心臟磁共振技術(shù)在高原心臟病早期心肌損傷中的應(yīng)用研究進(jìn)展

蔣月薪, 郭應(yīng)坤

(四川大學(xué)華西第二醫(yī)院, 1.放射科, 2.出生缺陷與相關(guān)婦兒疾病教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 四川 成都, 610041;3.西藏自治區(qū)人民政府駐成都辦事處醫(yī)院 放射科, 四川 成都, 610041)

高原心臟病(HAHD)是慢性高原病的一種，其定義是生活在海拔2 500 m以上地區(qū)的人群發(fā)生的心臟病，以顯著的肺動脈高壓為基本特征，并伴有右心室肥厚和右心功能不全[1]。HAHD具有發(fā)病率高、預(yù)后差的特點(diǎn)，嚴(yán)重威脅高原人群的生命安全。目前，國內(nèi)外對HAHD研究的熱點(diǎn)主要是明確心肌損傷的機(jī)制，挽救可存活心肌，尋找有效藥物靶點(diǎn)，保護(hù)心功能，提高患者的生存質(zhì)量。歐洲/美國心臟病學(xué)會[2-3]及《中國心力衰竭診斷和治療指南2018》[4]均肯定了心臟磁共振(CMR)在心肌疾病早期診斷、危險(xiǎn)分層、預(yù)后判斷中的重要價(jià)值。本研究闡述HAHD的臨床特點(diǎn)、心肌損傷機(jī)制、CMR早期評價(jià)方法及臨床價(jià)值，旨在為HAHD患者提供早期診斷依據(jù)，指導(dǎo)臨床用藥，長期監(jiān)測預(yù)后。

1 HAHD的臨床特點(diǎn)

據(jù)世界衛(wèi)生組織(WHO)統(tǒng)計(jì)[5], 全世界有1.4億人生活在高海拔地區(qū)，中國有6 000萬～8 000萬人口居住在海拔2 500 m以上的地區(qū)，并有大量從低海拔地區(qū)移居或旅居高原的易感人群。調(diào)查研究[6]顯示，HAHD在南美洲高原地區(qū)的發(fā)病率為8%～15%, 在中國青藏高原地區(qū)的發(fā)病率約為3.2%。HAHD發(fā)病率一般具有男性高于女性、兒童高于成人、移居漢族高于世居藏族的特點(diǎn)，且發(fā)病率隨海拔高度增高而升高[7]。臨床上, HAHD可急性或亞急性起病，急性者以肺動脈高壓引起右心室擴(kuò)大和充血性右心衰竭為特征，慢性者以右心室后負(fù)荷過重所致的右室肥厚為主的多臟器損傷為特征。HAHD早期臨床特點(diǎn)不明顯，隨著病情進(jìn)展，晚期可出現(xiàn)心力衰竭、惡性心律失常、猝死等，往往預(yù)后不良。進(jìn)一步明確HAHD心肌損傷的機(jī)制并結(jié)合臨床特征，對該病的防治有積極且深遠(yuǎn)的意義。

2 HAHD心肌損傷機(jī)制及病理生理變化

2.1 心肌細(xì)微結(jié)構(gòu)的改變

HAHD造成心肌損傷的主要原因是缺氧，缺氧增強(qiáng)了機(jī)體的氧化應(yīng)激反應(yīng)，導(dǎo)致心肌細(xì)胞中活性氧自由基(ROS)大量蓄積，而ROS對組織細(xì)胞、蛋白和DNA具有明顯的損傷作用[8]。研究[9]發(fā)現(xiàn)鏡下可觀察到心肌細(xì)胞腫脹、變性，心肌纖維稀疏、溶解、斷裂且排列紊亂，線粒體腫脹，肌漿網(wǎng)高度擴(kuò)張，糖原顆粒減少，細(xì)胞間質(zhì)水腫，肌膜破裂缺損。急性缺氧多引起心肌炎性、水腫改變，而慢性缺氧更易引起心肌重塑、心臟形態(tài)及功能的改變。研究[10]證實(shí)，高原低壓低氧環(huán)境引起的心肌損傷程度隨海拔高度的增高而加重，且是一種以右心為主的全心損傷。

2.2 心肌代謝的改變

正常情況下，心肌能量代謝主要是脂肪酸代謝和葡萄糖代謝，其中脂肪酸氧化占心臟有氧代謝的70%左右[11]。慢性缺氧時(shí)，心肌細(xì)胞通過增加線粒體的數(shù)量而加大氧氣的有效利用率; 同時(shí)，心肌細(xì)胞調(diào)節(jié)相關(guān)底物酶的活性，促進(jìn)代謝產(chǎn)物的交換，使葡萄糖利用增強(qiáng)而減少脂肪酸利用，以此實(shí)現(xiàn)心肌細(xì)胞慢性缺氧反應(yīng)[12]。然而，長期慢性缺氧可使線粒體結(jié)構(gòu)發(fā)生改變，影響合成三磷酸腺苷(ATP)的能力，導(dǎo)致心臟功能受損，表現(xiàn)為心收縮力減弱及心搏量減少。

