超声二维斑点追踪分层应变评价潜水员水肺潜水后左心室收缩功能改变

钱胜利，杨 莉，刘 畅，李 延，高菡静，梅枭雄

(中国人民解放军第161医院特诊科，湖北 武汉 430010)

目前潜水已成为国防、经济、科研、体育休闲和水下救援的一种不可或缺的技术。应用自携式潜水装具(水肺)执行轻潜水作业任务，是潜水员水肺潜水常规训练项目。既往研究[1-3]表明，水肺潜水时，高分压氧可引起心血管适应性反应，潜水后心脏泵血功能会因自由基产生和氧化还原平衡的紊乱而发生轻微改变。常规超声心动图虽可早期发现左心室舒张功能异常，但早期检测其收缩功能细微改变较为困难[4]。本研究采用二维分层应变技术，评估佩戴自携式水下呼吸器的潜水员潜水前后左心室心肌收缩功能，探讨可反映潜水员潜水后早期心肌收缩功能细微改变的超声指标，为潜水员出水康复提供参考依据。

1 资料与方法

1.1一般资料 于2017年6月召集60名健康潜水员，均为男性，年龄21～54岁，平均(32.1±7.8)岁，潜龄2～19年。潜水前记录潜水员心率(heart rate，HR)、血压、血氧饱和度(oxygen saturation， SaO2)、身高、体质量等基本资料。60名潜水员均携带自携式呼吸系统分10批进入恒温潜水系统，潜水深度11 m，潜水时长60 min。本研究通过医院医学伦理委员会审批，所有受试者均签署知情同意书。

1.2仪器与方法 采用GE Vivid E9超声诊断仪，配备M5S探头，频率1.7～3.5 MHz。受试者于潜水前、潜水后即刻、潜水后1天和潜水后3天均接受超声心动图检查。检查时嘱受试者左侧卧，平静呼吸，同步连接心电图，以M型超声于左心室长轴切面测量左心室收缩功能指标，包括心输出量(cardiac output， CO)、左心室舒张末容积(left ventricular end diastolic volume， LVEDV)、左心室收缩末容积(left ventricular end systolic volume， LVESV)、左心室射血分数(left ventricular ejection fraction， LVEF)；再分别获取左心室心尖四腔心、心尖两腔心、心尖长轴及短轴二尖瓣水平、乳头肌水平、心尖水平动态图像，并存储。

将动态图像传至EchoPAC工作站，分别选取左心室心尖四腔心、心尖两腔心、心尖长轴及短轴二尖瓣水平、乳头肌水平、心尖水平动态图像，启用Q-analysis功能，进入2D-strain菜单，分别获取心内膜下心肌整体纵向应变(endocardial global longitudinal strain， GLSendo)、中层心肌整体纵向应变(midcardial global longitudinal strain， GLSmid)、心外膜下心肌整体纵向应变(epicardial global longitudinal strain， GLSepi)及各层心肌各节段圆周应变，计算心内膜下心肌整体圆周应变(endocardial global circumferential strain， GCSendo)、中层心肌整体圆周应变(midcardial global circumferential strain， GCSmid)及心外膜下心肌整体圆周应变(epicardial global circumferential strain， GCSepi)。所有指标均重复测量3次，取平均值。

1.3可重复性检验 采用简单随机抽样法随机抽取10名潜水员作为研究对象，分别由2名经过规范化培训的超声医师独立测量潜水后即刻二维分层应变指标GLSendo、GLSmid、GCSendo和GCSmid；其中1名医师于1周后再次测量上述指标。分析同一医师2次测量和2名医师间测量结果的可重复性和差异。

1.4统计学分析 采用SPSS 19.0统计分析软件。计量资料以±s表示。采用单因素方差分析比较潜水前与潜水后各时间点间各超声指标，两两比较采用LSD法；重复性检验采用Bland-Altman分析法。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1常规参数比较 潜水前、潜水后即刻、潜水后1天、潜水后3天潜水员的收缩压(systolic blood pressure， SBP)、SaO2、LVEDV、LVESV、LVEF总体差异均无统计学意义(P均>0.05)，而舒张压(diastolic blood pressure， DBP)、HR和CO总体差异有统计学意义(P均<0.05)。与潜水前比较，潜水后即刻DBP升高，HR、CO减低，差异有统计学意义(P均<0.05)；潜水后1天DBP恢复至潜水前水平(P>0.05)，而HR、CO仍较潜水前减低(P均<0.05)；潜水后3天DBP、HR、CO均恢复至潜水前水平(P均>0.05)。见表1。

