三维面积应变评价早期慢性肾病患者左心室心肌收缩功能的变化

刘开薇，任卫东，孙璐，宋光，刘慧，乔伟

（中国医科大学附属盛京医院超声科，沈阳 110004）

·论著·

三维面积应变评价早期慢性肾病患者左心室心肌收缩功能的变化

刘开薇，任卫东，孙璐，宋光，刘慧，乔伟

（中国医科大学附属盛京医院超声科，沈阳 110004）

目的 应用三维面积应变（GAS）评价早期慢性肾病（CKD）患者左心室心肌收缩功能。方法 选取26例CKD 2期患者、20例CKD 3期患者及30例健康志愿者（对照组）。行常规二维超声心动图和三维斑点追踪成像（3D-STE），测量并比较常规超声心动图指标［室间隔舒张末期厚度（IVSTd）、左心室舒张末期内径（LVEDd）、舒张末期左心室后壁厚度（LVPWTd）、舒张末期左心室容积（EDV）、收缩末期左心室容积（ESV）］和3D-STE指标［左心室三维射血分数（3D-LVEF）、三维左心室心肌质量指数（3DLVMi）及左心室整体面积应变（GAS）］差异。结果 与对照组相比，CKD 2期患者的IVSTd增大，LVEDd、GAS减小；CKD 3期的IVSTd、LVESV、3D-LVMi显著增大，LVEDd、3D-LVEF、GAS显著减小。与CKD 2期相比，CKD 3期的IVSTd、3D-LVMi增大，LVEDd、GAS减小，以上差异均有统计学意义（均P＜0.05）。结论 CKD早期患者左心室心肌收缩功能已经减低，可通过GAS来评价。

超声心动描记术，三维；慢性肾病；心室功能，左

心脏衰竭和心源性猝死常常发生在肾脏疾病终末期［1，2］，但研究［3］表明，慢性肾病（chronic kidney disease，CKD）患者在早期时心脏功能损伤就已存在。因此，CKD早期患者的心脏功能检测对预防和降低CKD患者心脏危害十分关键。三维斑点追踪成像技术（three-dimensional speckle tracking echocardiography，3D-STE）是在综合了三维超声心动图和二维斑点追踪成像技术（second-dimensional speckle tracking echocardiography，2D-STE）发展起来的，是基于心肌运动形变和心脏运动机械学的全新定量评价方法，通过左心室全容积成像在三维空间上追踪心肌回声斑点粒子的运动轨迹，摆脱了组织多普勒成像技术的角度依赖性及2D-STE的二维平面局限性，可更客观、全面地评价心室的收缩功能。而其应变指标中的整体面积应变（global area strain，GAS）在反映左心室心肌功能的变化上最为敏感［4］。本研究应用GAS来评价CKD早期患者左心室心肌收缩功能，旨在为评价CKD早期患者左心室心肌收缩功能损伤提供依据。

1 材料与方法

1.1 一般资料

选取2014年4月至2015年5月于我院肾内科就诊的病情稳定的CKD早期患者46例，其中CKD 2期26例（CKD2组），男14例，女12例，年龄30～60岁，平均（46.50±9.91）岁，包括慢性肾小球肾炎12例，肾病综合征8例，多囊肾6例；CKD 3期20例（CKD3组），男11例，女9例，年龄26～59岁，平均（48.95±9.72）岁，包括慢性肾小球肾炎14例，肾病综合征4例，多囊肾2例。入选标准：依据2002年美国肾脏病基金会颁布的《慢性肾脏病的临床实践指南》（K/DOOI）诊断标准［5］：（1）2期：肾小球滤过率（glomerular filtration rate，GFR）60～89 mL/min，伴肾脏损害≥3个月，临床上表现为肾脏病理学检测结果异常或出现反映肾脏损伤的指标，包括影像学检查和血、尿液等成份出现异常；（3）3期：GFR 30～59 mL/min。根据MDRD公式计算GFR［6］。CKD患者经二维及M型超声测量，左心室射血分数（left ventricular ejection fraction，LVEF）均＞50%，无心包积液，未进行透析治疗。排除标准：部分室壁运动异常、冠心病、中度至重度的瓣膜反流或狭窄、心肌梗死、心力衰竭、心律失常、肺高压、原发性高血压、有肾移植手术史、糖尿病、除CKD外的影响心脏结构和功能的代谢性和全身性疾病以及不标准的超声心动图图像。同期另择与CKD组患者性别、年龄相匹配的健康志愿者30例作为对照组，男16例，女14例，年龄38～60岁，平均（49.47±5.63）岁。以上受检者均知情同意。

