射血分数保留的心力衰竭左心室舒张功能的影像学评价

王 月 武柏林*

射血分数保留的心力衰竭 （heart failure with preserved left ventricular ejection fraction，HFPEF）指具有心力衰竭的症状和体征，左室射血分数（left ventricular ejection fraction，LVEF）大致正常而心脏舒张功能障碍的综合征。目前该病尚未形成统一的命名，因此不同的研究机构与研究者使用了不同的名称，例如舒张性心力衰竭、收缩功能保留的心力衰竭、射血分数保留的心力衰竭、射血分数正常的心力衰竭等。HFPEF的发病率占所有心力衰竭病人的50%～55%，患病率每10年增加10%，明显高于射血分数减少的心力衰竭[1]。HFPEF常累及患有非心脏性慢性或老年性疾病的人群[2]，具有明显的性别倾向，以女性多见，此点恰与射血分数下降的心力衰竭情况相反。其发病的主要原因依次是收缩压升高为主的高血压、糖尿病、肥胖、高龄、房颤，其中高血压最常见，可引起心肌结构改变而影响舒张功能[4]。罕见原因包括缩窄性心包炎、肥厚型心肌病和浸润性心肌病，如血色素沉着症、淀粉样变性和结节病[3]。HFPEF的临床症状有运动耐量下降[5]，心悸、气短、呼吸困难等肺淤血症状，颈静脉怒张、肝大、下肢水肿等体循环淤血症状，以及乏力、咳嗽等。

目前对HFPEF的认识有限，其诊断标准尚未统一。2016年欧洲心脏病学会指南[6]中的诊断标准为：①与心力衰竭一致的症状和体征；②LVEF＞50%；③利钠肽水平升高；④具有引起心力衰竭的功能性/结构性原因的客观性征象，如左室肥厚或舒张功能障碍。目前国内HFPEF的常用诊断标准为：①有充血性心力衰竭的症状及体征，并排除心脏瓣膜病、心包疾病及其他非心脏性疾病等；②LVEF＞45%和左心室舒张末期容积指数＜97 mL/m2；③左心室舒张功能异常的证据[7]。

1 舒张功能障碍的病生理机制

1.1 正常舒张功能及舒张期的生理机制 心脏的舒张功能指心脏的主动性松弛、舒张和被动性充盈扩张的功能。前者主要受心肌细胞的去收缩和去偶联的影响，后者主要取决于心室壁的顺应性和僵硬度。舒张期开始于等容舒张期，结束于二尖瓣的关闭，完成心室的充盈。舒张期分为4个阶段：①等容舒张期：心肌主动松弛是一个能量依赖的过程，开始于收缩末期，在舒张中期结束。届时收缩心肌的弹性回缩力产生“吸引”机制，导致心室内压下降，同时维持一个几乎恒定的体积。②快速充盈期（快速射血期）：由于左心室舒张和弹性回缩力引起压力的持续下降，直至左心室压低于左心房压，二尖瓣开放使左心室开始快速充盈。当左心室压力等于左心房压力时结束，大约占左心室充盈量的70%。③舒张期（减慢射血期）：是快速充盈期和心房收缩期之间的一个阶段，此时左心房和左心室压已达到平衡。肺静脉反流的惯性导致左心室继续充盈，占左心室充盈量的不到5%。④心房收缩期：左心房收缩，导致左心房压力高于左心室压力，它会引起新的血流进入左心室，占左心室充盈量的近25%。

1.2 舒张功能障碍的病理机制 左室舒张功能不全的主要特点是：左室的舒张运动减慢，僵硬度增加，舒张期的“抽吸力”受损，心室的复原力减低和心室的不同步舒张。目前认为心肌细胞内在因素异常、细胞外基质功能障碍[8]、心脏内皮功能异常[9]及神经激素紊乱等多种原因可引起心室松弛能力受损和心肌顺应性降低，从而导致心室舒张末期压力增高，心室舒张期充盈减低，每搏输出量减少，最终发生心力衰竭。

2 超声心动图

2.1 舒张功能的评价

2.1.1 频谱多普勒 是目前检测左室舒张功能比较常用的方法。测量参数包括舒张早期血流速度峰值（E）、舒张晚期血流速度峰值（A）、E/A 比值、减速时间（deceleration time，DT）、持续时间等。 E/A＜1.0，为松弛型舒张功能障碍；E/A＞1.0，提示舒张功能正常或存在假性正常化；E/A＞2.0，为限制性舒张功能障碍。

