實(shí)時(shí)三維超聲及二維斑點(diǎn)追蹤技術(shù)評(píng)價(jià)潛水員水肺潛水后右心室形態(tài)及收縮功能改變

錢勝利，楊 莉，劉 暢，李 延，梅梟雄

(中國(guó)人民解放軍第161醫(yī)院特診科，湖北 武漢 430010)

目前潛水已成為國(guó)防、經(jīng)濟(jì)、科研、體育休閑和水下救援等領(lǐng)域的一種不可或缺的技術(shù)。研究[1-3]表明，潛水后心臟泵血功能會(huì)因自由基產(chǎn)生和氧化還原平衡紊亂而發(fā)生適應(yīng)性反應(yīng)。Peacher等[4]報(bào)道，水肺潛水導(dǎo)致心血管事件的風(fēng)險(xiǎn)明顯高于預(yù)估的44%～72%。由于右心室獨(dú)特的新月形結(jié)構(gòu)和復(fù)雜運(yùn)動(dòng)增加了右心室徑線測(cè)量和心肌定量分析的復(fù)雜性，既往對(duì)心室形態(tài)及收縮功能的研究多局限于左心室[5-6]，而對(duì)右心室的研究較少。本研究擬采用實(shí)時(shí)三維超聲及二維超聲斑點(diǎn)追蹤技術(shù)觀察潛水員右心室形態(tài)及收縮功能，探討水肺潛水對(duì)潛水員右心室形態(tài)及收縮功能的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料 于2017年6月招募63名健康男性潛水員，年齡21～54歲，平均(32.1±7.8)歲，潛齡2～19年(其中潛齡2～5年45名，6～10年9名，11～15年6名，16～19年3名)，排除1名竇性心動(dòng)過緩伴明顯心律不齊及2名右心室超聲圖像顯示不佳者，最終納入60名，其臨床查體、心電圖及常規(guī)超聲心動(dòng)圖均無(wú)異常發(fā)現(xiàn)。潛水前記錄潛水員心率(heart rate， HR)、血壓、身高、體質(zhì)量等。本研究通過中國(guó)人民解放軍第161醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)審批，所有受試者均簽署知情同意書。

1.2 潛水方法 60名潛水員均攜帶自攜式呼吸系統(tǒng)分10批進(jìn)入恒溫潛水系統(tǒng)，潛水深度11 m，潛水時(shí)長(zhǎng)60 min。

1.3 儀器與方法 采用GE Vivid E9超聲診斷儀，M5s及4V-D探頭，頻率1.7～3.5 MHz，配備EchoPAC脫機(jī)分析工作站。囑受試者左側(cè)臥，平靜呼吸，同步連接心電圖，采用M5s探頭，常規(guī)檢查、測(cè)量并留存以右心室為主的心尖四腔心動(dòng)態(tài)圖像；采用4V-D探頭，獲取多心動(dòng)周期合成模式下的右心室三維全容積動(dòng)態(tài)圖像并儲(chǔ)存。分別于潛水前、潛水后即刻、1天和3天行超聲心動(dòng)圖檢查，并存儲(chǔ)動(dòng)態(tài)圖像。

1.3.1 右心室常規(guī)超聲心動(dòng)圖測(cè)量 將圖像傳輸至EchoPAC工作站，選取以右心室為主的心尖四腔心切面動(dòng)態(tài)圖像，于舒張期末三尖瓣環(huán)水平測(cè)量右心室基底段最大橫徑(right ventricular basal diameter， RVD1)，于右心室中部相當(dāng)于右心室心尖至三尖瓣環(huán)間的距離中點(diǎn)處測(cè)量右心室中部橫徑(right ventricular mid cavity diameter， RVD2)，以右心室心尖至三尖瓣環(huán)間的距離為右心室長(zhǎng)徑(right ventricular longitudinal diameter， RVD3)。再選取三尖瓣環(huán)右心室側(cè)壁附著點(diǎn)處組織多普勒頻譜靜態(tài)圖像，測(cè)量三尖瓣關(guān)閉—開放時(shí)間(tricuspid valve closure to open time, TCO)及三尖瓣射血時(shí)間(ejection time, ET)，計(jì)算右心室做功指數(shù)(right ventricular index of myocardial performance, RIMP)，RIMP=(TCO-ET)/ET。