1.2 仪器与方法

应用GE Vivid E9超声诊断仪，M5S-D探头，2.0～5.0 MHz，4V-D探头，1.7～3.5 MHz。嘱受检患者采用左侧卧位，同步连接并记录心电图，静息状态下用M5S-D探头采集常规二维超声图像，测量左心室舒张末期内径（left ventricular at end-diastole diameter，LVEDd）、舒张末期左心室后壁厚度（left ventricular posterior wall thickness at end-diastole，LVPWTd）以及舒张末期室间隔厚度（interventricularseptal thickness at end-diastole，IVSTd）。更换为4V-D探头，在标准心尖四腔心切面下进入4D模式，获取清晰心尖两腔、三腔和四腔心切面，适度地调整图像深度及扇角，应尽量包裹左心室全部心肌，取得最佳帧频。随后进入全容积模式，在嘱患者屏气后，采集由6个心动周期拼接构成的动态三维灰阶图像并同时选取由3个连续心动周期组成的动态图像。进入Echo Pac PC工作站，在4D-Auto LVO模式下，勾画出收缩期及舒张期的心内、外膜，从而计算出左心室的舒张末期容积（end-diastolic volume，EDV）及收缩末期容积（end-systolic volume，ESV）、三维左室心肌质量指数（three-dimensional left ventricular mass index，3D-LVMi）、三维左心室射血分数（three-dimensional left ventricular ejection fraction，3D-LVEF），绘制GAS曲线（图1）。

图1 左心室三维整体面积应变图Fig.1 Left ventricular GAS graphs

1.3 统计学分析

2 结果

2.1 组间临床资料比较

CKD2、CKD3组收缩压指标均高于对照组，并且CKD3组收缩压指标显著高于CKD2组；与对照组相比，CKD3组舒张压指标升高；CKD2、CKD3组血清肌酐（serum creatinine，Scr）指标升高，并且CKD3组显著高于CKD2组，以上差异均有统计学意义（均P＜0.05）；3组间性别、年龄、身高、体质量差异均无统计学意义（P＞0.05）。见表1。

表1 3组临床资料比较（）Tab.1 Comparison of baseline clinical characteristics（）

表1 3组临床资料比较（）Tab.1 Comparison of baseline clinical characteristics（）

1）P＜0.05 vs control group；2）P＜0.05 vs CKD2 group.SBP，systolic blood pressure；DBP，diastolic blood pressure；Scr，serum creatinine；NA，not applicable or not performed.

Group n Male/female Age（year） Height（cm） Weight（kg） SBP（mmHg） DBP（mmHg） Scr（μmol/L）Control 30 16/14 49.47±5.63 165.87±7.48 62.23±5.84 120.07±10.60 81.80±5.65 NA CKD2 26 14/12 46.50±9.91 168.35±8.58 63.46±5.62 128.08±11.501） 85.58±8.87 147.82±19.12 CKD3 20 11/9 48.95±9.72 166.05±8.74 61.90±8.17 153.75±18.491），2） 89.25±6.931） 311.62±62.882）

2.2 组间二维超声心动图及3D-STE测量参数比较

与对照组相比，CKD 2组的IVSTd增大，LVEDd、GAS减小；CKD 3组的IVSTd、LVESV、3DLVMi显著增大，LVEDd、3D-LVEF、GAS显著减小，差异均有统计学意义（P＜0.05）。与CKD 2组相比，CKD3组的IVSTd、3D-LVMi增大，LVEDd、GAS减小（均P＜0.05）；而LVPWTd、LVEDV指标差异均无统计学意义（P＞0.05）。见表2。

表2 3组二维超声心动图及3D-STE测量参数比较（）Tab.2 Comparison of 2D echocardiographic parameters and 3D-STE echocardiographic parameters（）

表2 3组二维超声心动图及3D-STE测量参数比较（）Tab.2 Comparison of 2D echocardiographic parameters and 3D-STE echocardiographic parameters（）

1）P＜0.05 vs control group；2）P＜0.05 vs CKD2 group.