2.1.2 肺静脉血流频谱 测量参数包括收缩期顺行波峰速度（S）、舒张早期顺行波峰速度（D）、舒张晚期逆行波峰（Ar）速度及Ar持续时间。左室舒张功能松弛性减低时，S/D＞1；二尖瓣血流频谱假性正常时，S/D＜1；左室限制性充盈时，S/D远远小于1，Ar波流速增大，Ar持续时间延长。

2.1.3 组织多普勒 舒张期二尖瓣环运动反映的是左室心肌纤维纵向力学的变化，而组织多普勒成像技术可以定量评价二尖瓣环的运动，从而有效评价舒张功能。当心室出现舒张功能障碍时，二尖瓣环舒张早期运动速度峰值（E′）与舒张晚期运动速度峰值（A′）的比值即 E′/A′会显著减少。

2.1.4 超声斑点追踪 是评价心肌变形的一种新方法。通过追踪识别心肌内回声斑点的空间运动，可标测不同帧之间同一位置的心肌运动轨迹。该技术时间分辨力高，与组织位移无关，不受心脏整体运动的影响，且不受室壁运动夹角与声束方向的影响。

2.2 舒张功能障碍分级 Ⅰ级舒张功能障碍：心脏松弛度受损，舒张早期二尖瓣血流速度减慢和舒张晚期充盈增加。因此，E/A比值随DT和等容舒张时间（isovolumic relaxation time，IVRT）的延长而降低到0.75以下[10]。在肺静脉血流描记法中此阶段以收缩期顺行波为主，肺静脉血流显示舒张早期顺行波减少，Ar持续时间正常，＜30 ms。此时虽然松弛度受损，但没有证据表明在休息时充盈压增加。Ⅱ级舒张功能障碍：是由假性正常充盈模式定义的。此时病人二尖瓣血流类似于正常模式（E/A，DT均正常），但静息时左室顺应性降低，左房压力升高。Ⅱ级和正常模式鉴别诊断可通过组织多普勒成像实现，或者使用Valsalva动作和肺静脉血流描记法。肺静脉血流描记法中舒张早期顺行波将占主导地位，肺静脉流量通常显示收缩期血流减少。Ⅲ-Ⅳ级舒张功能障碍也称为限制性左室充盈，是指舒张功能严重受损，左室充盈压力明显升高，左心室顺应性严重受损。限制性模式的特点是E/A比值增加（＞1.5），IVRT和DT缩短（＜150 ms），肺静脉血流中收缩期顺行波明显减少或消失。

3 心脏 MRI（cardiac MRI，CMRI）

心脏MRI是准确评价心脏形态及功能的无创性成像方法，其用于评估心脏收缩功能的指标具有较高的准确性，技术也相对成熟。虽然目前已有多种CMRI序列可用于评估心室舒张功能，但与收缩功能相比，CMRI评估心室舒张功能的经验相对缺乏。稳态自由进动序列可以通过后处理生成容积-时间曲线（volume-time curves，VTC）及相关的功能参数；相位对比血流成像和稳态自由进动序列测定的二尖瓣口流速、早期减速时间和肺静脉血流速度等参数可以评估心室的舒张功能；心肌标记技术可以反映心肌舒张松弛的机制；CMR四维血流成像（four-dimensional flow cardiac magnetic resonance，4D-Flow CMR）可以用于研究舒张功能障碍的病理生理机制；31P-MRS反映了心肌的能量状态；经胸低频剪切波幅度（shear-wave amplitudes，SWA）能够提供有关心肌松弛的诊断信息；左房应变分析对早期舒张功能障碍有很好的提示作用。现逐一对其进行介绍。

3.1 VTC VTC可以评估心室的舒张功能。选择梯度回波加心电门控的电影序列，在心动周期的多个阶段进行成像。描记整个左心室的心内膜轮廓来测算左心室体积，从而生成VTC。VTC反映了整个心动周期心室的相对体积变化，通过其获得的高峰充盈率、高峰射血率等参数可以评价心室整体的舒张和收缩功能。研究[11-12]表明，舒张功能障碍与峰值充盈率降低和峰值充盈时间延长有关。此外，舒张期曲线上升的斜率大小也可以用来判断左室的舒张功能。由于VTC方法需要对左心室进行描画，并在所有的心动周期阶段划定心内膜和心外膜边界，后处理过程相对比较耗时[13-14]。

