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超声心动图评价抗肿瘤药物心脏毒性的研究进展

2016-02-21汪羚利陈少敏综述李昭屏审校

心血管病学进展 2016年5期
关键词:蒽环类心动图左心室

汪羚利 陈少敏 综述 李昭屏 审校

( 北京大学第三医院心内科卫生部心血管分子生物学与调节肽重点实验室,北京100191)



超声心动图评价抗肿瘤药物心脏毒性的研究进展

汪羚利 陈少敏 综述 李昭屏 审校

( 北京大学第三医院心内科卫生部心血管分子生物学与调节肽重点实验室,北京100191)

肿瘤已成为制约人均寿命进一步提高的公共健康问题,对肿瘤进一步的深入研究及新的治疗方法为肿瘤患者带来了福音,但治疗过程中产生的心脏毒性同样不容小觑,这不仅使治疗难以为继,也极大影响了患者的生存期和生活质量。目前评估抗肿瘤药物导致的心肌损害的金标准仍是心内膜活检,由于其的有创性,在临床上应用受到极大的限制。心脏磁共振具有可重复性好、敏感性高的特点,不仅可以显示心脏结构,还可发现心肌细胞水肿及纤维化等早期心肌损害的组织学表现,被认为是除心肌活检外较准确及敏感的评估方法[1],但因该检查持续时间较长、费用较高在临床上仍无法普及。心肌核素显像因固定检查场所限制和无法很好显示心脏结构,限制了其在临床上的应用。超声心动图通过测量心室收缩和舒张功能、组织多普勒技术及斑点追踪技术(speckle tracking echocardiography,STE)评估心脏功能的新方法,可以识别和预测化疗所致心脏毒性,其经济、无创、简便等特点也决定了其在评估抗肿瘤药物造成的心脏毒性方面的独特优势。

1 抗肿瘤药物的心脏毒性

最新的调查显示,中国每年癌症新发病例264.85/10万,其中女性乳腺癌发病率为27.3/10万[2]。抗肿瘤药物对延长肿瘤患者的生存大有帮助,但因肿瘤患者的相对高龄本身即是心血管疾病的危险因素,且随着患者带瘤生存时间的延长,抗肿瘤药物的心脏毒性也日渐凸显。目前常见的可引起心脏毒性的抗肿瘤药物有细胞毒化疗药物(蒽环类、紫杉类以及氟尿嘧啶类等)、分子靶向药物(如曲妥珠单抗和贝伐珠单抗)等,联合化疗在增强疗效的同时也增加了心脏毒性作用。回顾性大数据分析显示,同时应用蒽环类药物和曲妥珠单抗进行化疗的相对高龄乳腺癌患者(年龄>60岁)中高达42%最终发生了心脏损害,包括无症状左心室射血分数(left ventricular ejection fraction,LVEF)下降及心力衰竭[3],研究显示心脏损害多发生在化疗开始后的1~1.5年[4]。

关于抗肿瘤药物心脏毒性的定义目前尚无统一的标准,2002年美国心脏评估委员会(the Cardiac Review and Evaluation Committee of trastuzumab-associated cardiotoxicity,CREC)对曲妥珠单抗相关心脏毒性进行定义:LVEF较基线值下降至少5%至绝对值<55%,伴有充血性心力衰竭的症状或体征;或LVEF降低至少10%至绝对值<55%,不伴有症状或体征[5]。此后的临床研究多沿用这一标准。目前中国蒽环类药物心脏毒性防治指南规定也主要是依据上述标准定义心脏毒性的[6]。2014年美国超声协会及欧洲心血管影像学会的专家共识对肿瘤治疗相关心脏功能异常定义为LVEF较基线值下降10%至绝对值<53%,不论是否有充血性心力衰竭的症状及体征,并在2~3周后重复进行一次检查仍为上述结果,根据LVEF在后续随访中的恢复情况将损害分为可恢复、部分恢复、不可逆、情况不明等4种类型[7],但上述标准并未在临床研究中得到广泛应用。

目前倾向于将抗肿瘤药物造成的心脏毒性分为两种机制。第一种以蒽环类药物为代表,该类药物造成的心脏毒性呈剂量依赖性,细胞损害的主要机制是化疗药物对线粒体生物合成及活性氧物质形成的影响[8],而这些损害作用与患者化疗前是否存在心功能不全及个体基因易感性有关,往往是不可逆的。第二类是以酪氨酸激酶抑制剂曲妥珠单抗为代表,这类药物主要通过细胞内缩血管物质的释放导致心功能的损害,停止使用该类药物心功能即可部分恢复[9]。

