心臟磁共振特征追蹤技術(shù)定量評(píng)估超重及肥胖人群左心房心肌形變

高藝源，婁明武，周珊珊，李更曉，李坤成，趙之偉

肥胖已經(jīng)被公認(rèn)為是冠心病、心力衰竭及心房顫動(dòng)等多種心血管疾病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[1]。此外，既往研究發(fā)現(xiàn)介于肥胖與正常體重之間的超重狀態(tài)，也會(huì)顯著增加心力衰竭發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)[2]。目前，盡管一些研究證實(shí)體重的增加會(huì)導(dǎo)致左、右心室結(jié)構(gòu)與功能的亞臨床改變[3-4]，但超重和肥胖對(duì)左心房(left atrial，LA)功能的影響尚未得到充分研究。左心房是具有泵血能力的主動(dòng)腔，其功能在多種心血管疾病的早期診斷和預(yù)后評(píng)估中起著重要的作用[5]。因此，早期發(fā)現(xiàn)肥胖及超重人群的亞臨床左心房功能改變，對(duì)心血管疾病的預(yù)防與治療具有重要的臨床意義。心臟磁共振特征追蹤(magnetic resonance feature tracking，MR-FT)是一項(xiàng)基于自由穩(wěn)態(tài)進(jìn)動(dòng)序列定量評(píng)估心肌形變能力的新興技術(shù)，可敏感地反映早期心功能改變。與超聲斑點(diǎn)追蹤技術(shù)相比，MR-FT技術(shù)的空間分辨力更高且不受窗寬及角度的影響，具有廣泛的臨床應(yīng)用前景[6]。本研究擬探討MR-FT技術(shù)在定量評(píng)估肥胖及超重人群左心房亞臨床功能改變中的應(yīng)用價(jià)值。

材料與方法

1.一般資料

回顧性收集2017年3月1日-2020年7月1日于廈門州信醫(yī)學(xué)影像診斷中心行全面健康篩查發(fā)現(xiàn)的單純性肥胖者49例，年齡為(43.82±11.39)歲，其中男38例，女11例，均完成心臟磁共振(cardiac magnetic resonance，CMR)和全身體格檢查。排除標(biāo)準(zhǔn)：①伴有心血管疾病(如心力衰竭、心率失常、先天性心臟病及瓣膜性心臟病等)；②心電圖檢查異?；虬橛忻黠@的心血管疾病臨床癥狀(如胸痛、呼吸困難等)；③體檢發(fā)現(xiàn)有貧血、甲狀腺疾病、惡性腫瘤及重大肝、腎及肺部疾病等可能影響心臟結(jié)構(gòu)與功能的疾?。虎馨橛懈哐獕?收縮壓≥140或/且舒張壓≥90 mmHg或伴有降血壓藥物服用史[7])或糖尿病(空腹血糖≥126 mg/dL或伴有降糖藥物服用史[8])；⑤圖像質(zhì)量差不能進(jìn)行應(yīng)變分析。另隨機(jī)選取年齡、性別均相匹配的超重者及正常體重者各49例分別作為超重組及對(duì)照組，排除標(biāo)準(zhǔn)同上。

正常體重、超重及肥胖的判定分別按照中國(guó)人群的定義標(biāo)準(zhǔn)：18.5 kg/m2≤體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)<24 kg/m2為正常體重；24 kg/m2≤BMI<28 kg/m2為超重；BMI≥28 kg/m2為肥胖[9]。

本研究已獲得中國(guó)倫理委員會(huì)審查批準(zhǔn)，并免除受試者的知情同意書(倫理審查文號(hào)：ChiECRCT20190198)。

2.設(shè)備與掃描方案

所有掃描均在GE Signa HDxt 1.5T超導(dǎo)磁共振掃描儀上完成，采用16通道心臟相控陣表面線圈和回顧性心電門控技術(shù)?；颊呷⊙雠P位，采集常規(guī)掃描系列主要包括：左室四腔心、兩腔心、左室短軸位及左室流出道電影圖像。左室短軸位掃描覆蓋從基底部到心尖的整個(gè)心室。使用平衡自由穩(wěn)態(tài)電影序列進(jìn)行掃描，掃描參數(shù)：TR 4 ms，TE 1.75 ms，翻轉(zhuǎn)角60°，視野310 mm×310 mm，層厚8 mm，層間距1 mm，矩陣224×224。所有受檢者均在竇性心律下完成檢查。

