超聲壓力-應(yīng)變環(huán)技術(shù)評估心肌做功研究進(jìn)展

姬 冰，袁建軍

(河南省人民醫(yī)院超聲科，河南 鄭州 450003)

心肌功能量化分析[1-2]是近年研究熱點?；诙S斑點追蹤成像(two dimensional speckle tracking imaging, 2D-STI)技術(shù)的心肌分層應(yīng)變技術(shù)[3-5]為臨床定量評估心肌功能提供了新方法，但存在負(fù)荷依賴性。RUSSELL等[6]研發(fā)了壓力-應(yīng)變環(huán)(pressure strain loops, PSL)技術(shù)，在分層應(yīng)變技術(shù)基礎(chǔ)上加入后負(fù)荷(血壓)測量，可有效抑制負(fù)荷依賴性，對整體和節(jié)段心肌做功進(jìn)行定量分析，并已用于部分心臟疾病。

1 PSL技術(shù)概述

1.1 原理 既往研究[7-8]發(fā)現(xiàn)心室壁應(yīng)力-節(jié)段曲線和心室壓力-容積環(huán)面積可反映節(jié)段心肌做功和氧耗量，但心臟結(jié)構(gòu)復(fù)雜，測量心室壁應(yīng)力時需要考慮其厚度及局部曲率半徑等，并對心臟局部幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行諸多假設(shè)，使其研發(fā)及臨床應(yīng)用受限。PSL技術(shù)依據(jù)相同原理加以簡化[6]，以等同于左心室收縮壓力峰值的肱動脈收縮壓力峰值替代心室壁應(yīng)力，以心肌在心臟收縮與舒張運動時發(fā)生的相對于原來形狀的變形(即應(yīng)變)替代節(jié)段長度，即根據(jù)肱動脈收縮壓數(shù)值(mmHg)與斑點追蹤獲得的整體縱向應(yīng)變(global longitudinal strain, GLS)計算心肌做功指數(shù)(myocardial work index, MWI)。MWI可反映1個心動周期內(nèi)二尖瓣關(guān)閉至開放期間心肌做功的總和，其水平變化有助于了解不同負(fù)荷條件下左心室整體和節(jié)段的力學(xué)變化。研究[6]發(fā)現(xiàn)MWI與心室壁應(yīng)力-節(jié)段曲線面積呈正相關(guān)(r=0.99)，且一致性良好。

1.2 軟件及應(yīng)用 GE公司在其超聲心動圖后處理軟件EchoPAC中加入血壓計算功能，根據(jù)超聲心動圖動態(tài)圖像中主動脈瓣和二尖瓣的啟閉時間自動調(diào)整等容收縮期、射血期和等容舒張期持續(xù)時間，以實測肱動脈收縮壓峰值作為振幅，獲得特異性血壓曲線，與分層應(yīng)變技術(shù)得出的同一心動周期的應(yīng)變曲線整合，通過應(yīng)變率和瞬時左心室收縮壓(肱動脈收縮壓)積分得出瞬時做功值。具體過程如下：采集心尖四腔觀、兩腔觀、左心室長軸觀連續(xù)3個心動周期的動態(tài)圖像并導(dǎo)入EChoPAC軟件，手動描繪心內(nèi)膜，軟件自動追蹤心肌運動并勾畫心內(nèi)膜及心外膜邊界，自動生成左心室17節(jié)段應(yīng)變曲線和牛眼圖；分析心肌做功時，輸入肱動脈血壓數(shù)值，軟件自動給出心肌整體及17節(jié)段的PSL曲線(由軟件選取1個心動周期中的二尖瓣關(guān)閉到開放時間段而自動構(gòu)建)，其中“0”點代表二尖瓣關(guān)閉開始，曲線內(nèi)面積即心肌做功指數(shù)。此外，軟件自動生成心肌17節(jié)段MWI和心肌做功效率(myocardial work efficiency, MWE)牛眼圖及心肌整體做功參數(shù)：①整體有效功(global constructive work, GCW)，收縮期心肌縮短或舒張期心肌延長所做正功，即有助于左心室射血的功；②整體無效功(global wasted work，GWW)，收縮期心肌延長或舒張期心肌縮短所做負(fù)功，即對抗左心室射血的功；③整體做功效率(global work efficiency, GWE)，GWE=GCW/(GCW+GWW)；④整體做功指數(shù)(global work index, GWI)，心肌17節(jié)段做功指數(shù)加權(quán)平均數(shù)。

