3.0 T MRI對高原與平原地區(qū)健康正常人心臟結(jié)構(gòu)及功能的對比研究

顏春龍，馬金鳳，齊先龍*，唐桂波，楊國財(cái)，鄭寧，徐輝

高原地區(qū)由于其特殊的地理環(huán)境，具有低氧、低氣壓、低溫等特點(diǎn)，會引起機(jī)體一系列功能、代謝及結(jié)構(gòu)的改變[1-2]。長期居住在高原地區(qū)的世居及移居人群通過調(diào)動一系列代償性低氧調(diào)節(jié)反應(yīng)，逐漸高原習(xí)服，在呼吸系統(tǒng)及心血管系統(tǒng)方面會產(chǎn)生適應(yīng)性改變[3]。目前，心臟磁共振成像(cardiac magnetic resonance imaging，CMRI)可提供心臟一站式檢查，具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值，在測量心功能方面被譽(yù)為金標(biāo)準(zhǔn)[4]。相對于平原地區(qū)，高原地區(qū)(海拔高度大于3000 m)是否對健康正常人心臟結(jié)構(gòu)及功能方面造成影響在磁共振評價(jià)方面相關(guān)報(bào)道較少，故本研究通過CMRI搜集高原及平原地區(qū)健康正常人心臟結(jié)構(gòu)及功能指標(biāo)，對比分析高原對健康正常人心臟結(jié)構(gòu)及功能方面的影響。

1 材料與方法

1.1 一般資料

搜集兩代或以上均出生并長期居住在高原地區(qū)(海拔高度＞3000 m)健康正常人50名，定義為高原組，同期搜集平原地區(qū)(海拔高度約0～50 m)健康正常人50名，定義為平原組，兩組均行CMRI檢查。高原組男25名，女25名，年齡30～55歲，平均年齡(39.64±4.03)歲，身高(169.00±3.97) cm，體重(68.50±3.64) kg，紅細(xì)胞計(jì)數(shù)(5.42±0.79)×1012/L，血紅蛋白濃度(161.1±5.15) g/L，動脈血氧飽和度(97.7±4.01)%；平原組男25名，女25名，年齡30～55歲，平均年齡(40.57±6.02)歲，身高(171.33±3.80) cm，體重(70.42±3.09) kg，紅細(xì)胞計(jì)數(shù)(4.69±2.67)×1012/L，血紅蛋白濃度(138.2±8.88) g/L，動脈血氧飽和度(99.1±1.79) % (表1)。

納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)無心、腦、肺部等疾病；(2)常規(guī)查血常規(guī)、心電圖、心臟彩超及胸部X線片無異常者；(3)無吸煙史；(4)無心臟磁共振檢查禁忌證；(5)一般體格檢查無陽性體征。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)有心臟器質(zhì)性病變者；(2)有幽閉恐懼癥等不能配合檢查者；(3)有心臟磁共振檢查禁忌證者。

本研究經(jīng)青海省人民醫(yī)院及濟(jì)寧市第一人民醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，所有檢查者均簽署關(guān)于CMRI檢查知情同意書。

1.2 檢查方法

1.2.1 MR檢查儀器

高原組采用德國西門子skyra 3.0 T磁共振成像儀，梯度場45 mT/m，切換率每秒200 mT/m，采用心臟專用相控線圈，并應(yīng)用呼吸門控技術(shù)及前瞻性心電向量門控技術(shù)。平原組采用德國西門子Magnetom trio 3.0 T磁共振成像儀，梯度場45 mT/m，切換率每秒200 mT/m，采用心臟專用相控線圈，并應(yīng)用呼吸門控技術(shù)及前瞻性心電向量門控技術(shù)。

1.2.2 檢查體位及成像體位

在掃描前對受檢者反復(fù)進(jìn)行屏氣訓(xùn)練，囑受檢者靜息仰臥于檢查床上，取頭先進(jìn)，雙手置于身體兩旁。橫軸位上，沿左室心尖平行室間隔定位兩腔心平面，在兩腔心層面上，沿左室心尖至二尖瓣中點(diǎn)連線定位四腔心平面，在四腔心層面上，沿垂直于室間隔方向定位標(biāo)準(zhǔn)短軸位(圖1～8)。

1.2.3 檢查序列

心臟形態(tài)檢查序列：(1)黑血序列：單次激發(fā)快速自旋回波序列(圖1，5)；(2)亮血序列：真實(shí)穩(wěn)態(tài)快速梯度回波序列。

1.2.4 結(jié)果處理

心臟結(jié)構(gòu)評價(jià)：采用美國心臟協(xié)會2002年心臟標(biāo)準(zhǔn)解剖平面命名方式劃分心臟各節(jié)段[5]，通過做黑血序列和亮血序列測量高原組與平原組前室間隔厚度(anterior wall thickness of interventricular septum，AWOIVS)、左房內(nèi)徑(left atrial diameter，LAD)、左室舒張末期內(nèi)徑(left ventricular end diastolic diameter，LVEDD)、主動脈根部內(nèi)徑(aortic diameter，AOD)、主肺動脈內(nèi)徑(main pulmonary artery diameter，MPAD)、右房橫徑(right atrial transverse diameter，RATD)、右房長徑(right atrium long diameter，RALD)、右室橫徑(right ventricular transaction diameter，RVTD)、右室長徑(right ventricular long diameter，RVLD)。由3名有經(jīng)驗(yàn)的診斷醫(yī)師獨(dú)立測量3次，取平均值。