3.圖像處理分析

左室功能參數(shù)由CVI42后處理軟件(cvi42?version 5.12.1,Circle Cardiovascular Imaging,Canada)分析得出。將心臟磁共振圖像導(dǎo)入后處理軟件工作站，左室短軸位圖像中，選取左室血池最小者為收縮末期圖像，血池最大者為舒張末期圖像。采用半自動(dòng)法逐層勾畫左心室短軸位收縮末期及舒張末期圖像的心內(nèi)膜和心外膜輪廓(包含乳突肌和腱索)，軟件可自動(dòng)生成左心室各項(xiàng)功能參數(shù)：舒張末期容積(end-diastolic volume，EDV)、收縮末期容積(end-systolic volume，ESV)、每搏輸出量(stroke volume，SV)、射血分?jǐn)?shù)(ejection fraction，EF)、排出量(cardiac output，CO)及心功能指數(shù)(cariac index，CI)。

左房應(yīng)變分析采用CVI42后處理軟件進(jìn)行特征追蹤。在二腔心和四腔心圖像上，于左室舒張末期左房容積最小時(shí)手動(dòng)勾畫左房心內(nèi)膜及心外膜輪廓，肺靜脈和左心耳被排除于輪廓外。隨后應(yīng)用自動(dòng)追蹤算法，生成左心房的時(shí)間-應(yīng)變及時(shí)間-應(yīng)變率曲線圖?？梢暬刂饚瑱z查心房輪廓追蹤情況，并在必要時(shí)手動(dòng)調(diào)整初始輪廓(圖1)。在二腔心和四腔心圖像上，所有追蹤均重復(fù)3次[10]。左房心內(nèi)膜應(yīng)變及應(yīng)變率取在二腔心和四腔心圖像中3次測(cè)量的平均值。左房應(yīng)變參數(shù)包括：儲(chǔ)存應(yīng)變(reservoir strain，εs)和正向峰值應(yīng)變率(peak positive strain rate，SRs)，反映左房?jī)?chǔ)存功能；管道應(yīng)變(conduit strain，εe)和早期負(fù)向峰值應(yīng)變率(peak early negative strain rate，SRe)，反映左房管道功能；泵應(yīng)變(booster strain，εa)和晚期負(fù)向峰值應(yīng)變率(peak late negative strain rate，SRa)，反映左房輔助泵功能(圖2)。

圖1 左心房心肌應(yīng)變偽彩追蹤圖像。a)二腔心；b)四腔心。 圖2 MR-FT測(cè)量左心房形變參數(shù)曲線圖，紅色曲線代表心內(nèi)膜，綠色曲線代表心外膜。a)左房時(shí)間-應(yīng)變率曲線，εs反映儲(chǔ)存功能，εe反映管道功能，εa反映輔助泵功能；b)左房時(shí)間-應(yīng)變率曲線，SRs反映儲(chǔ)存功能，SRe反映管道功能，SRa反映輔助泵功能。

左房容積分析采用CVI42后處理軟件。在二腔心和四腔心圖像上手動(dòng)勾畫左心房輪廓，左心耳及肺靜脈被排除于左房容積外。根據(jù)雙平面法自動(dòng)獲得左房容積[11]，包括左房最大容積(left atrial maximal volume，LAVmax)、左房最小容積(left atrial minimal volume，LAVmin)和左房收縮期前容積(pre-left atrial contractile volume，LAVpac)。左房總排空分?jǐn)?shù)(left atrial emptying fraction total，LAEF total，對(duì)應(yīng)左房?jī)?chǔ)存功能)，左房被動(dòng)排空分?jǐn)?shù)(LAEF passive，對(duì)應(yīng)左房管道功能)及左房主動(dòng)排空分?jǐn)?shù)(LAEF booster，對(duì)應(yīng)左房輔助泵功能)根據(jù)如下公式計(jì)算：

LAEF total=(LAVmax-LAVmin)×100/LAVmax

(1)

LAEF passive=(LAVmax-LAVpac)×100/LAVmax

(2)

LAEF booster=(LAVpac-LAVmin)×100/LAVpac

(3)

