超声评估妊娠期糖尿病胎儿心室功能研究进展

王东，张颖，孙雪

中国医科大学附属盛京医院，沈阳110000

妊娠期糖尿病(GDM)是指怀孕前没有糖尿病，在怀孕期间首次发生碳水化合物不耐受引起高血糖的疾病[1]。2019年国际糖尿病联盟(IDF)数据显示，全球妊娠妇女糖尿病患病率为15.8%，其中GDM占81%。正常孕妇在怀孕期间的葡萄糖代谢需要同时满足自身及胎儿的营养供给。因此在孕早期，胰岛素分泌增加，且机体对胰岛素的敏感性增加；到了孕中期，受皮质醇、孕酮、催乳素、生长激素、胎盘泌乳素等激素分泌增加的影响，胰岛素受体信号转导通路受阻，孕妇对胰岛素的敏感性大大降低，且此种情况在孕晚期达到高峰。当这种生理性胰岛素抵抗恶化时，便可能发展为GDM。高血糖不仅改变了细胞的脂质代谢，尤其影响了子宫动脉的通畅性；也会使得活性氧大量的产生，引起氧化应激反应，从而增加胎儿畸形的风险；同时还会活化凋亡细胞死亡相关蛋白。对GDM孕妇来说，剖宫产、产后出血、先兆子痫及产后发展为2型糖尿病的概率会增加；对GDM胎儿来说，巨大儿、死产、产伤、出生后低血糖及儿童期肥胖的发生概率也会增加，而且GDM孕妇生下的女孩也可能发生GDM，导致GDM的恶性世代循环。对于胎儿心脏来说，暴露于母亲的高血糖及高胰岛素血症的环境中，除了先心病，胎儿还容易出现肥厚型心肌病，特别是会影响室间隔的厚度，严重时也会影响心脏游离壁的心肌厚度。超声作为一种非侵入性、相对无创的检查方式，可以对胎儿的心脏器质性病变做出诊断，或用来评价胎儿的心脏功能。现将评价GDM胎儿心脏功能的相关超声检查方法及指标综述如下。

1 超声评估GDM胎儿心脏舒张功能

1.1 房室瓣频谱E/A值 与房室瓣开放相对应的是心脏的舒张期，此时血流从左、右心房通过房室瓣流进左、右心室，房室瓣频谱上的E波和A波分别对应舒张早期心室的舒张和舒张晚期心房的收缩。在胎儿期，由于房室间大部分血流的推动是由心房收缩完成的，所以胎儿E/A值始终小于1。孕周增加后，心室顺应性也会随之增加，心肌舒张能力的提高使得E/A值逐渐增大(但仍然小于1)。有研究显示，GDM胎儿心脏二尖瓣E/A值明显低于正常胎儿[3]。E/A值作为胎儿出生后评价心脏舒张功能最常用的指标，其在胎儿期的应用容易受到胎儿呼吸运动和胎动的影响，而且当出现严重舒张功能障碍时，E/A值可能出现变大、变小或不变。

1.2 房室瓣瓣环处组织多普勒速度 房室瓣瓣环处组织多普勒速度包括收缩期峰(S)、舒张早期峰(e′)、舒张晚期峰(a′)。S、e′及a′均随着孕周的增加而逐渐增加，且e′增幅较大。GDM胎儿心脏左心室e′/a′较正常组明显减低。但是组织多普勒对角度有明显的依赖性，与声束平行的心肌的运动速度才能进行分析。

1.3 左心房缩短分数(LASF) 在相当于胸骨旁左心室长轴的切面，利用M型模式测量左心房在心脏收缩末期及舒张末期的内径，LASF=(收缩末期内径-舒张末期内径)/收缩末期内径。在成年人，尤其是在肥厚型心肌病患者中，LASF似乎取决于左心室的顺应性，并且与其呈正比，研究结果显示LASF用于评价左心室舒张功能改变可能比二尖瓣频谱更可靠[4]。在GDM胎儿心脏中，伴随着心室顺应性下降、舒张功能受限，使得舒张期进入左心室的血流速度减低，血流量减少，从而引起心房后负荷增加，心房容积增大，LASF减低，而且LASF与GDM胎儿室间隔厚度呈显著负相关。另外，与正常胎儿相比，没有心肌肥厚的GDM胎儿LASF也降低，表明室壁厚度正常的GDM胎儿也会发生舒张功能障碍。因此，LASF评价左心室舒张功能可能比二尖瓣血流频谱、左心室等容舒张时间(IVRT)、心肌性能指数(MPI)等指标更灵敏[3]。

