超聲壓力-應(yīng)變環(huán)技術(shù)對(duì)肺動(dòng)脈高壓患者心肌做功的定量分析

王儉，楊夢(mèng)慧，孫靈躍，沈?qū)W東，沈節(jié)艷

上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院 心內(nèi)科，上海 200127

肺動(dòng)脈高壓（pulmonary arterial hypertension, PAH）是以肺血管阻力的持續(xù)發(fā)展導(dǎo)致肺動(dòng)脈壓力進(jìn)行性升高為主要特征的疾病，最終可能導(dǎo)致右心衰竭甚至死亡[1-2]。文獻(xiàn)報(bào)道，WHO-FC III/IV級(jí)PAH患者的長(zhǎng)期預(yù)后較差[3-4]。先前關(guān)于PAH的研究主要集中在右心功能上，因?yàn)殚L(zhǎng)期的右心后負(fù)荷會(huì)直接導(dǎo)致右心功能障礙，這是決定患者生存的主要因素[5]。然而，越來(lái)越多的研究發(fā)現(xiàn)，盡管左室射血分?jǐn)?shù)（left ventricular ejection fraction, LVEF）正常，但PAH患者的左心同樣也受到損害，并且左心功能不全也提示不良的臨床預(yù)后[6-7]。因此，PAH患者的左、右心功能應(yīng)該受到同等重視。最近，RUSSELL等[8]提出了一種通過(guò)量化心肌做功來(lái)評(píng)估心功能的非侵入性方法，稱之為壓力-應(yīng)變環(huán)（pressure-strain loop, PSL）。本研究首次引入PSL技術(shù)用于定量PAH患者的左、右室心肌做功，并與傳統(tǒng)心臟超聲參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，以更好確定患者的心功能狀況。

1 對(duì)象和方法

1.1 對(duì)象 收集2018年1月至2019年10月在上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬仁濟(jì)醫(yī)院40例診斷為PAH患者作為PAH組。參照2015年歐洲心臟病學(xué)會(huì)/歐洲呼吸學(xué)會(huì)（ESC/ERS）肺動(dòng)脈高壓診療指南[9]，所有患者的納入標(biāo)準(zhǔn)：在海平面，靜息時(shí)通過(guò)右心導(dǎo)管測(cè)得，肺動(dòng)脈平均壓（mean pulmonary artery pressure, mPAP）≥25 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa），肺小動(dòng)脈楔壓（pulmonary arteriole wedge pressure, PAWP）≤15 mmHg和肺血管阻力（pulmonary vascular resistance, PVR）＞3 Wood單位。排除標(biāo)準(zhǔn)：左心病變所致肺高血壓；呼吸系統(tǒng)疾病和（或）缺氧所致肺高血壓；合并心律失常（房顫或房撲、左或右束支傳導(dǎo)阻滯等）；妊娠；癌癥；超聲心動(dòng)圖檢查中心內(nèi)膜顯示不清的患者。同期，招募20例年齡和性別比例相匹配的門診體檢健康者為對(duì)照組。本研究獲得醫(yī)院倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)，所有患者或其家屬均簽署了知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 患者臨床數(shù)據(jù)：門診隨訪符合入組條件的PAH患者，收集患者的各項(xiàng)臨床資料，包括年齡、性別、聯(lián)系方式、基本病史、PAH分類類型、入院時(shí)的心超指標(biāo)、右心導(dǎo)管數(shù)據(jù)和靶向藥物使用情況等。根據(jù)世界衛(wèi)生組織于1998年制定的針對(duì)PAH患者的心功能分級(jí)評(píng)估患者的心功能狀態(tài)[10]。

1.2.2 標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)超聲心動(dòng)圖：囑受試者平臥位，量取上臂袖帶血壓并記錄，然后在受試者胸部及右側(cè)腹部位置貼上電極片，連接GE Vivid E95心臟彩超機(jī)，觀察儀器心電采集情況。待心電平穩(wěn)后，囑患者左側(cè)臥位，使用M5S超聲探頭對(duì)受試者進(jìn)行心臟彩超檢查。根據(jù)美國(guó)超聲心動(dòng)圖協(xié)會(huì)的建議采集圖像[11]。

