心臟超聲和磁共振成像診斷糖尿病心肌病的最新研究進(jìn)展)

馬文坤 高程潔 潘靜薇

根據(jù)2019年第9版國(guó)際糖尿病聯(lián)盟統(tǒng)計(jì)，全球糖尿病患者已超過(guò)4.63億例，在中國(guó)其患病率和年輕患者人數(shù)也呈不斷增長(zhǎng)趨勢(shì)[1-2]。截至2019年，中國(guó)約有1.164億糖尿病患者，是全球患病人數(shù)最多的國(guó)家[2]。在糖尿病相關(guān)并發(fā)癥中，心血管并發(fā)癥的發(fā)生率位居首位，是糖尿病患者死亡的主要原因之一。早期發(fā)現(xiàn)糖尿病心肌損害對(duì)疾病的治療和預(yù)后意義重大，本文將討論心臟超聲和MRI在糖尿病心肌病早期診斷中的研究進(jìn)展。

1 糖尿病心肌病的定義和病理生理改變

糖尿病心肌病的診斷是排他性診斷，即糖尿病患者在排除冠心病、心肌病、瓣膜性心臟病的前提下，存在心肌灌注和功能障礙。高血糖和胰島素抵抗是糖尿病心肌病的2個(gè)主要始因，所引起的心臟代謝紊亂、線粒體功能異常、細(xì)胞內(nèi)鈣代謝異常、冠狀動(dòng)脈微血管功能障礙、自主神經(jīng)功能失調(diào)、RAAS激活、炎癥、細(xì)胞信號(hào)通路異常激活等多種因素共同導(dǎo)致心功能受損[3]。

糖尿病心肌病早期不存在明顯的心臟結(jié)構(gòu)和功能改變，主要表現(xiàn)為膠原蛋白沉積和異常脂肪堆積等組織學(xué)改變[4]。隨著病情進(jìn)展，纖維化范圍增加，糖基化終末產(chǎn)物積聚和膠原蛋白交聯(lián)、脂肪變性及冠狀動(dòng)脈微循環(huán)功能障礙等均會(huì)導(dǎo)致心肌順應(yīng)性降低，心室充盈量減少，心房血容量增多，引起心臟舒張功能障礙[3,5]。晚期心肌細(xì)胞代謝嚴(yán)重紊亂、RAAS異常激活等引起細(xì)胞凋亡和壞死，最終導(dǎo)致心臟收縮功能不全[4-5]。常規(guī)臨床檢查發(fā)現(xiàn)心臟結(jié)構(gòu)、功能異常時(shí)，心臟損害已不可逆轉(zhuǎn)，患者預(yù)后往往不佳，因此糖尿病心肌病的早期診斷尤為重要。

2 糖尿病心肌病的無(wú)創(chuàng)診斷

近年來(lái)國(guó)內(nèi)外檢測(cè)糖尿病心肌病的影像學(xué)方法主要分為有創(chuàng)和無(wú)創(chuàng)檢測(cè)兩大類。有創(chuàng)血流動(dòng)力學(xué)檢查是診斷心臟舒張功能障礙的“金標(biāo)準(zhǔn)”，其靈敏度和特異度高，但檢查風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較高、價(jià)格昂貴，不宜作為臨床常規(guī)的檢測(cè)手段。因此，探究使用無(wú)創(chuàng)手段識(shí)別糖尿病早期心臟損害成為目前國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。

2.1 心臟超聲 心臟超聲具有檢查方便、應(yīng)用廣泛、無(wú)電離輻射等優(yōu)點(diǎn)，是心血管疾病最常用的檢查方法。

2.1.1 組織多普勒成像(tissue Doppler imaging，TDI) TDI是將取樣點(diǎn)放置在心肌組織中，通過(guò)測(cè)定心動(dòng)周期中心肌組織的運(yùn)動(dòng)速度，定量評(píng)估局部和整體心肌的舒張和收縮功能。Park等[6]對(duì)1 817例受試對(duì)象進(jìn)行TDI檢查，發(fā)現(xiàn)伴有2型糖尿病組患者的舒張?jiān)缙诙獍戥h(huán)運(yùn)動(dòng)速度峰值(e′)低于非糖尿病組，同時(shí)舒張?jiān)缙诙獍暄魉俣确逯?E)與e′的比值(E/e′)高于非糖尿病組，提示2型糖尿病患者心臟舒張功能受損。此外，有研究[7]結(jié)果表明，E/e′隨著平均血糖水平的升高而升高，提示該參數(shù)與血糖控制的穩(wěn)定性相關(guān)。Blomstrand等[8]研究結(jié)果表明，E/e′>15可以判定心臟舒張功能不全，該指標(biāo)是糖尿病患者發(fā)生心血管事件的重要預(yù)測(cè)因子，且其預(yù)測(cè)能力優(yōu)于整體縱向應(yīng)變(global longitudinal strain，GLS)和左心室射血分?jǐn)?shù)。TDI也可通過(guò)計(jì)算不同心肌節(jié)段中的心肌運(yùn)動(dòng)速度，得出應(yīng)變和應(yīng)變率來(lái)評(píng)估心肌功能，但由于TDI測(cè)得的應(yīng)變率與測(cè)量時(shí)的角度有關(guān)，空間分辨率低，重復(fù)率稍低，使其在臨床上應(yīng)用受限。