1.4 肺静脉血流阻力 肺静脉的血流主要受到左心系统的影响，当心室开始收缩时，心脏纵向相对位移，使得左心房上下径增大，左心房容积变大使左心房压力降低，继而引发肺静脉血流的初始流动；在心室快速充盈期时，左心房内血流被快速吸入左心室，左心房压力降低，这是引发肺静脉频谱的另一峰值的原因；然后肺静脉血流在左心房收缩的时候被左心房压力的骤升所终止。因此，心脏缩张活动所引起的左心房内压力的变化是肺静脉血流状态改变的直接原因。肺静脉搏动指数(PI)可反映平均肺静脉流速与左心房压力之间的关系，肺静脉PI增加是压力逆行传递的标志。研究表明，GDM胎儿的肺静脉PI高于正常胎儿。当左心房压力增加时，肺静脉回流受阻，肺静脉频谱表现为收缩早期速度降低或收缩前逆流。同时，肺静脉PI与声波的入射角度无关，因此优于其他测量指标。值得说明的是，在正常胎儿中，随着静脉频谱取样位置的改变(从肺脏到心脏)，肺静脉PI降低，此数值与肺静脉的直径(从肺脏端到心脏端逐渐增加)呈反比[5]。

1.5 静脉导管血流阻力 静脉导管在胎儿时期处于开放状态，与胎儿的右心系统关系密切，是胎儿血液循环的重要调节器，起到阀门的作用。静脉导管的血流通过下腔静脉进入右心房，同时由于角度、静脉瓣等因素，静脉导管及肝左静脉的血流大部分经卵圆孔进入左心房，因此静脉导管的流速直接决定通过卵圆孔血液的流量，静脉导管PI反映了其阻抗。研究表明，静脉导管的血流频谱可以较好地反映右心室舒张功能[6]。GDM胎儿中伴有心肌肥厚比不伴有或正常胎儿的静脉导管PI明显更高。这表明心肌肥厚会损害心室顺应性，静脉导管PI评估心室顺应性较敏感[7]。

1.6 卵圆孔血流阻力 卵圆孔在心动周期中具有解剖和功能性血管特征，显示出三相静脉血流曲线，因此可以通过多普勒比值，即(收缩期峰值速度-收缩前速度)/平均速度计算出的卵圆孔PI用作评估其血管阻力的参数。GDM伴心肌肥厚胎儿的卵圆孔PI高于GDM不伴心肌肥厚胎儿或正常胎儿。这是由于心肌肥厚胎儿的心室顺应性下降，因此在舒张晚期(心房收缩)，通过房室瓣进入心室的血流量减少，从而影响通过卵圆孔的血流量[8]。

1.7 胎儿主动脉峡部血流指数(AIFI) AIFI是以(收缩期血流速度积分+舒张期血流速度积分)/收缩期血流速度积分计算而来。主动脉峡部作为胎儿惟一真正的动脉分流，其血流状态在心脏收缩期反映的是左、右心室的射血情况；而在舒张期则受到来自头臂动脉及膈下胎儿循环血管阻力的影响，所以心脏功能的改变可能会影响主动脉峡部血流的方向。GDM胎儿由于左心房压力较高，导致右心室输出量增加，流经卵圆孔时静脉导管和肺静脉的阻力增加，可能会干扰主动脉峡部舒张期顺行性血流，并导致AIFI降低，合并与未合并心肌肥厚的GDM胎儿AIFI均低于正常胎儿[9]。

1.8 胎儿IVRT 心室IVRT代表心脏舒张期的最早阶段，对应的是主动脉瓣(或肺动脉瓣)关闭与二尖瓣(或三尖瓣)打开之间的时间。心室顺应性或舒张功能受损时可能会延长IVRT。有室间隔肥厚者的GDM胎儿较没有室间隔肥厚者的IVRT更高。此外，即使没有出现心肌肥厚，GDM胎儿的IVRT也比正常胎儿要高。这表明IVRT评价胎儿心室舒张功能的改变较灵敏，而且GDM胎儿心脏的舒张功能在心肌肥厚出现之前可能已经降低。

2 超声评估GDM胎儿心脏收缩功能

GDM引起胎儿心脏收缩的改变常出现在舒张功能障碍之后，往往出现较晚，表示心脏功能的改变较为严重。因此，早期评估心脏舒张功能的改变对预防不良预后更为重要。

2.1 每搏输出量(SV)和心输出量(CO) SV是指一侧心室在一次心脏搏动中射出的血流量，CO则是在SV的基础上乘以心率。CO是评价心脏收缩功能的指标，早期心脏功能的改变并不一定会影响CO，而当出现CO减低时往往预示着心脏收缩功能显著下降。GDM胎儿后期也可能出现CO较正常胎儿明显减低的情况。