2 PSL定量技術(shù)的臨床應(yīng)用

2.1 健康人 理論上，左心室心肌各節(jié)段在每個心動周期均同步收縮、舒張，且左心室GWE(left ventricular GWE, LVGWE)接近100%；實際上納入研究人群左心室壁運動存在輕度不同步，LVGWE可能存在差異。ROBERTA等[9]觀察226名健康志愿者，其中男85名，女141名，平均年齡(45±13)歲；男性平均左心室GWI(left ventricular GWI，LVGWI)為(1 849±295)mmHg%，左心室GCW(left ventricular GCW, LVGCW)為(2 228±295)mmHg%，左心室GWW(left ventricular GWW, LVGWW)為94(61.5,130.5)mmHg%，LVGWE為95(94,97)%；女性LVGWI為(1 924±313)mmHg%，LVGCW為(2 234±352)mmHg%，LVGWW為74(49.5，111.0)mmHg%，LVGWE為96(94，97)%；LVGCW隨年齡而增加。MOHAMMED等[10]發(fā)現(xiàn)正常人群LVGWE為96%。

2.2 高血壓(hypertension, HTN) JONATHAN等[11]根據(jù)WHO指南將HTN患者分為HTN1組(140 mmHg≤收縮壓<160 mmHg)和HTN2/3組(收縮壓≥160 mmHg)，與健康對照者相比，HTN1組LVMWI、LVGCW增加，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義，HTN2/3組則顯著增加，差異有統(tǒng)計學(xué)意義，應(yīng)用左心室壓力-容積環(huán)研究[12]亦獲得類似結(jié)果。長期負(fù)荷增加可導(dǎo)致心臟重塑，最終致心臟衰竭[13]。PSL技術(shù)可較早檢測到HTN人群心肌做功變化，為臨床早期干預(yù)提供依據(jù)。

2.3 心肌病(cardiomyopathies，CMP) CMP分為非缺血性擴(kuò)張型CMP(CMPNISC)和缺血性擴(kuò)張型CMP(CMPISC)[11]，前者無明顯冠狀動脈狹窄或僅單支血管病變、無心肌梗死或血運重建史，后者≥2支冠狀動脈狹窄或既往有冠狀動脈旁路移植術(shù)或血運重建史。與健康對照者相比，CMP患者LVGWI、LVGCW及LVGWE均明顯減低，LVGWW明顯增加，其中CMPISC患者LVGWI、LVGCW較CMPNISC患者減低，LVGWW則明顯增加；CMP患者左心室明顯擴(kuò)張和左心室射血分?jǐn)?shù)(left ventricular ejection fraction, LVEF)減低，但心輸出量接近正常水平[11]。

ELENA等[14]分析97例紐約心臟病協(xié)會(New York Heart Disease Association, NYHA)分級為Ⅱ～Ⅳ級的CMP患者，相比心臟再同步化治療(cardiac resynchronization therapy, CRT)無應(yīng)答者，CRT應(yīng)答者具有更高的LVGCW、側(cè)壁有效功(CW-lateral，CWlat)、LVGWW、側(cè)壁無效功(WW-lateral, WWlat)及間隔壁無效功(WW-septal, WWsept)；LVGCW>1 057 mmHg%(OR=14.69，P=0.005)是CRT應(yīng)答的預(yù)測因子；以LVGCW<1 057 mmHg%作為CRT無應(yīng)答標(biāo)準(zhǔn)，其陽性預(yù)測值為88%，陰性預(yù)測值51%，表明LVGCW并非評估CRT應(yīng)答的唯一參數(shù)。ELENA等[15]指出，LVGCW>1 057 mmHg%聯(lián)合LVGWW>384 mmHg%預(yù)測CRT應(yīng)答的特異度達(dá)100%，但敏感度僅22%；隨訪發(fā)現(xiàn)CRT應(yīng)答者LVGCW和LVEF較CAT前增加，LVGWW則減少，提示CRT應(yīng)答者心肌收縮儲備功能更優(yōu)。多巴酚丁胺負(fù)荷超聲心動圖試驗[16-17]顯示，CMP患者心肌收縮儲備功能與CRT應(yīng)答及其生存率相關(guān)，表明PSL可用于評估心肌功能。ELENA等[18]觀察82例非梗阻性肥厚型CMP(hypertrophic cardiomyopathy, HCM)患者左心室纖維化，以LVGCW=1 623 mmHg%作為預(yù)測左心室纖維化的截斷值，其敏感度為82%、特異度為67%。

2.4 非ST段抬高型急性冠狀動脈綜合征(non-ST elevation acute coronary syndrome, NSTE-ACS) 急性冠狀動脈綜合征導(dǎo)致心肌血流量明顯減少，局部心肌功能受損[19]，嚴(yán)重時引起冠狀動脈閉塞(acute coronary occlusion, ACO)，30%的ACO患者心電圖表現(xiàn)無ST段抬高[20]，而血管造影最佳時機(jī)目前尚不明確。研究[21]發(fā)現(xiàn)，以MWI=1 700 mmHg%作為判定NSTE-ACS人群心肌節(jié)段性收縮功能障礙的截斷值，敏感度和特異度分別為81%和82%，提示MWI可用于早期預(yù)測NSTE-ACS患者發(fā)生ACO；進(jìn)一步研究[21]發(fā)現(xiàn)MWI可根據(jù)負(fù)荷量糾正應(yīng)變值對心肌收縮功能的某些錯誤判斷。