1.3.2 右心室三維測(cè)量參數(shù) 選取三維容積圖像，進(jìn)入Volume模式下的4DRV Volume測(cè)量菜單，軟件自動(dòng)識(shí)別右心室心尖四腔、兩腔、三腔及右心室短軸基底水平、乳頭肌水平、心尖水平切面，確定心尖及三尖瓣環(huán)中點(diǎn)位置，手動(dòng)調(diào)節(jié)并確定右心室心內(nèi)膜追蹤線，最后獲得右心室心內(nèi)膜表面模型及舒張末容積(end diastolic volume, EDV)、右心室收縮末容積(end systolic volume, ESV)、每搏輸出量(stroke volume, SV)、右心室三維射血分?jǐn)?shù)(3D right ventricular ejection fraction, 3DRVEF)、右心室游離壁三維縱向應(yīng)變[3D global longitudinal strain of free wall, 3DGLS(F)]、右心室面積變化分?jǐn)?shù)(fractional area change, FAC)及三尖瓣環(huán)收縮期位移(tricuspid annular plane systolic excursion, TAPSE)。

1.3.3 右心室游離壁二維縱向應(yīng)變測(cè)量 選取以右心室為主的心尖四腔心切面動(dòng)態(tài)圖像，進(jìn)入2D-strain菜單，手動(dòng)勾畫右心室游離壁心內(nèi)膜，軟件自動(dòng)識(shí)別右心室游離壁，獲得右心室游離壁基底段、中間段及心尖段節(jié)段縱向應(yīng)變(longitudinal strain，LS，LSBase、LSMid、LSAp)、右心室游離壁二維整體縱向應(yīng)變[2D global longitudinal strain of free wall, 2DGLS(F)]及應(yīng)變曲線。以上各項(xiàng)均重復(fù)測(cè)量3次，取均值。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。計(jì)量資料以±s表示。采用重復(fù)測(cè)量的方差分析比較潛水前和潛水后各時(shí)間點(diǎn)的指標(biāo)，兩兩比較采用LSD法；2DGLS(F)與3DGLS(F)間的相關(guān)性采用Pearson相關(guān)分析，以|r|>0.5為強(qiáng)相關(guān)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 常規(guī)參數(shù)比較 潛水前、潛水后即刻、1天、3天， RVD2及RIMP總體差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)，HR、RVD1、RVD3總體差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)。與潛水前比較，潛水后即刻HR減低、RVD1、RVD3增大(P均<0.05)；潛水后1天RVD1、RVD3已恢復(fù)至潛水前水平(P均>0.05)，HR仍減低(P<0.05)；潛水后3天上述各指標(biāo)均已恢復(fù)至潛水前水平(P均>0.05)。見表1。

2.2 右心室三維參數(shù)比較 潛水前、潛水后即刻、1天、3天ESV、SV、TAPSE、3DRVEF總體差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)，EDV、3DGLS(F)、FAC總體差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)。與潛水前比較，潛水后即刻EDV增大，3DGLS(F)、FAC減低，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)；潛水后1天，EDV、FAC已恢復(fù)至潛水前水平(P>0.05)，但3DGLS(F)仍減低(P<0.05)；潛水后3天，上述指標(biāo)已與潛水前無(wú)明顯差異(P均>0.05)。見表2、圖1。

2.3 右心室游離壁二維縱向應(yīng)變比較 潛水前、潛水后即刻、1天、3天，右心室游離壁各節(jié)段縱向應(yīng)變(LSBase、LSMid、LSAp)及2DGLS(F)總體差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)。與潛水前比較，潛水后即刻、1天右心室游離壁LSBase、LSMid、LSAp、2DGLS(F)均減低(P均<0.05)；潛水后3天，上述指標(biāo)恢復(fù)至潛水前水平(P>0.05)。見表3、圖2。