2.2 心室射血分数(EF)和缩短率(FS) EF是评价心室收缩功能最常用的参数，与LASF一样，EF和FS的计算可通过M型超声波来测量(也可通过Simpson法来测量EF)。通过Teichholz公式测得心室容积可计算出EF，FS则表示为(心室舒张末期内径-心室收缩末期内径)/心室舒张末期内径。当心室收缩功能降低时，EF和FS会随之减小，而孕周数对FS的影响甚小。因此当存在心肌收缩功能改变时，FS具有重要价值，当GDM胎儿出现心室收缩功能减退时FS会减低。但是应用M型超声测量FS对声束角度的要求较高。

2.3 等容收缩时间(ICT) ICT代表心脏收缩期的最早阶段，对应的是二尖瓣(三尖瓣)关闭至主动脉瓣(肺动脉瓣)开放之间的时间，ICT越长，收缩力越差[10]。与正常胎儿相比，GDM胎儿的左、右心室ICT均会显著增加。

3 超声评估GDM胎儿心脏整体功能

3.1 超声斑点追踪心动图(STE) 二维STE是近年来发展起来的一项新技术，已广泛用于评估成人心脏整体及节段性运动异常[11]。STE可以很好地诠释心肌运动是由纵向及横向肌纤维等共同组成的，可以客观、定量地评估心肌整体和节段性运动功能，而且与超声角度和心脏平移运动无关，因此，心肌应变参数被认为是相对不受负荷条件的影响[12]，这在胎儿扫描中尤为重要。

STE不仅可以通过应变值评价心肌在各个轴线各个节段上的收缩功能，还可以通过应变率评价舒张功能。目前应用STE研究GDM胎儿心脏功能的文献虽然不多，但结果较为一致，均认为GDM胎儿心脏的收缩功能和(或)舒张功能低于正常胎儿[13～15]。通过多角度采集图像，对心肌进行分段，可分别测量胎儿心脏的纵向、径向及圆周应变、应变率。有研究显示，除了纵向应变及应变率，GDM胎儿心脏在径向、圆周方向上的心肌应变或应变率也可能降低[16，17]，且左心室扭转较正常胎儿更高[18，19]；10 ms或更长时间的两心室间不同步被认为是提示GDM的高度敏感和特异的指标，且与心率无关[20]。

STE存在的不足之处：由于胎儿心脏尺寸小、心率高，造成该软件容易出错；胎儿没有心电门控，检查过程中的胎儿运动可能影响图像采集；测量中的逐帧差异影响图像分辨率，目前尚未建立最佳帧速率的标准，有人使用高帧速率来获得高时间分辨率，而以牺牲空间分辨率为代价。目前STE用于评估GDM胎儿心脏功能的研究多数采用脱机分析，使用的应变软件最初多是为成人心脏设计的。但胎儿心脏冠状动脉的分布与成人心脏不同，因此，胎儿心脏的节段划分应该与成人心脏节段的划分区分开来，而不是简单的套用成人心脏模式。

3.2 MPI MPI又称Tei指数，是指射血时间(ET)与IVRT、ICT之和的比值，常用于评价心脏收缩和舒张功能。虽然有EF、FS可以评价心脏收缩功能，多普勒E/A和IVRT等可以评价舒张功能，但由于心脏功能不全时，常合并有收缩和舒张功能的异常，因此评价心脏的整体功能似乎更合理。

2005年，改良的MPI(Mod-MPI)技术提出了二尖瓣和主动脉瓣“喀哒声”作为更精确的界标来估计时间间隔的方法，从而改善了胎儿左心MPI的可重复性。然而有研究指出，正常胎儿的平均Mod-MPI仍存在较大差异，且有关GDM胎儿此参数的研究结果也不一致，MPI不变、增加或减少，且与疾病严重程度的相关性不一致[21～23]。另有研究认为，孕27周之前Mod-MPI的可重复性差，妊娠晚期可重复性及可靠性较高。此外，胎儿时期右心系统占主导，右心MPI才是胎儿心脏功能的合理反映，但是右心MPI需要右心单独的心动周期，较难获得。

胎儿血流动力学的特殊性可能会成为频谱多普勒变化的混杂因素，房室瓣的流速对前负荷和后负荷条件高度敏感，因此不能很好地衡量心肌的固有特性[24]。组织多普勒应用低通滤波器滤去心脏内血流的高速运动信号，保留瓣膜及心室壁的低速运动信号，通过测量室壁的运动速度来反映心肌的收缩及舒张功能，特别是在房室环水平处的心肌，该处的组织多普勒频谱易于取样，且其可行性及可靠性较高。

GDM对孕妇和胎儿均存在近期和远期的危害，其不仅会导致胎儿室间隔肥厚、心包积液以及先天性心脏病，甚至可能在早期就影响胎儿的心脏功能。目前，有关GDM胎儿心脏功能的研究仍然较少。随着超声技术的不断完善，加上人们对GDM的重视，超声用于评价GDM胎儿心脏功能有助于临床进一步了解GDM，提高诊疗效率，并降低不良结局的发生率。