3.0 T MRI对高原与平原地区健康正常人心脏结构及功能的对比研究

2020-09-30颜春龙马金凤齐先龙唐桂波杨国财郑宁徐辉

磁共振成像 2020年7期

颜春龙，马金凤，齐先龙*，唐桂波，杨国财，郑宁，徐辉

高原地区由于其特殊的地理环境，具有低氧、低气压、低温等特点，会引起机体一系列功能、代谢及结构的改变[1-2]。长期居住在高原地区的世居及移居人群通过调动一系列代偿性低氧调节反应，逐渐高原习服，在呼吸系统及心血管系统方面会产生适应性改变[3]。目前，心脏磁共振成像(cardiac magnetic resonance imaging，CMRI)可提供心脏一站式检查，具有重要的临床应用价值，在测量心功能方面被誉为金标准[4]。相对于平原地区，高原地区(海拔高度大于3000 m)是否对健康正常人心脏结构及功能方面造成影响在磁共振评价方面相关报道较少，故本研究通过CMRI搜集高原及平原地区健康正常人心脏结构及功能指标，对比分析高原对健康正常人心脏结构及功能方面的影响。

1 材料与方法

1.1 一般资料

搜集两代或以上均出生并长期居住在高原地区(海拔高度＞3000 m)健康正常人50名，定义为高原组，同期搜集平原地区(海拔高度约0～50 m)健康正常人50名，定义为平原组，两组均行CMRI检查。高原组男25名，女25名，年龄30～55岁，平均年龄(39.64±4.03)岁，身高(169.00±3.97) cm，体重(68.50±3.64) kg，红细胞计数(5.42±0.79)×1012/L，血红蛋白浓度(161.1±5.15) g/L，动脉血氧饱和度(97.7±4.01)%；平原组男25名，女25名，年龄30～55岁，平均年龄(40.57±6.02)岁，身高(171.33±3.80) cm，体重(70.42±3.09) kg，红细胞计数(4.69±2.67)×1012/L，血红蛋白浓度(138.2±8.88) g/L，动脉血氧饱和度(99.1±1.79) % (表1)。

纳入标准：(1)无心、脑、肺部等疾病；(2)常规查血常规、心电图、心脏彩超及胸部X线片无异常者；(3)无吸烟史；(4)无心脏磁共振检查禁忌证；(5)一般体格检查无阳性体征。排除标准：(1)有心脏器质性病变者；(2)有幽闭恐惧症等不能配合检查者；(3)有心脏磁共振检查禁忌证者。

本研究经青海省人民医院及济宁市第一人民医院伦理委员会批准，所有检查者均签署关于CMRI检查知情同意书。

1.2 检查方法

1.2.1 MR检查仪器

高原组采用德国西门子skyra 3.0 T磁共振成像仪，梯度场45 mT/m，切换率每秒200 mT/m，采用心脏专用相控线圈，并应用呼吸门控技术及前瞻性心电向量门控技术。平原组采用德国西门子Magnetom trio 3.0 T磁共振成像仪，梯度场45 mT/m，切换率每秒200 mT/m，采用心脏专用相控线圈，并应用呼吸门控技术及前瞻性心电向量门控技术。

1.2.2 检查体位及成像体位

在扫描前对受检者反复进行屏气训练，嘱受检者静息仰卧于检查床上，取头先进，双手置于身体两旁。横轴位上，沿左室心尖平行室间隔定位两腔心平面，在两腔心层面上，沿左室心尖至二尖瓣中点连线定位四腔心平面，在四腔心层面上，沿垂直于室间隔方向定位标准短轴位(图1～8)。