2 超声心动图测量LVEF

LVEF是一个公认的评估心脏收缩功能及心力衰竭患者预后的指标,已被广泛用于评估和监测抗肿瘤药物的心脏毒性。2014年美国超声协会及欧洲心血管影像学会的专家共识建议,二维超声心动图测量LVEF时应该用双平面Simpson’s 法[7],即在心尖四腔心和两腔心切面,于舒张末期和收缩末期分别描记心内膜缘,获得左心室的舒张末容积和收缩末容积,计算得到LVEF。一项接受包括曲妥珠单抗治疗的乳腺癌患者的回顾性研究显示,125例中有26例(32.9%)患者发生心脏毒性[10]。另有一项真实世界研究,纳入499例人表皮因子受体2阳性、接受曲妥珠单抗治疗的乳腺癌患者,以LVEF为标准,心脏毒性发生率为27%(133/499),其中41%的患者心脏毒性出现在治疗开始后的3个月内,而大多数患者均有高龄、肾功能异常、其他药物化疗及放疗史等危险因素[11]。

LVEF是一个容积相关参数,易随心脏容积负荷状态而发生改变;二维超声心动图测量LVEF的准确性取决于心内膜描计的准确性,另外二维超声心动图测量LVEF 的方法容易发生变异,不易检测左心室收缩功能的细微改变。研究者在提高化疗患者LVEF检测准确性及敏感性方面做了许多工作。

对比声学造影,超声心动图可提高心内膜的可视度,增加测量LVEF的准确性,但对于其在评估化疗造成的心脏毒性作用中的地位仍未被化疗指南、超声心动图协会指南等所认可。三维超声心动图在数学模型、几何假设、心室透视性等方面弥补二维超声心动图的不足,可以较为准确而客观计算LVEF,较二维超声心动图变异性更小。Walker等[12]在乳腺癌化疗药物致心脏毒性的研究中发现,与二维超声心动图相比,对于评估左心室舒张末期容积及LVEF,三维超声心动图与心脏磁共振具有更好的相关性。Thavendiranathan等[13]比较了二维超声心动图和三维超声心动图测量化疗患者 LVEF 的可重复性,三维超声心动图的变异度为0.06,二维超声心动图则>0.1,三维超声心动图能更可靠地识别抗肿瘤药物所致心脏毒性时LVEF 5% 的幅度变化。运动及药物负荷超声在预估化疗药物导致的亚临床左室功能异常中也有一定的作用。Jarfelt等[14]的研究显示,运动超声心动图可以检测出化疗后亚临床心功能损害,23 例青春期前确诊为急性淋巴细胞性白血病并行蒽环类药物化疗的患者,21年后进行运动负荷超声心动图检查,静息下LVEF及运动负荷下LVEF均较非化疗人群低,其中运动负荷下LVEF的差异更加明显(59.5% vs 77.3%,P<0.000 06),其中10例患者运动负荷下LVEF较静息有所下降。运动负荷超声可通过测量运动负荷下的LVEF发现潜在的心肌损害,但不足之处在于肿瘤患者达到最大运动量有一定的困难,且可重复性较差,因而对于长期随访患者心功能变化存在局限。多巴酚丁胺负荷超声心动图因其可能对患者心功能产生不利影响,因而在临床应用中存在争议。

利用LVEF评价心脏毒性局限性在于LVEF尽管有所下降,但仍在正常范围内,不利于早期发现心脏损害;此外,LVEF 明显降低多发生于心脏毒性晚期,其功能损伤已经难以逆转。由此可见,LVEF 预测抗肿瘤药物的心脏毒性既不敏感,特异性也不高,探索更敏感的其他超声心动图的参数用以评估亚临床的心肌损害非常重要。

3 超声心动图检测左心室舒张功能

临床上常用的评价左心室舒张功能的指标包括:(1)二尖瓣口多普勒血流频谱:常用的参数有舒张早期峰值血流速度(E峰)和舒张晚期峰值血流速度(A峰)的比值(E/A)、E峰的减速时间等;(2)肺静脉血流频谱;(3)组织多普勒测量二尖瓣环舒张早期峰值运动速度E′;二尖瓣舒张早期峰值血流速度E峰与E′的比值(E/E′)等。其中组织多普勒方法为指南推荐评估左室舒张功能的主要方法,室间隔E′<7 cm/s;左室侧壁E′<10 cm/s;平均E/E′>14为舒张功能异常。

