二維斑點追蹤技術(shù)評價高血壓兔模型的左心室收縮期應(yīng)變

裴曉黎， 左武旭， 方曉燕， 董麗莉*， 舒先紅

1. 新疆喀什地區(qū)第二人民醫(yī)院心內(nèi)科，喀什 844000 2. 復旦大學附屬中山醫(yī)院心臟超聲診斷室，上海 200032

二維斑點追蹤技術(shù)評價高血壓兔模型的左心室收縮期應(yīng)變

裴曉黎1△， 左武旭2△， 方曉燕2， 董麗莉2*， 舒先紅2

1. 新疆喀什地區(qū)第二人民醫(yī)院心內(nèi)科，喀什 844000 2. 復旦大學附屬中山醫(yī)院心臟超聲診斷室，上海 200032

目的應(yīng)用二維斑點追蹤技術(shù)評價高血壓兔模型的左心室縱向、圓周及徑向收縮期應(yīng)變，探討心率對左心室收縮功能指標的影響。方法24只新西蘭兔隨機均分為2組：腹主動脈縮窄組(n=12)和假手術(shù)組(n=12)。腹主動脈縮窄組進行腹主動脈縮窄手術(shù)；假手術(shù)組僅將絲線放置于腹主動脈下方，不進行腹主動脈結(jié)扎。術(shù)后8周采用二維斑點追蹤技術(shù)分析各組兔左心室縱向、圓周及徑向應(yīng)變。結(jié)果與假手術(shù)組相比，腹主動脈縮窄組兔模型左心房舒張末內(nèi)徑、左心室內(nèi)徑均增大(P<0.05)，室間隔及左心室壁均明顯增厚(P<0.05)；在應(yīng)變方面，腹主動脈縮窄組兔模型左心室收縮期縱向應(yīng)變降低(P<0.05)、徑向應(yīng)變降低(P<0.05)、圓周應(yīng)變不變。結(jié)論在快心率的高血壓兔模型中，左心室縱向應(yīng)變及徑向應(yīng)變易受到影響，說明心率對斑點追蹤技術(shù)測得的收縮功能指標影響不大。

超聲心動圖；高血壓；二維斑點追蹤成像；左心室功能

高血壓是一種常見的心血管疾病，會引起心臟一系列結(jié)構(gòu)和功能的改變[1]。在高血壓導致的心肌肥厚患者中，可以采用二維斑點追蹤技術(shù)(two-dimensional speckle tracking imaging, 2D-STI)測量左心室的縱向、徑向及圓周應(yīng)變，進而評價其收縮及舒張功能[2-3]。但是，心率對左心室舒張功能的影響較大[4]。而兔子心率較快，因此本實驗擬采用新西蘭兔建立高血壓模型，以評價心率對于2D-STI技術(shù)測得的左心室收縮功能指標的影響。

1 材料與方法

1.1 動物模型制備 選取體質(zhì)量2.5～3.0 kg 的成年雄性新西蘭兔24只(由復旦大學附屬中山醫(yī)院實驗動物部提供)。將其隨機分為2組：腹主動脈縮窄(abdominal aortic constriction，ACC)組12只，假手術(shù)組12只。兩組兔子術(shù)前禁食12 h，靜脈注射異戊巴比妥(30 mg/kg)麻醉后，于劍突下縱向切開腹部皮膚，暴露腹主動脈，沿腹白線打開腹腔，于左腎動脈上約1 cm鈍性分離腹主動脈。ACC組將6F動脈導管與腹主動脈平行放置，用細線將腹主動脈與導管同時結(jié)扎，撤出動脈導管后腹主動脈縮窄40%～60%；假手術(shù)組僅將絲線放置于腹主動脈下方，不對腹主動脈進行結(jié)扎。兩組兔子術(shù)后連續(xù)3 d肌肉注射青霉素(50 mg/kg)以預(yù)防感染。本研究通過復旦大學附屬中山醫(yī)院動物倫理委員會審查。

1.2 圖像及常規(guī)生命體征采集 采用GE Vivid E9型彩色多普勒超聲診斷儀，M12S探頭(探頭頻率4～12 MHz)。檢查時被檢兔子采取左側(cè)仰臥位，固定其四肢及頭部。按照上述方法將兔子麻醉后，備皮，連接心電圖。采集標準胸骨旁左心室長軸觀、胸骨旁左心室短軸二尖瓣水平(可見二尖瓣前后葉啟閉，無腱索)、乳頭肌水平及心尖水平(不可見乳頭肌)二維動態(tài)圖像。采集標準心尖四腔觀、三腔觀及兩腔觀動態(tài)圖像。幀頻160～240幀/s，動態(tài)圖像儲存3個心動周期，留待脫機分析。以PW模式測量二尖瓣舒張期血流頻譜，記錄舒張早期E波峰值和舒張晚期A波峰值，并計算E、A比值。頸靜脈置管連接于多參數(shù)監(jiān)護儀(UT4000C，深圳市金科威實業(yè)有限公司)，測量心率及血壓。