3.2 二尖瓣血流与肺静脉血流成像 稳态自由进动序列可以提供与多普勒超声心动图相似的参数来评估二尖瓣血流，从而反映左室的舒张功能，其评估结果与超声心动图的测量结果具有良好的相关性[15]。Paelinck等[16]用相位对比血流成像和多普勒超声心动图测量二尖瓣血流峰值速度和二尖瓣环运动，计算E/E′，并与肺毛细血管楔压进行比较，结果两者测量的E/E′与肺毛细血管楔压有很强的相关性。然而，部分CMRI研究得出的舒张晚期经二尖瓣口血流速度峰值较超声数值偏低，这可能是因为CMRI相位对比血流成像时间分辨率低，以及两者速度测量的具体位置不同、检查时病人的呼吸状态不同（CMRI相位对比成像时为屏气状态，而超声测量时为自由呼吸状态）[17]。

3.3 心肌标记 心肌标记技术可以清楚显示收缩期和舒张期的心肌变形，从而分析左室扭转恢复和应变率恢复，直接反映心肌舒张松弛的机制[18]。正常舒张、收缩的心肌分布方格变形明显，心肌活动度减低、僵硬度增加的方格变形不明显。这些变形通常用应变单位（S%）或扭转（度）来测量。在收缩期，左心室扭转促进左室血液更完整地排出，心内膜下心肌纤维基质的扭曲造成潜在的左心室能量集聚，而随后的扭转变形回缩力导致能量释放，产生舒张吸力。舒张期抽吸力可促进二尖瓣开放，舒张期的解旋有助于左室松弛和舒张早期充盈[19]。左室舒张功能受损病人的应变率延长[20]，扭转恢复率延迟。

3.4 其他

3.4.1 心肌组织成像 （myocardial tissue imaging，MTI） MTI用于二尖瓣环运动速度的研究可以反映心室的舒张功能，通过评价心肌的纵向缩短和延长，提供不受左房压力影响的左室松弛指数[18]。MTI用相位对比图来评估二尖瓣环的运动，使用20～30 cm/s的编码速度。正常的MTI模式由3个基本波形组成：收缩期心肌运动、舒张早期二尖瓣环运动和舒张晚期二尖瓣环运动。舒张早期二尖瓣环运动波与心室的快速充盈相对应，其峰值（Ea）反映了二尖瓣环做远离心尖运动的速度。通过MTI测量得出的二尖瓣口早期血流量充盈参数（E/Ea）可以评估左室充盈压力。E/Ea≤8表示充盈压正常，E/Ea＞15表示充盈压升高。当E/Ea为8～15时，建议使用额外的方法（如Valsalva动作）来正确评价左室舒张功能。

3.4.2 4D-Flow CMR Schäfer等[21]研究发现轻、中度慢性阻塞性肺疾病的病人左室舒张期4D-Flow衍生涡度有明显改变。舒张功能障碍会降低左室舒张期的涡度，主要原因是心室僵硬度升高，舒张期回缩力减低。心肌应变及应变率能够定量评估整体及局部心肌发生形变的能力和速度，客观、准确地评估心肌功能[22]。4D-Flow CMR与心肌组织应变分析和心肌灌注显像结合有利于深入了解舒张功能障碍的病理生理机制。

3.4.331P-MRS 目前只用于科学研究，尚未应用于临床，该技术通过测量心肌磷酸肌酸/三磷酸腺苷比值来反映心肌的能量状态，提供了深入了解舒张功能障碍机制的方法[13]。

3.4.4 经胸低频剪切波幅度 （shear-wave amplitudes，SWA） SWA可以提供有价值的心肌机械舒张的诊断信息。SWA本质上是一种“物理对比剂”，能灵敏地反映心肌僵硬度。SWA图用一种基于机械改变的图像来直接反映心肌对被动舒张的顺应能力。Elgeti等[23]提出舒张功能障碍病人左室内SWA明显变低，且与舒张功能障碍的严重程度有关；该研究显示SWA的CMRI弹性成像的敏感度为90%，特异度为89.7%，可用于鉴别舒张功能障碍病人和正常人。这一技术结果有望替代其他成像技术对心脏舒张功能障碍进行诊断。

