心肌综合指数评价结直肠癌化疗患者左心室功能的变化

刘奎灿 王臻 秦文娟 翟子敬 黄磊 冯佳 董珊珊 张彩云 郭雪婷 芦桂林

石河子大学，石河子大学医学院第一附属医院超声医学科（新疆石河子832008）

结直肠癌已严重威胁到人类的健康，由于饮食习惯及结构的改变、运动量的减少、肥胖、吸烟等不利因素，增加了结直肠癌的发病风险［1］。目前，基于氟嘧啶的辅助化学疗法可改善部分Ⅱ期及Ⅲ期结肠癌患者的生存率［1］。本院常用的化疗方案是：mFOLFOX6（奥沙利铂+5-氟尿嘧啶+亚叶酸钙），此方案所致心脏毒性的报道并不少见［2-4］，但是心脏功能受损会影响结直肠癌患者的预后，因此很有必要在用药期间及时评估并监测心脏功能的变化。斑点跟踪成像技术（speckle tracking imaging，STI）可以实时且独立于角度跟踪斑点的运动，因此可以更全面，更准确地评估左心室的功能［5］。新指标心肌综合指数（myocardial composite index，MCI），结合了左心室心肌整体纵向应变（global longitudinal strain，GLS）和左心室扭转角度（left ventricular twist，LVtw），较全面地反映心肌力学的改变［6］。目前，尚未报道有关mFOLFOX6 化疗方案致早期心脏功能改变的研究，故本研究旨在通过STI 及MCI 评价以mFOLOFX6 方案化疗的患者化疗前后心脏功能的变化。

1 资料与方法

1.1 一般资料收集在石河子大学医学院第一附属医院病理确诊为结直肠癌并接受mFOLFOX6方案化疗的患者30 例，年龄37 ～64 岁，患者均知情同意并配合采集图像，预计生存周期＞1 年，伦理号：2019-124-01，临床试验注册号：ChiCTR-2000035226。mFOLFOX6 方案：第一天：奥沙利铂100 mg/m2静脉滴注2 h；第一天：亚叶酸钙400 mg/m2静脉滴注2 h；第一天：氟尿嘧啶400 mg/m2静脉滴注2 h；上述药物静脉滴注结束后，氟尿嘧啶2 400 ～3 000 mg/m2持续静脉输注44 ～46 h。每14 天重复1 次，共化疗12 次。

1.2 纳入标准患者需满足以下所有标准：（1）心电图未发现明显异常；（2）未同期接受过放疗；（3）肝肾功能、生化指标未见明显异常；（4）能够坚持整个化疗周期。

1.3 排除标准（1）年龄超过65 岁者；（2）有先天性心脏病、瓣膜病；有高血压、冠心病、心衰等影响心功能的患者；LVEF ＜50 的患者；（3）化疗药物过敏；（4）之前使用过心脏毒性药物的患者；（5）二维超声、三维超声图像不清楚者。

1.4 仪器与方法

1.4.1 仪器罗氏combas601电化学发光免疫分析仪（上海）；GE Vivid E9 型超声心动图仪器（美国），配备二维探头（M5S），三维探头（4 V），拥有EchoPAC工作站，探头频率范围约1.7 ～3.3 MHz，扫查深度：14 ～22 cm。

1.4.2 方法各受检者分别于化疗前（T0）、化疗第1周期后（T1）、化疗第6周期后（T6）和化疗第12周期后（T12）的24 ～48 h 内，静脉采集血，采用电化学发光法cTnT测定含量，cTnT ＞14 pg/mL 为异常。

采血后让患者进行超声心动图的检查，连接心电图并取左侧卧位，使用M5S 探头，60 ～80 帧/s，通过M 型超声心动图在胸骨旁左心室长轴切面测量并记录相关数值：左心室射血分数（LVEF）、左心室短轴缩短分数（LVFS）、左心室舒张末期内径（LVEDd）、室间隔舒张末期厚度（IVSd）、左心室后壁舒张末期厚度（LVPWd）。

然后使用4V 探头，进入4D 模式，将帧频调至患者最大心率的40%后，嘱患者在呼气末屏气时采集心尖四腔切面水平的动态图像（至少5 个心动周期），将动态图像导出后进行脱机分析。打开EchoPAC 工作站，将左心室心尖四腔切面的动态图片导入工作站，进入4D auto LVQ 模式，软件会自动勾画ROI 区，必要时手动调节勾画心内膜面，然后分析得出左心室各相关参数：整体面积应变（GAS）、整体径向应变（GRS）、整体纵向应变（GLS）、整体圆周应变（GCS），左心室扭转（LVtw）的参数值后，计算心肌综合指数MCI=GLS×LVtw（单位：%×°）。所有数据均需测量2 次，取得均值。一位心脏超声高年资医生采集图像，分别由另外两名心脏超声医生独立分析图像，在不同时间对同一图像进行分析，结果取平均值进行统计学分析。通过计算一名观察者两次与第二位观察者测量的10 例随机选择患者的值之间的差异来评估观察者之间的可重复性。