4.統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

采用SPSS 26.0和GraphPad Prism 8.0.2軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。采用Q-Q圖及S-W檢驗(yàn)對(duì)計(jì)量資料進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)。服從正態(tài)分布的計(jì)量資料，采用平均值±標(biāo)準(zhǔn)差(SD)表示，多組間參數(shù)比較采用單因素方差分析，以LSD檢驗(yàn)進(jìn)行事后兩兩比較；不服從正態(tài)分布的數(shù)值資料，使用四分位間距表示，多組間參數(shù)比較采用Kruskal-Wallis秩和檢驗(yàn)，以Bonferroni法行組間兩兩比較。采用Pearson線性相關(guān)性分析評(píng)估BMI與左房應(yīng)變及應(yīng)變率之間的相關(guān)性。隨機(jī)抽選30位受試者(每組各10位)，使用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(interclass correlation coefficient，ICC)分析評(píng)估觀察者內(nèi)及觀察者間重復(fù)性。觀察者內(nèi)重復(fù)性由同一名觀察者進(jìn)行兩次測(cè)量，兩次測(cè)量間隔時(shí)間1個(gè)月；觀察者間重復(fù)性由兩名觀察者對(duì)上述30位受試者進(jìn)行獨(dú)立測(cè)量。以P<0.05為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1.臨床特征

BMI在對(duì)照組、超重組及肥胖組三組間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，并呈逐步增高趨勢(shì)。與對(duì)照組相比，超重組及肥胖組的收縮壓增高，肥胖組的舒張壓增高。LAVmax、LAVmin及LAVpac在三組間差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表1)。

表1 超重組、肥胖組及對(duì)照組間的臨床特征及左心房、室參數(shù)的比較

2.左房功能參數(shù)比較

與對(duì)照組相比，超重組εs和εa減低(P=0.026、0.006)，肥胖組εs、εe和εa均減低(P均<0.05)。超重組與肥胖組間εs、εe和εa差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。三組間SRs、SRe和SRa差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。與對(duì)照組相比，肥胖組LAEF total和LAEF passive顯著減低(P=0.014、0.035)，見表2。

表2 左心房功能參數(shù)的組間差異

3.BMI與左房功能參數(shù)的相關(guān)性分析

Pearson相關(guān)系數(shù)分析結(jié)果顯示BMI與εs、εe、εa及SRs輕度負(fù)相關(guān)(r=-0.269、-0.217、-0.211、-0.164，P均<0.05)，與SRe輕度正相關(guān)(r=0.205，P=0.013)，見圖3。

圖3 BMI與左房應(yīng)變及應(yīng)變率相關(guān)性散點(diǎn)圖。a)BMI與εs輕度負(fù)相關(guān)；b)BMI與εe輕度負(fù)相關(guān)；c)BMI與εa輕度負(fù)相關(guān)；d)BMI與SRs輕度負(fù)相關(guān)；e)BMI與SRe輕度正相關(guān)；f)BMI與SRa無(wú)相關(guān)性。

4．一致性檢驗(yàn)

組內(nèi)相關(guān)系數(shù)分析顯示應(yīng)用MR-FT技術(shù)測(cè)量左房應(yīng)變及應(yīng)變率具有良好的觀察者內(nèi)及觀察者間一致性，ICC值均大于0.85(表3)。

表3 左心房應(yīng)變及應(yīng)變的觀察者內(nèi)、觀察者間重復(fù)性

討 論

本研究應(yīng)用MR-FT技術(shù)定量評(píng)估超重及肥胖人群的左心房功能發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，肥胖組εs、εe及εa均減低，超重組εs和εa減低。這提示肥胖人群的左房?jī)?chǔ)存功能、管道功能及泵功能均受損；即使在超重狀態(tài)下，左房?jī)?chǔ)存功能和泵功能也已經(jīng)發(fā)生減低。此外，本研究證實(shí)BMI與左房應(yīng)變及應(yīng)變率存在顯著相關(guān)性。

