多參數(shù)心臟磁共振評價糖尿病心肌病的研究進展

文苗，楊智，蔣小鳳，付兵*

1.川北醫(yī)學(xué)院附屬醫(yī)院放射科，四川 南充 637002；2.成都市第五人民醫(yī)院放射科，四川 成都 611130； *通信作者 付兵 1125173278@qq.com

糖尿病（diabetes mellitus，DM）是一種以高血糖、高胰島素血癥和胰島素抵抗為主要病理表現(xiàn)的慢性代謝性疾病。預(yù)計2045年全球罹患DM的患者將超過6.93億[1]。DM患者的糖代謝紊亂會引起血管內(nèi)膜發(fā)生病理性損傷，并加速血管病變的進展[2]；且因其長期處于高血糖狀態(tài)，會導(dǎo)致糖尿病腎病、糖尿病足、糖尿病心血管疾病等一系列并發(fā)癥。其中，心血管并發(fā)癥是導(dǎo)致DM患者心力衰竭、心血管疾病死亡的首要原因[3]。2型糖尿?。╰ype 2 Diabetes，T2DM）患者發(fā)生心力衰竭的風(fēng)險比健康者上升約2倍，且主要表現(xiàn)為保留射血分?jǐn)?shù)的心力衰竭[4]。近年來，越來越多的研究表明，導(dǎo)致DM患者發(fā)生保留射血分?jǐn)?shù)的心力衰竭的首要原因是高血糖所致的糖尿病心肌?。╠iabetic cardiomyopathy，DCM）。DCM主要病理變化表現(xiàn)為心肌細(xì)胞肥大、微循環(huán)障礙、心肌彌漫性間質(zhì)纖維化以及局灶性替代性纖維化[5]。

DCM患者早期僅表現(xiàn)為心肌能量代謝異常、冠狀動脈微循環(huán)損傷及心臟舒張功能障礙，常因無明顯的心血管相關(guān)臨床癥狀被忽視，但上述心肌損傷若能夠早期發(fā)現(xiàn)，其損傷是可以逆轉(zhuǎn)的。因此，早期及時識別DM患者亞臨床期心肌損傷，有助于改善其遠(yuǎn)期預(yù)后[6]。

目前，對DCM的無創(chuàng)性檢查方法主要包括超聲心動圖、心臟磁共振（cardiac magnetic resonance imaging，CMR）、心血管CT以及核素顯像[7]。其中多參數(shù)CMR能夠“一站式”定性和定量評估早期心肌病變，是評估DCM最有希望和前景的技術(shù)。本文對近年來采用CMR評估DCM的文獻進行綜述。

1 DM患者心肌能量代謝的改變

1.1 磁共振波譜（magnetic resonance spectroscopy，MRS） DM患者不僅存在胰島素的絕對降低，還存在細(xì)胞對糖原的利用障礙和心肌能量底物利用效率改變，主要表現(xiàn)為心肌組織葡萄糖氧化降低并伴隨脂肪酸氧化增加、甘油三酯積累[8]。心肌組織中甘油三酯的含量以及心肌磷酸肌酸與三磷酸腺苷濃度比（PCr/ATP）是反映心肌能量狀態(tài)敏感可靠的實驗室指標(biāo)。目前，大量研究證實MRS，特別是磁共振31P譜可以無創(chuàng)性測量T2DM患者心肌甘油三酯的含量及PCr/ATP[9]。

