心力衰竭患者心室重構(gòu)研究技術(shù)及現(xiàn)狀

孫瑞雪，劉宇，王恒和

(天津中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院a.心血管科，b.國(guó)家中醫(yī)針灸臨床醫(yī)學(xué)研究中心，天津 300380)

心力衰竭是由多種病理因素導(dǎo)致的心臟結(jié)構(gòu)和(或)功能異常改變，進(jìn)而導(dǎo)致心室收縮和(或)舒張功能障礙的臨床綜合征。心力衰竭是老年人死亡的主要原因之一，隨著年齡增長(zhǎng),心力衰竭的患病率顯著升高。據(jù)估算，我國(guó)心血管疾病的現(xiàn)患人數(shù)為2.9億，其中心力衰竭患者450萬(wàn)[1]。2000年，我國(guó)35～74歲人群的心力衰竭患病率為0.9%，其中男性患病率為0.7%，女性患病率為1.0%；我國(guó)北方人群心力衰竭患病率高于南方人群，城市高于農(nóng)村[2]。目前的心力衰竭指南根據(jù)左心室射血分?jǐn)?shù)(left ventricular ejection fraction，LVEF)將心力衰竭分為射血分?jǐn)?shù)降低的心力衰竭(heart failure with decreased ejection fraction，HFrEF)、射血分?jǐn)?shù)保留的心力衰竭(heart failure with preserved ejection fraction，HFpEF)和射血分?jǐn)?shù)中間值的心力衰竭，無(wú)論何種類(lèi)型的心力衰竭，均存在心肌力學(xué)性能的改變[3]。

左心室收縮功能是評(píng)價(jià)患者心功能的重要參數(shù)，慢性心力衰竭心肌損害患者存在左心室運(yùn)動(dòng)不同步的病理表現(xiàn)，其與慢性心力衰竭患者的心功能下降相關(guān)。有研究表明，左心室心肌收縮不同步是判斷慢性心力衰竭患者臨床預(yù)后的獨(dú)立預(yù)測(cè)因素，同時(shí)也是確定心臟再同步化治療適應(yīng)證的主要臨床判斷標(biāo)準(zhǔn)[4]。左心室收縮功能對(duì)慢性心力衰竭患者的診斷及預(yù)后具有重要意義。LVEF下降反映左心室收縮功能，并可進(jìn)一步加重患者左心室功能的損傷，影響心肌形變能力及左心室的整體應(yīng)變，故LVEF可以作為判斷心臟功能損害的重要指標(biāo)之一。LVEF是心血管結(jié)局包括全因死亡、心血管死亡、猝死、心力衰竭相關(guān)死亡、致命或非致命性心肌梗死以及心力衰竭住院的重要預(yù)測(cè)因子[5-7]。此外，LVEF也是評(píng)估左心室舒張功能的關(guān)鍵指標(biāo)[8]?，F(xiàn)就心力衰竭心肌力學(xué)形變相關(guān)研究予以綜述。

1 心肌的結(jié)構(gòu)

心臟室壁心肌包括斜行及環(huán)形心肌纖維，由淺、中、深三層心肌纖維構(gòu)成。淺層肌束呈左手螺旋狀斜行包繞心室腔，為心外膜下心??；中層肌束呈環(huán)形走行，為心室固有層；深層肌束呈右手螺旋狀斜行包繞心室腔，為心內(nèi)膜下心肌[9-10]。左心室重構(gòu)與心肌細(xì)胞生物學(xué)的相關(guān)改變有關(guān)[11]。心肌受到力學(xué)刺激后,心肌細(xì)胞不斷發(fā)生重構(gòu)，心肌纖維的排列逐漸紊亂，心室形態(tài)出現(xiàn)異常，心肌形變能力逐漸下降，心肌的壓力與應(yīng)變力異常，這一系列的變化最終導(dǎo)致LVEF下降，心肌收縮功能受損[12]。

心肌的形變發(fā)生在長(zhǎng)軸及短軸方向上，長(zhǎng)軸方向的形變用縱向(心底-心尖)應(yīng)變表示，短軸方向的形變用環(huán)向(圓周方向)及徑向(向心方向)應(yīng)變表示，因而可以通過(guò)縱向、環(huán)向及徑向3個(gè)方向上的心肌整體應(yīng)變來(lái)準(zhǔn)確評(píng)價(jià)左心室整體收縮功能。與短軸方向相比，心肌長(zhǎng)軸方向的縱行纖維更容易受到心肌舒縮活動(dòng)異常的影響，且左心室長(zhǎng)軸收縮功能的降低并不能為短軸的收縮運(yùn)動(dòng)提供代償，表明左心室長(zhǎng)軸功能對(duì)左心室收縮功能的評(píng)價(jià)較為重要，因而縱向心肌的形變可作為判斷左心室收縮功能更靈敏的指標(biāo)。此外，在需要進(jìn)行心臟移植的晚期收縮性心力衰竭患者中，整體縱向應(yīng)變是與心肌纖維化程度相關(guān)的最準(zhǔn)確的左心室整體功能指標(biāo)[13]。

