四維斑點追蹤顯像定量評價糖尿病患者左心室心肌功能的研究

高繼康 何海生 馬芳花 黃潔晟

文獻報道心血管疾病是糖尿病患者主要的死亡原因，其發(fā)生率是非糖尿病患者的2～3倍[1]。糖尿病可演變成糖尿病性心肌病，這種損害日益受到臨床醫(yī)生的重視。前期已有學者對糖尿病患者的心肌功能通過一系列心肌定量技術，如組織多普勒顯像技術、二維斑點追蹤顯像技術等進行了初步研究[2]，但這兩種技術存在一定的局限性，診斷準確性和重復性較差。近年來出現(xiàn)的四維斑點追蹤顯像技術是目前最精確的心肌運動定量技術，但用于評估糖尿病患者左心室心肌收縮功能方面研究的報道較少。本研究應用這一技術分別測定糖尿病患者左心室心肌的整體縱向、徑向、環(huán)向運動功能，了解糖尿病患者的左心室心肌病變程度及整體心功能，以期對糖尿病性心肌病的早期診斷、早期治療及早期預防提供一定的幫助。

1 對象和方法

1.1 對象 選取2018年1至7月我院收治入院并進行超聲心動圖檢查的2型糖尿病患者82例。根據(jù)相關實驗室檢查結果，將患者分為微血管病變組41例和非微血管病變組41例。微血管病變組納入標準（至少符合以下一種條件）：24 h尿蛋白定量＞150 mg/L，尿微量白蛋白＞15 mg/L，尿白蛋白/尿肌酐＞150 mg/g；非微血管病組納入標準（需滿足以下全部條件）：24 h尿蛋白定量＜150 mg/L，尿微量白蛋白＜15 mg/L，尿白蛋白/尿肌酐＜150 mg/g。兩組患者均無慢性阻塞性肺部疾病、肝硬化、血液系統(tǒng)疾病等病史，常規(guī)心電圖檢查均排除心肌梗死及房顫等嚴重心律失常，排除腎功能不全患者（血肌酐＞130 μmol/L）。另外選取我院健康體檢者45例作為正常對照組，均無高血壓、冠心病、肺心病、慢性腎病、糖尿病等病史，靜息狀態(tài)下常規(guī)心電圖檢查未見明顯心肌梗死及心律失常表現(xiàn)。糖尿病非微血管病變組與正常對照組的體重、糖尿病微血管病變組與非微血管病變組和正常對照組的收縮壓以及微血管病變組與非微血管病變組的糖尿病病史比較差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.05）；3組對象性別、年齡、身高、心率、舒張壓等差異均無統(tǒng)計學意義（均P＞0.05），見表1。

1.2 實驗室檢查 所有糖尿病患者超聲心動圖檢查當天上午空腹抽取靜脈血3～5 ml，采用己糖激酶法測空腹血糖，高效液相陽離子交換色譜法測定糖化血紅蛋白，肌氨酸氧化酶法測血肌酐，尿酶-谷氨酸脫氫酶法測血尿素氮，化學發(fā)光法測血C肽和餐后2 h C肽；入院1 d后收集24 h尿，用鄰苯三酚紅鉬法測24 h尿蛋白定量；住院期間取晨尿3～5 ml，用免疫比濁法測定尿微量白蛋白濃度、尿白蛋白/尿肌酐、尿總蛋白濃度。

表1 糖尿病患者與正常對照組一般臨床資料的比較

1.3 超聲心動圖檢查 采用美國GE Vivid E9型彩色多普勒超聲診斷儀，4V型心臟四維容積探頭，脫機分析采用EchoPac V113型軟件。所有受檢者取左側臥位，平靜呼吸，同步連接心電圖，獲取二維心尖四腔切面后，切換進入四維模式，顯示左心室四維全容積動態(tài)圖像，選擇6個心動周期，幀頻范圍大于心率的30%，動態(tài)存儲四維全容積圖像。

1.4 超聲心動圖脫機分析 將存儲資料導入EchoPac工作站進行脫機分析。打開左心室四維全容積動態(tài)圖像，進入測量菜單，選擇容積模式，軟件自動同時顯示心尖部左心室二腔、三腔、四腔切面的二維動態(tài)圖像，于舒張期及收縮期分別在二尖瓣環(huán)水平中點及左心室心尖部心內(nèi)膜面標記2點，軟件自動勾畫左心室心內(nèi)膜線，手動校正心內(nèi)膜位置后，系統(tǒng)自動計算顯示左心室舒張末期容積（LVEDV）、左心室收縮末期容積（LVESV）、左心室射血分數(shù)（LVEF）、左心室每搏輸出量（LVSV）、心輸出量（CO）、左心室舒張末期質(zhì)量（LVEDMass）；繼續(xù)選擇四維應變模式后，系統(tǒng)新添收縮期左心室心外膜線，手動修正心外膜線后，軟件自動進行四維應變分析，顯示左心室整體縱向應變、圓周應變、面積應變、徑向應變曲線，測量左心室心肌收縮期整體峰值縱向應變（GPLS）、整體峰值圓周應變（GPCS）、整體峰值面積應變（GPAS）和整體峰值徑向應變（GPRS）。