2.2左心室二维分层应变参数比较 潜水前、潜水后即刻、潜水后1天、潜水后3天潜水员GLSepi、GCSmid、GCSepi总体差异无统计学意义(P均>0.05)，而GLSendo、GLSmid、GCSendo总体差异有统计学意义(P均<0.05)。与潜水前比较，潜水后即刻和潜水后1天GLSendo、GLSmid和GCSendo均减低(P均<0.05)；潜水后3天GLSendo、GLSmid和GCSendo均恢复至潜水前水平(P均>0.05)。见表2，图1、2。

2.3重复性检验 观察者内测量GLSendo、GLSmid、GCSendo、GCSmid的一致性界限分别为-5.6%～3.3%、-4.8%～3.6%、-6.5%～4.3%、-7.3%～5.1%；观察者间一致性界限分别为-4.7%～3.4%、-4.2%～2.6%、-7.1%～5.4、-7.8%～5.5%；见图3、4。

3 讨论

潜水是人类进入水下环境，以达到一定目的的一种手段。水下环境对人体来说是异常环境，呼吸气体的供应、静水压、水温、水的密度和阻力、光和声在水中的传播、水下生物影响等因素，都与在正常大气压中不同。为克服客观环境对机体的作用，潜水员常使用不同的潜水装具。在过去数十年中，佩带自携式水下呼吸器潜水是世界各地主要的潜水方式，潜水深度不超过40 m，使用压缩空气或氮氧混合气体(氮气和氧气的混合气体，含氧量不超过40%)作为呼吸气体，无需停留减压，可直接垂直出水；其对健康的影响主要为氧气压力，这种高气压状态，高静水压、高分压氧、高密度的呼吸气体会对人体心脏产生一定影响[4]。

表1 潜水前及潜水后各时间点常规参数比较(±s)

表1 潜水前及潜水后各时间点常规参数比较(±s)

时间HR(次/分)SBP(mmHg)DBP(mmHg)SaO2(%) 潜水前75.60±10.16130.07±9.1270.27±6.6198.13±0.99 潜水后即刻64.60±7.85128.80±12.9074.73±6.5997.73±1.16 潜水后1天71.13±11.82127.92±9.4472.10±3.6998.40±0.83 潜水后3天73.47±8.30129.95±10.0871.81±5.7598.20±0.68 F值3.3190.1085.5721.349 P值0.0260.9550.0120.268 时间LVEDV(ml)LVESV(ml)LVEF(%)CO(L/min) 潜水前119.55±21.9648.41±10.0459.34±5.535.30±1.37 潜水后即刻116.82±24.2347.30±12.0159.45±6.234.60±1.22 潜水后1天123.56±19.8149.32±8.8258.36±5.044.88±1.51 潜水后3天117.07±24.4646.59±12.4058.83±6.225.09±1.03 F值0.1320.1470.4903.754 P值0.9410.9310.6910.041

表2 潜水前及潜水后各时间点二维分层应变参数比较(%，±s)

表2 潜水前及潜水后各时间点二维分层应变参数比较(%，±s)

时间GLSendoGLSmidGLSepiGCSendoGCSmidGCSepi 潜水前-23.69±2.36-20.17±2.93-17.07±3.57-33.88±4.98-21.39±2.30-13.54±1.83 潜水后即刻-20.63±1.61-17.21±3.81-16.78±2.45-30.68±3.20-21.65±3.31-13.57±2.27 潜水后1天-20.90±2.10-18.33±3.07-16.89±2.57-31.03±3.15-21.49±2.61-13.26±2.09 潜水后3天-23.90±2.95-19.81±2.42-17.22±3.48-32.51±4.02-21.47±2.78-13.51±1.42 F值15.28718.1972.2189.3360.6250.579 P值0.001<0.0010.0960.0020.6020.631

图1 男性32岁，心尖四腔心左心室心内膜、中层及外膜心肌的纵向分层应变及应变曲线 A～C.潜水前； D～F.潜水后即刻，GLSendo、GLSmid和GLSepi不同程度减低

图2 男性32岁，左心室短轴乳头肌水平心内膜、中层及外膜下心肌的圆周分层应变及应变曲线 A～C.潜水前； D～F.潜水后即刻，GCSmid、GCSepi无明显改变，GCSendo减低