DM患者心肌脂肪變性會導(dǎo)致心臟亞臨床舒張及收縮功能障礙。有研究提示，心肌甘油三酯含量與左心室應(yīng)力損傷具有獨立的相關(guān)性，心肌組織中甘油三酯增多，其心室整體應(yīng)變呈下降趨勢[10-11]。采用MRS定量評價心肌組織中甘油三酯的含量變化，進一步可用來評價DM患者心肌脂肪變性的嚴(yán)重程度，并可據(jù)此監(jiān)測T2DM患者藥物治療的效果。Levelt等[12]的研究表明，DM患者PCr/ATP降低伴有心臟舒張功能障礙，且心臟PCr/ATP降低提示心力衰竭的進展。既往研究表明，早期使用藥物增加T2DM患者的葡萄糖和脂肪酸氧化的效能，可以增強左心室收縮功能，并有效預(yù)防心力衰竭的發(fā)生[13-14]。因此，MRS通過檢測心肌能量代謝輔助診斷早期心肌損害有較好的臨床應(yīng)用價值。然而，磁共振31P譜需要較長時間實現(xiàn)足夠的信噪比，并且在低濃度下對代謝物敏感性較低，在檢查過程中對患者配合度要求較高，檢查成本高，因此目前應(yīng)用較受限[15]。

1.2 化學(xué)交換飽和轉(zhuǎn)移（chemical exchange saturation transfer，CEST） CEST MRI在無創(chuàng)性、無輻射進行組織酸堿度成像及代謝物成像方面具有獨特優(yōu)勢[9]。與MRS相比，CEST技術(shù)具有更高的空間分辨率和靈敏度，可以檢測更細(xì)微的細(xì)胞代謝功能改變。但關(guān)于CEST的研究目前尚處于起步階段，還需要更多研究觀察其對心血管疾病的臨床價值。

2 DM患者心肌微循環(huán)障礙

DM患者持續(xù)的高血糖狀態(tài)會導(dǎo)致冠狀動脈微循環(huán)受損，在T2DM早期階段即可出現(xiàn)微血管功能障礙，進而發(fā)展至心臟收縮及舒張功能障礙，且損傷程度隨著疾病持續(xù)時間的延長而加重[16]。心肌微循環(huán)損傷的嚴(yán)重程度與心肌收縮功能降低呈明顯相關(guān)性，同時，心肌微循環(huán)損傷是T2DM發(fā)生心力衰竭的重要危險因子[17-18]。冠狀動脈微循環(huán)受損導(dǎo)致的亞臨床心肌功能障礙是可逆轉(zhuǎn)的，早期檢測發(fā)現(xiàn)DM患者心肌損害、及早對疾病進行干預(yù)具有重要意義。張展等[19]的大鼠研究證實早期胰島素干預(yù)可以逆轉(zhuǎn)微循環(huán)損傷，改善心肌血流灌注。

首過心肌灌注CMR是一種能夠無創(chuàng)性檢測心肌微血管功能障礙的技術(shù)，具有較高的可靠性和可重復(fù)性，通過“無輻射”定量評估心肌微循環(huán)損傷程度，可無創(chuàng)監(jiān)測心肌微血管功能障礙。該技術(shù)通過首過灌注和心肌負(fù)荷灌注成像技術(shù)定性評價心內(nèi)膜下低灌注，定量和半定量計算心肌灌注儲備指數(shù)。然而，微循環(huán)損傷與心肌應(yīng)變的相關(guān)性尚存在爭議。Zhou等[20]的研究認(rèn)為，心肌灌注受損與心肌應(yīng)變損傷的關(guān)系尚未明確，但與DM患者的病程相關(guān)，同時，該研究強調(diào)通過控制血糖減輕DM患者的心血管負(fù)擔(dān)。Jacobs等[21]提出一種新的全自動方法對CMR成像灌注心肌進行節(jié)段性分析，對冠狀動脈疾病具有很強的診斷價值。在未來的DCM治療策略中，應(yīng)考慮側(cè)重于保留或增加冠狀動脈微血管灌注。