心臟功能評價(jià)：采用心臟專用后處理軟件(Argus)，對左室功能測量。在覆蓋整個(gè)心室的短軸兩腔心圖像上，在心室中間段調(diào)節(jié)窗寬、窗位至心肌與心腔間對比度最佳，然后推廣至所有層面(圖8)。根據(jù)心室腔大小結(jié)合瓣膜舒縮情況確定心動周期時(shí)相，室腔最大的一幅為舒張末期，最小的一幅為收縮末期。采用半自動軟件逐層手工描記左心室心內(nèi)膜輪廓，得出心功能參數(shù)：左室舒張末期容積(left ventricular end diastolic volume，LVEDV)、左室收縮末期容積(left ventricular end systolic volume，LVESV)及左室射血分?jǐn)?shù)(left ventricular ejection fraction，LVEF)，其中不包括心室流出道層面，將乳頭肌計(jì)入心室血池內(nèi)。

表1 高原組與平原組一般情況比較(±s)Tab. 1 Comparison of the general situation of the plateau group and the plain group (±s)

表1 高原組與平原組一般情況比較(±s)Tab. 1 Comparison of the general situation of the plateau group and the plain group (±s)

一般資料高原組(50名)平原組(50名)t值P值年齡(歲)39.35±3.9140.33±6.12-0.560.58身高(cm)169.00±3.97171.33±3.80-1.630.11體重(kg)68.50±3.6470.42±3.09-1.520.14紅細(xì)胞計(jì)數(shù)(×1012/L) 5.42±0.794.69±2.678.250.07血紅蛋白濃度(g/L)161.1±5.15138.2±8.887.050.01動脈血氧飽和度(%)97.7±4.0199.1±1.79-9.500.18

表2 高原組與平原組心臟結(jié)構(gòu)指標(biāo)比較(mm，±s)Tab. 2 Comparison of cardiac structural indexes between the plateau group and the plain group (mm, ±s)

表2 高原組與平原組心臟結(jié)構(gòu)指標(biāo)比較(mm，±s)Tab. 2 Comparison of cardiac structural indexes between the plateau group and the plain group (mm, ±s)

參數(shù)高原組(50名)平原組(50名)t值P值A(chǔ)WOIVS11.62±1.389.27±1.572.130.04 LAD37.24±4.5338.51±6.98-0.550.59 LVEDD48.88±5.1955.77±6.76-2.890.01 AOD30.14±4.2130.57±3.61-0.270.79 MPAD30.48±4.7623.76±1.755.03＜0.001 RATD43.91±6.1739.87±6.051.640.12 RALD49.11±3.2450.87±5.26-1.030.31 RVTD37.06±4.8533.84±4.381.710.10 RVLD78.21±7.3482.37±10.36-1.180.25

1.2.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，所有數(shù)據(jù)采用±s表示，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)進(jìn)行兩組比較，評價(jià)高原組與平原組心臟結(jié)構(gòu)及功能參數(shù)差異是否有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

表3 高原組與平原組左心功能指標(biāo)比較(±s)Tab. 3 Comparison of left ventricular function indexes between the plateau group and the plain group (±s)

表3 高原組與平原組左心功能指標(biāo)比較(±s)Tab. 3 Comparison of left ventricular function indexes between the plateau group and the plain group (±s)

參數(shù)高原組(50名)平原組(50名)t值P值LVEDV (ml)75.34±16.33107.53±42.44-2.540.02 LVESV (ml)36.05±11.1854.20±32.04-1.940.07 LVEF (%)52.65±8.8152.00±9.710.150.88

2 結(jié)果

2.1 一般情況

高原組血紅蛋白濃度顯著高于平原組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；高原組與平原組在年齡、身高、體重、紅細(xì)胞計(jì)數(shù)及動脈血氧飽和度指標(biāo)間無統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(表1)。

2.2 高原組與平原組心臟結(jié)構(gòu)指標(biāo)比較

高原組測定AWOIVS、MPAD、RATD、RVTD指標(biāo)大于平原組，測定LAD、LVEDD、AOD、RALD和RVLD指標(biāo)小于平原組，其中兩組間測定AWOIVS、MPAD和LVEDD指標(biāo)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)(表2)。

2.3 高原組與平原組左室功能指標(biāo)比較

高原組測定LVEDV和LVESV指標(biāo)小于平原組，測定LVEF指標(biāo)大于平原組，其中兩組間LVEDV指標(biāo)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)(表3)。