Group IVSTd（mm） LVPWTd（mm） LVEDd（mm） LVEDV（mL） LVESV（mL） 3D-LVEF（%） 3D-LVMi（g/m2） GAS（%）Control 8.17±0.79 8.13±0.63 47.13±3.30 88.40±10.03 33.53±7.00 60.30±3.72 90.70±7.75 -31.36±3.25 CKD2 9.62±2.331） 8.14±0.84 45.08±3.261） 90.12±16.47 37.04±10.15 59.35±5.39 94.77±10.14 -21.23±2.521）CKD3 11.24±1.011），2） 8.46±0.79 43.47±1.581），2） 89.20±10.90 37.80±4.481） 57.50±2.961） 107.90±16.311），2） -17.95±4.251），2）

3 讨论

CKD患者多由于体内水钠潴留而引起血流动力学改变，心脏容量负荷增加、继发性高血压导致心脏压力负荷加重、代谢毒素的累积、贫血、营养物质缺失、慢性炎性反应持续状态、钙磷等离子代谢紊乱、血半胱氨酸的水平升高、继发性甲状旁腺功能亢进及神经体液等多方面因素均可引起心肌细胞改变，造成心肌结构和功能异常［7］。CKD早期患者即已经出现心肌损伤，虽然常规超声心动图检测LVEF指标尚在正常范围，但左心室心肌收缩功能亦可能受损。

3D-STE突破了2D-STE二维平面的限制，从立体空间上追踪心肌斑点的运动，测量各个方向上的心肌应变，能更真实反映心肌的变形和运动，更准确、客观地评价心脏的功能［8］。Saito等［9］通过对3DSTE和2D-STE测量正常人16节段的纵向、径向及圆周应变结果进行比较，认为3D-STE可行性和重复性均好，较2D-STE相比，图像获得和数据分析速度更快。Maffessant等［10］对正常及缺血心肌节段进行对比研究时，认为3D-STE较2D-STE检测节段性室壁运动减弱可以更敏感。

GAS是3D-STE引入的一个全新的参数，用以评价室壁整体和节段运动。GAS依从于心内膜的变化，代表了心内膜表面的形变，是纵向和圆周方向上应变的复合。Sebastiaan等［11］研究结果显示GAS能够准确评价左心室局部和整体收缩功能，并且重复性较好。Wen等［4］认为GAS可体现左心室功能发生的任何微小改变，即使整体纵向和圆周收缩峰值应变尚未出现具有统计学意义的减低时，GAS通过对两者加权，可表现出统计学差异，对左心室心肌收缩功能异常的检测可以更早、更敏感。本研究发现CKD患者GAS较对照组明显减低，并伴随疾病进展进行性下降，分析其原因可能是：CKD可引起多种神经体液等方面的异常，导致左心室心肌损伤。当心脏负荷长期增加时，心内膜下心肌所受应力最大，易发生心肌纤维化和微血管功能异常，而纵向心肌纤维主要存在于心内膜，因此出现心肌长轴方向损伤。同时，随着左心室心肌增厚，心内膜下心肌需氧量增加，心肌纤维化加重，单位心肌供血减少，心室顺应性下降，使得环向功能下降，圆周方向应变减低。面积应变整合了两者的相对变化，呈降低趋势。本研究中，CKD 2期患者与对照组相比，3DLVEF无统计学差异，而GAS已出现显著下降（P＜0.05）。虽然3D-LVEF是通过描记经三维重建后的左心室心内膜，测量心室容积在全心动周期内的变化所得，但GAS是在对全层心肌进行加权后所得，因此可以比3D-LVEF更敏感地反映左心室心肌收缩功能的变化，与之前孙璐等［12］研究结果一致。