2.2 心臟磁共振(cardiovascular magnetic resonance，CMR) CMR基于不同序列能夠更加清晰地顯示心肌組織的特征及室壁運(yùn)動(dòng)，從而準(zhǔn)確評(píng)估心功能。此外，由于CMR無(wú)創(chuàng)傷、無(wú)電離輻射、可重復(fù)的特點(diǎn)，是公認(rèn)的無(wú)創(chuàng)評(píng)價(jià)心肌灌注、心臟結(jié)構(gòu)和功能的金標(biāo)準(zhǔn)[15]。

2.2.1 磁共振心肌灌注成像 根據(jù)心肌的灌注情況定性和定量判斷冠狀動(dòng)脈功能，是目前無(wú)創(chuàng)評(píng)價(jià)冠狀動(dòng)脈微血管病變的主流方法。Ng等[16]對(duì)63例無(wú)癥狀糖尿病患者進(jìn)行負(fù)荷灌注檢查發(fā)現(xiàn)，糖尿病組患者的心肌灌注儲(chǔ)備指數(shù)低于正常對(duì)照組。S?rensen等[17]研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病伴蛋白尿、視網(wǎng)膜病變患者，首過(guò)心肌灌注儲(chǔ)備與心臟的舒張功能獨(dú)立相關(guān)。Liu等[18]應(yīng)用磁共振心肌灌注成像評(píng)價(jià)不同病程的糖尿病患者時(shí)發(fā)現(xiàn)，病程<5年的早期糖尿病患者存在冠狀動(dòng)脈微血管功能受損，且隨著糖尿病病程的延長(zhǎng)而加重。然而，磁共振心肌灌注成像在評(píng)價(jià)冠狀動(dòng)脈病變方面存在一定的局限性，心肌血流灌注受心律和呼吸等因素影響，并且左心室心內(nèi)膜下的黑邊偽影與灌注缺損的鑒別是限制心肌灌注定量的主要因素。

2.2.2 心臟T1-mapping技術(shù) 心臟T1-mapping技術(shù)可通過(guò)測(cè)量質(zhì)子縱向或自旋晶格持續(xù)時(shí)間定量評(píng)估心肌組織特性，具有像素級(jí)空間分辨率。有研究[19]結(jié)果表明，糖尿病患者靜息時(shí)T1值升高早于心肌應(yīng)變的改變。另有研究[20]結(jié)果顯示，可根據(jù)腺苷負(fù)荷前后T1值判斷心肌梗死患者的心肌病變情況，但其對(duì)糖尿病心肌病的診斷價(jià)值還有待進(jìn)一步研究證實(shí)。Levelt等[21]研究結(jié)果顯示，糖尿病組患者靜息時(shí)T1值與正常對(duì)照組的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，而負(fù)荷后T1值低于正常對(duì)照組，這可能與糖尿病心肌病早期冠狀動(dòng)脈微循環(huán)障礙有關(guān)。但由于樣本量較小，該結(jié)論仍需進(jìn)一步擴(kuò)大樣本量加以驗(yàn)證。負(fù)荷前后T1-mapping相較于磁共振心肌灌注成像無(wú)須注入對(duì)比劑，且受心律、心肌代謝及血壓影響較小，能更加客觀地反映冠狀動(dòng)脈微循環(huán)功能。

通過(guò)改良look-locker反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列，將T1-mapping技術(shù)、心肌延遲強(qiáng)化成像、血細(xì)胞比容相結(jié)合可計(jì)算心肌細(xì)胞外容積(extracellular volume，ECV)，根據(jù)該參數(shù)的變化判斷細(xì)胞外體積情況，如心肌水腫、彌漫纖維化、淀粉樣變性等。糖尿病心肌病早期膠原纖維增多、交聯(lián)引起心肌纖維化，同時(shí)也會(huì)導(dǎo)致心肌細(xì)胞外體積增大。心肌延遲強(qiáng)化成像雖能判斷心肌纖維化，但其對(duì)糖尿病心肌病早期彌漫性纖維化的評(píng)估能力有限。Shang等[22]研究結(jié)果表明，ECV的增大與糖尿病早期的心臟舒張功能不全有關(guān)，且ECV增大的程度與糖尿病病程呈正相關(guān)。還有研究[23]結(jié)果顯示，血糖控制不佳的患者ECV明顯增大，進(jìn)一步證實(shí)高血糖可導(dǎo)致糖基化終末產(chǎn)物增加，使心肌膠原沉積增多，引起心肌間質(zhì)彌漫性纖維化，最終導(dǎo)致心臟舒張功能不全。而Storz等[24]研究結(jié)果顯示，糖尿病和糖尿病前期組患者存在左心室重構(gòu)，但ECV較正常對(duì)照組小，這可能與糖尿病患者的年齡、性別、基礎(chǔ)代謝率、高血壓等代謝危險(xiǎn)因素有關(guān)。Khan等[25]研究結(jié)果表明，ECV是糖尿病心肌病患者預(yù)后的獨(dú)立影響因素。