1.3 常規(guī)超聲指標的分析 儲存好的圖像在EchoPAC工作站(Version 201，GE Vingmed Ultrasound, 挪威 )脫機測量左心房舒張末內(nèi)徑(left atrial internal dimension at end-diastole, LADd)、左心室舒張末內(nèi)徑(left ventricular internal dimension at end-diastole, LVEDd)、左心室收縮末內(nèi)徑(left ventricular internal dimension at end-systole, LVEDs)、室間隔舒張末厚度(interventricular septum thickness at end-diastole, IVSd)和左心室后壁舒張末厚度(left ventricular posterior wall thickness at end-diastole, LVPWd)等。LADd、LVEDd、LVEDs、IVSd、 LVPWd分別用體質(zhì)量進行標化。用Teich-holtz公式計算左心室射血分數(shù)(left ventricular ejection fraction，LVEF)。

1.4 左心室應(yīng)變的分析 將圖像傳輸至EchoPAC工作站。首先根據(jù)左心室流出道脈沖多普勒頻譜標記主動脈瓣關(guān)閉時間(aortic valve closure，AVC)，作為收縮期結(jié)束的標志。選擇1個內(nèi)膜較為清楚的心動周期，手動描繪其中1幀，根據(jù)心肌厚度調(diào)節(jié)感興趣區(qū)的寬度，軟件自動追蹤整個心動周期并給出分析曲線及相關(guān)數(shù)據(jù)。使用上述方法分別對心尖四腔觀、三腔觀及兩腔觀進行分析。左心室的整體縱向應(yīng)變(global longitudinal strain，GLS)為3個切面的平均值。

在乳頭肌水平的徑向應(yīng)變曲線上測量6個節(jié)段最大收縮期徑向應(yīng)變(radial strain，RS)，然后取均值作為整體RS；直接測量此水平的整體圓周應(yīng)變曲線的頂點值，作為收縮期最大圓周應(yīng)變(circumferential strain，CS)。

1.5 重復性檢測 由兩位經(jīng)過規(guī)范化培訓的超聲醫(yī)師在互不知情的情況下完成GLS、RS、CS分析后，評價觀察者間的變異；其中1位在2周后再次分析以評價在觀察者內(nèi)的變異。

2 結(jié) 果

2.1 模型存活情況 ACC組有2只兔于術(shù)后1周內(nèi)死于急性左心衰。術(shù)后第3周，ACC組10只兔的左心房有逐漸增大趨勢；第4周左心室壁明顯增厚；第8周10只兔均出現(xiàn)心衰癥狀，如活動量減少、食欲減退、呼吸急促。將第8周作為實驗終點。在ACC組存活的10只兔中，有9只LVEF>50%，1只LVEF<50%，選取LVEF>50%的9只兔與假手術(shù)組進行比較。假手術(shù)組12只兔均存活至第8周，且LVEF>50%(表1)。

表1 兩組動物術(shù)后第8周心臟功能指標比較

HR: 心率；SBP: 收縮壓；DBP: 舒張壓；LADd: 左心房舒張末內(nèi)徑；LVEDd: 左心室舒張末內(nèi)徑；LVEDs: 左心室收縮末內(nèi)徑；IVSd: 室間隔厚度；LVPWd: 左心室舒張末后壁厚度；LVEF: 左心室射血分數(shù)；GLS: 左心室整體縱向應(yīng)變；RS: 左心室徑向應(yīng)變；CS: 左心室圓周應(yīng)變.1 mmH=0.133 kPa.*P<0.05與假手術(shù)組相比

2.2 動物一般情況和常規(guī)超聲指標 術(shù)后第8周，與假手術(shù)組相比，ACC組血壓明顯升高、心率明顯增快、ACC組LADd增大、左心室內(nèi)徑(LVEDd和LVEDs)輕度增大、左心室壁(IVSd和LVPWd)增厚、LVEF輕度降低但仍在正常范圍。兩組上述指標差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。ACC組和假手術(shù)組兔均心率過快導致二尖瓣口血流頻譜較復雜，甚至出現(xiàn)E、A融合現(xiàn)象(圖1)。

