心肌做功技术评价心血管疾病左心室功能的研究进展

何金梅，尹立雪，2△

(1.遵义医科大学，贵州 遵义 563000；2.四川省医学科学院·四川省人民医院超声医学研究所，超声心脏电生理学与生物力学四川省重点实验室，四川 成都 610072)

传统超声心动图评价心血管疾病左心室收缩功能最常用的指标是左室射血分数，因其操作简单、准确度高而广泛应用于临床。近年来发展的斑点追踪技术(speckle tracking imaging，STI)作为一种定量技术来评估心肌功能，它提供了非多普勒的、角度无关的、客观的心肌变形和左心室收缩期动力学的量化，克服了传统超声心动图受主观意识的局限性。很多证据表明斑点追踪超声心动图在临床应用中具有良好的可行性、重复性和准确性，然而，在大量人群中验证这项技术的前瞻性临床试验仍然缺乏。同时，二维STI衍生的整体纵向应变(global longitudinal strain，GLS)是评价左室收缩功能的敏感指标，GLS可以在LVEF正常的情况下检测到更细微的收缩功能异常，但它也存在负荷依赖性的问题[1]。在收缩功能正常的左心室中，后负荷增加可能导致整体左心室应变降低，但这并不一定意味着收缩功能受损[2]。最近新发展的心肌做功技术通过加入后负荷，克服了左室射血分数和左室纵向应变对负荷的依赖性。通过结合斑点追踪、应变超声心动图和血压测量数据，可以无创地量化左室心肌做功。无创性左室心肌做功已经被证实是心肌能量学的一种测量方法，并且在诊断和预后方面有很大的希望。已有初步研究表明心肌做功优于左室纵向应变和左室射血分数用来诊断心血管疾病[3，4]。本文对心肌做功技术在引起左心室功能改变的心血管疾病中的应用进行综述。

1 心肌做功概念与参数

Suga等[5]开发了侵入性获得的LV压力-体积环，提供了收缩性、弹性、功率、能量和效率等血流动力学参数。但有创获得心肌做功各项参数对于患者并非没有风险，因此，非侵入性得到的心肌做功参数可能会在常规超声心动图检查中更方便有用。近年来，Russell等[6，7]通过斑点追踪超声心动图结合应变与左心室压力曲线相结合构建左室压力应变环来表示心肌做功。其中，左心室压力曲线的非侵入性估计，根据由主动脉和二尖瓣的超声心动图测量的等容和射血的持续时间，通过调整左室压力曲线的轮廓来生成估计的压力曲线。肱动脉袖带压力无创性地估计左心室峰值压力。心肌应变用斑点跟踪超声心动图测量，将应变率和左心室收缩压(LVP) 积分得出瞬时做功值。该研究团队在动物实验及临床实验中均证实无创左心室压力-应变环面积测量方法与有创测量的心肌做功具有较好的一致性，并能反映心肌代谢。

目前通过EchoPAC软件可以得出以下MW 参数：整体有效功(global constructive work，GCW)，收缩期心肌缩短或舒张期心肌延长所做正功，即有助于左心室射血的功；整体无效功(global wasted work，GWW)，收缩期心肌延长或舒张期心肌缩短所做负功，即对抗左心室射血的功；整体做功效率(global work efficiency，GWE)，GWE=GCW/(GCW+GWW)；整体做功指数(global work index，GWI)，心肌17节段做功指数加权平均数。

2 心肌做功技术的临床应用

2.1 心肌做功技术与心肌病心肌病的表现包括从心肌细胞的微观改变到组织灌注不足、液体堆积和心律失常的暴发性心力衰竭。心肌病分为肥厚型、扩张型和限制型三类。其中，肥厚型心肌病是最常见的原发性心肌病，可导致劳力性呼吸困难、晕厥前发作、不典型胸痛、心力衰竭和心脏性猝死。

