超聲二維成像評價糖尿病兔左心室心肌周向應(yīng)變功能

侯志敏 喬英艷

糖尿病作為最常見的慢性疾病之一，是引起心血管事件的獨立危險因素，相對于非糖尿病人群而言，發(fā)生心血管疾病的風(fēng)險明顯增加，也成為糖尿病人群的重要死亡原因之一[1]。因此，若能早期發(fā)現(xiàn)糖尿病患者心肌功能異常，可以及時進(jìn)行臨床干預(yù)，減少心血管事件的發(fā)生。二維超聲斑點追蹤分層應(yīng)變作為一種新技術(shù)，不再局限于分析左心室心肌整體應(yīng)變，可以對心肌每一層的應(yīng)變進(jìn)行分析，相對于以往，對左心室功能的檢測更加及時、敏感[2,3]。本研究通過建立糖尿病兔模型，旨在分析超聲分層應(yīng)變成像下糖尿病早期對于左心室短軸不同水平段各層心肌周向應(yīng)變的實驗研究，進(jìn)一步應(yīng)用于臨床。

材料與方法

1.實驗動物：將24只月齡相仿的新西蘭兔隨機(jī)分為兩組，分別為正常對照組(n=12)和糖尿病組(n=12)，均禁食12h后，糖尿病組按照150mg/kg通過耳緣靜脈注射四氧嘧啶來誘導(dǎo)建立糖尿病模型，將空腹血糖>14mmol/L作為建模成功的診斷標(biāo)準(zhǔn)[4]；對照組則注射等劑量0.9%氯化鈉注射液，建模成功后均自由飲食。在建模成功后第6、9個月時，對兩組兔進(jìn)行常規(guī)超聲心動圖檢查，并分別采集二維動態(tài)圖像進(jìn)行分析。

2.儀器與方法：采用GE vivid 7彩色多普勒超聲診斷儀，M10s探頭。在建模成功后第6、9個月時，對兩組兔分別進(jìn)行二維超聲心動圖檢查，常規(guī)測量兩組兔左心房收縮末期內(nèi)徑(LAD)、室間隔厚度(IVS)、左心室后壁厚度(LVPW)、左心室舒張末期內(nèi)徑(LVIDd)及左心室收縮末期內(nèi)徑(LVIDs)，用Simpson雙平面法測量左心室射血分?jǐn)?shù)(EF)，并測量二尖瓣口舒張早期峰值(e)與舒張晚期峰值(a)，計算e/a。同時采集連續(xù)3個心動周期的左心室短軸基底段、中間段及心尖段二維動態(tài)圖像，儲存以便進(jìn)行分析。

3.圖像分析：將采集的圖像導(dǎo)入Echo PAC工作站，分別對兩組兔左心室3個水平段的3層心肌進(jìn)行自動追蹤，在自動追蹤不滿意時進(jìn)行手動描記，清楚描記各層心肌邊界并進(jìn)行應(yīng)變分析，最終獲得基底段、中間段及心尖段的心內(nèi)膜下心肌圓周應(yīng)變(CSendo)、中層心肌圓周應(yīng)變(CSmid)及心外膜下心肌圓周應(yīng)變(CSepi)，詳見圖1。

圖1 分層應(yīng)變分析左心室周向應(yīng)變圖像

結(jié) 果

1.常規(guī)超聲心動圖參數(shù)比較:糖尿病組與正常對照組比較，左心房內(nèi)徑(LAD)、室間隔厚度(IVS)、左心室后壁厚度(LVPW)、左心室舒張末期內(nèi)徑(LVIDd)及左心室收縮末期內(nèi)徑(LVIDs)、左心室射血分?jǐn)?shù)(EF)、e/a差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，詳見表1、表2。

表1 6個月時正常對照組與糖尿病組常規(guī)超聲心動圖參數(shù)比較

表2 9個月時正常對照組與糖尿病組常規(guī)超聲心動圖參數(shù)比較

2.各短軸水平段各層心肌CS參數(shù)比較：第6個月時，與對照組比較，糖尿病組左心室基底段與心尖段CSendo、CSmid、CSepi比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，中間段CSendo減低(P<0.05)，而CSmid、CSepi比較，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)；在第9個月時，與對照組比較，糖尿病組心尖段、基底段CSendo、CSmid、CSepi比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)，中間段CSendo、CSmid、CSepi均減低(P<0.05)，詳見表3、表4。