2 心力衰竭患者心室重構(gòu)研究技術(shù)

2.1超聲斑點(diǎn)追蹤成像(speckle tracking imaging，STI)技術(shù) 心臟室壁的多層螺旋交錯(cuò)分布的心肌纖維通過(guò)互相協(xié)調(diào)產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，在不同方向形成拮抗或擠壓的力量。STI技術(shù)根據(jù)上述原理，通過(guò)心肌纖維在不同方向的運(yùn)動(dòng)了解心肌組織的位移及運(yùn)動(dòng)情況，并通過(guò)左心室扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)情況評(píng)估整體心肌功能[14]。STI具有不需依賴(lài)角度、簡(jiǎn)便、快速、可重復(fù)性高的特點(diǎn)，能夠較好地反映左心室的重構(gòu)狀態(tài)，不僅能有效地分析左心室整體及局部的心肌形變能力，評(píng)價(jià)整體及局部的心肌組織收縮功能，還可定量分析心肌節(jié)段性室壁運(yùn)動(dòng)的異常，更真實(shí)地反映心肌局部收縮功能的變化[15-17]。

實(shí)驗(yàn)證明，STI技術(shù)測(cè)量局部縱向心肌變形能夠?yàn)榕R床提供更多危險(xiǎn)因素預(yù)后信息[18]。STI在預(yù)測(cè)繼發(fā)性心力衰竭的發(fā)生方面具有重要作用，臨床可通過(guò)STI的預(yù)測(cè)對(duì)潛在繼發(fā)性心力衰竭患者進(jìn)行提前干預(yù)[19]。左心室節(jié)段收縮功能可通過(guò)左心室收縮期徑向應(yīng)變率反映，左心室整體運(yùn)動(dòng)功能可通過(guò)左心室長(zhǎng)軸整體收縮期應(yīng)變(global systolic strain，GLS)的最大峰值以及左心室短軸整體收縮期應(yīng)變的最大峰值——左心室整體環(huán)向應(yīng)變(global circumferential strain，GCS)、左心室整體徑向應(yīng)變(global radial strain，GRS)等參數(shù)反映，進(jìn)而更加全面綜合地評(píng)價(jià)左心室收縮功能[20]。STI技術(shù)包括二維斑點(diǎn)追蹤成像(two-dimensional speckle tracking imaging，2D-STI)技術(shù)和三維斑點(diǎn)追蹤成像(three-dimensional speckle tracking imaging，3D-STI)技術(shù)。

2.1.12D-STI技術(shù) 心力衰竭患者的左心室功能參數(shù)顯著低于正常水平，該參數(shù)與疾病嚴(yán)重程度成正比[21]。2D-STI能較好地評(píng)價(jià)心力衰竭患者的左心室收縮功能，進(jìn)而評(píng)價(jià)心力衰竭患者的心功能，具有簡(jiǎn)便、高效、價(jià)廉、無(wú)創(chuàng)等優(yōu)勢(shì)，對(duì)心力衰竭患者的診斷及預(yù)后具有重要臨床意義[22]。2D-STI對(duì)LVEF正常的心力衰竭患者的左心室收縮功能異常具有預(yù)測(cè)作用，因此，當(dāng)LVEF無(wú)明顯改變時(shí)，可用2D-STI評(píng)估HFpEF患者左心室心肌收縮功能的異常變化[23]。HFpEF患者的左心室長(zhǎng)軸縱向應(yīng)變GLS受損很普遍，即使LVEF正常，也可能存在隱性收縮功能障礙，故可通過(guò)2D-STI測(cè)量發(fā)現(xiàn)異常[24]。研究發(fā)現(xiàn)，GLS對(duì)急性心力衰竭患者預(yù)后的判斷價(jià)值較LVEF更大[25]。