1.2.3 常規(guī)超聲參數(shù)分析：將采集的切面圖像導(dǎo)入脫機(jī)工作站EchoPAC中，使用二維Simpson方法測(cè)量LVEF。應(yīng)用簡(jiǎn)化的Bernoulli方程，通過(guò)測(cè)量三尖瓣反流速度（tricuspid regurgitation velocity, TRV）及右房壓計(jì)算右心室收縮壓（right ventricular systolic pressure, RVSP），公式為：RVSP=4TRV2+右房壓。無(wú)肺動(dòng)脈瓣或右心室流出道狹窄時(shí)肺動(dòng)脈收縮壓（pulmonary artery systolic pressure, sPAP）=RVSP。在心尖右心室四腔心切面，采用M型超聲測(cè)量三尖瓣環(huán)收縮期在右心室長(zhǎng)軸方向上的位移得到三尖瓣環(huán)收縮期位移（tricuspid annular plane systolic excursion, TAPSE）。右室面積變化分?jǐn)?shù)（fractional area change, FAC）計(jì)算公式：FAC=（右心室舒張末期面積-右心室收縮末期面積）/右心室舒張末期面積×100%。

1.2.4 心肌做功計(jì)算：將標(biāo)準(zhǔn)心室壓力曲線放入坐標(biāo)系中，參考超聲心動(dòng)圖中二尖瓣打開或關(guān)閉及主動(dòng)脈瓣打開或關(guān)閉的時(shí)間對(duì)曲線進(jìn)行橫向拉伸，將估測(cè)的峰值動(dòng)脈壓代替心室收縮壓對(duì)曲線縱向幅度進(jìn)行調(diào)整，得到個(gè)體的時(shí)間-壓力曲線。對(duì)個(gè)體時(shí)間-應(yīng)變曲線進(jìn)行微分后得到心肌縮短率，然后乘以時(shí)間-壓力曲線中的瞬時(shí)壓力值，最后進(jìn)行積分獲得心肌做功隨時(shí)間變化的曲線。根據(jù)瞬時(shí)壓力值和應(yīng)變值可在坐標(biāo)系中畫出PSL。PSL內(nèi)面積為心肌整體做功指數(shù)（global work index, GWI），可通過(guò)對(duì)從二尖瓣關(guān)閉到二尖瓣開放時(shí)間內(nèi)的心肌做功積分獲得。整體有用功（global constructive work, GCW）為心肌收縮期縮短和等容舒張期伸長(zhǎng)的心肌做功總和。整體無(wú)用功（global wasted work, GWW）為心肌收縮期伸長(zhǎng)和等容舒張期縮短的心肌做功總和。整體做功效率（global work efficiency, GWE）的計(jì)算公式：GWE=GCW/（GCW+GWW）[12]。于EchoPAC中，在心尖五腔心切面打開左室流出道頻譜，選擇Event Timing確定主動(dòng)脈瓣關(guān)閉時(shí)間。軟件自動(dòng)識(shí)別心室心內(nèi)膜和心外膜，分別獲得左室整體縱向應(yīng)變（left ventricular global longitudinal strain, LVGLS）和右室整體縱向應(yīng)變（right ventricular global longitudinal strain, RVGLS）。在Myocardiac Work模式下輸入每一位受試者的血壓值，進(jìn)一步通過(guò)軟件分析獲得左室整體做功指數(shù)（left ventricular global work index, LVGWI）、左室整體有用功（left ventricular global constructive work, LVGCW）、左室整體無(wú)用功（left ventricular global wasted work, LVGWW）、左室整體做功效率（left ventricular global work efficiency, LVGWE）；輸入每一位受試者的sPAP，通過(guò)軟件分析獲得右室整體做功指數(shù)（right ventricular global work index, RVGWI）、右室整體有用功（right ventricular global constructive work, RVGCW）、右室整體無(wú)用功（right ventricular global wasted work, RVGWW）、右室整體做功效率（right ventricular global work efficiency, RVGWE）。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理方法 采用SPSS21.0和GraphPad Prism 8.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析和作圖。正態(tài)分布資料用±s表示，兩組間比較使用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)；偏態(tài)分布資料以M（P25，P75）表示，兩組間比較用Mann-WhitneyU檢驗(yàn)。計(jì)數(shù)資料以頻數(shù)和百分比表示，兩組間的比較用χ2檢驗(yàn)。多組間比較使用單因素方差分析，組間兩兩比較用LSD-t法。相關(guān)性分析用Pearson相關(guān)進(jìn)行分析。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般臨床情況 PAH組共有40例患者，年齡（42.1±12.9）歲，女34例，男6例；對(duì)照組共有20例健康者，年齡（42.1±12.7）歲，女18例，男2例。PAH組一般臨床情況見(jiàn)表1。