表3 6個月時正常對照組與糖尿病組各短軸水平段各層心肌CS參數(shù)比較

表4 9個月時正常對照組與糖尿病組各短軸水平段各層心肌CS參數(shù)比較

3.組織形態(tài)學(xué)結(jié)果比較:在第6個月、9個月時，分別對兩組兔的心肌切片分別進(jìn)行Masson三色染色處理，織形態(tài)學(xué)結(jié)果顯示，心肌細(xì)胞呈紅色，肌細(xì)胞間成纖維細(xì)胞呈藍(lán)色(圖2)，糖尿病組與對照組比較，間質(zhì)纖維化明顯增加，9個月時糖尿病心肌纖維化相對于6個月時更加明顯，說明其心肌隨著病程時間的推移而發(fā)生惡化。

圖2 正常對照組與糖尿病組Masson染色病理圖片(×100)

討 論

糖尿病作為一種慢性疾病，成為心血管疾病發(fā)生的重要因素之一，這可能是由于長期的高糖環(huán)境造成機(jī)體心肌細(xì)胞缺血、缺氧，進(jìn)一步導(dǎo)致心肌細(xì)胞肥大，心肌纖維化，甚至局部或者廣泛性壞死，使此類患者心肌出現(xiàn)功能障礙，其機(jī)制也可能與胰島素抵抗、心肌能量代謝以及炎癥因素有關(guān)[5,6]。

二維斑點追蹤成像是在二維超聲圖像的基礎(chǔ)上，通過追蹤心肌由于反射、散射及干擾而產(chǎn)生的斑點的位移情況，觀察同一心肌的位移軌跡，從而得到心肌組織的運動信息。此技術(shù)相對于傳統(tǒng)超聲可以更為準(zhǔn)確定量評估心肌的運動功能，此種方法不存在角度依賴性，也不受呼吸和心臟擺動及前后負(fù)荷的影響，因此可以客觀和定量地評估整體和感興趣區(qū)域心肌功能[7]。在心肌發(fā)生應(yīng)變時，各節(jié)段心肌收縮時方向表示為負(fù)值，拉長時方向表示為正值。既往對于左心室的研究常通過斑點追蹤技術(shù)將左心室作為一個同質(zhì)整體進(jìn)行分析，忽略了左心室多層解剖結(jié)構(gòu)：心內(nèi)膜下心肌、中層心肌及心外膜下心肌。而分層應(yīng)變是以二維斑點追蹤技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展的新興技術(shù)，突破了這一局限性，可以對左心室每一層心肌進(jìn)行分析，更加敏感地識別心肌出現(xiàn)的亞臨床功能障礙[8～10]。

斑點追蹤分層應(yīng)變可以從左心室長軸及短軸對其縱向應(yīng)變、周向應(yīng)變及徑向應(yīng)變進(jìn)行定量分析，由于左心室心肌具有復(fù)雜的幾何結(jié)構(gòu)，即在左心室長軸上心肌的縱向收縮與舒張，左心室心肌在短軸方向的環(huán)形運動以及在短軸上的徑向運動，這幾個方向的運動并不局限于心肌的某一層，而是相互交叉在一起，因而決定了左心室心肌在三維空間非單一的復(fù)雜運動[11～13]。不僅如此，左心室的心肌還存在扭轉(zhuǎn)運動。

本研究發(fā)現(xiàn)，心內(nèi)膜下心肌對于糖尿病造成的心肌損傷最為敏感，這與其是心肌收縮的主要力量、受到的應(yīng)力最大且心內(nèi)膜對缺血、缺氧的耐受力較差等因素有關(guān)[14,15]。在病程進(jìn)展到一定程度時，開始累及左心室中間段中層心肌以及心外膜下心肌，使其周向應(yīng)變開始減低。有研究表明，左心室心肌的扭轉(zhuǎn)運動以心肌帶螺旋盤旋扭曲為解剖基礎(chǔ)，主要發(fā)生在基底段和心尖段，扭轉(zhuǎn)程度與心肌纖維的走形、左心室解剖結(jié)構(gòu)及左心室的收縮與舒張功能密切相關(guān)[16,17]。這可能是造成心尖段與基底段各層周向應(yīng)變變化不如中間段明顯的原因之一，具體機(jī)制目前尚不清楚，并且本研究樣本量較少，存在一定的局限性，需要進(jìn)一步研究分析。

綜上所述，在糖尿病未使左心室射血分?jǐn)?shù)出現(xiàn)變化時，心內(nèi)膜下心肌周向應(yīng)變在最早時已經(jīng)出現(xiàn)減低，運用超聲二維斑點追蹤分層應(yīng)變技術(shù)可以更早、更敏感地識別糖尿病患者左心室心肌亞臨床功能障礙，對早期診斷和治療至關(guān)重要。