3.4.5 左房应变分析 左房的功能直接影响左心室的充盈能力，是舒张期左心室主动充盈的关键。左房慢性淤血会使左室充盈压增加，进而引起左房壁张力增加，最终导致其扩张，因而左房功能的测定对舒张功能的测定很重要。Evin等[24]认为左房应变/应变率是检测早期舒张功能障碍的一个比较敏感的指标。当出现舒张功能障碍时，心肌应变/应变率降低。然而正常人心肌应变的临床界值还有待确定。目前用于分析心肌应变的MRI技术有相位对比MR成像、心脏MR标记成像、心脏MR特征追踪成像等。

4 其他检查方法对HFPEF的提示作用

其他评估舒张功能的临床方法包括心导管术、利钠肽（B-type natriuretic peptide，BNP）、放射性核素显像及多层螺旋CT。

4.1 心导管术 目前临床普遍认为用心导管测定左室压力最大下降速度以及左室心肌等容松弛时间常数是评价左室舒张功能的金标准，但心导管检查技术为有创性，而且需要一定的技术水平才能开展，因此临床上难以普及和推广。

4.2 BNP BNP又称B型利钠肽，是利钠肽家族的一员，因其在猪脑中首先发现而得名。近年来，BNP和B型氨基端利钠肽原（N-terminal pro-brain natriuretic peptide，NT-proBNP）水平的测定在 HFPEF诊断中具有重要意义。在舒张功能障碍病人中，BNP浓度较高，尽管一些研究发现收缩功能障碍病人和合并收缩和舒张功能障碍的病人中脑BNP水平更高。室壁张力增加和心室压力及容量负荷过大是BNP释放的主要原因[25-26]。研究者[27-28]发现血浆BNP浓度随着左室舒张功能障碍程度和心功能等级的增加而升高。NT-proBNP在HFPEF诊断中具有较高的价值，可以很好地反映心力衰竭病人左心室舒张功能的受损程度。若将组织多普勒超声心动图与NT-proBNP检测结合可能会提高对HFPEF的诊断效力。

4.3 放射性核素显像 由静脉注入放射性核素标志物，通过获得的心室容积-放射活性曲线，计算左室舒张期的高峰充盈时间 （time to peak filling rate，PTFR），高峰充盈率（peak filling rate，PFR），舒张期前1/3、1/2、2/3充盈分数等反映左心室舒张功能的指标。HFPEF病人的PTFR延长，PFR降低，舒张期前 1/3、1/2、2/3充盈分数降低。

4.4 多层螺旋CT 有研究[29]表明双源64层螺旋CT检查结合心肌营养素-1（the plasma cardiotrophin-1，CT-1）可用于HFPEF舒张期功能的定量评价，先计算E/Ea，以E/Ea＞8.0和血浆CT-1＞71.5 pg/mL为界值时，其预测舒张期心力衰竭的敏感度为86.34%、68.79%，特异度为89.02%、65.29%。当心力衰竭病人不能平卧或其他原因（如体内有金属器械）不适合行CMRI检查时，采用多层螺旋CT增强扫描加心电门控技术，可获得准确的左心室大小、容积数据，用于心室功能的分析[30]。但由于对比剂带来的不良反应和较大的辐射剂量限制了其在临床上的应用。

5 小结与展望

目前临床上对HFPEF的认识尚不足，缺乏有效的诊断手段，所以准确评价左室舒张功能对临床有重要的指导意义。超声心动图是最常用的诊断HFPEF方法，其所得结果主要依赖几何假设；不能对心肌径向、周向运动的同步性进行评价，而且操作者的主观因素使得测量值重复性不佳，其测量精确度受到影响。而CMRI是一种无创、无辐射、可重复性好的检查方法，一次CMRI检查可获得结构、功能、心肌灌注、瓣膜及室壁运动、血流等信息。CMRI被认为是定量分析心室舒张功能比较有前景的影像检查方法之一，与其他成像方法相比，具有无可替代的诊断价值。但是，由于MRI检查时间长、费用高、技术复杂等缺点，其在临床应用受到一定限制。