超声心动图在肺动脉高压患者中的应用

周贵明 综述，黄灿亮 审校

（天津医科大学总医院心内科，天津 300052）

肺动脉高压（pulmonaryartery hypertension，PAH）是指孤立的肺动脉血压增高，而肺静脉压力正常，主要原因是肺小动脉原发病变或其他的原发疾病而导致的肺动脉阻力增加，目前被划分为肺高压的第一大类[1]。PAH可分为原发性PAH和由其它疾病包括慢性阻塞性肺疾病（COPD）、胶原血管性疾病、左向右分流的先天性心脏病、门脉高压和人免疫缺陷病毒（HIV）感染等引起的继发性PAH。PAH是一种进展性的疾病，这些疾病最终都与导致右心衰竭和死亡的进行性肺血管阻力增加有关。右心衰竭是所有类型肺动脉高压患者致残、致死的共同途径，而PAH是右心衰竭的最主要原因，其病因复杂、诊断治疗棘手，致使该领域长期发展缓慢。然而，右心衰竭的防治也是心血管科医师无法回避，且越来越重要的卫生保健问题[2-3]。PAH患者的存活期与血流动力学损害，心功能分级，6min步行运动量和原发病因相关[4-5]。对PAH的诊断分级和心功能的评估关系着治疗方案的选择。一直以来，右心导管是临床诊断PAH的主要参考标准。但右心导管为有创检查，且费用较高，不利于普查及随诊复查。探索无创诊断PAH的超声心动图方法以及对PAH患者右心功能准确快速的评估，无论对临床还是对科学研究都具有非同寻常的意义。

1 研究背景与历史

PAH主要表现为肺血管阻力和压力的进行性升高，导致呼吸困难、乏力、晕厥甚至右心衰竭。在西方国家，随着研究的进展，PAH已逐渐成为备受重视的一大类心血管疾病。2004年美国胸科医师学院（ACCP）及欧洲心脏病学会（ESC）分别依据循证医学证据制定了各自的肺动脉高压诊断治疗指南，规范了临床的诊断和治疗行为，提出了标准的诊断和治疗流程，使患者预后得到很大改善[6]。对于PAH如能早期诊断及时治疗，可望阻抑病情的发展，提高生活质量和生存率。超声心动图对肺动脉高压的研究源于70年代，从相控阵探头超声系统进入临床应用后便已开始。80年代以后，随着多普勒技术应用的展开，对PAH的研究也围绕着对频谱多普勒（PW）及跨瓣压差的研究而广泛开展。1983年Mahan及Atbatake先后报道了应用PW评估PAH的方法。此后一系列的相关研究均证明了应用PW测量时间间期、连续多普勒（CW）测量三尖瓣返流和肺动脉返流压差以及分流压差，能够定性及定量诊断PAH[7-10]。90年代以后随着对PAH的认识及治疗方法的改进，超声研究也由对PAH的诊断转到对PAH治疗效果及预后评价。综上所述，超声对PAH的研究进程是伴随着基础医学及临床医学对PAH认识的不断深入而进展的，基础研究对PAH病因学不断揭秘，推动着临床治疗方法不断创新，同时也对检查方法提出了更新的要求和启示，检查手段不断进步和创新发现也促进临床和基础科研发展。

2 目前超声心动图测量肺动脉压的方法

2.1 瓣膜返流或心内分流的速度 应用频谱多普勒超声技术可准确测得心内分流或瓣膜返流速度，根据简化Bemoulli方程可定量估测心腔间压差或跨瓣压差，从而估测肺动脉压力。

2.1.1 三尖瓣返流、肺动脉瓣返流 测得三尖瓣返流最高流速，根据简化Bernoulli方程（ΔP=4V2，V为最大返流速度）可求得右心室与右心房之间压差。若无右室流出道梗阻，肺动脉收缩压（PASP）与右心室收缩压（RVSP）相似，即：PASP=RVSP=右房压（RAP）+三尖瓣跨瓣压差（ΔP）。其中右房压估计为5mmHg，若三尖瓣返流明显，下腔静脉扩张，估计为10mmHg；右心衰竭时为15mmHg。Berger等为简化运算，认为可应用PASP=4V2×1.23mmHg估算PASP（V为最大返流速度）。根据肺动脉瓣返流速度可算出肺动脉瓣跨瓣压差，从而可估测肺动脉舒张压（PADP），即PADP=肺动脉跨瓣压差+右室舒张早期压（RVDP）。无右心衰竭时右室舒张早期压为零，则PADP=肺动脉瓣跨瓣压差。Tanabe等[11]对25例PAH患者与心导管测压进行对比研究，结果发现超声估测的PADP与心导管实测值高度相关（r=0.93），轻微返流和偏心返流时不易获得清晰血流频谱及最高流速，可影响估测准确性。

