速度向量成像分层应变技术评价血液透析对尿毒症患者左心室心肌即时纵向应变的影响

李 杨，魏常华，罗帅伟，朱好辉，丁 晓，黑晶晶，张 苗，袁建军

(郑州大学人民医院 河南省人民医院超声科，河南 郑州 450003)

心血管疾病是慢性肾功能衰竭最常见的并发症，包括高血压、心肌病、心功能不全及代谢异常所致心脏改变等；慢性肾功能衰竭患者中，心血管疾病发病率比普通人高10～200倍，约40%～50%慢性肾脏病患者死于心血管并发症[1-2]。近年来，随着透析技术的不断改进，尿毒症患者的生存率明显提高，但心血管并发症发病率并未明显降低[3-5]。血液透析治疗对尿毒症患者左心室心肌整体及局部功能的影响越来越受到临床关注，但国内外关于单次透析对尿毒症维持性血液透析患者左心室各层心肌功能影响的研究较少。本研究应用速度向量成像(velocity vector imaging， VVI)分层应变技术分析血液透析前后尿毒症患者左心室内、中、外三层心肌及整体心肌的即时收缩期纵向峰值应变(longitudinal peak strain， LPS)，评价血液透析对左心室各层心肌功能的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2018年1—6月在我院接受维持性血液透析的35例尿毒症患者，男21例，女14例，年龄32～75岁，平均(56.4±9.6)岁；原发病变为慢性肾小球肾炎16例，高血压良性小动脉肾硬化症10例，糖尿病肾病6例，原因不明3例；均符合2012年美国肾脏病与透析患者生存质量指导指南(the National Kidney Foundation Disease Outcomes Quality Initiative， K/DOQI)诊断标准：肾小球滤过率<10 ml/min，血肌酐>707 μmol/L，相当于K/DOQI 5期[6]。纳入标准：①窦性心律；②左心室射血分数(left ventricular ejection fraction， LVEF)正常；③透析龄≥5年。排除标准：①超声心动图检查见明显左心室壁节段性运动异常；②缺血性心脏病；③大量心包积液；④二尖瓣、主动脉瓣病变(任何程度狭窄及轻度以上关闭不全)。

1.2 仪器及方法 采用Siemens Acuson SC2000彩色多普勒超声诊断仪，4V1c心脏探头，频率1～4 MHz，系统内置VVI分层应变技术。分别于透析前、透析后2 h行超声心动图检查。嘱患者左侧卧，平静呼吸，连接同步心电图。以常规超声心动图测量左心房前后径(left atrial diameter， LAD)、LVEF、左心室舒张末期内径(left ventricular end diastolic diameter， LVIDd)和收缩末期内径(left ventricular end systolic diameter， LVIDs)、左心室舒张末期容积(left ventricular end diastolic volume， LVEDV)和收缩末期容积(left ventricular end systolic volume， LVESV)、每搏输出量(stroke volume， SV)。

分别采集连续3个心动周期心尖左心室长轴、四腔心及两腔心共3个切面二维灰阶动态图像，帧率60～90帧/秒。启动VVI功能，冻结动态图像，调整至心室收缩末期，描记心内膜下心肌，软件自动确认心外膜下心肌，必要时根据心肌实际厚度对心外膜下心肌进行适当调节；仪器自动对心内膜下心肌、中层心肌、心外膜下心肌进行追踪，系统默认左心室基底段、中间段各分为前间隔、后间隔、前壁、侧壁、后壁及下壁，心尖段分为间隔壁、前壁、侧壁、下壁，心尖帽共17节段；自动显示与心动周期对应的左心室基底段、中间段、心尖段的内层、中层、外层心肌的收缩期LPS的应变曲线和应变值，并自动计算全层心肌的整体纵向峰值应变。

1.3 透析方法 35例患者血液通路均为动静脉内瘘，采用德国F60s高通量透析器(聚砜膜，表面积为1.3 m2)，超滤系数40 ml/(h·mmHg)，Fresenius4008B容量超滤透析机，双反渗水透析水，碳酸氢钠盐透析液，每周透析2～3次，每次透析4 h，以低分子肝素抗凝，透析液流量500～600 ml/min，血流量250～300 ml/min。