莫澤來(lái)等[26]研究顯示，HFpEF患者的長(zhǎng)軸及徑向應(yīng)變較健康人顯著降低，且心室收縮功能障礙在心力衰竭早中期已有表現(xiàn)。施龍等[27]研究表明，老年HFpEF患者左心室收縮功能、心肌順應(yīng)性、各節(jié)段心肌徑向峰值應(yīng)變均降低，但整體心臟收縮功能表現(xiàn)正常。有研究證實(shí)，2D-STI可發(fā)現(xiàn)HFpEF患者左心室縱向舒張功能的受損以及左心室結(jié)構(gòu)的改變[28]。2D-STI在徑向應(yīng)變力學(xué)方面的測(cè)量發(fā)現(xiàn)，HFpEF患者收縮期徑向應(yīng)變率降低，且部分節(jié)段降低顯著，表明LVEF正常的HFpEF患者已存在局部心肌收縮功能受損，與HFpEF患者相比，HFrEF患者的收縮期徑向應(yīng)變率降低更明顯[29]。左心室徑向整體扭動(dòng)度(radial overall torsion,ROT)是反映心室整體扭轉(zhuǎn)情況的一項(xiàng)靈敏指標(biāo)，用心尖及瓣環(huán)水平扭轉(zhuǎn)度的差值來(lái)計(jì)算。2D-STI可用于左心室整體及局部ROT的評(píng)估，孫建設(shè)等[30]研究顯示，心力衰竭組ROT值普遍低于健康組，表明ROT減弱同樣可反映左心室功能。

2.1.23D-STI技術(shù) 3D-STI以應(yīng)變?yōu)榛A(chǔ)，可對(duì)心肌組織的運(yùn)動(dòng)信息進(jìn)行追蹤和反饋，是一種快捷、直觀、可重復(fù)評(píng)價(jià)室壁運(yùn)動(dòng)的方法[18]。3D-STI的檢測(cè)效果優(yōu)于2D-STI，為臨床一些領(lǐng)域的左心室力學(xué)提供了新見(jiàn)解[31]。與磁共振成像相比，3D-STI所測(cè)的大多數(shù)患者的左心室體積往往被低估，但其所測(cè)LVEF的準(zhǔn)確性極高[32]。3D-STI顯示的LVEF值越低，左心室整體應(yīng)變?cè)叫。募〉男巫兡芰υ降蚚33]。李玉曼等[34]應(yīng)用3D-STI技術(shù)的研究顯示，HFpEF患者的右心室長(zhǎng)軸方向應(yīng)變有所降低。

2.23D室壁運(yùn)動(dòng)追蹤(3D-wall motion tracking，3D-WMT)技術(shù) 心力衰竭中的心臟重構(gòu)對(duì)心肌力學(xué)產(chǎn)生影響，這需要在三維方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。3D-WMT技術(shù)有望通過(guò)三維技術(shù)來(lái)克服角度及平面的限制，用于測(cè)定徑向應(yīng)變。3D-WMT技術(shù)將STI技術(shù)應(yīng)用于全容量3D超聲心動(dòng)圖數(shù)據(jù)集。在一次性獲取完整體積數(shù)據(jù)集的前提下，量化左心室參數(shù)，包括容積、射血分?jǐn)?shù)、全局和局部三維應(yīng)變、心內(nèi)膜區(qū)域應(yīng)變。3D室壁運(yùn)動(dòng)追蹤技術(shù)可用于可能進(jìn)展為心力衰竭疾病的檢測(cè)和亞臨床心臟功能障礙的監(jiān)測(cè)[35]。與STI技術(shù)相比，3D-WMT技術(shù)的預(yù)測(cè)性更強(qiáng)、更先進(jìn)。但3D-WMT技術(shù)用于心力衰竭相關(guān)測(cè)定的報(bào)道很少，其具體應(yīng)用效果還需后續(xù)更多研究驗(yàn)證。

2.3心臟磁共振成像(cardiac magnetic resonance，CMR)技術(shù) 快速應(yīng)變編碼心臟成像技術(shù)(fast strain-encoded cardiac imaging，F(xiàn)AST-SENC)正在成為多中心研究的需高重復(fù)性測(cè)量的首選成像方式，其成像和分析速度較快，掃描時(shí)間僅15 s，后處理時(shí)間3～5 min，可完成包括左心室容積、質(zhì)量、LVEF及整體GLS和GCS的完整定量評(píng)估。FAST-SENC用于左心室容積和功能參數(shù)的檢測(cè)有極高的精確度，特別是GLS和GCS，且教學(xué)方便。但FAST-SENC對(duì)左心室質(zhì)量的測(cè)量可能不穩(wěn)定。使用FAST-SENC技術(shù)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，HFpEF患者的左心室舒張末期容積指數(shù)、LVEF和應(yīng)變值均顯著低于健康人群[36]。

