心肌纖維化的診斷與衡量*

馮 蕾 綜述，鄧 瑋 審校

(重慶醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院全科醫(yī)學科，重慶 400010)

心肌纖維化是指在心肌細胞外基質(extracellular matrix，ECM)中膠原纖維過量積聚、ECM合成和降解失衡、各類膠原比例失調、排列紊亂的病理過程[1]。在正常條件下，ECM中各類蛋白的合成和降解維持著動態(tài)平衡。細胞外基質聚集原本是對傷口愈合和組織修復有益的一種保護性機制，但過度的膠原纖維沉積和各類膠原蛋白的異常分泌會導致ECM中各項構成比例失常，造成心肌僵硬度增加及心肌舒、縮功能受損，甚至逐漸導致心力衰竭的發(fā)生[2]。膠原蛋白的持續(xù)聚集和成熟可導致纖維化瘢痕形成，瘢痕組織可能引起傳導阻滯，導致心律失常的發(fā)生[3]。心肌纖維化參與多種心臟疾病的病理、生理學過程[4]。此外，心肌病理標本提示：嚴重的心肌纖維化對于評估心力衰竭患者長期生存率是一項有價值的指標。更重要的是，在接受指南推薦的恰當治療的心力衰竭患者心肌中，仍然可觀察到不同程度的心肌纖維化[5]。因此，對心肌纖維化的早期識別及定量、定位分析就顯得尤為重要。

心肌纖維化的診斷方法有哪些呢？目前，病理學活檢、影像學檢查、血清學分析為檢測心肌纖維化的常用臨床手段。心肌纖維化診斷的“金標準”是通過心肌心內膜活檢對間質膠原蛋白進行檢測并定量，但因其為有創(chuàng)檢查,存在一定風險，且存在取樣誤差，患者接受程度低，不便于隨訪，不適合作為早期篩查及分析并發(fā)癥風險的檢測手段，在臨床上的應用也受到很大限制。為此，應用無創(chuàng)的檢測方法去評價心肌纖維化得到了越來越多人的重視，如超聲心動圖、心臟磁共振成像和生物標志物等無創(chuàng)檢測方式也可嘗試應用于臨床工作中。

1 心臟磁共振成像

心臟磁共振成像：心臟磁共振(cardiac magnetic resonance，CMR)是評估心臟形態(tài)與功能的“金標準”，具有良好的軟組織對比分辨率，可顯示心肌組織的特征性病理變化。

1.1延遲釓增強心血管磁共振成像(cardiac magnetic resonance-late gadolinium enhancement，CMR-LGE) CMR-LGE可在無創(chuàng)條件下對心臟進行掃描，得到心臟的組織結構、灌注、代謝等綜合信息，是評估心臟結構與功能的“金標準”，是心肌瘢痕評估的常規(guī)檢查技術[6]。傳統(tǒng)釓造影劑延遲強化(late gadolinium enhancement，LGE)可顯示受累心肌的纖維化程度，但對于微小的心肌纖維化或者廣泛彌漫性心肌纖維化無法有效識別。

CMR-LGE的工作原理：釓類對比劑屬于非特異性細胞外間隙 MRI 對比劑，無法進入正常心肌細胞內，能夠聚集于細胞外基質；正常心肌組織的心肌細胞排列緊密，而出現(xiàn)心肌纖維化時心肌細胞被纖維瘢痕組織所取代，相較于正常心肌組織，膠原纖維間的組織間隙明顯增大，非離子型釓類對比劑將在心肌纖維化區(qū)域出現(xiàn)濃集。在纖維瘢痕組織區(qū)域，對比劑的清除率相較于正常心肌組織區(qū)域明顯降低，這就使得通過選擇合適的T1恢復時間，正常心肌不顯示，而只顯示纖維瘢痕區(qū)域，從而獲得肉眼可見的對比圖像，在LGE序列表現(xiàn)出高信號[7]。

CMR-LGE最初僅用于缺血性心臟病,后來研究發(fā)現(xiàn)CMR-LGE亦可識別多種非缺血性心肌疾病中的纖維化[8-10]。急性心肌梗死時,梗死區(qū)域的心肌纖維化在LGE圖像表現(xiàn)為高信號。而且有研究發(fā)現(xiàn)，LGE不僅能定性區(qū)分心肌纖維化與正常心肌區(qū)，還可對其進行半定量或定量分析[11]。但對于腎功能受損的患者，對比劑的使用可能會導致患者腎功能進一步下降，但缺血性心力衰竭患者常有不同程度的腎功能受損，對此，對比劑的應用也受到了一定的限制。