缺氧對心肌造成的損傷可使HAHD最終發(fā)展為以右心功能不全為主的慢性缺氧性心肌病，且這種損傷是不可逆的。目前，影像技術(shù)的快速發(fā)展為早期檢測出心肌損傷提供了有效手段，特別是CMR技術(shù)已經(jīng)被列入多種心臟疾病的診斷指南。

3 CMR

CMR能對心臟的解剖結(jié)構(gòu)、瓣膜運(yùn)動情況、心功能、心肌組織特征進(jìn)行“一站式”評估，具有重要的臨床應(yīng)用價(jià)值[13]。目前，國內(nèi)外利用CMR技術(shù)對HAHD的影像研究較少，而已有的研究也多聚焦于形態(tài)及功能學(xué)的改變，心肌損傷方面的報(bào)道較少。在最新的肺動脈高壓(PAH)分類中，HAHD被歸類為第3類[14], 因此可以參考PAH及其他具有相同病理生理學(xué)改變的心臟疾病的CMR影像資料，為評估HAHD患者心肌受損情況提供一定的借鑒價(jià)值。

4 CMR在評價(jià)HAHD形態(tài)和功能中的作用

目前，臨床常用超聲心動圖來評價(jià)HAHD形態(tài)和功能的改變，但超聲結(jié)果易受圖像質(zhì)量、測量手法及患者自身?xiàng)l件等影響。更重要的是，超聲心動圖無法反映HAHD患者早期心肌病變。CMR作為評估心功能的“金標(biāo)準(zhǔn)”，憑借單次檢查便可獲取心臟形態(tài)和功能評價(jià)的重要信息。

4.1 形態(tài)學(xué)改變

HAHD患者主要以右心受累為主，表現(xiàn)為右心肥厚擴(kuò)張，嚴(yán)重者可出現(xiàn)全心改變。CMR的黑血序列可以從橫軸、冠狀位及矢狀位清晰顯示心室、心房、大血管及瓣膜結(jié)構(gòu)。CMR電影序列不僅可觀察心臟結(jié)構(gòu)，還能定量分析心腔大小、心室功能及質(zhì)量，測量心室壁厚度及節(jié)段功能。目前，利用CMR黑血序列及電影序列發(fā)現(xiàn)HAHD患者心臟形態(tài)學(xué)改變與病理結(jié)果高度一致[15-16], 并且在右心室射血分?jǐn)?shù)降低前可出現(xiàn)右心室舒張末期容積和收縮末期容積增加[17], 為早期發(fā)現(xiàn)心功能損害提供了證據(jù)。

4.2 功能改變

右心功能的改變是HAHD的重要臨床表現(xiàn)，也是影響預(yù)后的主要因素。CMR心肌應(yīng)變技術(shù)可以評價(jià)心室重構(gòu)過程中心肌力學(xué)的早期變化，敏感地反映出心功能的細(xì)微改變。目前常用的是CMR特征追蹤技術(shù)(CMR-FT), 其可從軸向、徑向及周向來評估整體和局部心肌應(yīng)變，在反映心功能方面優(yōu)于傳統(tǒng)射血分?jǐn)?shù)[18]。目前，該技術(shù)在HAHD中未得到開展，但在PAH中已得到應(yīng)用。研究[19]發(fā)現(xiàn)PAH患者的右心室縱向應(yīng)變與右室射血分?jǐn)?shù)(RVEF)具有很好的相關(guān)性，并可作為患者預(yù)后的重要決定因素。研究[20]發(fā)現(xiàn)PAH患者RVEF與左室心肌應(yīng)變受損是同步的，當(dāng)RVEF<40%時(shí)，左室應(yīng)變指標(biāo)明顯降低。因此，可以利用CMR-FT技術(shù)觀察左、右心功能的早期改變及兩者的關(guān)系，并一步研究心功能的改變對預(yù)后的影響。

5 CMR在評價(jià)HAHD心肌損傷中的作用

CMR除了能夠評價(jià) HAHD的形態(tài)結(jié)構(gòu)和功能改變，還能利用多種新技術(shù)對HAHD心肌損傷進(jìn)行早期評價(jià)，包括心肌纖維化、心肌水腫及心肌代謝等，其價(jià)值是其他檢查所不能比擬的。

5.1 心肌纖維化的評價(jià)

心肌纖維化是心室重構(gòu)和惡性心律失常的根本原因，是判斷預(yù)后的重要指標(biāo)。心內(nèi)膜活檢是目前診斷心肌纖維化的最準(zhǔn)確手段，但因其有創(chuàng)性且實(shí)施難度較大，并未在臨床上廣泛應(yīng)用。CMR的組織特征學(xué)評價(jià)技術(shù)為早期監(jiān)測心肌纖維化的發(fā)生和發(fā)展提供了可能，其中延遲強(qiáng)化技術(shù)(LGE)采用對比劑使壞死組織或心肌纖維化區(qū)域較正常心肌呈現(xiàn)高信號，可以提供心肌纖維化的部位、范圍和嚴(yán)重程度等信息，已成為無創(chuàng)評估局部纖維化的常用方法[21]。研究[22]發(fā)現(xiàn), HAHD患者室間隔、右室壁以及左、右室乳頭肌均會出現(xiàn)LGE。然而，LGE依賴于異常心肌與正常心肌的對比，對心肌彌漫間質(zhì)纖維化不敏感。