1.4 统计学分析 采用SPSS 17.0统计分析软件。计量资料以±s表示，透析前后比较采用配对样本t检验。分类变量以频数或百分数表示。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 常规超声心动图参数 透析后LAD、LVIDd、LVIDs、LVEDV、LVESV、SV均较透析前减小，差异有统计学意义(P均<0.05)；透析前后LVEF差异无统计学意义(P=0.183)；见表1。

表1 透析前后常规超声心动图参数比较(±s，n=35)

表1 透析前后常规超声心动图参数比较(±s，n=35)

时间点LAD(mm)LVIDd(mm)LVIDs(mm)LVEDV(ml)LVESV(ml)SV(ml)LVEF(%)透析前41.00±2.0952.63±5.0718.17±4.15155.00±20.6563.43±5.3986.00±18.9761.71±3.90透析后39.20±4.1948.63±9.0516.46±5.28139.69±23.6652.86±6.4883.57±18.5161.40±4.12t值2.6933.1202.7366.82311.4838.9021.360P值0.0110.0040.010<0.001<0.001<0.0010.183

表2 透析前后左心室整体心肌LPS比较(±s，n=35)

表2 透析前后左心室整体心肌LPS比较(±s，n=35)

时间点内层心肌中层心肌外层心肌全层心肌透析前-23.06±2.06-18.88±2.15-13.65±1.39-18.11±1.62透析后-21.12±2.44-18.86±2.25-13.50±1.58-16.88±1.75t值9.3250.1641.9218.341P值<0.0010.8710.063<0.001

表3 透析前后左心室基底段、中间段、心尖段心肌LPS比较(±s，n=35)

表3 透析前后左心室基底段、中间段、心尖段心肌LPS比较(±s，n=35)

时间点基底段内层心肌中层心肌外层心肌全层心肌透析前-15.87±2.35-14.48±2.03-11.71±1.81-15.40±2.28透析后-14.75±2.76-13.44±2.79-11.13±2.61-13.98±1.95t值3.2762.9042.0607.794P值0.0020.0060.047<0.001时间点中间段内层心肌中层心肌外层心肌全层心肌透析前-22.45±2.26-19.75±1.87-15.11±1.57-19.87±1.48透析后-21.89±2.03-19.73±1.86-15.09±1.58-19.63±1.69t值2.9630.2520.3552.156P值0.0060.8030.7250.038时间点心尖段内层心肌中层心肌外层心肌全层心肌透析前-32.92±2.65-23.31±1.76-17.71±1.68-26.24±2.14透析后-32.69±2.69-22.92±1.86-17.30±1.74-25.82±2.19t值1.3511.3381.7011.935P值0.1860.1900.0980.061

2.2 VVI分层应变参数 与透析前比较，透析后患者左心室整体全层心肌和内层心肌LPS较透析前减低(P均<0.05)；中层心肌和外层心肌透析前后差异无统计学意义(P均>0.05)；见表2。左心室基底段全层、内层、中层、外层心肌LPS，中间段全层、内层心肌LPS均较透析前减低(P均<0.05)；中间段外层、中层心肌LPS，心尖段全层、内层、中层、外层心肌LPS透析前后差异均无统计学意义(P均>0.05)；见表3、图1。

3 讨论

血液透析可减轻患者水钠潴留，纠正电解质紊乱及酸碱失衡，清除大部分尿毒症毒素；但同时却因动静脉分流而增加了心脏负荷，血容量改变引起血压不稳[7]。血浆渗透压改变可影响微循环及心血管神经—体液调节系统等，使心脏血流动力学发生变化。透析过程中，冠状动脉供氧减少而心肌需氧增加，心电图ST段明显减低，心血管事件增加[8-9]。本研究中，透析后患者LAD、LVIDd、LVIDs、LVEDV、LVESV及SV均减小，提示血液透析可过滤体内多余水分、减轻水钠潴留，使有效循环血容量减少；但透析前后LVEF差异无统计学意义，表明单次血液透析并不能显著提高左心室收缩功能，特别是对收缩功能正常的尿毒症患者。然而LVEF只能反映左心室心肌整体收缩功能，并不能直接反映病理状态下左心室各层心肌局部及整体的收缩功能[10-11]。