CMR是最嚴(yán)格的評(píng)估心臟結(jié)構(gòu)及功能的成像形式之一[37]。CMR的時(shí)間和空間分辨率較高，可用來(lái)測(cè)量左右心室容量、質(zhì)量及射血分?jǐn)?shù)，能準(zhǔn)確直觀地測(cè)量出心臟結(jié)構(gòu)及功能的相關(guān)信息，進(jìn)而幫助疾病的診斷及治療。在評(píng)估心力衰竭患者左心結(jié)構(gòu)及功能時(shí)，CMR與超聲心動(dòng)圖有較高重合性，是超聲心動(dòng)圖最好的替代影像學(xué)檢查。CMR測(cè)得的參數(shù)數(shù)值明顯低于超聲心動(dòng)圖，推測(cè)超聲心動(dòng)圖所測(cè)數(shù)值高估了左心室整體功能，因而認(rèn)為CMR較超聲心動(dòng)圖更精準(zhǔn)[38]。心力衰竭與進(jìn)行性心室重構(gòu)及心肌收縮功能受損有關(guān)，在心力衰竭功能損害影像學(xué)檢測(cè)中，優(yōu)先使用心臟磁共振特征跟蹤(cardiac magnetic resonance-feature tracking，CMR-FT)技術(shù)，CMR-FT是一種常用、快捷、經(jīng)濟(jì)且有效的評(píng)估心肌應(yīng)變方法，可用于監(jiān)測(cè)疾病期間心功能的早期變化[39]。

Ito等[40]采用CMR-FT技術(shù)所測(cè)數(shù)據(jù)顯示，HFpEF患者的GLS明顯受損。Tanacli等[41]通過(guò)CMR-FT檢測(cè)HFpEF、射血分?jǐn)?shù)中間值的心力衰竭、HFrEF三組心力衰竭患者的心肌應(yīng)變，結(jié)果表明，與HFpEF及HFrEF患者相比，射血分?jǐn)?shù)中間值的心力衰竭患者的應(yīng)變值相對(duì)較高；此外，三組患者的GLS均隨病情加重而降低，心內(nèi)膜下區(qū)域較中層心肌或心外膜下區(qū)域的應(yīng)變值更高。研究表明，CMR-FT衍生的多層應(yīng)變值對(duì)于收縮功能的變化跟蹤是可靠的[42]。GCS是最具重復(fù)性的變形參數(shù)，CMR-FT所測(cè)GCS具有一定參考價(jià)值，其次CMR-FT所測(cè)GLS亦具有一定的參考價(jià)值，但CMR-FT所測(cè)GRS卻不穩(wěn)定[43]。CMR具有準(zhǔn)確的心肌體積和功能評(píng)估的能力，同時(shí)還可用于評(píng)估心肌灌注和組織組成，較超聲心動(dòng)圖的優(yōu)勢(shì)更多。與斑點(diǎn)追蹤超聲心動(dòng)圖技術(shù)相比，CMR-FT高估了GRS和GCS、低估了GLS，因此評(píng)估心肌應(yīng)變時(shí)，不能將CMR-FT與斑點(diǎn)追蹤超聲心動(dòng)圖互相替代[44]。因此，CMR-FT作為一種新技術(shù)，在重復(fù)性方面較傳統(tǒng)超聲心動(dòng)圖具有一定優(yōu)勢(shì)，但其在短軸方向上的GCS及GRS的不穩(wěn)定性使其不能代替斑點(diǎn)追蹤超聲心動(dòng)圖技術(shù)，且CMR-FT技術(shù)的應(yīng)用仍需更多研究及相關(guān)數(shù)據(jù)的支持。

3 心力衰竭患者心室重構(gòu)的其他研究及現(xiàn)狀

心室重構(gòu)的結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)是心肌細(xì)胞和細(xì)胞外基質(zhì)的變化[45]。心肌重構(gòu)由肌細(xì)胞和非肌細(xì)胞對(duì)機(jī)械敏感途徑的反應(yīng)共同調(diào)節(jié)，這些反應(yīng)可以改變基因表達(dá)，從而改變細(xì)胞功能[46]。評(píng)估心肌力學(xué)和分子過(guò)程的成像工具為疾病識(shí)別和進(jìn)展提供了更高的敏感性和特異性。有研究表明，通過(guò)3D-STI和混合成像方式[如正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層顯像(positron emission tomography，PET)-CT]監(jiān)測(cè)心肌力學(xué)和分子過(guò)程，可以預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)及生理異常出現(xiàn)之前的疾病表現(xiàn)[47-48]。此外，PET-CMR也是一種混合成像技術(shù)，可同時(shí)獲取PET及CMR的數(shù)據(jù)，具備通過(guò)心力衰竭相關(guān)生物標(biāo)志物評(píng)估心肌生存狀態(tài)的潛力，但成本過(guò)高[49]。