2.1.2 动脉导管未闭 根据动脉导管未闭分流速度可计算出主动脉与肺动脉间收缩期最大压差（SPPG）及舒张期最大压差（DPPG），并可估测肺动脉收缩压及舒张压[12-13]。一般用肱动脉压代替主动脉压，其收缩压及舒张压与收缩期及舒张期最大压差的差值，即为肺动脉收缩压及舒张压。

2.1.3 室间隔缺损 根据经过室间隔缺损分流的最大速度（VMAX）可计算左、右心室间压差（ΔP），若无左心室流出道梗阻，可用肱动脉收缩压替代左心室收缩压。肱动脉收缩压与最大压差的差值为右心室收缩压。应从多切面仔细测量室间隔缺损的最大分流速度。应用多普勒超声技术测量左、右心室间压差，估测肺动脉压力，其与心导管实测值高度相关[14]。

2.2 肺动脉血流频谱时间间期参数 PAH时，右心室收缩需较长时间才能克服肺动脉压使肺动脉瓣开放，因此右心室射血前期时间（PEP）延长。一般认为射血时间（ET）与心率有关，肺动脉压力升高时ET正常或略有缩短。肺动脉瓣提前关闭，因此加速时间（AT）缩短。肺动脉血流频谱由对称圆顶状演变为峰值前移图形，并且这种图形的异常程度与肺动脉高压程度有关[15]。Kitabatake等研究发现肺动脉平均压（PAMP）小于 20mmHg时，AT 为（137±24）ms，PAMP大于 20mmHg时，AT 为（97±20）ms，两者间有显著性差异。AT、AT/ET与PAMP呈高度负相关（r=-0.90、-0.88）[16]。Hatle 等研究发现，当 PEP/AT<0.34、AT/ET>0.36时无PAH。研究发现应用胸骨旁右心室流出道长轴切面，取样容积为0.22 cm，置于肺动脉瓣口时，超声束与血流方向的夹角（θ）小于20度，PASP、PAMP与肺动脉血流曲线加速度相关性较好（r=0.72、0.65），与PEP/AT相关性较差（r=0.53）。由于肺动脉血流频谱时间参数受检查切面、取样容积位置及大小、超声束与血流方向夹角等因素影响，根据这些参数估测肺动脉压的研究结果差异较大。

3 超声测量肺循环阻力

肺血管阻力（PVR）是指肺循环血液流经肺血管床阻力，与肺循环血流量（QP）、PAMP及肺小动脉楔压（PAWP）有关，PVR=（PAMP-PAWP）/QP×体表面积（BSA）。左向右分流型先心病主要是高血流量导致肺小动脉病变，肺阻力增高，肺静脉无病变或病变较轻，故可以用全肺阻力（TPR）代替PVR。TPR=PAMP/QP×BSA。

3.1 超声测量QP 近年来国内外报道应用多普勒超声测量心排量（CO），与右心导管测量结果高度相关。此后多项研究表明运用流速时间积分法测量的CO与有创的右心导管测量结果有很好的相关性[17]。在动脉水平没有分流的情况下，右心排血量等于肺循环血流量。QP=肺动脉瓣口表面积（PVA）×肺动脉瓣口血流流速时间积分（PVVTI）×心率（HR）。在肺动脉瓣发育正常时，PVA=π×[肺动脉瓣环内径（PVD）/2]2，QP 单位是 L/min，PVA 单位是 cm2，PVVTI单位是cm，故计算时需要换算单位，这样QP=π×（PVD/2）2×PVVTI× HR× 0.001。动脉导管未闭时，由于动脉水平分流，主动脉瓣口血流量等于肺循环血流量，QP=π×（AVD/2）2×AVVTI×HR×0.001（AVD 为主动脉瓣环内经，AVVTI为主动脉瓣口血流流速时间积分）。

3.2 用QP测量TPR 根据公式TPR=PAMP/QP×BSA，PAMP=PPR+PRA，QP按照上述流速时间积分法测量。有研究者对室间隔缺损（VSD）和动脉导管未闭（PDA）合并PAH患者，运用上述公式测量TPR与右心导管测量结果高度相关，r=0.97。缺点是对于无肺动脉瓣返流或肺动脉瓣返流过少的患者无法使用。中量以上肺动脉瓣返流时，QP会被低估，用上述方法测量需要矫正。

3.3 用三尖瓣返流速度测量TPR Abbas[18]运用多普勒超声心动图研究无创测量TPR的方法，发现三尖瓣返流速度 (TRV）与右室流出道速度时间积分VTI(VROT）比值与PVR高度相关，r=0.929，回归分析得出相关公式PVR=TRV/TVI(RVOT）×10+0.16，与右心导管测值比较，一致性较好（平均数0+/-0.41）。