左心室舒张功能相关指标较LVEF在早期发现心脏毒性方面有更好的敏感性[15-16]。对使用蒽环类药物化疗的乳腺癌患者的研究显示,左心室舒张功能的减退可在化疗结束后早期出现。Tassan-Mangina等[15]观察了20例使用蒽环类药物化疗的恶性肿瘤患者发现,化疗后早期(1~3个月)即可出现左心室舒张功能指标,包括E峰、E/A 比值和E′的显著降低,3~5 年后复查超声心动图发现,左心室舒张功能进一步恶化,并且出现LVEF 的降低。Lotrionte等[16]通过对39例接受蒽环类药物治疗的乳腺癌患者的研究显示,在化疗开始前、化疗开始后6个月、12个月、24个月行超声心动图检查,E峰、E′在随访过程中变化呈L型,而LVEF的变化曲线呈V型,提示化疗后舒张功能的损害是持续性的,而收缩功能则有恢复的可能。

由于以E/A、E/E′、肺静脉血流频谱等参数判断左心室舒张功能减退在正常人中也有一定的发生率(27.3%)[17],因此左心室舒张功能指标对于早期发现心脏毒性的价值仍具有争议。

4 STE测量应变及应变率

超声心动图STE是近几年发展起来的新技术,在二维或三维图像的基础上,在室壁中选定一定范围的感兴趣区,随着心动周期,分析软件根据组织灰阶自动逐帧追踪上述感兴趣区内心肌组织像素的位置和运动,并与第一帧频图像中的位置相比较,计算各阶段心肌的变形及变形速度,即心肌应变(strain)和应变率,包括纵向应变(longitudinal strain,LS)、径向应变(radial strain,RS)、周向应变(circumferential strain,CS)、应变率、旋转等多个运动参数,能够客观地反映心肌整体及局部功能的改变,有助于发现传统方法无法检测到的隐匿性心肌功能损害,检测方法简单可靠,重复性好,目前广泛应用于临床和试验研究。

不仅动物实验证明,应变及应变率较LVEF更容易发现抗肿瘤药物导致的早期心脏毒性[18],多项临床研究也显示利用STE获得应变相关数据可以较LVEF更早发现抗肿瘤药物导致的心肌损害[19-20]。Kang等[19]对67例接受蒽环类药物化疗的淋巴瘤患者随访发现,利用二维STE于化疗开始前、8个周期化疗完成时(约5个月)LS[(-18.30±1.87)%vs(-16.18±1.92)%;P<0.01]、CS[(-20.37±2.89)%vs (-18.25±2.40)%,P<0.01]、RS[(39.95±5.79)% vs (36.15±5.79)%,P<0.01]均较基线值明显下降,而此时LVEF并未发生明显变化。上述研究表明采用应变这一指标评价心脏毒性较LVEF更敏感。

应变主要包括LS、RS、CS等,探究某个方向应变对总体应变的贡献及应变下降界值对更早预警心脏毒性很有意义。Sawaya等[21]对81例人表皮因子受体2阳性接受蒽环类药物及曲妥珠单抗等药物治疗的乳腺癌患者的研究发现,每3个月对患者进行一次超声心动图检查至15个月,根据CREC制定的标准,有26例(32%)患者发生了心脏毒性,同时显示在蒽环类药物治疗完成时(4~6个治疗周期)的LS对患者后续出现LVEF<50%有很强的预测价值(P<0.000 1),LS<19%预测心脏毒性的敏感性和特异性分别为74%和73%,LS下降超过10%也是后续发生心脏毒性的一个预测指标(P=0.011),而RS和CS则不具有预测价值。Thavendiranathan等[22]通过对384例接受包含蒽环类药物治疗的乳腺癌患者的meta分析发现,整体纵向应变(global longitudinal strain,GLS)早期下降10%~15%对于后续发生的心脏毒性(心力衰竭或无症状LVEF下降)具有很强的预测价值(敏感性为78%~86%,特异性为79%~86%),而整体径向应变(global radial strain,GRS)和整体周向应变(global circumferential strain,GCS)的预测价值要逊于GLS。美国超声协会及欧洲心血管影像学会的专家共识认为,用2D-STE检测GLS较基线值下降15%发生心脏损害的可能性大[7]。

三维STE基于实时全容积扫描,能够同步显示左室壁不同节段心肌的三维运动与变形,不但可以获得斑点运动位移信息,还可以获得心肌的三维图像,在极短时间内全面评估心肌功能,有望在早期发现亚临床的心功能改变。Zhou等[23]针对三维超声心动图进行的可重复性研究显示,三维STE优于二维STE,原因是三维STE可以提供更准确的心肌运动信息,且新的分析软件可以提供更全面的研究数据分析。一项对59例使用蒽环类药物进行治疗的乳腺癌及淋巴瘤患者的研究显示[24],利用三维STE检测,在化疗开始后12周即可发现LS、RS、CS的改变,而此时LVEF还没发生变化,多因素Logistic回归分析提示LS是发生后续心脏损害的独立预测因子(OR=1.09,P=0.04),ROC曲线提示LS下降 13.7%对预测后续发生心脏毒性的敏感性为88%,特异性为71%[24]。虽然STE技术有明显的优势,但也有一定的缺陷,如分辨率不高、对有呼吸系统基础疾病的患者追踪存在一定难度等。

