三维面积应变评价射血分数保留心力衰竭患者左心室收缩功能变化

范 苗，任卫东，宋 光，李 颖(中国医科大学附属盛京医院超声科，辽宁 沈阳 110004)

慢性心力衰竭患者中约40%～70%左心室射血分数(left ventricular ejection fraction， LVEF)可处于正常水平，甚至约25%的急性左心衰竭、肺水肿患者的LVEF也可维持正常。2008年，欧洲心脏病年会发布心力衰竭指南，将其命名为射血分数保留的心力衰竭(heart failure with preserved ejection fraction， HFpEF)。HFpEF患者LVEF正常，既往很多学者认为其左心室收缩功能亦正常，心力衰竭症状系由舒张功能障碍引起，但传统治疗方式并未降低HFpEF患者死亡率。近年来对HFpEF的进一步研究发现，其症状并非完全由舒张功能障碍引起[1]，患者已存在早期收缩功能异常。早期检测出HFpEF患者左心室收缩功能损伤情况，可为临床干预和判断预后提供更多依据。三维斑点追踪技术(three-dimensional speckle tracking imaging， 3D-STI)可通过建立容积数据而在三个空间维度准确评估心肌应变，从而快速全面地评价心肌功能，已逐渐获得认可。本研究应用整体面积应变(global area strain， GAS)定量评估HFpEF患者左心室收缩功能，以期为临床早期干预提供依据。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2016年8月—2017年9月于我院就诊的32例HFpEF患者(HFpEF组)，其中男14例，女18例，年龄26～91岁，平均(59.7±17.6)岁；以同期32名身高、体质量及性别相匹配的健康体检者作为对照组，年龄18～69岁，平均(44.4±13.3)岁。入选标准[2]：①存在充血性心力衰竭体征或症状，如肺湿啰音、肺水肿、踝肿胀、肝大、运动或静息时呼吸困难、疲劳等；②左心室收缩功能正常或轻度异常：LVEF>50%，左心室舒张末期容积指数(left ventricular end-diastolic volume index， LVEDVI)<97 ml/m2；③左心室舒张功能减低：舒张早期二尖瓣口血流峰速(E)/舒张早期二尖瓣环运动速度(e')>15；若15≥E/e'>8，则应符合以下4项中的任1项：E/舒张晚期血流峰速(A)<0.5和减速时间(deceleration time，DT)>280 ms，或肺静脉血流频谱(Ard-Ad)>30 ms；左心房容积指数(left atrial volume index， LAVI)>40 ml/m2，左心室质量指数(left ventricular mass index， LVMI)>149 g/m2(男)，LVMI>122 g/m2(女)；心电图示心房颤动；实验室检查：氨基末端脑钠肽前体(N-terminal pro-brain natriuretic peptide， NT-proBNP)>220 pg/ml或脑钠肽(brain natriuretic peptide， BNP)>200 pg/ml。排除标准：①原发性肺动脉高压；②严重肺疾病；③不稳定的冠状动脉疾病，急性冠状动脉综合征；④先天性心脏病；⑤持续性心律失常；⑥心瓣膜病、心瓣膜手术后、严重心瓣膜钙化；⑦严重肾病；⑧严重肝病；⑨起搏器植入术后；⑩心包疾病。

1.2 仪器与方法 采用GE Vivid E9型彩色多普勒超声诊断仪，M5S-D探头(频率2～5 MHz)，4V-D探头(频率1.7～3.5 MHz)。嘱受检者平静呼吸，连接心电图后取左侧卧，应用M5S-D探头采集二维图像，测量左心房收缩末期前后径(left atrium diameter at end-systole, LAd)、左心室舒张末期内径(left ventricular diameter at end-diastole, LVEDd)、舒张末期室间隔厚度(interventricular septal thickness at end-diastole, IVSTd)及舒张末期左心室后壁厚度(left ventricular posterior wall thickness at end-diastole, LVPWTd)；采集二尖瓣血流频谱，测量E和A。选择TDI模式，测量e'，并计算E/e'。应用4V-D探头4D模式，同步显示标准心尖两腔、三腔及四腔观切面，设置拼接6个心动周期后嘱受检者屏气，进入全容积模式，调节帧频≥33.6帧/秒，录制3个以上连续心动周期的完整动态图像。将数据传至GE EchoPac PC工作站，于4D Auto LVQ模式下勾画出舒张、收缩期心内、外膜，通过追踪ROI心肌三维运动信息自动计算出左心室舒张末期容积(left ventricular volume at end-diastole, LVEDV)、左心室收缩末期容积(left ventricular volume at end-systole, LVESV)及LVEF，绘制GAS曲线。

1.3 统计学分析 采用SPSS 17.0统计分析软件。计量资料以±s表示，采用独立样本t检验比较两组数据；以Pearson相关分析评估GAS与LVEF间的相关性。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

与对照组比较，HFpEF组年龄较大(t=3.92，P<0.05)，体质量指数(body mass index, BMI)较高(t=3.08，P<0.05)。HFpEF组中23例(23/32，71.88%)伴高血压， 17例(17/32，53.13%)伴冠状动脉粥样硬化性心脏病， 7例(7/32，21.88%)伴糖尿病。研究期间，HFpEF组中1例死亡，2例进展成为LVEF降低的心力衰竭(heart failure with reduced LVEF, HFrEF)。

HFpEF组LVEDd、E、LVEDV、LVESV以及LVEF与对照组差异均无统计学意义(P均>0.05)。与对照组比较，HFpEF组LAd、IVSTd、LVPWTd、A、E/e'升高，E/A、e'、GAS显著减低(图1)，差异均有统计学意义(P均<0.05，表1)，且GAS值与LVEF呈负相关(r=-0.50，P<0.05)。

