回流受阻后的改变，使临床医师能在器官功能代偿期识别异常血管事件，为及时开展溶栓或介入治疗争取时间，改善患者预后。本研究基于杨氏模量分析急性肾静脉闭塞兔肾脏的弹性变化，探讨弹性特征的区域差异性，得出诊断急性肾静脉闭塞的肾脏最佳区域。

Gennisson等^［5］通过实验证实肾静脉闭塞后皮质、髓质及肾窦的弹性均增加，提示肾静脉闭塞会使不同组织结构的弹性发生变化；Liu等^［6］研究中指出肾脏中部的弹性高于下极，进一步提示不同的解剖部位也会影响肾脏的弹性。然而，单一视角分析（仅聚焦于解剖部位或组织结构）易受到样本偏差或各向异性伪影的干扰，难以全面反映肾脏的弹性变化。因此，除通过解剖部位或组织结构的视角评估外，结合不同解剖部位（上极、中部、下极）与不同组织结构（皮质、髓质、肾窦）的多区域分析更为重要，其不仅能够揭示正常肾脏的弹性差异性，还可识别病理状态下肾脏的弹性重塑规律，从而为临床无创诊断、治疗监测及预后评估提供更详细的信息。

本研究结果显示，在不同解剖部位，健侧组上极与中部、中部与下极的杨氏模量差异存在统计学意义，提示其可能与局部血流分布的异质性^［11-12］及组织结构的各向异性^［9］密切相关。但上极与下极的杨氏模量差异没有统计学意义，可能与解剖对称性或功能相似性有关。患侧组不同解剖部位间杨氏模量差异均无统计学意义表明急性肾静脉闭塞可能通过静脉回流受阻、局部缺血或纤维化等机制，导致整个肾脏水肿和纤维化，这在有相似病理改变的高血压肾病模型中也得到了相应的证实^［13］，这种弥漫性缺血可能掩盖原有解剖部位的血供差异，使杨氏模量趋于均一化。在不同组织结构，健侧组肾窦的杨氏模量显著低于皮质及髓质，与Grenier等^［14］的研究结果一致，可能是两者与肾窦的结构及功能差异所致^［15］。但皮质与髓质的杨氏模量差异不具有统计学意义，可能源于二者的细胞外基质均以IV型胶原和层粘连蛋白为主要成分。同时，皮髓质间密切相关的微血管密度^［16］使得纤维化进程趋于同步。此外，皮质的高血流灌注通过增加组织内的静水压提升组织硬度，髓质的低血流灌注可能部分抵消低氧环境导致的硬度降低^［17］，形成弹性力学平衡。相较于健侧组，患侧组皮质及髓质的杨氏模量差异具有统计学意义，可能源于肾脏病理状态下的血流重分布和结构特性改变。当肾脏血流灌注发生变化时，肾皮质的硬度变化显著高于肾髓质^［12］，皮质灌注减少而髓质分流增加，打破原有的弹性力学平衡。此外，皮质因致密包膜限制而水肿受限，导致组织压力升高，髓质则因疏松的Henle袢结构更易发生液体蓄积，组织顺应性增高，这些因素共同放大了皮质与髓质的弹性差异。综上所述，正常肾脏的弹性具有区域异质性，而病理状态下患侧肾脏解剖部位间弹性均一化，组织结构间弹性差异增强，这种弹性分布模式的改变提示病理状态下肾脏有弹性重塑的可能。

急性肾静脉闭塞状态、解剖部位和组织结构的三向交互效应不显著提示三者间不存在复杂的协同作用机制。有研究表明肾静脉闭塞后，全肾硬度升高，皮质尤为显著^［5］，与本文研究结果一致：患侧组不同区域的杨氏模量较健侧组均显著升高，可能是因为肾静脉结扎后肾脏产生剧烈的病理变化，引发杨氏模量显著升高。动物模型因其生理状态可控且无慢性基础疾病等混杂因素，可能放大急性损伤的效应。肾静脉结扎后肾脏硬度增加的机制可能是肾静脉回流受阻导致肾间质压力增加和血液淤滞^［6］，同时血流阻断导致肾实质缺血缺氧^［18］，引起肾素-血管紧张素系统激活、肾小球滤过率下降、触发肾内的炎症反应并释放多种炎症因子，继而促进胶原沉积和纤维化，增加组织硬度。

在肾脏的不同区域中，肾中部皮质的杨氏模量在患侧组与健侧组之间的效应量最突出，其杨氏模量值与急性肾静脉闭塞状态的相关性也最为密切。这可能与解剖和血流动力学因素有关。中部皮质邻近肾静脉主干，在静脉压升高时首先承受压力梯度变化。同时，肾动脉分支形成的弓状动脉主要分布于皮质-髓质交界区，使得中部皮质可能具有更高密度的毛细血管网，在血流受阻时更容易发生缺血性损伤。除此之外，KCT等^［12］指出肾包膜静脉能够为上极和下极提供一定的侧支循环支持，郑金龙等^［19］的CTA研究也显示肾静脉血栓形成后，上/下极区域可见肾包膜静脉的代偿性扩张，而中部皮质则表现为延迟强化或无灌注区，进一步证实中部皮质可能因特殊的解剖位置导致侧支循环建立的效率较低，使其对肾静脉闭塞的反应更敏感。

肾中部皮质展现出优于其他区域的测量可重复性，可能因为中部皮质纤维排列方向与声束传播方向一致，受探头角度和呼吸干扰较小，这与黄志芳等^［20］的研究结果保持一致，但Schneider等^［21］表明肾脏的这种结构特点可能导致杨氏模量测值人为偏高。此外，肾脏约94%的血流分布于皮质^［22］，中部皮质可能因解剖位置居中，受局部血流波动影响较小，从而减少测量变异。

本研究尚存在一定局限性：（1）实验样本数量较少，需增大样本数量进一步证实；（2）兔与人类的肾脏存在物种差异，还需进一步临床试验验证。

综上所述，正常肾脏可能会因为其特殊的解剖部位及生理功能导致弹性的区域差异性，病理状态下肾脏的弹性有重塑的可能。急性肾静脉闭塞使肾脏硬度明显增加，其中肾中部皮质在杨氏模量测量可重复性、组间差异的效应量及与急性肾静脉闭塞的相关性方面，均展现出较高的优势。因此，本研究认为以杨氏模量评估肾中部皮质是诊断急性肾静脉闭塞的最佳区域。

张涛, 徐梓祎, 徐景竹, 等. 急性肾静脉闭塞肾脏不同区域杨氏模量差异性的实验研究[J/OL]. 中华医学超声杂志(电子版), 2025, 22(10): 982-987.

参考文献

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