近年来,也有学者利用STE对左心室舒张功能进行检测。Stoodley等[25]观察了52例接受蒽环类药物治疗的乳腺癌者,在化疗开始前1周和化疗完成后1周行二维STE,结果发现在化疗后舒张早期应变率峰值显著降低[(1.00±0.24)s-1vs(0.90±0.22)s-1,P<0.05],化疗后LVEF<55%的患者(n=14)舒张早期应变率峰值下降更为明显[(1.04±0.19)s-1vs(0.80±0.17)s-1,P<0.01]。Yoon等[26]对40例接受蒽环类药物化疗并进行干细胞移植的白血病患儿研究发现,治疗前后(中位数时间9.2个月)LVEF未发生明显下降,而周向收缩应变和周向收缩应变率显著下降,同时周向舒张应变率(P<0.001)及整体纵向舒张应变率(P<0.001)也显著下降,但其对远期心功能预测价值仍需要继续随访。

5 其他技术及参数

声学密度定量通过检测心肌背向散射积分(integrated backscatter,IBS),可以发现心肌组织结构和功能的细微变化。Barutca等[27]通过对20例使用5-氟尿嘧啶化疗患者观察发现,与化疗开始时相比,化疗开始后48 h左心室前壁、后壁的IBS有明显的下降(P<0.003),但在化疗开始后第15天IBS即恢复至基线水平(P<0.05)。Romano等[28]在通过对小鼠的研究发现,蒽环类药物累积剂量达到16 mg/kg时标准化平均心肌IBS(心肌IBS/心包IBS,评价与心肌组成成分相关的绝对回声强度)可明显升高,且对心肌胶原含量具有预测作用。

定量组织速度成像技术是一种基于组织多普勒的新技术,通过分析左室各节段长轴方向的心肌多普勒速度曲线和位移曲线,评价左心室的收缩和舒张功能。张颖等[29]对30例用表阿霉素化疗患者的研究发现,二尖瓣环水平的收缩期峰值速度Vs、收缩期加速度a在累积量达300 mg/m2时明显降低(P<0.05),舒张期峰值速度Ve在累积量达到225 mg/m2时即有显著降低(P<0.05),而E/A、LVEF在累积量分别达到375 mg/m2和375 mg/m2才发生明显变化,提示定量组织速度成像技术比传统方法更敏感地发现左心室收缩和舒张功能的改变。

心肌做功指数(myocardial performance index,MPI)又称Tei指数,是一项综合评价心脏收缩和舒张整体功能的指标,为等容收缩时间(isovolumic contraction time,ICT)、等容舒张时间(isovolumic relaxation time,IRT)之和与射血时间 (ejection time,ET)的比值,即MPI=(ICT+IRT)/ET。有学者对100例用蒽环类药物化疗患者的研究发现,17.7%的患者LVEF出现明显下降,而78.8%有 Tei指数明显下降,且发生在化疗开始后1个月,但Tei指数下降对这部分患者的临床意义需要继续随访和研究[30]。

总之,上述指标在抗肿瘤药物导致心功能损害方面的研究较少,与后续临床心脏毒性发生的相关性尚需进一步探讨。

6 结语

超声心动图因其无创、经济、普及性高等独特优势,在监测抗肿瘤药物造成的心脏毒性中起着重要作用。传统的超声心动图指标LVEF评价抗肿瘤药物心脏毒性仍被普遍接受,但其不能发现早期的心脏损害,在临床应用有一定的局限。普通超声心动图测量的舒张功能相关指标较LVEF敏感性高,但特异性不高。新出现的依托于STE的应变及应变率测量可以发现隐匿性心肌损害,对于早期发现抗肿瘤药物导致的亚临床左心室功能异常具有独特的作用,有望在临床上得到广泛应用。

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Advancement of Echocardiography in Evaluation of Anti-cancer Drugs Induced Cardiac Toxicity

WANG Lingli ,CHEN Shaomin,LI Zhaoping

(DepartmentofCardiology,PekingUniversityThirdHospital;KeyLaboratoryofCardiovascularMolecularBiologyandRegulatoryPeptides,MinistryofHealth,Beijing100191,China)

汪羚利(1991—),在读硕士,主要从事超声心动图研究。Email:wangll2015@126.com

陈少敏(1981—),主治医师,博士,主要从事超声心动图、冠心病等心血管疾病研究。Email:chenshaomin1999@163.com

李昭屏(1959—),教授,博士生导师,博士,主要从事超声心动图、高血压、心力衰竭等心血管疾病研究。Email:zhaoping1223@163.com

2016-04-06

2016-05-12

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