图3 观察者内GLSendo(A)、GLSmid(B)、GCSendo(C)、GCSmid(D)测量的Bland-Altman分析图

目前国内外关于潜水导致心脏形态和功能改变的研究[5-7]报道较少，结论也不统一。Boussuges等[5]报道潜水员利用水肺潜水30 m、25 min后HR增快，每搏输出量(stroke volume， SV)明显减低，CO保持不变，左心房、左心室内径明显减小，右心室内径稍减小，LVEF无明显减低，但左心室舒张功能明显减退。Castagna等[6]发现水肺潜水30 min后左心房容积、左心室EDV、左心室充盈压均升高，但左心室 SV无明显变化。国内关于水肺潜水后心脏形态和功能改变的研究报道罕见。金玲等[7]认为饱和潜水后第5天心脏形态未见明显改变，但潜水员体质量下降，SV、心搏指数(stroke index, SI)减低、左心室等容收缩时间缩短；潜水后1个月，上述指标恢复至潜水前水平。本研究中，与潜水前比较，恒温水肺潜水11 m、60 min后即刻、1天、3天潜水员LVEF、SBP、SaO2、LVEDV、LVESV均无明显改变(P均>0.05)，而潜水后即刻DBP升高，HR、CO减低(P均<0.05)，潜水后1天DBP基本恢复至潜水前水平(P>0.05)，而HR、CO仍较潜水前减低(P均<0.05)；潜水后3天DBP、HR、CO均恢复至潜水前水平(P均>0.05)。本研究结果提示，潜水对心脏泵血功能有一定影响，但经过休息可以恢复至潜水前水平，与既往研究[5-7]结论一致。

既往观察潜水后心脏泵血功能改变的方法主要是常规超声心动图，缺乏定量分析手段，故无法早期评估心脏收缩功能的细微异常。新兴超声技术的发展，使心脏超声检查从单纯观察心腔室壁形态和运动，发展为准确地定量评估心肌运动。斑点追踪技术克服了传统超声经验性和主观性较强的缺点，为定量评价心肌局部和整体的收缩功能提供了新手段[8]。研究[9-10]发现心脏病变早期患者常无临床症状，且较长时期内LVEF仍在正常范围；而二维斑点追踪分层应变技术可在早期敏感检出左心室收缩功能的轻微异常，且观察者间及观察者内一致性较好[11-13]。本研究采用二维斑点追踪分层应变技术对潜水员潜水前后进行动态追踪观察，获得各时段各层心肌整体纵向应变和圆周应变，结果发现恒温水肺潜水11 m、60 min后即刻及1天，GLSepi、GCSmid、GCSepi无明显改变(P均>0.05)，而GLSendo、GLSmid和GCSendo均减低(P均<0.05)；至3天时恢复至潜水前水平(P均>0.05)。分析原因，可能是因为潜水时HR下降，CO减低，心脏负荷加重，心肌耗氧量增加，从而出现心肌短暂缺血缺氧；心肌缺血时心内膜下小血管网首先受累，因此心内膜下心肌缺血表现更为严重[14]。此外，约70%的心肌肌纤维为纵向走行，环向肌纤维仅占30%[15]，纵行肌纤维具有收缩能力更强、心肌应力更高、需氧量更大的特点，其对缺血缺氧敏感，一旦心内膜下微血管网发生缺血缺氧，长轴方向上的心肌最早出现功能障碍。因此，本研究中GLSendo、GLSmid、GCSendo减低明显，而GLSepi、GCSmid、GCSepi改变却不显著。另外，本研究Bland-Altman分析结果显示观察者内及观察者间具有较好的一致性和可重复性，提示二维斑点追踪分层应变检测潜水员潜水后左心室收缩功能受损情况较准确。

图4 观察者间GLSendo(A)、GLSmid(B)、GCSendo(C)、GCSmid(D)测量的Bland-Altman分析图

本研究的局限性：①采用软件对各层心肌进行划分，分层界限存在与实际不符的可能性；②采用Echo PAC工作站仅可获得各节段圆周应变，并未提供各层心肌的整体圆周应变，取各节段的平均值作为整体圆周应变，其准确性有待证实；③受样本量限制，未对不同潜龄、不同潜水时长、水温及潜水深度对左心室收缩功能的影响进行分析。

综上所述，11 m深度、60 min恒温水肺潜水对左心室心肌收缩功能有所影响，但较轻微，经过短暂休息即可恢复正常。超声二维分层应变技术可早期动态定量评估潜水员潜水后左心室收缩功能改变，对指导潜水员进行科学潜水训练具有一定意义。