2.4 相關(guān)性分析 2DGLS(F)與3DGLS(F)呈較強(qiáng)正相關(guān)(r=0.711，P<0.01)，見圖3。

3 討論

近年來，隨著斑點(diǎn)追蹤及三維超聲技術(shù)的發(fā)展，右心室心肌功能定量分析日益深入[7-9]。盡管目前MR檢查仍為右心室收縮功能定量分析的金標(biāo)準(zhǔn)，但已有研究[10]表明，實(shí)時(shí)三維斑點(diǎn)追蹤右心室容積定量與心臟MRI結(jié)果之間存在相關(guān)性。

表1 潛水前后常規(guī)超聲心動(dòng)圖測(cè)值比較(±s，n=60)

表1 潛水前后常規(guī)超聲心動(dòng)圖測(cè)值比較(±s，n=60)

時(shí)間點(diǎn)HR(次/分)RVD1(mm)RVD2(mm)RVD3(mm)RIMP潛水前75.60±10.1623.57±2.3430.63±6.9860.64±8.570.36±0.06潛水后 即刻64.60±7.85?26.51±3.10?30.83±7.2064.27±8.79?0.35±0.07 1天71.13±11.82?25.13±3.5030.39±8.8559.57±7.520.34±0.07 3天73.47±8.3025.14±3.4030.94±7.6661.35±9.690.35±0.07F值11.4955.5310.1553.3630.780P值0.0090.0370.9260.0210.508

注：*：與潛水前比較，P<0.05

圖1 受試者男，26歲，右心室三維超聲成像 A.潛水前； B.潛水后即刻，EDV增大，3DGLS(F)減低，ESV、SV、3DRVEF無(wú)明顯改變

時(shí)間點(diǎn)EDV(ml)ESV(ml)SV(ml)3DRVEF(%)3DGLS(F)(%)FAC(%)TAPSE(mm)潛水前83.26±20.4942.64±12.8140.62±13.3448.67±8.72-18.04±13.8236.99±9.2713.11±3.31潛水后 即刻93.80±29.65?45.91±26.4441.52±10.5046.47±9.66-13.74±11.64?32.05±8.80?12.73±4.50 1天86.13±19.7844.91±13.7041.04±13.4047.10±6.41-14.29±6.68?37.16±9.7312.52±2.76 3天84.61±21.6643.65±16.1643.97±7.9247.72±7.32-17.45±7.2237.39±7.8313.75±3.19F值8.4412.3170.4580.75317.8860.8060.284P值0.0420.0790.7120.5230.0220.0430.837

注：*：與潛水前比較，P<0.05

表3 潛水前后右心室游離壁二維縱向應(yīng)變參數(shù)比較(%，±s，n=60)

表3 潛水前后右心室游離壁二維縱向應(yīng)變參數(shù)比較(%，±s，n=60)

時(shí)間點(diǎn)LSBaseLSMidLSAp2DGLS(F)潛水前-34.66±2.33-33.75±1.95-32.89±3.31-33.93±3.42潛水后 即刻-27.26±2.98?-26.06±3.52?-24.78±4.06?-26.09±3.38? 1天-29.14±3.08?-27.55±2.66?-26.18±2.37?-27.78±3.46? 3天-33.85±4.17-32.96±3.56-31.63±2.88-32.85±4.24F值19.98246.8719.74725.192P值0.014<0.0010.0260.009