表1 PAH組一般臨床情況（n=40）

2.2 2組常規(guī)超聲參數(shù)和心肌做功參數(shù)比較 與對(duì)照組比，PAH組有較高的sPAP、LVGLS、RVGLS，而TAPSE和FAC低于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.001）。兩組間LVEF差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P= 0.113）。PAH組的LVGWW、RVGWI，RVGCW和RVGWW均明顯高于健康對(duì)照組，而LVGWE、LVGWI、LVGCW以及RVGWE均明顯低于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.001），見(jiàn)表2。

表2 2組常規(guī)超聲參數(shù)和心肌做功參數(shù)比較

2.3 不同心功能狀態(tài)下心肌做功參數(shù)差異分析 25例WHO-FC I/II級(jí)，屬于輕度心功能衰退組；15例WHO-FC III/IV級(jí)，屬于重度心功能衰退組。左心心肌做功參數(shù)顯示，隨著心功能的惡化，LVGWE和LVGWI呈現(xiàn)出明顯的下降狀態(tài)，而LVGWW明顯上升，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.05）。右心心肌做功參數(shù)顯示，隨著心功能的惡化，RVGWW呈現(xiàn)出明顯的升高狀態(tài)，而LVGWE明顯下降，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＜0.01）。但不同WHO-FC分級(jí)間RVGWI和RVGCW差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05），見(jiàn)圖1。

圖1 不同心功能狀態(tài)下心肌做功參數(shù)比較

2.4 PAH患者心肌做功參數(shù)與常規(guī)超聲參數(shù)的相關(guān)性 LVGLS與LVGWE（P=0.001）、LVGWI（P＜0.001）、LVGCW（P=0.035）、RVGWI（P=0.012）、RVGCW（P= 0.024）均存在負(fù)相關(guān)。RVGLS與LVGWE（P=0.001）、LVGWI（P=0.003）、RVGWE（P＜0.001）、RVGWI（P＜ 0.001）、RVGCW（P=0.001）均存在負(fù)相關(guān)，與LVGWW（P=0.013）、RVGWW（P=0.010）存在正相關(guān)。FAC與LVGWE（P=0.001）、LVGWI（P＜0.001）、LVGCW（P=0.035）、RVGWE（P=0.001）、RVGWI（P=0.003）、RVGCW（P=0.027）均存在正相關(guān)，與LVGWW（P= 0.010）、RVGWW（P=0.026）存在負(fù)相關(guān)，見(jiàn)表3。

表3 PAH患者心肌做功參數(shù)與常規(guī)超聲參數(shù)相關(guān)性分析（r）

3 討論

PSL的概念首先是由URHEIM等[13]提出，其模仿壓力-容積環(huán)的模式，通過(guò)將微壓力計(jì)測(cè)得的左室壓力與多普勒超聲心動(dòng)圖或體測(cè)法測(cè)得的心肌縱向應(yīng)變相結(jié)合畫出壓力-應(yīng)變環(huán)，左室節(jié)段性心肌做功指數(shù)通過(guò)計(jì)算壓力-應(yīng)變環(huán)內(nèi)的面積獲得。但URHEIM等構(gòu)建的方法為有創(chuàng)性，存在后期臨床應(yīng)用的局限性。基于此，RUSSELL等[8]進(jìn)一步改良，通過(guò)實(shí)驗(yàn)手段將一條無(wú)創(chuàng)性壓力曲線代替有創(chuàng)方式，只需依據(jù)峰值壓力和瓣膜開閉時(shí)間調(diào)整曲線幅度便能得到瞬時(shí)壓力-時(shí)間曲線。同樣，通過(guò)無(wú)創(chuàng)手段繪制出的PSL面積即為GWI。進(jìn)一步，RUSSELL等[14]還提出，GCW為心肌在收縮期和等容舒張期所做的有利于心室泵功能的功；GWW為心肌在收縮期和等容舒張期所做的阻礙心室泵功能的功；GWE為此期間的做功效率，依據(jù)字面意思即為有用功占有用功和無(wú)用功總和的比例。本研究應(yīng)用PSL從心肌做功角度評(píng)估PAH患者的左、右室心功能。