1.2.3 检查序列

心脏形态检查序列：(1)黑血序列：单次激发快速自旋回波序列(图1，5)；(2)亮血序列：真实稳态快速梯度回波序列。

1.2.4 结果处理

心脏结构评价：采用美国心脏协会2002年心脏标准解剖平面命名方式划分心脏各节段[5]，通过做黑血序列和亮血序列测量高原组与平原组前室间隔厚度(anterior wall thickness of interventricular septum，AWOIVS)、左房内径(left atrial diameter，LAD)、左室舒张末期内径(left ventricular end diastolic diameter，LVEDD)、主动脉根部内径(aortic diameter，AOD)、主肺动脉内径(main pulmonary artery diameter，MPAD)、右房横径(right atrial transverse diameter，RATD)、右房长径(right atrium long diameter，RALD)、右室横径(right ventricular transaction diameter，RVTD)、右室长径(right ventricular long diameter，RVLD)。由3名有经验的诊断医师独立测量3次，取平均值。

心脏功能评价：采用心脏专用后处理软件(Argus)，对左室功能测量。在覆盖整个心室的短轴两腔心图像上，在心室中间段调节窗宽、窗位至心肌与心腔间对比度最佳，然后推广至所有层面(图8)。根据心室腔大小结合瓣膜舒缩情况确定心动周期时相，室腔最大的一幅为舒张末期，最小的一幅为收缩末期。采用半自动软件逐层手工描记左心室心内膜轮廓，得出心功能参数：左室舒张末期容积(left ventricular end diastolic volume，LVEDV)、左室收缩末期容积(left ventricular end systolic volume，LVESV)及左室射血分数(left ventricular ejection fraction，LVEF)，其中不包括心室流出道层面，将乳头肌计入心室血池内。

表1 高原组与平原组一般情况比较(±s)Tab. 1 Comparison of the general situation of the plateau group and the plain group (±s)

一般资料高原组(50名)平原组(50名)t值P值年龄(岁)39.35±3.9140.33±6.12-0.560.58身高(cm)169.00±3.97171.33±3.80-1.630.11体重(kg)68.50±3.6470.42±3.09-1.520.14红细胞计数(×1012/L) 5.42±0.794.69±2.678.250.07血红蛋白浓度(g/L)161.1±5.15138.2±8.887.050.01动脉血氧饱和度(%)97.7±4.0199.1±1.79-9.500.18

表2 高原组与平原组心脏结构指标比较(mm，±s)Tab. 2 Comparison of cardiac structural indexes between the plateau group and the plain group (mm, ±s)

参数高原组(50名)平原组(50名)t值P值AWOIVS11.62±1.389.27±1.572.130.04 LAD37.24±4.5338.51±6.98-0.550.59 LVEDD48.88±5.1955.77±6.76-2.890.01 AOD30.14±4.2130.57±3.61-0.270.79 MPAD30.48±4.7623.76±1.755.03＜0.001 RATD43.91±6.1739.87±6.051.640.12 RALD49.11±3.2450.87±5.26-1.030.31 RVTD37.06±4.8533.84±4.381.710.10 RVLD78.21±7.3482.37±10.36-1.180.25

1.2.5 统计学方法

采用SPSS 17.0统计学软件进行统计学分析，所有数据采用±s表示，采用独立样本t检验进行两组比较，评价高原组与平原组心脏结构及功能参数差异是否有统计学意义，P＜0.05为差异有统计学意义。

表3 高原组与平原组左心功能指标比较(±s)Tab. 3 Comparison of left ventricular function indexes between the plateau group and the plain group (±s)

参数高原组(50名)平原组(50名)t值P值LVEDV (ml)75.34±16.33107.53±42.44-2.540.02 LVESV (ml)36.05±11.1854.20±32.04-1.940.07 LVEF (%)52.65±8.8152.00±9.710.150.88

2 结果

2.1 一般情况

高原组血红蛋白浓度显著高于平原组，差异有统计学意义；高原组与平原组在年龄、身高、体重、红细胞计数及动脉血氧饱和度指标间无统计学差异(表1)。

2.2 高原组与平原组心脏结构指标比较

高原组测定AWOIVS、MPAD、RATD、RVTD指标大于平原组，测定LAD、LVEDD、AOD、RALD和RVLD指标小于平原组，其中两组间测定AWOIVS、MPAD和LVEDD指标差异有统计学意义(P＜0.05)(表2)。