注：*：與潛水前比較，P<0.05

圖2 受試者男，26歲，右心室2DGLS(F)曲線 A.潛水前； B.潛水后即刻，2DGLS(F)顯著減低

本研究發(fā)現(xiàn)潛水后HR減低，與黃育敏等[11]的結(jié)果一致；RVD1、RVD3及EDV均增大，提示潛水后右心室擴(kuò)大，原因可能在于潛水過程中人體在水下呼吸自攜氣體，HR下降，心肌耗氧增加，心肌缺血缺氧不可避免，心臟泵血功能受損[5-6]，且外周血管阻力增加，回心血量增多。本研究發(fā)現(xiàn)潛水前后ESV、RVD2差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，提示右心室在舒張末期和收縮末期均擴(kuò)大，且以長(zhǎng)徑和基底部橫徑擴(kuò)大為主。

既往研究[12-13]認(rèn)為TAPSE和RIMP是評(píng)價(jià)右心室收縮功能的重要指標(biāo)。本研究潛水后FAC及3DGLS(F)明顯減低，而3DRVEF、TAPSE和RIMP無(wú)明顯變化。推測(cè)既往TAPSE多由M型超聲心動(dòng)圖測(cè)得，僅評(píng)估右心室游離壁基底段的縱向運(yùn)動(dòng)，易受角度和心臟本身的位移影響，其準(zhǔn)確性低于三維超聲心動(dòng)圖； RIMP和3DRVEF是評(píng)估右心室整體收縮功能的重要參數(shù)，但在本研究并無(wú)明顯改變，提示潛水后右心室心肌收縮功能與左心室[6]一樣僅輕微受損。本研究采用二維斑點(diǎn)追蹤技術(shù)對(duì)右心室游離壁進(jìn)行定量分析，發(fā)現(xiàn)LS數(shù)值由高到低分別為基底段、中間段、心尖段；潛水后即刻及1天2DGLS(F)明顯減低，至潛水后3天2DGLS(F)恢復(fù)至潛水前水平。分析其原因，右心室心肌缺乏中間層，室壁運(yùn)動(dòng)以心內(nèi)膜下心肌的縱向運(yùn)動(dòng)為主；且縱向肌纖維在右心室收縮過程中占據(jù)主導(dǎo)作用[14]，一旦心內(nèi)膜下冠狀動(dòng)脈微血管網(wǎng)缺血缺氧，則心肌長(zhǎng)軸方向上收縮功能將首先出現(xiàn)功能障礙。已有研究[15-16]表明，整體LS評(píng)估右心室心肌功能優(yōu)于其他指標(biāo)，推測(cè)右心室游離壁LS可獨(dú)立評(píng)價(jià)右心室收縮功能。本研究采用二維斑點(diǎn)追蹤及實(shí)時(shí)三維超聲2種方法對(duì)右心室游離壁整體LS進(jìn)行定量分析，雖然3DGLS(F)較2DGLS(F)明顯偏小，但二者間存在較強(qiáng)正相關(guān)；FAC反映右心室心肌縱向及徑向收縮能力，右心室FAC在潛水后即刻減低，推測(cè)潛水后即刻LS不同程度減低。

圖3 2DGLS(F)與3DGLS(F)的相關(guān)性散點(diǎn)圖

本研究的局限性：①右心室三維容積成像對(duì)受試者圖像要求較高，工作站對(duì)右心室心內(nèi)膜勾畫存在誤差，需手動(dòng)調(diào)節(jié)，其可重復(fù)性有待提高；②超聲檢查于潛水現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行，未行MR檢查對(duì)照；③未對(duì)不同潛齡研究對(duì)象進(jìn)行分組比較。理論上潛水深度、溫度、時(shí)長(zhǎng)和水下作業(yè)的強(qiáng)度等均可能影響結(jié)果，有待進(jìn)一步證實(shí)。

綜上所述，潛水員佩戴自攜式水下呼吸器潛水后，右心室形態(tài)及收縮功能短時(shí)間內(nèi)受到不同程度損害，但經(jīng)短暫休息即可恢復(fù)。實(shí)時(shí)三維超聲及二維斑點(diǎn)追蹤技術(shù)可早期動(dòng)態(tài)定量評(píng)估潛水員潛水后右心室形態(tài)及收縮功能的細(xì)微改變。