1.2縱向弛豫時間定量成像(T1 mapping)[12]T1 mapping技術可準確定量評價MF。T1 mapping技術可直接測量組織的T1值,分為初始T1 mapping(native T1 mapping)及增強后T1 mapping(post T1 mapping)及基于兩者的細胞外容積分數(shù)(extracellular volume fraction,ECV)技術[13]。初始T1 mapping是指，不注入對比劑而直接進行數(shù)據(jù)采集的T1 mapping技術，而增強后T1 mapping是注入對比劑一段時間后再進行T1數(shù)據(jù)采集。初始T1 mapping因無須對比劑，特別適用于無法耐受造影劑的晚期腎病患者。有研究認為，初始T1 mapping技術檢測慢性心肌梗死心肌纖維化的敏感度及特異度都很高，但初始T1 mapping技術對心肌組織的其他病理改變亦很敏感，可能干擾對心肌纖維化的準確判斷[13]。增強后T1 mapping可區(qū)分心肌細胞與間質成分,反映細胞外空間大小。此前有病理學研究證實，增強后T1 mapping可識別心肌纖維化區(qū)T1值的改變，但T1值仍受較多因素影響[14]。而特定公式計算出的ECV 是指，細胞外間質容積占整個心肌組織容積的百分比，引入了心肌細胞和血液的動力學參數(shù)作對比，可有效避免因對比劑劑量、濃度、血細胞容積等因素帶來的干擾[15]。

盡管LGE與T1 mapping在評價心肌纖維化方面有著出色的表現(xiàn)，但LGE、增強后T1 mapping與ECV的測定均需使用釓類對比劑，不適用于合并有腎功能不全的心肌纖維化患者，且檢查價格相對昂貴，受到操作要求、體內不含金屬制品等限制，在實際的應用推廣中亦受到了諸多限制。

2 超聲心動圖

心肌對超聲反射率和背向散射信號的分析，已被用作一種無創(chuàng)的組織特征和膠原沉積的標記方法。超聲彈性成像已經(jīng)被開發(fā)出來用來測量組織的靜態(tài)硬度。這種技術可以被認為是使用超聲虛擬觸診組織[16]。雖然校準的廣泛性心肌纖維化患者的綜合背向散射與纖維化之間存在一些相關性，但在纖維化程度較輕的患者中，這種關系尚不清楚。組織多普勒成像(tissue Doppler imaging，TDI)和散斑跟蹤超聲心動圖可以測量心肌應變。區(qū)域應變是心肌變形的無量綱參數(shù)，表示為物體原始維度的分數(shù)或比例變化。應變率是指心肌變形(即應變)發(fā)生的速度。這些參數(shù)與收縮期和舒張期功能障礙呈負相關，并可能比傳統(tǒng)超聲心動圖技術更早揭示纖維化過程的功能異常。

2.1TDI 在組織多普勒成像基礎上衍生的應變成像，能夠定量評價急性缺血心肌的局部形變和不同程度的室壁運動異常及評價心肌局部收縮、舒張功能改變。此方法識別節(jié)段室壁跨壁瘢痕，雖具有較高的敏感度，但特異度較低，可能不適用于臨床實際檢測心肌纖維化[17]。

2.2斑點追蹤超聲心動圖(speckle tracking echocardiography，STE) 所謂的“斑點”不代表任何生理結構，它是由于心肌組織與超聲波間的相互作用，由超聲波反射和散射后相互干擾而產(chǎn)生的特定聲學標志物。心肌斑點的相對位置非常穩(wěn)定，可行追蹤，從中提取心肌變形的重要信息，即稱為斑點追蹤。SAKURAI等[18]研究狗冠狀動脈急性閉塞及再灌注后的超聲心動圖表現(xiàn)并進行分層圓周應變及徑向應變分析后發(fā)現(xiàn)，在正常節(jié)段心肌中，各個分層的徑向和圓周方向上的收縮應變和收縮后應變指數(shù)的變化與缺血或再灌注幾乎無關，沒有發(fā)現(xiàn)明顯變化；而冠狀動脈閉塞的受影響區(qū)域在缺血時，可發(fā)現(xiàn)收縮峰值和收縮末期圓周應變及徑向應變顯著下降，而在行再灌注治療后，發(fā)現(xiàn)各項指數(shù)恢復到正常水平。有研究發(fā)現(xiàn)，應用收縮末期徑向應變峰值反映節(jié)段性心肌瘢痕形成具有較高的敏感度及特異度[19]。由此看來，STE的相關應變參數(shù)對于描述心肌瘢痕有著一定的潛力。