3 討論

高原地區(qū)通常是指海拔在3000 m以上的地區(qū)，該地區(qū)地理環(huán)境特點(diǎn)為氣候干燥、低壓、低氧、高寒、強(qiáng)紫外線等，影響居住在該地區(qū)人類的生命活動，其中低氧為主要的關(guān)鍵影響因素[6-7]。海拔3000 m地區(qū)大氣氧含量約為海平面的60%～70%[8]，低氧造成肺泡氣氧分壓及肺靜脈內(nèi)血氧分壓下降，人體各器官、組織、細(xì)胞獲得的氧氣減少，為滿足對氧氣的需求，機(jī)體會進(jìn)行神經(jīng)及體液調(diào)節(jié)[9]。長期居住在高原地區(qū)的世居及移居人群通過一系列代償性低氧調(diào)節(jié)反應(yīng)，恢復(fù)穩(wěn)態(tài)，維持其生存能力，逐漸高原習(xí)服[10]。

目前，CMRI可提供心臟一站式檢查，即從一次檢查可全面提供心臟形態(tài)、功能、心肌活性、瓣膜運(yùn)動情況等方面信息，具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值[11]。美國心臟病學(xué)會基金會(American College of Cardiology Foundation，ACCF)聯(lián)合美國放射學(xué)會(American College of Radiology，ACR)、美國醫(yī)院協(xié)會(the American Hospital Association，AHA)等多協(xié)會于 2010 年聯(lián)合制定并頒布了心血管磁共振專家共識[12]，從四個(gè)方面闡述了CMRI的優(yōu)勢：(1)無電離輻射，不使用放射性同位素或碘對比劑，其創(chuàng)傷性最小，適合多次檢查進(jìn)行療效隨訪評價(jià)；(2) MRI是三維成像，可根據(jù)不同要求在任何平面內(nèi)成像；(3) CMR是多模式的成像設(shè)備，可評估包括心血管解剖結(jié)構(gòu)及功能在內(nèi)的多種參數(shù)，可形象的稱為一站式檢查；(4)空間和時(shí)間分辨率均較高，可進(jìn)行定量分析，包括心功能分析、梗死面積測量，血流測定等等。經(jīng)大量試驗(yàn)和臨床研究證實(shí)，CMRI是測量心功能最準(zhǔn)確的方法，被譽(yù)為金標(biāo)準(zhǔn)[5]。

本研究顯示，在心臟結(jié)構(gòu)方面，高原組AWOIVS和MPAD顯著大于平原組(P＜0.05)，高原組LVEDD顯著小于平原組(P＜0.05)。分析其原因，一方面由于低氧造成肺泡氣氧分壓及肺靜脈內(nèi)血氧分壓下降，會引起肺血管收縮，血流阻力增大，可引起低氧性肺動脈高壓，隨時(shí)間的延長，長期持續(xù)缺氧可使肺動脈壓長期處于較高水平，進(jìn)而肺血管發(fā)生重構(gòu)[13]，刺激肺小血管機(jī)化、閉塞，重構(gòu)后的肺血管壁增厚、管腔狹窄，進(jìn)一步加劇肺動脈高壓，引起主肺動脈內(nèi)徑增寬；同時(shí)，低氧會刺激交感神經(jīng)興奮、縮血管物質(zhì)增多，體循環(huán)血管收縮，將部分血液擠入肺循環(huán)，使肺循環(huán)血容量增加，更進(jìn)一步加劇肺動脈高壓，增加右心后負(fù)荷；另一方面低氧刺激機(jī)體內(nèi)促紅細(xì)胞生成素合成及釋放增加，刺激骨髓造血增多，其中以紅細(xì)胞增多為主，隨著單位體積內(nèi)紅細(xì)胞的不斷增多，血液粘滯度升高，血流阻力增加，進(jìn)一步增加肺動脈高壓，增加右心后負(fù)荷，促進(jìn)右心肥大，心臟結(jié)構(gòu)改變[14]，即出現(xiàn)主肺動脈內(nèi)徑增寬(圖1)，右心房橫徑及右心室橫徑數(shù)值上較平原地區(qū)增大，前室間隔厚度增大(圖4)。

在左心功能方面，高原組LVEDV顯著小于平原組(P＜0.05)，高原組LVEF大于平原組，差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。分析其原因，可能是由于低氧所致肺動脈高壓，增加右心室后負(fù)荷，使右心房橫徑及右心室橫徑增大，使室間隔向左室膨出，進(jìn)而改變左室形態(tài)，出現(xiàn)左室容積變小，舒張時(shí)受限，順應(yīng)性減低，左室舒張末期內(nèi)徑減小，左室舒張末容積縮小，導(dǎo)致左室每搏輸出量減小，但高原習(xí)服健康志愿者LVEF數(shù)值大于平原組，一般情況中沒有出現(xiàn)肺動脈高壓或者心衰等表現(xiàn)，說明高原習(xí)服健康志愿者具有強(qiáng)大的心臟儲備能力和攝氧能力。

綜上所述，本研究通過CMRI搜集高原及平原地區(qū)健康正常人心臟結(jié)構(gòu)及功能指標(biāo)，明確了高原對健康正常人心臟結(jié)構(gòu)及功能方面的影響，可以更好地為高原及平原地區(qū)患者服務(wù)。

利益沖突：無。