基于磁共振心肌特征跟蹤技術(shù)的心肌扭轉(zhuǎn)率峰值和收縮扭轉(zhuǎn)率峰值的推導(dǎo)具有較高的重復(fù)性，而舒張期扭轉(zhuǎn)率峰值的重復(fù)性稍低。圓周-縱向剪切角是與心臟解剖無(wú)關(guān)的最具重復(fù)性的參數(shù)，其可能發(fā)展為磁共振心肌特征跟蹤技術(shù)在長(zhǎng)軸方向上量化心臟旋轉(zhuǎn)力學(xué)的重要指標(biāo)[50]。超聲心動(dòng)圖心肌速度成像技術(shù)可使用機(jī)器算法智能學(xué)習(xí)，通過(guò)分析患者靜息和運(yùn)動(dòng)時(shí)的左心室應(yīng)變率識(shí)別HFpEF患者左心室舒張功能的降低，為臨床心力衰竭的診斷分型提供客觀依據(jù)[51]。超聲心動(dòng)圖可通過(guò)測(cè)得HFpEF患者的左心室舒張功能降低程度對(duì)患者進(jìn)行心功能分級(jí)[52-53]。有研究人員將血清生物標(biāo)志物(腦鈉肽、可溶性生長(zhǎng)因子-2、半乳凝素-3等)與超聲心動(dòng)圖聯(lián)合用于預(yù)測(cè)不良心室重構(gòu)，發(fā)現(xiàn)超聲心動(dòng)圖的改變與血清生物標(biāo)志物的變化相關(guān)[54]。慢性心力衰竭患者左心室容積增大，左心室收縮功能降低與左心室收縮不同步有關(guān)，而實(shí)時(shí)三維超聲心動(dòng)圖可直觀顯示心力衰竭患者心肌非同步運(yùn)動(dòng)的程度及范圍，可用于輔助心力衰竭患者治療，是一項(xiàng)定量評(píng)價(jià)心室壁整體收縮同步運(yùn)動(dòng)狀況的新技術(shù)[55]。實(shí)時(shí)三維超聲心動(dòng)圖技術(shù)安全、有效、經(jīng)濟(jì)，能夠準(zhǔn)確測(cè)量心臟的結(jié)構(gòu)及功能，其測(cè)量心臟容積具有很好的重復(fù)性，對(duì)于改善患者預(yù)后具有一定臨床價(jià)值[56]。通過(guò)實(shí)時(shí)三維超聲心動(dòng)圖所測(cè)得的心室重構(gòu)改變有望幫助識(shí)別HFpEF亞型，但其與LVEF相關(guān)參數(shù)的獨(dú)立性仍不明確[57]。目前，在臨床心力衰竭患者的診斷中，超聲心動(dòng)圖及CMR仍發(fā)揮重要作用，3D-STI仍處于早期應(yīng)用階段，雖然具有一定先進(jìn)性，但也無(wú)法避免因操作者等原因?qū)е虏豢煽氐恼`差[58-60]。

4 小 結(jié)

心力衰竭是心室重構(gòu)的過(guò)程，心肌應(yīng)變可用于反映心肌整體及局部收縮運(yùn)動(dòng)的改變。心力衰竭患者的GLS、收縮期徑向應(yīng)變率及ROT值均有減低。3D-STI測(cè)試顯示，LVEF值越低，心室重構(gòu)能力越差。3D-WMT通過(guò)預(yù)測(cè)可能誘發(fā)心力衰竭的潛在疾病，從而為治未病提供可行性。FAST-SENC測(cè)得的HFrEF組的左心室體積和質(zhì)量明顯增加，而CMR-FT可評(píng)估不同心肌區(qū)域的大范圍差異。綜上，心力衰竭患者的左心室心肌順應(yīng)性、縱向舒縮功能均減低，左心室整體應(yīng)變低于健康人群。此外，具更高敏感性的基于基因水平的新興技術(shù)——PET和實(shí)時(shí)三維超聲心動(dòng)圖可通過(guò)測(cè)定心臟的結(jié)構(gòu)及功能提供心肌運(yùn)動(dòng)水平的相關(guān)參數(shù)。隨著上述技術(shù)和方法的逐漸應(yīng)用以及醫(yī)療技術(shù)水平的不斷進(jìn)步，心力衰竭的進(jìn)程可能被逆轉(zhuǎn)，通過(guò)檢測(cè)相關(guān)心室重構(gòu)及力學(xué)變化可預(yù)測(cè)心力衰竭的發(fā)生、發(fā)展及預(yù)后，從而為臨床研究提供參考。