2.3負荷超聲心動圖(stress echocardiography，SE) 有研究使用SE對心肌缺血的患者進行評估，對比其在運動后和休息時的檢測結果，比較心室壁運動指數(shù) (wall motion index，WMI)的差異，WMI不等于零則可認為SE陽性。研究發(fā)現(xiàn)，SE陽性組的全因死亡率及心血管事件發(fā)生率都相較SE陰性組明顯升高[20]。此方法可用來判斷心肌存活狀態(tài)及鑒別頓抑心肌、冬眠心肌或瘢痕形成。 但此方法對于急性心肌梗死、心功能極差的患者應慎用。

2.4心肌疤痕超聲成像(scar imaging echocardiography with ultrasound multipulse scheme，eSCAR) 這是一種脈沖消除超聲技術，用于區(qū)分正常心肌及疤痕心肌，當正常心肌反射時，2個超聲信號相互傳輸和抵消；但在異常纖維化或心肌紊亂的情況下則不然，由于非線性超聲響應，它將反射回可測量的非零信號，在超聲圖像上根據(jù)心肌纖維化的強弱程度表現(xiàn)為由低到高信號。有研究將心肌梗死患者的eSCAR與CMR-LGE的檢測結果對比，發(fā)現(xiàn)eSCAR和CMR-LGE之間顯示的梗死區(qū)域匹配，且 eSCAR 對小區(qū)域的及局限于心內膜下的心肌病變較CMR-LGE更為敏感；同時，對照組在非缺血性心肌病患者中，eSCAR未檢測到有疤痕心肌存在[21]。也就是說，eSCAR與CMR-LGE檢測結果基本無差異，但同時相較于CMR-LGE，eSCAR的敏感度相對更高。且eSCAR可用于有心臟植入物的患者，且價格相對低廉，可認為是一種簡單易行、限制相對較少的心肌纖維化的檢測方法，但目前相關的具體參數(shù)仍需進一步探索。

3 生物標志物

Ⅰ型和Ⅲ型膠原的合成優(yōu)于它們的降解，導致了心肌內過量的Ⅰ型和Ⅲ型膠原纖維的積累，這也是纖維化的特征。心肌纖維化可以分2種不同的膠原積累模式[22]：局灶性，取代死亡的心肌細胞形成瘢痕(替代纖維化)；彌漫性，這發(fā)生在間質和血管周圍間隙，沒有明顯的細胞丟失(反應性纖維化)。彌漫性心肌纖維化中纖維化組織組成的特征是Ⅰ型膠原過量，高度交聯(lián)，大直徑纖維，損害Ⅲ型膠原。許多參與Ⅰ型膠原的細胞外形成和降解的分子從心臟分泌到血液中，從而通過免疫分析方法在血清或血漿中檢測到，最近被提出作為彌漫性纖維化的生物標志物。也有大量的研究去驗證各個被提出可能作為彌漫性纖維化的生物標志物與心肌纖維化的關聯(lián)性。其中，Ⅰ型前膠原羧端肽(PICP)和Ⅲ型前膠原氨端肽(procollagen Ⅲ N-terminal peptide，PⅢNP)的氨基末端前肽，已被證明與各種病因的HF患者心肌中膠原纖維的沉積直接相關。

許多被作為人類心肌纖維化生物標志物的循環(huán)分子中，有2種膠原來源的血清肽已被證明與心肌纖維化有關：PICP，由Ⅰ型前膠原轉化為成熟纖維形成I型膠原時形成； PⅢNP，由Ⅲ型前膠原氨基末端蛋白酶將Ⅲ型前膠原轉化為成熟的Ⅲ型膠原過程中形成的[23]。也有多項研究強調了炎癥與心肌纖維化的關系，一些炎癥相關的生物標志物已被確定為心力衰竭患者臨床預后的預測因子。例如，血清半乳糖凝集素3已被報道是心力衰竭患者發(fā)生不良事件和死亡率的良好預測因子[24]。據(jù)報道稱,可溶性ST2與心力衰竭患者的心血管死亡率獨立相關[25]。