3 讨论

Brouwers等[3]发现，过去20年中，HFpEF患者占所有心力衰竭患者的百分比从38%增至54%，并且随着年龄增长，发病率逐渐上升。本研究初步认为老年人中HFpEF发病率较高，与既往研究结果一致[4]；另外，HFpEF伴高血压、冠状动脉粥样硬化性心脏病、糖尿病时，除治疗原发病外，还应注意加强对心功能的保护。

近年来，随着社会老龄化问题加重，高血压、糖尿病发病率升高，预计在未来数十年内HFpEF发病率仍会继续上升。通过深入研究心力衰竭，发现HFpEF患者的症状不完全由舒张功能障碍引起[5-6]。不同学者对HFpEF患者的二维斑点追踪研究结果不尽相同。Yip等[7]通过二维应变得出左心室各个方向的收缩运动均有减低；而Wang等[8]则认为在左心室收缩功能中，圆周方向上的应变及扭转运动均未减低。这是由于二维斑点追踪的局限性，忽略了心肌是在三维方向上的运动，导致跨平面失追踪而造成误差。3D-STI采集容积数据，不依赖角度，不受平面外运动的影响，只要心肌运动发生于三维锥体扫描容积内，三维斑点追踪即可成立。本研究运用3D-STI分析HFpEF患者的室壁运动情况，其中GAS是由纵向和圆周应变复合计算得到的表面积变化百分比，当单个方向应变减低不明显、差异无统计学意义时，GAS可加权两个方向的心肌应变，故可更早检测出左心室收缩异常。Kleijn等[9]认为GAS重复性较好、准确率较高，可以定量评价左心室整体和局部收缩功能。Hayat等[10]指出，GAS敏感度较高，特别适合于早期检测左心室收缩功能改变。

表1 两组间超声心动图参数比较(±s)

表1 两组间超声心动图参数比较(±s)

组别LAd(mm)LVEDd(mm)IVSTd(mm)LVPWTd(mm)E(m/s)A(m/s)E/A HFpEF组38．94±6．0447．66±4．1610．16±3．099．34±1．520．87±0．290．99±0．431．09±0．69 对照组29．88±3．8345．69±4．487．47±0．677．19±0．740．91±0．160．63±0．111．47±0．37 t值6．471．822．902．74-0．854．64-2．75 P值<0．050．07<0．05<0．050．40<0．05<0．05 组别e＇(m/s)E/e＇LVEDV(ml)LVESV(ml)LVEF(%)GAS(%) HFpEF组0．05±0．0218．68±5．8398．16±31．2641．50±16．5458．53±6．42-18．36±8．48 对照组0．12±0．027．63±1．3793．88±21．2337．41±11．2960．56±5．39-25．12±4．76 t值-14．4610．440．601．16-1．373．93 P值<0．05<0．050．550．250．18<0．05

图1 左心室GAS曲线图，黄线代表整体应变，白线代表各节段应变 HFpEF组(A)整体应变曲线峰值较对照组(B)明显减低、后移，各节段应变曲线离散程度较大

本研究结果表明，HFpEF患者GAS较对照组减低，分析原因：①病理解剖显示，HFpEF的组织学特征主要包括心肌肥大、心肌细胞损伤和细胞外基质重构，心肌肥大的主要原因是对心肌的机械刺激，而心肌纤维化可由体液因子释放和微血管周围炎症引起[11]。心力衰竭患者心脏负荷长期增加，心肌所受机械刺激加重，体液因子释放增多，Titin蛋白减低，胶原的数量增加和分布异常，Ⅰ型与Ⅲ型胶原的比例失衡，胶原间的交联增加，引起心肌细胞损伤、纤维化和微血管周围炎症，最终使得心肌运动功能受损。②左心室心肌由内层纵向走行、中层环形走行和外层螺旋形走行的肌束缠绕构成，收缩期纵向和圆周心肌缩短，径向心肌增厚，由于纵向心肌纤维主要存在于心内膜下，因此心肌纵向运动受损。同时，HFpEF患者左心室心肌增厚，耗氧量增加，纤维化加重，造成圆周方向运动减低。面积应变整合了纵向与圆周两个方向心肌运动变化而明显减低，与孙璐等[12]的研究结果一致。另外，HFpEF组LVEDV和LVESV与对照组无明显差异，提示左心室容量尚未发生显著变化，且GAS与LVEF显著相关，由此推测，虽然LVEF尚未减低，但HFpEF患者已存在早期心肌收缩功能减弱。

值得注意的是，仅研究期间，本研究HFpEF组中1例患者因循环衰竭死亡，2例LVEF进行性减低，降至40%以下，进展成为HFrEF而再次入院。国外流行病学研究表明，HFpEF患者的发病率和死亡率与HFrEF患者相似。截至目前，通过对HFrEF的深入研究明显提高了患者生存率[13-14]；但因缺少早期明确诊断和积极有效治疗，HFpEF患者的生存率仍无明显提高[15]，针对HFpEF患者的不良预后，定量风险评估显得尤为重要[16-18]。

本研究的局限性：①研究时间较短，1年内有1例患者死亡，未能对全部研究对象进行长期随访；②因3D-STI需拼接多个心动周期的图像，故未纳入持续性心律失常患者；③3D-STI要求心内、外膜边界显示清晰，未纳入图像质量较差者。

综上所述，GAS省时、敏感、准确，可定量评估HFpEF患者早期左心室心肌收缩运动情况，有助于为临床在HFpEF患者LVEF尚未减低时保护其心功能提供依据。