3 DM患者心肌纖維化

3.1 T1 mapping DM患者心肌細(xì)胞能量代謝異常會導(dǎo)致糖原底物沉積，誘導(dǎo)心肌纖維化和心室重塑，引起心室肌硬度增加，導(dǎo)致心臟舒張功能障礙，最終發(fā)生心力衰竭[22]。CMR T1mapping是用于評價心肌彌漫性間質(zhì)纖維化的技術(shù)，能獲得初始T1值、增強T1值和細(xì)胞外容積分?jǐn)?shù)（extracellular volume fraction，ECV）等定量指標(biāo)，其中ECV是評價心肌彌漫性纖維化最敏感的指標(biāo)，可更早發(fā)現(xiàn)心肌損傷[23]。張宏凱等[24]基于T2DM小鼠的研究提出，T1 mapping在檢測DCM彌漫性心肌纖維化方面具有高度特異度和敏感度，并能對疾病的進展進行動態(tài)評價。此外，ECV值的增加程度與HbA1c及病程均具有相關(guān)性[25]，且DM的持續(xù)時間是ECV的獨立預(yù)測因子。Zeng等[26]基于DM兔的研究同樣證實了以上結(jié)果，并提出心肌間質(zhì)纖維化與舒張功能障礙密切相關(guān)。因此，CMR T1 mapping在評估DM患者心肌彌漫性纖維化及疾病的進展監(jiān)測、遠(yuǎn)期的隨訪應(yīng)用中具有較強的臨床價值，也是早期診斷DCM的強大技術(shù)。CEST在早期診斷缺血性心臟病、評估心肌纖維化等方面也有一定的優(yōu)勢，可直接通過內(nèi)源性或無腎毒性外源性對比劑識別早期心肌間質(zhì)性纖維化。

3.2 CMR晚期釓強化（late gadolinium enhancement magnetic resonance imaging，LGE） DM患者不僅存在彌漫性心肌間質(zhì)纖維化，隨著病程的增加，心肌組織中還會發(fā)生局灶性替代性心肌纖維化[27]。LGE則在檢測局灶性心肌纖維化方面具有較高的準(zhǔn)確度和特異度。LGE檢出心肌局灶性替代性纖維化的原理為：心肌壞死后形成瘢痕引起細(xì)胞外間隙擴大，釓對比劑在瘢痕和纖維化區(qū)域沖洗速度較慢，導(dǎo)致LGE局部造影劑滯留濃度升高，從而使瘢痕和纖維化區(qū)域突出顯示。DM患者合并心肌LGE通常伴有心室收縮功能下降，遠(yuǎn)期更易發(fā)生包括心力衰竭及惡性心律失常在內(nèi)的不良心血管事件，且是發(fā)生心血管相關(guān)性死亡和非致死性心肌梗死的獨立預(yù)測因子[28-29]。DM患者局灶性替代性纖維化可進一步分為缺血性心肌纖維化和非缺血心肌纖維化。DM患者普遍存在的內(nèi)皮功能障礙會引起冠狀動脈硬化、細(xì)小冠狀動脈閉塞，進而導(dǎo)致無癥狀性心肌梗死，這種能夠被CMR-LGE發(fā)現(xiàn)的無癥狀性心肌梗死是DM患者的缺血性LGE，在DM患者中較為普遍，通常不能被常規(guī)心電圖識別，但使DM患者發(fā)生遠(yuǎn)期心血管不良事件的風(fēng)險增加8倍[28]。因此，LGE可以用于檢出DM患者是否存在LGE，并據(jù)此指導(dǎo)臨床對DM患者進行危險分層。

4 DM患者心肌力學(xué)改變

左心室射血分?jǐn)?shù)是臨床上評估DM患者左心室功能最方便和經(jīng)濟的檢查指標(biāo)。然而，目前的研究證實，雖然無癥狀的DCM患者射血功能得以保留，但常存在心肌力學(xué)損傷[8,30]，會引起左心室舒張功能不全，可進一步進展為左心室收縮功能障礙，最終演變?yōu)樾牧λソ遊7]。CMR心肌應(yīng)變分析技術(shù)及超聲三維斑點追蹤成像可對心肌應(yīng)變進行定量分析評估，但三維斑點追蹤成像存在一定的局限性，無法完整采集心臟增大患者的圖像而導(dǎo)致圖像采集缺失[31]。CMR組織特征追蹤技術(shù)結(jié)合后處理軟件追蹤心肌節(jié)段的心內(nèi)膜和心外膜邊界的相對運動，對局部及整體心肌力學(xué)改變進行量化分析，從而早期發(fā)現(xiàn)左心室舒張及收縮功能障礙，是目前評估心肌形變參數(shù)的首選技術(shù)，在缺血性心肌病及非缺血性心肌病中得到越來越廣泛的應(yīng)用[32]。亞臨床DCM應(yīng)變損傷可通過CMR組織特征追蹤技術(shù)早期檢出，對患者的早期診治和預(yù)后指導(dǎo)有很大的幫助。