2.5 冠狀動脈疾病(coronary artery disease, CAD) 目前對于早期CAD尚無有效評價方法。EDWARDS等[22]評估115例CAD(LVEF≥55%、無節(jié)段性室壁運動異常)患者，與健康對照者相比，單支冠狀動脈病變患者LVGLS無明顯差異，多支冠狀動脈病變患者LVGLS則降低較明顯；單支和多支冠狀動脈病變CAD患者LVGWI和LVGCW均顯著減低，而LVGWW差異均無統(tǒng)計學(xué)意義；以LVGMW=1 810 mmHg%為預(yù)測CAD的截斷值，其敏感度為92%，特異度為51%，提示CAD患者在出現(xiàn)LVEF減低及左心室壁節(jié)段性運動異常之前已存在心肌缺血引起的做功異常表現(xiàn)，檢測LVGMW可輔助早期診斷CAD。

2.6 左束支傳導(dǎo)阻滯(left bundle branch block, LBBB) LBBB是CRT首選指證。MARTA等[23]觀察26例LBBB患者，發(fā)現(xiàn)CRT前左心室前間壁中部及室間隔心尖部最早被激活，外側(cè)壁及后壁最后被激活，與JENS-UWE等[24]的研究結(jié)果類似；CRT后，心肌運動同步性增強(qiáng)，可觀察到幾乎完全同步的收縮；CRT前左心室前間壁較側(cè)壁及后壁薄，CRT后左心室前間壁厚度明顯增加，左心室側(cè)壁和后壁厚度則明顯減小，但前壁和下壁室壁厚度均未見明顯變化。PSL技術(shù)可檢出CRT前、后心肌做功的節(jié)段性變化：CRT前，左心室側(cè)壁基底段及后壁基底段心肌做功指數(shù)最高，左心室前間壁心肌做功指數(shù)最低甚至為無效功；CRT后，心肌做功在各節(jié)段無明顯差異。早期動物誘導(dǎo)實驗[25-26]顯示，誘導(dǎo)區(qū)域做功負(fù)荷的再分配導(dǎo)致左心室壁不對稱性肥厚，增厚區(qū)心肌細(xì)胞體積增大；另有研究[27-28]提出，心肌細(xì)胞基因和蛋白質(zhì)表達(dá)改變可能參與室壁收縮功能及病理性肥大調(diào)節(jié)。

SMISETH等[29]發(fā)現(xiàn)LBBB犬左心室側(cè)壁PSL曲線運動軌跡呈正常逆時針，表明該段心肌做功為有效功，左心室前間壁部分曲線運動軌跡呈順時針，提示心肌其他節(jié)段對前間壁做功，且前間壁壓力-應(yīng)變環(huán)面積較左心室側(cè)壁段明顯減少；進(jìn)一步觀察12例LBBB患者和20名健康對照者[30]，并提出“浪費工作比率(wasted work ratio, WWR)”概念(WWR=WW/CW)，對照組左心室整體WWR為0.09±0.03，LBBB患者CRT前為0.36±0.16，CRT后降至0.17±0.07；LBBB患者CRT前左心室前間壁WWR為1.57±0.97，WWR>1提示該段心肌做功為無效功，CRT后前間壁WWR降至0.18±0.09，CRT前后左心室側(cè)壁WWR僅見微小差別。對比LBBB患者左心室心肌做功與FDG-PET掃描結(jié)果[6]，心肌葡萄糖代謝存在明顯區(qū)域差異，且PSL與FDG-PET結(jié)果存在強(qiáng)相關(guān)(r=0.81)，表明PSL定量技術(shù)可提供更多心臟力學(xué)和能量學(xué)信息。

3 PSL定量技術(shù)的局限性及應(yīng)用前景

目前PSL雖已克服了LVEF和心肌分層應(yīng)變技術(shù)的負(fù)荷依賴性，但仍有一定局限性：①受分層應(yīng)變技術(shù)的影響，對圖像質(zhì)量要求較高，不符合要求的圖像會在后續(xù)脫機(jī)分析中因軟件對斑點失去追蹤而導(dǎo)致失?。虎趯筘?fù)荷敏感；③左心室壓力是估測值而非實際測量值，且整個動脈系統(tǒng)的血壓并非穩(wěn)定不變，以袖帶血壓計測量的肱動脈收縮壓可能并不精確；④動脈壓力與左心室壓力不一致時，如主動脈瓣狹窄、左心室流出道梗阻，可能導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確。

作為近年來發(fā)展的一項新技術(shù)，PSL定量技術(shù)以其快速有效的優(yōu)勢為臨床評估心肌功能提供了新方法，雖然尚未廣泛用于心臟疾病診治，未來不僅有望參與診療更多疾病，還可從心室“走向”心房，為臨床工作提供更多思路和方向。