1.5 一致性研究 隨機抽取30例糖尿病患者，間隔1個月后由同一位超聲醫(yī)師再次分析圖像，用于觀察者內(nèi)的一致性檢驗；由另一位有相同經(jīng)驗的超聲醫(yī)師，在不知分析結果的情況下，分析相同的圖像，用于觀察者間的一致性檢驗。通過觀察者內(nèi)及觀察者間組內(nèi)相關系數(shù)（ICC）檢驗測量的一致性，應用Bland-Altman圖進行分析。

1.6 統(tǒng)計學處理 采用SPSS 24.0統(tǒng)計軟件。計量資料以表示，多組間比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD-t檢驗；兩組間比較采用t檢驗。計數(shù)資料組間比較采用χ2檢驗。參照正常對照組，繪制左心室四維應變參數(shù)預測糖尿病患者發(fā)生左心室心肌收縮功能不全的ROC曲線；參照糖尿病非微血管病變組,繪制左心室心肌四維應變參數(shù)預測糖尿病患者發(fā)生微血管病變的ROC曲線。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 糖尿病微血管病變組與非微血管病變組實驗室檢測指標比較 糖尿病微血管病變組與非微血管病變組患者間空腹血糖、餐后2 hC肽、24 h尿蛋白定量、尿微量白蛋白、尿白蛋白/尿肌酐、尿總蛋白濃度、血肌酐、血尿素氮差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.01）；糖化血紅蛋白和C肽的差異無統(tǒng)計學意義，見表2。

2.2 糖尿病患者與正常對照組間左心室四維心功能參數(shù)測值比較 糖尿病無論微血管病變組還是非微血管病變組患者，LVESV、LVEF、CO、LVEDMass與正常對照組比較差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.01），但LVEDV差異無統(tǒng)計學意義。微血管病變組和非微血管病變組間LVEF、LVEDMass比較差異均有統(tǒng)計學意義（均 P＜0.05）；LVEDV、LVESV、CO 差異均無統(tǒng)計學意義（均 P＞0.05）。見表3。

2.3 糖尿病患者與正常對照組四維斑點追蹤參數(shù)測值比較 左心室整體心肌應變參數(shù) GPLS、GPCS、GPAS、GPRS在糖尿病微血管病變組、非微血管病變組和正常對照組間比較差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.01）。見表 4。

2.4 ROC曲線分析 左心室整體心肌應變參數(shù)預測糖尿病患者存在左心室心肌收縮功能不全，GPLS價值較高，其AUC為0.980，界值為-16.50%時（負號代表心肌運動方向），其靈敏度及特異度分別為0.95和0.98。見表5、圖1。左心室整體心肌應變參數(shù)預測糖尿病患者存在微血管病變，GPRS價值較高，其AUC為0.694；當界值38.50%時，其靈敏度及特異度分別為0.78、0.54。見表 6、圖 2。

表2 糖尿病微血管病變患者與非微血管病變患者化驗指標比較

表3 糖尿病患者與正常對照組左心室四維心功能參數(shù)測值比較

表4 糖尿病患者與正常對照組四維斑點追蹤參數(shù)測值比較

表5 不同參數(shù)預測糖尿病患者存在左心室心肌收縮功能不全的價值

表6 不同參數(shù)預測糖尿病患者發(fā)生微血管病變的價值

2.5 一致性檢驗 通過由Bland-Altman圖發(fā)現(xiàn)，30個點中觀察者內(nèi)組：GPLS、GPCS、GPAS、GPRS 分別有1、1、2、1個點在95%一致性界限范圍之外，一致性大于 93.33%；觀察者間組：GPLS、GPCS、GPAS、GPRS 分別有0、1、3、1個點在95%一致性界限范圍之外,一致性大于 90.00%（圖 3、4）。觀察者內(nèi) ICC：GPLS、GPCS、GPAS、GPRS 分別為 0.872、0.884、0.923、0.890，均 P=0.000；觀察者間 ICC：GPLS、GPCS、GPAS、GPRS 分別為0.802、0.808、0.812、0.801，均 P=0.000。

圖1 左心室心肌整體峰值縱向應變預測糖尿病患者左心室心肌收縮功能不全ROC曲線

圖2 左心室心肌整體峰值徑向應變預測糖尿病患者微血管病變ROC曲線

圖3 整體峰值縱向應變（GPLS）觀察者內(nèi)Bland-Altman圖

圖4 整體峰值縱向應變（GPLS）觀察者間Bland-Altman圖

3 討論

四維斑點追蹤顯像又稱實時三維斑點追蹤顯像，是近年來實時三維超聲心動圖與斑點追蹤技術結合發(fā)展起來的一項新技術[3]，該技術通過采集高幀容積的心臟實時三維圖像，能夠快速地在三維空間上追蹤回聲斑點的運動軌跡，評估心肌運動模式及功能，其測值的準確性和重復性優(yōu)于二維斑點追蹤技術[4]。四維斑點追蹤顯像快速測定左心室心肌收縮運動參數(shù)包括縱向、圓周、徑向、面積應變，縱向應變反映的是心肌長軸方向的縱向運動，圓周應變即心臟短軸方向的環(huán)形運動；徑向應變即心臟短軸方向室壁收縮期的增厚程度；面積應變即為左心室內(nèi)膜面積縮小的百分率[5]。本研究所測定的左心室心肌的GPLS、GPCS、GPRS及 GPAS等參數(shù)不僅可用來定量評價左心室心肌的收縮功能，還可反映早期左心室整體收縮功能的變化[6]。