Shao等[33]的研究發(fā)現(xiàn)，在DCM早期，左心房應(yīng)變損傷可能比左心室應(yīng)變出現(xiàn)的更早，而血壓的控制對左心房應(yīng)變損傷及DM腎臟損傷均有改善效果。Zhou等[34]的研究證明，DM前期患者發(fā)生縱向舒張期應(yīng)變峰值率顯著降低，且與HbA1c升高水平相關(guān)。此外，Athithan等[35]研究提示舒張功能障礙是DCM中發(fā)生的第一個功能變化。

5 T2DM患者心肌形態(tài)學(xué)改變

5.1 CMR常規(guī)電影成像 Shang等[36]發(fā)現(xiàn)DCM患者心臟結(jié)構(gòu)的改變主要表現(xiàn)為左心室向心性重塑、左心室質(zhì)量增加，且左心室向心性重塑與遠(yuǎn)期不良心血管事件發(fā)生明顯相關(guān)，是遠(yuǎn)期死亡的獨立預(yù)測因子。Chavali等[37]將DCM的結(jié)構(gòu)和功能改變分為3個階段：早期DCM表現(xiàn)為左心室肌能量代謝變化，且無明顯收縮及舒張功能障礙；中期DCM表現(xiàn)為左心室存在舒張功能損傷且伴有左心室體積增大；晚期DCM則表現(xiàn)為左心室增大以及心臟射血功能下降。CMR常規(guī)電影成像序列結(jié)合后處理軟件，可以對心室大小、容積、左心室射血分?jǐn)?shù)、心肌質(zhì)量等常規(guī)心功能指標(biāo)進行評估，并通過左心室質(zhì)量/左心室舒張末期容積表征左心室重塑指數(shù)，評估DCM患者疾病發(fā)展階段和治療后隨訪。

5.2 四維血流磁共振成像（4D Flow MRI） 4D Flow MRI通過全容積覆蓋評估心臟的血流動力學(xué)變化，可以獲得一系列血流參數(shù)，并能可視化和量化心臟血流狀態(tài)與變化。4D Flow是基于相差序列的一項技術(shù)，具有沿3個流動方向的速度編碼和三維解剖覆蓋[38]。無癥狀DCM患者的早期發(fā)現(xiàn)是降低患者發(fā)病率和死亡率的重點。4D Flow通過評估動能流量參數(shù)，可在心臟發(fā)生器質(zhì)性改變前評估心房及心室功能的早期改變，也可進一步了解心內(nèi)血流對左心室重塑和整體功能的影響[39]。

6 總結(jié)與展望

多參數(shù)CMR是目前評估心臟結(jié)構(gòu)及功能的“金標(biāo)準(zhǔn)”影像學(xué)檢查方法，可通過多平面、多序列與多方位掃描對T2DM患者心臟結(jié)構(gòu)、功能、組織特性及心肌活性等進行多維度評價，能夠檢出DM患者早期心肌能量代謝改變、心肌微循環(huán)障礙、心肌纖維化、心肌力學(xué)及心肌形態(tài)學(xué)改變，在早期發(fā)現(xiàn)心臟病變、指導(dǎo)臨床分級診治方面具有重要意義。隨著技術(shù)的發(fā)展，未來CMR從早期的病理學(xué)診斷轉(zhuǎn)換為病因?qū)W診斷成為可能，在明確發(fā)病機制、指導(dǎo)臨床精準(zhǔn)治療方面具有越來越重要的意義。