膠原C-蛋白酶增強劑1(procollagen C-proteinase enhancer 1，PCPE-1)是細胞外基質蛋白，是原纖維膠原生物合成的主要調節(jié)劑。PCPE-1上調與纖維化之間的聯(lián)系已經(jīng)在肝臟、肌肉、皮膚或角膜等幾個器官中得到證明。有研究發(fā)現(xiàn)，在主動脈瓣狹窄患者的心內膜活檢中PCPE-1水平增加，這表明PCPE-1可能是可用于評估心肌纖維化的生物標志物，但這還需進一步的實驗證實。

總之，多種血清學生物分子可嘗試作為心肌纖維化的生物標志物，可嘗試將其應用與臨床工作中，早期識別心肌纖維化。

4 CT及核成像

4.1CT 通過心臟CT評估心肌纖維化是一種新的應用，從2010-2021年中不斷發(fā)展，包括通過CT延遲增強(computed tomography delayed enhancement，CT-DE)檢測心肌疤痕和評估ECV。此前已有研究將CT-DE與CMR-LGE對比發(fā)現(xiàn)，在急性或慢性心肌梗死的動物模型中，CT-DE與CMR-LGE在對于梗死區(qū)域的大小及程度的評估中表現(xiàn)近乎一致。但與CMR不同，CT-DE區(qū)域與正常心肌區(qū)域沒有高對比度，CT-DE區(qū)域通常具有與血池相似的信號強度，這可以解釋了其總體靈敏度低但特異度高的原因。

4.2多排計算機斷層掃描(multidetector computed tomography，MDCT) 心肌梗死在MDCT中表現(xiàn)為動脈期呈現(xiàn)低密度、未增強區(qū)域，而晚期呈高增強區(qū)域。有研究發(fā)現(xiàn)，MDCT在缺血性心臟病中的纖維化鑒定與CMR-LGE顯示出令人滿意的一致[26]。

4.3單光子發(fā)射計算機斷層掃描(single-photon emission computed tomography,SPECT) 心肌灌注成像可用于評估已知或疑似冠狀動脈疾病的患者。不可逆灌注缺陷是纖維化的間接標志物[27]，而分子成像對膠原形成更具特異性。Avb3整合素由活化的心肌肌成纖維細胞和內皮細胞表達，是心肌梗死后血管生成和瘢痕形成的靶點。用锝-99m(Tc-99m)標記的Cy5.5-RGD成像肽與這些靶點結合，以評估心肌重構。放射性標記的血管緊張素Ⅱ受體阻滯劑(Tc-99m氯沙坦)在急性心肌梗死后12周的肌成纖維細胞中提取量增加。SPECT或可用于心肌瘢痕形成的評估。

4.4正電子發(fā)射計算機斷層掃描 (positron emission tomography,PET) 可灌注組織指數(shù)已被用作心肌纖維化的間接標志物。這一指數(shù)的降低已被證明與缺血性心臟病中用CMR估計的纖維化程度相關。由于灌注示蹤劑反映心肌血流，但也依賴于細胞完整性的存在，因此在靜息掃描期間缺乏攝取通?？山忉尀榫植狂：郏琒PECT與PET的心肌灌注成像可間接評估左心室纖維化。18-氟脫氧葡萄糖攝取明顯減少或缺失表明纖維化，F(xiàn)DG-PET主要用于評估心肌活力；分子PET可以評估纖維化形成的潛在機制，但目前的技術仍處于實驗階段，需要在臨床研究中進行驗證。

綜上所述，諸多研究顯示早期識別心肌纖維化對于多種心血管疾病患者的治療及預后有著至關重要的作用。目前可用于檢測心肌纖維化的無創(chuàng)手段多種多樣，包括超聲心動圖、心臟磁共振成像、血清生物標志物檢測等，但各種方法都各有優(yōu)缺點，適用于不同的臨床情況，需要結合具體情況進行個體化選擇。其中，eSCAR技術相較其他幾種檢測方式，有著多項優(yōu)點，與“金標準”CMR-LGE 比較，其價格低廉，可移動到床旁，不受心臟植入物的限制，且不需注射增強劑，不受腎功能的限制；與血清學比較，其能較為精確地進行心肌定位，在臨床中具有較大的價值。同時也還有大量研究正在探索可用于無創(chuàng)性檢測心肌纖維化的方式，相信在不久的將來還會有更多的可能性，使心肌纖維化的早期篩查、無創(chuàng)診斷在臨床中實際運用起來。