心肌纤维分为3层，内层主要为纵行心肌纤维，中层为环形心肌纤维，外层为斜行心肌纤维。在收缩期，心脏运动包括长轴方向(从基底部到心尖部心肌纤维逐渐变短)、径向方向(从心外膜到心内膜心肌纤维增厚)和周向方向(同一心肌纤维缩短、旋转运动和心肌不同层面心肌纤维扭转运动)。由于心肌纤维这种独特的结构和各层心肌的不同作用，使得不同病理因素对心肌各层功能的影响可能不同。因此，了解每层心肌对心脏形变的作用有助于正确区分及评估不同的心肌病变，从而理解其病理机制[12-13]。

VVI分层应变技术是无创检测心肌局部功能的新技术，以二维灰阶图像为基础，利用超声像素的空间相干、斑点追踪及边界追踪等方法，以向量显示心肌运动速度及方向，不受心脏整体旋转、平移运动以及邻近节段收缩牵拉的影响，不依赖多普勒，无角度依赖性，能够定向、自由地进行心肌运动成像，并定量测量心肌在长轴、短轴、圆周方向上的速度、位移、应变及应变率等参数，故能更准确地评估局部心肌的收缩和舒张功能。最新的VVI分层应变技术可以分别追踪左心室心内膜下心肌、中层心肌及心外膜下心肌。Pirat等[14]研究证实VVI分层应变技术可精准测量心肌纵向和圆周运动，并与声纳测量法有良好的相关性。本研究应用VVI分层应变技术分析血液透析前后尿毒症患者左心室内、中、外层心肌及全层心肌LPS变化，评价血液透析对左心室各层心肌功能的影响。

本研究VVI分层应变结果显示，透析后2 h患者左心室整体全层、内层，基底段全层、内层、中层、外层，中间段全层、内层心肌收缩期LPS均较透析前减低，差异均有统计学意义(P均<0.05)；而整体外层、中层，中间段外层、中层，心尖段全层、内层、中层、外层心肌的LPS差异均无统计学意义(P均>0.05)。透析期间存在多种可以促进血浆血清内皮素-1(endothelin-1， ET-1)水平升高的因素，如肾素-血管紧张素-醛固酮系统激活、血管内皮细胞损伤、透析过程中的缺血缺氧、肝素的应用等，均可引起心血管功能调节障碍[4]。本研究结果提示血液透析对3层心肌功能的影响并不一致，内层心肌变化最明显；分析原因，内层心肌主要为纵行心肌，对纵轴方向上的收缩运动起主导作用，且内层心肌收缩力较中层、外层心肌更强，同时内膜心肌位于供血末端，对早期缺血改变比较敏感。本研究结果显示透析后左心室心尖段LPS均无明显变化，而基底段变化最明显，中间段次之，提示透析主要影响左心室基底段和中间段心肌，对心尖段影响较小。基底段收缩力最强，心肌承受的压力较大，因而对能量的需求较高，对各种缺血引起的病理改变也更加敏感[15-16]。

图1 患者男，54岁 A、B.透析后心尖左心室长轴切面内层心肌节段及整体LPS(A)及应变曲线(B)； C、D.透析后左心室四腔心切面左心室中层心肌节段及整体LPS(C)及应变曲线(D)

本研究的局限性：①样本量较小，研究结果尚需大样本研究进一步验证；②该项技术对图像清晰度要求较高，心脏大小、胸壁厚度以及骨骼、肺气等因素均可能影响经胸采集图像的质量和心内膜及心外膜的勾画，导致数据的精确性和可重复性降低；③心肌运动为三维立体，而VVI分层应变是基于二维斑点追踪技术，仍存在空间依赖性，不能同时全面评价各节段心肌的运动特征；④研究仅评价了透析后2 h的心脏功能改变，观察时间短。

综上所述，VVI分层应变技术可逐层定量评价左心室内层、中层和外层心肌的局部及整体功能，及时评价血液透析前后尿毒症患者左心室各层心肌功能改变。