T1-mapping是一個CMR的成像技術(shù)，其通過直接測定心肌組織增強(qiáng)前后的T1值，計(jì)算出細(xì)胞外容積分?jǐn)?shù)(ECV), 可用于無創(chuàng)定量觀察心肌彌漫纖維化病變，可作為LGE的重要補(bǔ)充和替代[23]。研究[24]發(fā)現(xiàn)，在LGE陰性節(jié)段, PAH患者的 native T1和ECV值均增高，表明此處早已發(fā)生心肌纖維化。另外, PAH患者心肌纖維化程度與右心結(jié)構(gòu)以及功能存在顯著相關(guān)性，并且右室插入部的native T1值可以提示病情的嚴(yán)重程度[25]。

MR彌散張量成像(DTI)技術(shù)是通過測量心肌內(nèi)水分子擴(kuò)散的異向性來反映活體心肌纖維束的走行及完整性[26]。研究[27]發(fā)現(xiàn), DTI在診斷心肌間質(zhì)纖維化時(shí)與平掃T1-mapping及ECV診斷效能相當(dāng)。目前，該技術(shù)在HAHD中尚未得到運(yùn)用，但仍是值得探索的研究方向。

5.2 心肌水腫的評價(jià)

心肌水腫是多種心臟疾病的早期病理生理改變，早期診斷和明確水腫的范圍及程度、鑒別可挽救心肌有助于臨床診治。T2-mapping能直接測量單位像素的T2值，不受運(yùn)動偽影的影響，可定量評價(jià)心肌水腫程度，是測量心肌水腫的最佳手段[28]。目前, T2-mapping技術(shù)在評價(jià)心肌水腫中具有一定的價(jià)值，未來也可將這一技術(shù)在HAHD中開展，用于判斷心肌水腫對疾病的影響進(jìn)程。

5.3 心肌代謝的評價(jià)

HAHD患者存在心肌代謝紊亂，磁共振波譜分析(MRS)和化學(xué)交換飽和位移(CEST)是CMR代謝相關(guān)的新興技術(shù)，可以從分子水平檢測出心肌細(xì)胞能量變化及多種代謝產(chǎn)物的異常，具有廣闊的應(yīng)用前景。MRS利用磁共振的化學(xué)位移現(xiàn)象對特定原子核及其化合物進(jìn)行分析，能對活體器官組織代謝水平進(jìn)行定量分析[29]。目前，應(yīng)用于臨床的MRS主要有31P-MRS和1H-MRS。研究[30]發(fā)現(xiàn)在低壓低氧環(huán)境下，心肌PCr/ATP值相較于平原地區(qū)正常人群明顯降低，可引起左室舒張功能障礙，進(jìn)一步影響心臟的體積、質(zhì)量和功能。

CEST是基于飽和質(zhì)子與周圍流動水中質(zhì)子交換的體內(nèi)分子成像技術(shù)，在組織酸堿度成像及多種代謝物成像方面具有獨(dú)特優(yōu)勢，能無創(chuàng)、無輻射地評估心肌細(xì)胞代謝水平[31]。目前, CEST技術(shù)主要運(yùn)用于缺血性/非缺血性心肌病的治療中，對于發(fā)現(xiàn)可逆性心肌損害、恢復(fù)有效血流灌注具有重要的意義[32]。

6 展 望

中國高原地區(qū)幅員遼闊，罹患 HAHD人數(shù)眾多，該病早期臨床癥狀不明顯，常規(guī)檢查手段提供的信息有限，易延誤治療，影響患者的生存質(zhì)量。了解HAHD心肌損害程度可以為病理生理學(xué)機(jī)制提供新思路，從而對患者進(jìn)行合理的病因分析、風(fēng)險(xiǎn)分級及預(yù)后判斷。近年來, CMR作為一種不可或缺的影像檢查手段，已廣泛應(yīng)用于各種心臟疾病的臨床研究中，其價(jià)值得到了國際公認(rèn)。然而，受限于地理位置、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等因素, CMR在HAHD中的運(yùn)用極其有限，多種檢查技術(shù)尚未得到開展，形成了大量信息缺口，特別是隨著CMR等多種新興技術(shù)的開展，不僅能為HAHD心肌損傷的結(jié)構(gòu)和機(jī)制提供更多、更全面、更準(zhǔn)確的信息，還能從分子影像學(xué)角度出發(fā)，檢測到心肌損傷的細(xì)微改變，在亞臨床早期提供可靠的診斷依據(jù)。