LVEF评价肥厚性心肌病患者左心室收缩功能，不能反映患者左心室功能损害的实质，可能原因为心肌纤维紊乱和间质纤维化导致左心室变形参数进行性改变，这种改变先于明显的左心室功能不全[8]。而压力应变环的GCW是一种与功能容量相关的简单而有用的工具，是左心室纤维化的预测指标，有研究表明尽管左心室射血分数正常，但压力-应变环无创评估的GCW在肥厚型心肌病中显著减少[9]。该研究还认为在肥厚型心肌病患者中，左心室纤维化的存在与心肌做功心室功能参数的进一步降低有关，多变量回归分析显示GCW是左心室纤维化的主要预测因子。另有研究得出左室压力应变环比LVEF更敏感地检测非肥厚型心肌病患者整体心肌做功的改变，进而评估左室收缩功能，为临床诊断提供一种新的参考指标[10]。

Galli等[9]将扩张型心肌病分为缺血性心肌病和非缺血性心肌病，尽管缺血性心肌病和非缺血性心肌病的左心室严重扩张，射血分数降低，但由于保留了每搏输出量，心输出量可以维持在接近正常的水平，而降低的GWI显示，扩张型心肌病患者心肌细胞的收缩性能显著受损，说明射血分数测量的不足。这项研究的发现也反映在先前报道的有创性左心室压力-容量环中，该环由心脏磁共振成像确定，两个扩张型心肌病亚组都表现出GWW显著增高，GWE减低，可能原因为以心室扩张和收缩功能障碍为特征的左室重构是扩张型心肌病患者不良预后的重要决定因素。

2.2 心肌做功技术与高血压性心脏病高血压与大动脉硬化有关，由于高动脉压与左心室射血相反，短期内可能导致左心室每搏量减少，这可以通过将左心室泵血功能转移到更高的能量水平(Frank-Starling机制)和激活自动调节机制来补偿。长期来看，这种慢性增加的心脏负荷会导致左室重构(向心性肥厚)，增加左室供氧需求，最终导致左室衰竭[11]。研究发现，在保留了左室纵向应变的早期高血压中，GWE保持不变，原因为心肌有效功和心肌无效功几乎成比例增加，因此心肌做功效率保持不变[12]。但慢性增加心脏负荷后高血压患者的左室纵向应变正常，但GWI显著高于健康对照组，而GWE与对照组相比没有变化，可能原因为后负荷持续增加引起的心肌肥厚可以补偿室壁应力的增加使得左室纵向应变正常而GWI的显著增加，并且心肌无效功的增加也可能与较高后负荷下心肌壁应力的增加有关。这项研究说明心肌做功技术可以更好地了解不同负荷条件下左心室重构与室壁应力增加之间的关系，但需要更大规模的研究来进一步评估这一技术，以确定其临床实用性和预后意义。

2.3 心肌做功技术与冠状动脉疾病冠状动脉疾病是指冠状动脉硬化使管腔狭窄或堵塞，导致心肌缺血、缺氧而引起的心脏病。对于患有严重冠心病的患者来说，早期发现和干预是至关重要的，以防止不良心脏事件，包括心肌梗死导致左心室功能不全。由于在冠心病进程的早期阶段，整体左心室功能参数，包括容量和射血分数通常被保留，由此需要一个可以早期发现左心室功能异常的较敏感的指标。目前二维斑点跟踪超声心动图和负荷超声心动图被广泛使用来检测血流动力学意义，但对有显著冠心病的患者无创检测仍然是一个挑战。心肌做功通过对动态无创性左心室压力的应变解释来考虑变形和后负荷，为心肌功能评估提供了潜在的增值价值，可以发现左心室功能的早期异常，并可能为早期左心室功能障碍建立一个更敏感的指标。

Edwards 等[4]在研究无节段性室壁运动异常且左心室射血分数未受影响的显著冠心病患者中发现，静息状态下整体心肌做功是比整体纵向应变更敏感的检测冠心病的指标。说明心肌做功这种新方法在诊断静息早期冠心病方面可能有潜在的临床应用价值，而不需要进行负荷成像，但需要进一步的前瞻性试验来直接将MW与负荷超声心动图进行比较。Boe等[3]对 126例非ST段抬高急性冠脉综合征(NSTE-ACS)患者在冠状动脉造影前进行节段性应变分析时发现NSTE-ACS患者存在MWI减少区，且MWI对急性冠状动脉闭塞患者的诊断具有很高的敏感性和特异性，可作为急性冠状动脉闭塞的诊断指标，由于考虑了收缩压对心肌收缩缩短的影响，该方法优于应变分析。在临床上，对于需要及时介入治疗的ACO患者MWI显得尤为重要，因为患者可以早期接受血管重建治疗并改善长期预后。Lustosa[13]在一项回顾性研究中证实早期发生左心室重构的ST段抬高型心肌梗死(STEMI)患者在出院前左心室GWI和GWE降低。早期左室重塑患者的左室GWI和GWE低于正常对照组，可能是由于缺血面积较大，心肌工作可有效检测到更为弥漫性的代谢改变所致。梗死区大小是左心室重构的一个众所周知的决定因素。此外，在预测早期不良左心室重构方面，罪犯血管区域的MWI优于常规超声心动图测量。因此，MWI可能是指导STEMI患者随访和调整药物治疗以防止不良左心室重构的有用工具。