圖1 假手術(shù)組兔二尖瓣口血流頻譜

2.3 心臟應(yīng)變情況 與假手術(shù)組相比，ACC組兔GLS降低(P<0.05)，RS降低(P<0.05)，CS不變(表1，圖2)。重復性檢測：觀察者內(nèi)ICCs：GLS為0.83，RS為0.92，CS為0.89；觀察者間ICCs：GLS為0.80，RS為0.90，CS為0.80。

圖2 兩組動物左心室縱向應(yīng)變及徑向應(yīng)變比較

A：假手術(shù)組兔左心室縱向應(yīng)變，箭頭所指數(shù)值為-19.59%；B：ACC組兔左心室縱向應(yīng)變，箭頭所指數(shù)值為-10.12%；C：假手術(shù)組兔徑向應(yīng)變；D：ACC組兔徑向應(yīng)變

3 討 論

本研究中ACC組新西蘭兔血壓明顯高于假手術(shù)組，說明模型建立成功；心率太快導致二尖瓣前向血流復雜，甚至出現(xiàn)E波和A波融合，說明心率對超聲心動圖測得的舒張功能指標有較大影響。

斑點追蹤技術(shù)(speckle tracking imaging，STI)是近年來新興的超聲心動圖技術(shù)。該技術(shù)通過手動描繪心肌內(nèi)膜，可以全方位追蹤構(gòu)成心肌的斑點，并繪制應(yīng)變曲線，對于評價心肌應(yīng)變具有重要價值[5]。

研究[2]發(fā)現(xiàn)，在高血壓導致的左心室肥厚的患者中，左心室的縱向收縮功能降低。本研究中，ACC組兔子縱向收縮期應(yīng)變也降低。這是因為在后負荷增高的狀態(tài)下，左心室心內(nèi)膜受到的應(yīng)力最大，使其最先損傷并出現(xiàn)心肌間質(zhì)纖維化[6]，而左心室縱向收縮功能與心肌間質(zhì)纖維化負相關(guān)[7]，即心肌間質(zhì)纖維化越嚴重，左心室縱向收縮期應(yīng)變越小。此外，本研究中雖然ACC組9只兔LVEF大于50%，但其絕對值仍較假手術(shù)組兔降低，也是因為縱向收縮功能顯著降低。

以往左心室縱向應(yīng)變的研究較多，但是左心室的收縮和舒張并不僅是縱向的縮短及伸長。在短軸方面，左心室收縮期應(yīng)變表現(xiàn)為心肌朝向圓心的增厚或變薄，可用徑向應(yīng)變評價；在圓周方向的運動可用周向應(yīng)變來評價。此外，左心室在立體空間上還存在扭轉(zhuǎn)及解旋運動。這是因為構(gòu)成左心室壁的心肌十分復雜，主要由斜行以及環(huán)行纖維組成：最內(nèi)層為斜行心肌，中層為環(huán)行心肌，最外層為斜行心肌。其內(nèi)膜是右手螺旋，外膜是左手螺旋。左心室的收縮和舒張運動是3層心肌共同作用的結(jié)果[8]。

左心室徑向增厚與LVEF聯(lián)系緊密。當后負荷增加時，左心室縱向收縮功能受損，其徑向收縮功能仍可保持正常以維持正常的射血功能[9]。徑向應(yīng)變主要由心肌中層環(huán)行心肌引起。左心室后負荷增高時，左心室重構(gòu)的早期徑向應(yīng)變輕度升高；當進展到離心性肥厚階段時，左心室各節(jié)段的徑向應(yīng)變均降低[9]。因此，本研究中，相比于假手術(shù)組，ACC組左心室壁增厚，室壁中層心肌纖維受到影響，導致徑向應(yīng)變降低。