超重及肥胖是由多種因素引起的全身脂肪組織異?；蜻^度增生的狀態(tài)。脂肪組織堆積會(huì)引起血壓升高、血容量及心臟負(fù)荷增加，進(jìn)而導(dǎo)致心臟結(jié)構(gòu)與功能的改變[4,12]。因此，準(zhǔn)確評(píng)估超重及肥胖人群左房功能的亞臨床改變，可以為臨床早期發(fā)現(xiàn)和預(yù)防肥胖相關(guān)心血管疾病提供理論依據(jù)?；贛R-FT獲得的左房應(yīng)變及應(yīng)變率可以反映左心房心肌的形變程度及形變速率，是評(píng)估左心房功能早期改變的敏感指標(biāo)[13]。

左心房是具有復(fù)雜功能的主動(dòng)腔，包括儲(chǔ)存功能、管道功能及輔助泵功能[5]。本研究觀察到，與對(duì)照組相比，肥胖組εs及εe減低，提示肥胖會(huì)導(dǎo)致左房?jī)?chǔ)存功能及管道功能受損，這與之前的研究結(jié)果一致[14-15]。但是，關(guān)于肥胖對(duì)左房泵功能的影響目前尚存在較大爭(zhēng)議。既往的斑點(diǎn)追蹤技術(shù)超聲心動(dòng)圖研究發(fā)現(xiàn)肥胖人群的εa正?；蛟龈遊14-15]，而本研究發(fā)現(xiàn)肥胖組的εa顯著降低。筆者認(rèn)為，肥胖人群左房功能受損可能與心肌代謝改變有關(guān)。既往研究發(fā)現(xiàn)，肥胖人群體內(nèi)血漿游離脂肪酸增加，并產(chǎn)生心臟脂毒性，進(jìn)而導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡和心臟效率減低[16-17]。此外，本研究的重要發(fā)現(xiàn)之一為超重組εs和εa較對(duì)照組減低，這提示即使在超重狀態(tài)下，左房?jī)?chǔ)存功能及泵功能就已經(jīng)發(fā)生顯著改變，表明臨床應(yīng)當(dāng)早期重視體重增加引起的心房功能改變。

本研究發(fā)現(xiàn)肥胖組的左房容積顯著大于對(duì)照組，與之前的研究結(jié)果一致[18]。目前，肥胖引起左房增大的確切病理生理機(jī)制尚不清楚。De Divitiis等[19]推測(cè)肥胖相關(guān)左房增大可能是因?yàn)闄C(jī)體代謝速度加快而引起的心搏出量及總血容量增加導(dǎo)致的。而Lai等[20]則認(rèn)為心房重構(gòu)與體脂和炎癥因子有關(guān)。排空分?jǐn)?shù)是臨床中評(píng)估左房功能的最常用參數(shù)之一。雖然與對(duì)照組比較，部分左房應(yīng)變參數(shù)在超重組和肥胖組均顯著減低，但本研究?jī)H觀察到肥胖組LAEF total和LAEF passive顯著低于對(duì)照組，而超重組與對(duì)照組的排空分?jǐn)?shù)并無(wú)顯著差異。這表明，與排空分?jǐn)?shù)相比，左房應(yīng)變可以更敏感地反映超重及肥胖引起的早期左房功能改變。

此外，通過研究BMI與左心房心肌形變參數(shù)之間的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，BMI與εs、εe、εa、SRs及SRe具有一定的相關(guān)性，這進(jìn)一步表明體重的增加對(duì)左房?jī)?chǔ)存功能、管道功能及輔助泵功能均有不同程度的影響。

本研究的主要局限性為橫斷面研究，因此，肥胖、超重與左房功能參數(shù)之間的關(guān)系需要在后續(xù)研究中由縱向研究進(jìn)一步驗(yàn)證。此外，本研究樣本量較小，由于研究對(duì)象個(gè)體間的潛在差異性，這可能限制了研究群體的代表性。最后，既往研究表明，肥胖患者體脂分布情況與肥胖相關(guān)心血管疾病存在緊密聯(lián)系[21]，但本研究未對(duì)肥胖患者進(jìn)行分型，不同類型肥胖對(duì)心臟結(jié)構(gòu)和功能的影響有待下一步研究。

綜上所述，MR-FT技術(shù)可以分析肥胖及超重人群的左心房心肌形變能力，其參數(shù)對(duì)定量評(píng)估該人群的左心房功能具有重要價(jià)值，可為臨床早期發(fā)現(xiàn)及預(yù)防肥胖相關(guān)心血管疾病提供更多的參考依據(jù)。