2.3 高原组与平原组左室功能指标比较

高原组测定LVEDV和LVESV指标小于平原组，测定LVEF指标大于平原组，其中两组间LVEDV指标差异有统计学意义(P＜0.05)(表3)。

3 讨论

高原地区通常是指海拔在3000 m以上的地区，该地区地理环境特点为气候干燥、低压、低氧、高寒、强紫外线等，影响居住在该地区人类的生命活动，其中低氧为主要的关键影响因素[6-7]。海拔3000 m地区大气氧含量约为海平面的60%～70%[8]，低氧造成肺泡气氧分压及肺静脉内血氧分压下降，人体各器官、组织、细胞获得的氧气减少，为满足对氧气的需求，机体会进行神经及体液调节[9]。长期居住在高原地区的世居及移居人群通过一系列代偿性低氧调节反应，恢复稳态，维持其生存能力，逐渐高原习服[10]。

目前，CMRI可提供心脏一站式检查，即从一次检查可全面提供心脏形态、功能、心肌活性、瓣膜运动情况等方面信息，具有重要的临床应用价值[11]。美国心脏病学会基金会(American College of Cardiology Foundation，ACCF)联合美国放射学会(American College of Radiology，ACR)、美国医院协会(the American Hospital Association，AHA)等多协会于 2010 年联合制定并颁布了心血管磁共振专家共识[12]，从四个方面阐述了CMRI的优势：(1)无电离辐射，不使用放射性同位素或碘对比剂，其创伤性最小，适合多次检查进行疗效随访评价；(2) MRI是三维成像，可根据不同要求在任何平面内成像；(3) CMR是多模式的成像设备，可评估包括心血管解剖结构及功能在内的多种参数，可形象的称为一站式检查；(4)空间和时间分辨率均较高，可进行定量分析，包括心功能分析、梗死面积测量，血流测定等等。经大量试验和临床研究证实，CMRI是测量心功能最准确的方法，被誉为金标准[5]。

本研究显示，在心脏结构方面，高原组AWOIVS和MPAD显著大于平原组(P＜0.05)，高原组LVEDD显著小于平原组(P＜0.05)。分析其原因，一方面由于低氧造成肺泡气氧分压及肺静脉内血氧分压下降，会引起肺血管收缩，血流阻力增大，可引起低氧性肺动脉高压，随时间的延长，长期持续缺氧可使肺动脉压长期处于较高水平，进而肺血管发生重构[13]，刺激肺小血管机化、闭塞，重构后的肺血管壁增厚、管腔狭窄，进一步加剧肺动脉高压，引起主肺动脉内径增宽；同时，低氧会刺激交感神经兴奋、缩血管物质增多，体循环血管收缩，将部分血液挤入肺循环，使肺循环血容量增加，更进一步加剧肺动脉高压，增加右心后负荷；另一方面低氧刺激机体内促红细胞生成素合成及释放增加，刺激骨髓造血增多，其中以红细胞增多为主，随着单位体积内红细胞的不断增多，血液粘滞度升高，血流阻力增加，进一步增加肺动脉高压，增加右心后负荷，促进右心肥大，心脏结构改变[14]，即出现主肺动脉内径增宽(图1)，右心房横径及右心室横径数值上较平原地区增大，前室间隔厚度增大(图4)。

在左心功能方面，高原组LVEDV显著小于平原组(P＜0.05)，高原组LVEF大于平原组，差异无统计学意义(P＞0.05)。分析其原因，可能是由于低氧所致肺动脉高压，增加右心室后负荷，使右心房横径及右心室横径增大，使室间隔向左室膨出，进而改变左室形态，出现左室容积变小，舒张时受限，顺应性减低，左室舒张末期内径减小，左室舒张末容积缩小，导致左室每搏输出量减小，但高原习服健康志愿者LVEF数值大于平原组，一般情况中没有出现肺动脉高压或者心衰等表现，说明高原习服健康志愿者具有强大的心脏储备能力和摄氧能力。

综上所述，本研究通过CMRI搜集高原及平原地区健康正常人心脏结构及功能指标，明确了高原对健康正常人心脏结构及功能方面的影响，可以更好地为高原及平原地区患者服务。

利益冲突：无。