4 超声心动图在右室功能评价中的应用

4.1 Tei指数 Tei指数即 (右室等容收缩时间+右室等容舒张时间）/右室射血时间[19]。Tei等首先将这一指数应用于评价右室整体功能，发现原发性肺动脉高压患者与正常对照组相比右室等容收缩时间、右室等容舒张时间明显延长[(135±43）msυs(85±41）ms，（49±9）ms υs（38±7）ms，P 均<0.001]，右室射血时间明显缩短[（241±43）msυs（322±21）ms，P<0.001]，而Tei指数的差别则更为明显[（0.93±0.34）υs（0.28±0.04），P<0.001]。Tei指数不受心率、右室压力、右室扩张、三尖瓣返流等因素的明显影响，因此被认为是一种实用且简便的评价右室功能方法。Ishii等[20]在观察了健康和先天性心脏病的儿童后发现，Tei指数在儿童的右室评价中也有很好的应用价值。

4.2 二维应变和二维应变率 心肌的解剖排列决定了其收缩形变（应变）。心肌运动发生在3个空间方向上：长轴（心底-心尖方向）、径向（辐射状向心方向）与轴向（以收缩“重心”为中心的圆周旋转方向）。理论上，应力-应变关系要比压力-容积关系更能敏感地反映组织的功能特征，因而心肌应变是反映心肌收缩性的直接而客观的指标。在健康人中，不论是收缩期还是舒张期，应变、应变率在整个心室的分布和传播是协调有序的。心肌的径向应变/应变率要高于纵向，右室纵向应变／应变率高于左室。室间隔和左室各个室壁，在长轴方向上的应变，应变率在各个节段上是均匀一致的。但也有人认为，左室基底段的应变率高于中间段和心尖段。二维应变与在组织多普勒上心肌应变分析结果一致性良好。研究结果显示，二维应变的测值与组织多普勒测值之间高度一致（应变r=0.94；应变率r=0.96）；在临床上，二维应变对心肌形变能力的分析是可行的，可作为心脏的常规检查[21]。

二维应变是近年全新的超声定量分析工具，追踪心肌斑点的运动并计算速度与应变。其优势：它排除了心脏整体移动和周围组织牵拉对心肌运动速度的影响，反映局部心肌本身的变形速率，准确评价局部心肌的收缩和舒张功能的同时，也解决了组织多普勒应变成像、应变率成像受角度和应变长度影响。这种新方法提供了一种详细客观的检查右室局部收缩功能的方法，弥补了传统二维超声与组织多普勒的不足[22]。近年国外Borges等[23]对37名肺动脉高压患者和38名健康人用二维应变与基于组织多普勒的应变分析右心室整体和局部收缩功能，右心室中度或者重度功能障碍，右室游离壁基底段收缩期长轴二维应变[R=（-8.8±-4.1）%]比正常[R=（-24.3±-4.7）%，P<0.001]或经扩血管治疗后的PAH患者 [R=（-13.3±-6.2）%，P<0.001]有明显的减低。国内学者高继康等[24]应用二维应变和应变率技术对肺心病患者右室功能研究，发现峰值应变和峰值应变率分别对所有9个节段和其中3个节段评估收缩功能方面有一定的意义，并且对这12个参数进行了诊断试验，发现它们的特异性都较高（最低为前壁中段PSTR，61.53），说明利用二维应变和应变率对筛选出正常节段心肌是有帮助的，峰值S是一个很好的指标，它能对所有右室壁节段的局部收缩功能分析具有意义，对其中部分节段还可作出较为明确的判断；峰值SR对部分节段也有很好的诊断价值。

5 未来展望

现在超声测量肺动脉压及心排血量的方法多数已存在了十几年以上，反复的临床及实验室试验证明了这些方法的实用性和有效性。由压力和血流量计算出来的阻力参数也应该同样可靠和实用。新的二维、M型、多普勒技术的不断发展会进一步改善超声无创评估心脏血流动力学的能力。声学造影可以增强瓣膜返流频谱，对于肺动脉瓣返流量少难以测量PR的患者可以帮助准确测量。三维超声的飞速发展瞬间，有望成为另一种准确测量心排量的无创方法。二维应变成像技术与其他新技术一样，也需要不断完善。动物实验及临床均表明二维应变成像技术有广阔的应用前景。随着自动定量分析技术的进一步完善，可以提供实时动态心室壁各部位和各层次运动信息；一维到动态三维显示方法的逐渐完善，有助于揭示局部心肌运动与心肌结构之间动态和立体的关系；与心肌声学造影、负荷超声等技术相结合，将有助于心肌灌注的评价及存活心肌的识别。

另外，相对于右心导管，超声心动图的一大优势是其图像显示功能。对心脏结构变化的分析，心功能的评估可以帮助对PAH程度及阶段乃至预后的判断。一些治疗手段的效果也可以通过心内结构及血流动力学的改变做出评价，发挥超声心动图的无创监测功能。目前，国外在PAH的治疗方面已经取得了实质性的进展，出现了一些新型的治疗PAH的药物如前列环素类似物、内皮素受体拮抗剂等，并且依据多中心临床试验制定了循证医学治疗策略。今后随着超声心动图新技术的不断发展和应用，一定会为PAH的治疗提供更多客观可靠的证据支持。

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