本研究結(jié)果中，與健康對(duì)照組比，PAH組的RVGWI、RVGCW和RVGWW均有顯著增加。從解剖學(xué)角度分析，右心室主要由來(lái)自室間隔基底環(huán)外伸的淺層肌以及深層縱行肌所構(gòu)成。正常狀態(tài)下，右心室的收縮模式主要為：左心室和室間隔收縮牽拉右心游離壁向內(nèi)運(yùn)動(dòng)，從而使右心心肌被動(dòng)收縮；右心游離壁深層縱行肌收縮，使得三尖瓣環(huán)向心室心尖靠近；室間隔主動(dòng)旋轉(zhuǎn)收縮，參與右心長(zhǎng)軸縮短[15]。PAH患者存在持續(xù)右室壓力超負(fù)荷，心內(nèi)層縱行肌代償性肥厚，通過(guò)增加心肌做功以維持右心室射血量，因此右室心肌做功參數(shù)顯著增加。

左、右心室在結(jié)構(gòu)和功能上均具有緊密聯(lián)系，兩者間存在相互作用[16]。HARDEGREE等[17]研究發(fā)現(xiàn)，盡管在超聲心動(dòng)圖下，PAH患者左室大小（舒張末期內(nèi)徑）和收縮功能（包括LVEF和心指數(shù)）均顯示正常，但患者左室游離壁收縮應(yīng)變明顯下降，說(shuō)明左室功能在PAH的病理生理進(jìn)展過(guò)程中也同樣受到了影響。究其原因，慢性右室壓力超負(fù)荷使得右心射血功能減退且舒張末壓升高，右室容積逐漸增大，由于受到外周心包的限制，過(guò)高的壓力使得室間隔發(fā)生偏移、變平，最終導(dǎo)致左室?guī)缀巫冃魏凸δ苷系K[18]。本研究結(jié)果也同樣支持這一點(diǎn)，PAH組的LVGWE、LVGWI和LVGCW均較對(duì)照組更差，而LVGWW在患者中異常升高。同時(shí)，本研究也發(fā)現(xiàn)PAH組的LVEF與對(duì)照組無(wú)明顯差異，可能是由于右心收縮力代償性增強(qiáng)支持左心收縮功能的結(jié)果[19]。

本研究結(jié)果顯示，PAH組中RVGWE較對(duì)照組下降明顯，而CHAN等[12]在高血壓（左室壓力超負(fù)荷）的研究中發(fā)現(xiàn)，LVGWE在高血壓患者中得到保留。左、右心在結(jié)構(gòu)上存在很大的區(qū)別，左心由三層肌纖維組成，包括內(nèi)層的縱行肌、中層的環(huán)行肌和外層的斜行肌，而右心僅由兩層肌纖維組成[20]，而且正常情況下，肺血管阻力僅為外周血管的1/6，這就使得右室壁更為薄弱，順應(yīng)性更好；在性能上就表現(xiàn)為右心室更易耐受容量負(fù)荷而不耐受壓力負(fù)荷，而左心室更易耐受壓力負(fù)荷而不耐受容量負(fù)荷。進(jìn)一步依據(jù)WHO心功能分級(jí)將PAH組分為WHO-FC I/II級(jí)和WHO-FC III/IV級(jí)組，發(fā)現(xiàn)RVGWI和RVGCW不再隨著心功能的惡化而進(jìn)一步代償，而RVGWW在不斷地增高，這也就使得RVGWE不斷下降，心功能逐步進(jìn)入失代償期。

本項(xiàng)研究中PSL作為一項(xiàng)新興的心功能定量指標(biāo)，心肌做功參數(shù)具有確定PAH患者當(dāng)前心功能狀態(tài)的潛在價(jià)值。本研究發(fā)現(xiàn)，心肌做功參數(shù)與LVGLS、RVGLS和FAC等可反映心功能和預(yù)后的參數(shù)存在很好的相關(guān)性，進(jìn)一步說(shuō)明其可以作為一項(xiàng)補(bǔ)充指標(biāo)用于評(píng)估PAH患者的心功能狀態(tài)，為臨床診治提供更多參考資料。