2.4 心肌做功技术与心脏再同步化治疗(cardiac resynchronization therapy，CRT)CRT是一种新的、非侵入性的方法，该方法是左室不同步收缩患者的重要治疗措施，在心力衰竭和广泛QRS波群患者的管理中发挥关键作用。尽管如此，接受CRT治疗的患者中约有30%～40%对治疗没有适当的反应[14]，可能原因一：尽管存在广泛的QRS，但没有出现机械不同步；可能原因二：对左心室时间延迟的评估并不对应于衰竭左心室残存心肌收缩能力的程度。Galli等[15]对97例有症状性心力衰竭患者接受CRT植入术，在CRT术后随访6个月时发现63例(65%)患者对CRT有反应。CRT应答者的GCW显著增加。多因素分析显示，GCW >1057 mmHg%(OR14.69，P=0.005)是CRT阳性反应的有意义的预测因素。并且GCW与CRT诱导的心肌重构相关(r=-0.55，P<0.0001)，与非缺血性患者(r=0.65，P<0.001)相关。GCW <1057 mmHg%可识别85%的无反应者，阳性预测值为88%。该研究说明在CRT候选患者中，GCW的量是CRT反应的预测指标，并与CRT后左室重构的实体相关。此外，Vecera等[14]对21例接受CRT治疗的患者在治疗前和治疗后(8±3)个月的研究中，间隔无效功和室壁运动积分指数(WMSI)是收缩末期容量降低的唯一有意义的预测因素。说明间隔无效功联合室壁运动积分指数是CRT反应的有力预测因素。上述研究表明多个参数相结合可能是选择CRT候选者的有用工具。

3 心肌做功技术的局限性与展望

3.1 心肌做功技术的局限性心肌做功技术依赖于斑点追踪超声心动图的应变率，斑点追踪超声心动图的应变依赖于图像质量，以便能够准确地跟踪帧与帧之间的斑点。因此，相对较低的时间分辨率可能是一个限制。通过袖带测量动脉的收缩压作为左心室收缩压，其被用作力的替代物，使用压力作为力的替代物可能对结果有影响。对于有瓣膜病变或梗阻性外周血管病变的患者，如主动脉瓣狭窄，瓣膜上方的压力梯度将使周围动脉收缩压作为LV峰值压力的估计值无效，肱动脉收缩压与真实左室压力之间误差较大，因此，在这些患者中，使用估计值的非侵入性压力是不适用的。将左心室压力应变环面积与心肌做功进行比较，将左心室压力应变环面积作为指标，心肌做功没有考虑曲率半径变化和室壁厚度对做功的影响。然而，对于心脏的微小变化来说，缺乏真正的LV压力是一个限制。通过纳入动脉血压计的数据，以及使用针对不同患者群体的特定的参考曲线，估计的LV压力曲线的准确性可能会提高。目前，尚缺少中国人心肌做功各项指标的统一标准，需要进一步探索。

3.2 展望无创性心肌做功计算的引入，为临床评价心肌功能增加了一个新的维度。在日常心脏病学中，我们一直意识到负荷依赖性，但无法在测量中客观解释它。该工作方法代表了一种将负荷条件纳入心功能评估的方法。如果这真的是一种范式转变，还有待观察，但基本的血液动力学原理现在可以以一种新的方式应用到临床实践中。

综上所述，利用MW技术可早期、简便、准确地评估部分心脏疾病患者左心室收缩功能变化，为临床诊断及随访提供参考。