糖尿病引起心臟的結構和功能損傷的機制為：（1）高胰島素血癥通過改變心肌細胞對葡萄糖的攝取間接通過激活交感神經(jīng)系統(tǒng)與腎素-血管緊張素系統(tǒng)，從而引起心肌細胞的肥大；（2）高血糖增加了葡萄糖的氧化分解，使超氧化物與糖基化終末代謝物明顯增多，從而增加心肌的僵硬度，最終造成心肌收縮與舒張功能的損傷；（3）高脂血癥和低炎癥反應狀態(tài)促進了糖尿病性心肌病的發(fā)展[7]。糖尿病患者非微血管病變期，本文資料顯示糖尿病非微血管病變組患者的GPLS、GPCS、GPAS、GPRS均低于正常對照組，說明該疾病階段的心臟縱形肌、環(huán)形肌已存在病變，其縱向、環(huán)向、徑向收縮運動功能已受損。其病理原因一方面可能為：糖尿病患者心肌間質(zhì)中有大量糖蛋白沉積浸潤，心肌彌漫性纖維化和肌纖維肥大，心肌細胞內(nèi)肌絲減少，大量肌原纖維蛋白消失所所致[1]，本文資料顯示非微血管病變組患者LVEDV較正常對照組差異無統(tǒng)計學意義，而其舒張末期左心室心肌重量較正常對照組大，說明其左心室壁心肌細胞出現(xiàn)了肥大，心肌纖維化，僵硬，從而使心肌收縮性能降低，心肌應變減低；另一方面，本研究顯示該組患者的LVEF較正常對照組減低，說明其左心室整體收縮功能較正常對照組低。根據(jù)文獻，影響心臟收縮功能的三因素為前負荷、后負荷及心肌收縮力[8]，而本研究又顯示該組患者的前負荷-LVEDV、后負荷-收縮壓較正常對照組差異無統(tǒng)計學意義，則可說明該組患者整體收縮功能減低是由其心肌自身收縮性能減低引起的，故其心肌應變參數(shù)測值減低。

糖尿病微血管病變階段，本研究結果顯示該組患者的參數(shù)GPLS、GPCS、GPAS、GPRS測值不僅均低于正常對照組，而且還均低于非微血管病變組，這說明左心室心肌無論縱行肌還是環(huán)行肌的功能，不但受損，而且程度較非微血管病變患者更重，其原因可能為：一方面，如上文所述相對于非微血管病變組，微血管病變組的糖尿病史更長，空腹血糖水平24 h尿蛋白定量、尿微量白蛋白、尿白蛋白/尿肌酐、尿總蛋白濃度等更高，餐后2 hC肽水平更低，說明其糖尿病病情更重，易引起其他臟器（包括心臟）的損害，同時其舒張期左心室重量較非微血管病變組更重，LVEF較非微血管病變組更低，說明其心肌彌漫性纖維化更重，心肌細胞更肥大，心肌收縮性能也更低，故心肌應變參數(shù)測值更低；另一方面，文獻認為心肌發(fā)生微血管病變后，可造成心肌內(nèi)毛細血管基底膜增厚，血管周圍心肌間質(zhì)纖維化，嚴重可造成心肌缺血甚至壞死[1]，心肌損害加重，故其左心室心肌收縮功能較非微血管病變組和正常對照組更低。

對于定量診斷糖尿病患者左心室心肌收縮功能不全，本研究應用四維斑點追蹤顯像指標，初步制定了以下診斷標準，可供參考：GPLS≤-16.50%、GPCS≤-18.50%、GPAS≤-29.50%、GPRS≤46.50%，其中有一項符合，說明糖尿病患者存在左心室心肌收縮功能不全。

另外，目前罕見文獻報道利用左心室心肌四維應變參數(shù)來反映糖尿病患者心臟微血管病變程度，本文通過研究，初步制定以下參考標準,可供參考：GPLS≤-11.50%、GPCS≤-14.50%、GPAS≤-25.50%、GPRS≤38.50%，若符合其中一項，則說明糖尿病患者發(fā)生了心臟微血管病變。

綜上所述，糖尿病患者存在左心室心肌收縮功能不全，隨著微血管病變，其心肌收縮功能不全進一步加重；另外四維斑點追蹤技術可定量診斷糖尿病患者發(fā)生左心室心肌收縮功能不全，以及預測其心臟發(fā)生微血管病變。本研究仍存在局限性：肥胖、胸廓畸形、肺氣體干擾等因素會影響圖像清晰度，一定程度上可影響4D-STI分析結果[8]；另外，本研究選擇樣本較少，希望今后開展針對更多病例的研究，進一步驗證研究結果。