本研究中，縱向應(yīng)變以及徑向應(yīng)變均降低，但圓周應(yīng)變沒有明顯變化，與包含20例舒張性心衰患者研究[10]的結(jié)論一致。本研究高血壓兔模型中，左心室最先受到影響的是縱向應(yīng)變和徑向應(yīng)變，最后是圓周應(yīng)變。原因如下：(1)圓周應(yīng)變和徑向應(yīng)變一樣，對維持左心室的射血功能有重要價值。左心室縱向收縮功能降低時，圓周應(yīng)變會代償性增加以維持左心室正常的射血功能[11]。(2)左心室圓周應(yīng)變可能與心肌扭轉(zhuǎn)功能有一定關(guān)系。自心尖部至心底部，左心室各節(jié)段在增厚的同時，還有相對的扭轉(zhuǎn)運動，即心尖部呈順時針旋轉(zhuǎn)，心底部呈逆時針旋轉(zhuǎn)。扭轉(zhuǎn)運動可能對圓周應(yīng)變起到加強作用。國內(nèi)外已有文獻[10,12]報道，左心室功能不全早期，扭轉(zhuǎn)功能會代償性增加。這是因為心內(nèi)膜心肌受損導致心外膜心肌逆時針旋轉(zhuǎn)相對加強。室壁增厚也導致力矩增加，這也是扭轉(zhuǎn)功能增加的重要原因[10]。(3)當左心室后負荷增加，左心室為了對抗增加的后負荷需要做更多的功，在縱向功能以及徑向功能受損的情況下，只有圓周應(yīng)變功能可以維持。但是，研究[10]認為，在離心性肥厚階段，圓周應(yīng)變已降低。本研究與之不同的原因可能在于左心室增大的程度不大，因此圓周應(yīng)變變化不明顯。

綜上所述，2D-STI操作簡便，對于評價高血壓模型兔的左心室縱向、圓周及徑向應(yīng)變功能具有重要的價值。在高血壓兔中，縱向應(yīng)變和徑向應(yīng)變最先受損，圓周應(yīng)變早期變化不明顯。該結(jié)論與臨床試驗結(jié)果較一致，說明心率對2D-STI測得的心臟收縮功能指標影響不大。本實驗的局限性在于：(1)雖然ACC組兔LVEF仍維持在正常范圍，但較假手術(shù)組降低，這對于實驗結(jié)果可能有一定的影響；(2)高血壓模型動物只有9只，例數(shù)較少，在接下來的實驗中應(yīng)增加實驗動物的數(shù)量、改進實驗方法，以期得出更好的結(jié)果；(3)2D-STI易受幀頻及圖像質(zhì)量的影響，本實驗已選擇內(nèi)膜面最清楚的心動周期，并且選擇多個心動周期進行測量，但誤差仍存在。相信隨著技術(shù)的不斷進步，2D-STI將克服這些缺點，在評價左心室的應(yīng)變方面發(fā)揮更大的作用。

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Two-dimensional speckle tracking imaging in evaluating left ventricular systolic strain in hypertensive rabbit models

PEI Xiao-li1△, ZUO Wu-xu2△, FANG Xiao-yan2, DONG Li-li2*, SHU Xian-hong2

1. Department of Cardiology, Kashgar Prefecture Second People’s Hospital, Kashgar 844000, Xinjiang, China 2. Department of Echocardiography, Zhongshan Hospital, Fudan University, Shanghai 200032, China

Objective： To explore the effects of heart rate on two-dimensional speckle tracking imaging (2D-STI) parameters in evaluating left ventricular longitudinal, circumferential and radial systolic myocardial deformation in hypertensive rabbit models.Methods24 New Zealand rabbits were randomly divided into 2 groups: the abdominal aortic constriction (AAC) group (n=12), and the sham operation group (n=12). The ACC group underwent the abdominal aortic constriction surgery while in the sham operation group, only the silk thread was placed below the abdominal aorta, and the abdominal aorta was not ligated. The longitudinal, circumferential and radial strains were analyzed by 2D-STI technique after 8 weeks of surgery.ResultsCompared with the sham operation group, hypertensive rabbits had an increased left atrial internal dimension and increased left ventricular internal dimension (P<0.05), a thickened interventricular septum and left ventricular wall (P<0.05). In terms of strain, the longitudinal systolic strain of the left ventricle decreased (P< 0.05), the radial strain decreased (P<0.05), and the circumferential strain remained unchanged in the rabbit models of abdominal aortic constriction.ConclusionsIn hypertensive rabbit models, the left ventricular longitudinal and radial strains were easily affected, which illustrated that heart rate had little effect on the systolic function parameters measured by 2D-STI.

echocardiography; hypertension; two-dimensional speckle tracking imaging; left ventricular function

2017-06-08接受日期2017-07-24

新疆維吾爾自治區(qū)自然科學基金 (2015211C224). Supported by Natural Science Foundation of the Xinjiang Uygur Autonomous Region of China (2015211C224).

裴曉黎, 碩士, 副主任醫(yī)師. E-mail：625626976@qq.com 左武旭, 碩士生.E-mail：15211210017@fudan.edu.cn

△共同第一作者(Co-first authors).

*通信作者(Corresponding author). Tel: 021-60265150, E-mail：dong.lili@zs-hospital.sh.cn

10.12025/j.issn.1008-6358.2017.20170490

R 540.4+5

A

[本文編輯] 姬靜芳