2.2.3 心臟磁共振特征性追蹤(cardiac magnetic resonance-feature tracking，CMR-FT) CMR-FT能夠根據(jù)心內(nèi)膜和心外膜邊界運(yùn)動(dòng)判斷整體與局部心肌應(yīng)變，由于該技術(shù)無(wú)須使用對(duì)比劑、特殊掃描序列，相較于TDI、STE，其不受心臟旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、幀率影響，對(duì)心功能的評(píng)估更加客觀、準(zhǔn)確。有研究結(jié)果表明，利用CMR-FT測(cè)得的應(yīng)變和應(yīng)變率可反映糖尿病心肌病的早期細(xì)微變化。Chen等[26]研究結(jié)果表明，2型糖尿病患者早期出現(xiàn)不同節(jié)段的心肌受損，其中以基底段應(yīng)變率降低最為顯著。Khan等[27]研究結(jié)果顯示，年輕糖尿病患者的左心室舒張?jiān)缙诜逯祽?yīng)變率與病程呈負(fù)相關(guān)。此外，CMR-FT測(cè)得的GLS可以預(yù)測(cè)ST段抬高型心肌梗死患者的預(yù)后[28]，其在糖尿病心肌病患者中的應(yīng)用有待進(jìn)一步研究。

2.2.4 心肌磁共振波譜成像(magnetic resonance spectroscopy，MRS) MRS是一種不應(yīng)用對(duì)比劑，通過(guò)體內(nèi)相關(guān)元素如31P、1H、13C等磁化后發(fā)生位移改變來(lái)評(píng)估心肌代謝的非侵入性檢查方法。常規(guī)MRI可從組織層面定量心外膜脂肪，但對(duì)心肌的脂肪定量存在一定局限。1H-MRS通過(guò)識(shí)別化學(xué)元素，不僅可以定量心外膜脂肪量，而且對(duì)心肌組織和心肌細(xì)胞內(nèi)的脂肪定量更具優(yōu)勢(shì)。研究[29]結(jié)果表明，糖尿病患者存在異常脂肪堆積，且心外膜脂肪與心臟收縮期和舒張期應(yīng)變率呈負(fù)相關(guān)。Gao等[30]對(duì)糖尿病伴代謝綜合征患者進(jìn)行1H-MRS檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，心肌脂肪變性與心臟灌注功能障礙呈正相關(guān)。31P-MRS通過(guò)計(jì)算磷酸肌酸與ATP的比值反映糖尿病患者高能磷酸鹽的代謝情況及各組織器官內(nèi)線粒體代謝情況。有研究[31]結(jié)果表明，2型糖尿病患者的心肌高能磷酸鹽代謝受損與心肌重構(gòu)有關(guān)。超極化13C可快速檢測(cè)心肌代謝變化，已有相關(guān)研究[32]結(jié)果顯示，糖尿病患者的心肌能量代謝受損。以上研究結(jié)果表明，心肌脂肪變性、能量代謝障礙導(dǎo)致糖尿病心肌病發(fā)生，而MRS可為糖尿病心肌病的早期診斷提供依據(jù)。由于MRS檢查費(fèi)用昂貴，成像易受呼吸和心律的影響，其在臨床推廣仍在一定程度上受限。

3 小結(jié)和展望

隨著糖尿病發(fā)病率的上升，糖尿病心肌病的患病人數(shù)呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，糖尿病心肌病的早期診斷尤為重要，超聲、CMR技術(shù)作為無(wú)創(chuàng)性影像學(xué)技術(shù)，能安全、準(zhǔn)確地對(duì)心肌灌注、間質(zhì)纖維化、心臟的結(jié)構(gòu)和功能等做出早期診斷。糖尿病心肌病的超聲和CMR特點(diǎn)歸納如下：① TDI能夠通過(guò)血流速度和心肌運(yùn)動(dòng)的關(guān)系判斷心功能；② STE通過(guò)測(cè)量糖尿病患者左心室、左心房多維度應(yīng)變判斷心臟的情況；③ CMR的T1-mapping技術(shù)可通過(guò)計(jì)算ECV來(lái)評(píng)估心肌組織特性；④ 心肌灌注成像能判斷心臟微循環(huán)狀態(tài)；⑤ CMR-FT通過(guò)應(yīng)變、應(yīng)變率更加客觀、準(zhǔn)確地評(píng)估心功能；⑥ MRS可判斷糖尿病患者心臟脂肪、能量代謝的異常。這些技術(shù)目前還處于發(fā)展階段，診斷糖尿病心肌病仍需要結(jié)合患者的臨床表現(xiàn)、血清學(xué)指標(biāo)等臨床資料，以更全面地評(píng)估糖尿病心肌病患者的心功能。