在本研究中，CKD早期患者便出现了血压升高，随着Scr值升高，GFR逐渐下降，体内肾素-血管紧张素-醛固酮系统被激活，血管紧张素Ⅱ增多，血压也同时升高。而血压升高也同时刺激心肌肥厚、纤维化，心肌间质纤维化，影响左心室心肌收缩功能。本研究亦发现CKD患者的LVSTd增大、LVEDd减小、3D-LVMi逐渐增大，与章子铭［13］研究结果一致，说明CKD早期即可导致心肌肥厚，心脏构型出现变化。向心性重构可能是左心室适应性变化的重构方式，CKD患者的左心室适应性变化可能与心肌细胞损伤有关。研究［14］认为CKD进展时，一旦GFR＜60 mL/min，意味者肾脏功能50%已经丧失。CKD 2期时，肾功能尚处于代偿期阶段，心肌受损情况相对较轻，与对照组相比，3D-LVEF、3D-LVMi尚未出现统计学差异。CKD 3期时，肾脏功能已处于失代偿期，致心肌损伤因素的作用增强，使得左心室心肌收缩功能与对照组相比明显损伤，并较CKD 2期加重。

综上所述，CKD早期患者即已经出现不同程度的左心室心肌收缩功能异常，通过GAS可以早期检测出CKD患者的左心室心肌收缩功能下降，定量评估CKD早期患者心肌功能，为临床对CKD早期患者心脏功能损伤的防治提供有价值的参考。本研究尚存在一定局限性：（1）样本量较小；（2）未对CKD患者根据心室构型不同进行分组，且无长期随访；（3）3D-STE对图像质量要求高，需在拼接的全容积图像上进行斑点追踪，易出现拼接错位。

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（编辑 武玉欣）

Three-dimensionalArea Strain in Evaluating the ChangesofLeftVentricular MyocardialContractional Function in Patientswith Early Chronic Kidney Disease

LIUKai-wei，REN Wei-dong，SUNLu，SONGGuang，LIU Hui，OIAOWei
（DepartmentofUltrasound，Shengjing Hospital，China MedicalUniversity，Shenyang 110004，China）

Objective To assess the early changes of left ventricular myocardial contractional function in patients with early chronic kidney disease（CKD）using three-dimensional global area strain（GAS）.Methods A total of 26 cases of CKD2，20 cases of CKD3 and 30 cases of healthy subjects as controlgroup were recruited in this study.Parameters oftwo-dimensionalechocardiography including leftventricularatend-diastole diameter（LVEDd），interventricularseptal thickness at end-diastole（IVSTd），left ventricular posterior wall thickness at end-diastole（LVPWTd），end-diastolic volume（EDV），end-systolic volume（ESV）and parameters of 3D-STE including three-dimensional left ventricular ejection fraction（3DLVEF），three-dimensional LV mass index（3D-LVMi），and global area strain（GAS）were calculated and compared.Results Compared with the control group，IVSTd was increased in CKD2 group，while LVEDd and GAS were decreased；in CKD3 group，IVSTd，LVESV，and 3D-LVMi were increased，LVEDd，3D-LVEF，and GAS were decreased.Compared with the CKD2 group，in CKD3 group，IVSTd and 3D-LVMi were increased，LVEDd and GAS were decreased（P＜0.05）.Conclusion On the early stages of CKD，the left ventricular myocardial contractive function was reduced，which can be detected by 3D-STEwith GAS.

echocardiography，three-dimensional；chronic kidney disease；ventricular function，left

R540.45；R692.9

A

0258-4646（2016）02-0116-04

10.12007/j.issn.0258-4646.2016.02.005

辽宁省科学技术计划（2013225049）

刘开薇（1990-），女，硕士研究生.

任卫东，E-mail：renwd01@163.com

2015-11-19

网络出版时间：