1.5 统计学方法使用SPSS 22.0 的统计分析软件，连续计量资料用（）的方式表示，多组计量资料比较时使用单因素方差分析法，组间两两比较采用两样本t检验；使用GraphPad Prism8.0 并绘制散点图后应用Spearman 相关分析各参数之间的相关性；使用MedCalculate 绘制Bland-Altman spot及ROC 曲线，并计算了每个参数在ROC 曲线下的最大面积（AUC），并确定最佳截断点，以P＜0.05为差异有统计学意义。使用组内相关系数（ICC）评估观察者之间和观察者内部的可重复性。

2 结果

2.1 患者特征符合本研究纳入标准和排除标准的患者共42 例，其中2 例因无法坚持整个化疗周期而退出，7 例因图像不清晰排除，3 例因严重的化疗副作用而改变了化疗方案，最终30例患者纳入统计分析，年龄（50.2 ± 7.45）岁（范围39 ～46 岁），男女比例为19∶11，所有患者未出现临床心脏毒性。

2.2 常规超声参数结果比较化疗后与化疗前组相比：IVSd、LVPWd 之间差异性均无统计学意义（P＞0.05），LVEDd 在T12 发生减低。与化疗前组相比：结直肠癌患者化疗末期LVEF、LVFS 略有降低，差异有统计学意义（P＜0.05），但数值仍都处于正常范围内。见表1。

表1 mFOLFOX6 化疗前后左心室常规超声心动图测量参数比较Tab.1 Comparison of conventional echocardiography parameters of left ventricle before and after mFOLFOX6 chemotherapy x±s

2.3 各组3D-STE 参数结果比较（结果均为绝对值）各化疗组的MCI、GAS、GLS 、LVtw 及GCS、GRS 的绝对值随着化疗药物累积剂量的增加而随之越来越低，尤其MCI 降低的非常显著，差异有统计学意义（P＜0.01）；与T0相比T1的GLS、GAS、、LVtw、MCI出现下降，差异有统计学意义（P＜0.05），T12的GCS、GRS 发生减低，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表2、图1、2。

表2 FOLFOX 药物化疗前后左室收缩期三维参数比较Tab.2 Comparison of three-dimensional parameters of left ventricular systolic phase before and after FOLFOX drug chemotherapy±s

表2 FOLFOX 药物化疗前后左室收缩期三维参数比较Tab.2 Comparison of three-dimensional parameters of left ventricular systolic phase before and after FOLFOX drug chemotherapy±s

注：LVGLS（左室整体纵向应变）；LVGAS（左室整体面积应变）；LVGCS（左室整体圆周应变）；LVGRS（左室整体径向应变）；LVtw（左心室扭转角度）；MCI（心肌综合指数）。与化疗前比较，*P ＜0.05；与T1 比较；#P ＜0.05；与T6 比较；&P ＜0.05

分组LVGLS（%）LVGAS（%）LVGCS（%）LVGRS（%）LVtw（°）MCI（%×°）T0 21.23±2.01 31.00±2.50 22.00±2.69 44.16±6.27 14.35±1.89 303.36±40.14 T1 19.40±1.22*28.40±2.95*21.50±2.62 43.46±6.37 13.27±1.60*257.94±37.27*T6 18.36±1.60*#27.03±3.22*20.56±2.68*41.40±6.66 12.85±1.26*236.52±37.27*#T12 17.26±2.30*#&25.60±3.47*#19.50±2.86*#38.80±6.41*#11.46±1.31*#&198.73±38.96*#&F 值25.42 16.94 4.93 4.21 18.00 40.76 P 值＜0.001＜0.001 0.003 0.007＜0.001＜0.001

图1 结直肠癌化疗前、化疗1 周期后、化疗6 周期后、化疗12 周期后牛眼图GLS 变化对比Fig.1 Comparison of GLS changes in cattle′s eye chart before chemotherapy，after 1 cycle of chemotherapy，after 6 cycles of chemotherapy，and after 12 cycles of chemotherapy

图2 结直肠癌化疗前、化疗1 周期后、化疗6 周期后、化疗12 周期后牛眼图LVtw 变化对比Fig.2 Comparison of changes in LVtw before chemotherapy，after 1 cycle of chemotherapy，after 6 cycles of chemotherapy，and after 12 cycles of chemotherapy

2.4 各组患者血清cTnT 值的比较随着mFOLFOX6 药物累计剂量的增加，患者血清cTnT 的数值逐渐增大，差异具有统计学意义（P＜0.05），但所有数值均在正常范围内（各位患者的血清cTnT 均＜14 pg/mL）。血清cTnT 指标经过12 个mFOLFOX6 循环后，从（3.67 ± 0.59）pg/mL 升至（8.73 ±0.54）pg/mL（P＜0.01）。见图3。

图3 各组患者血清cTnT 数值Fig.3 Serum cTnT values of patients in each group

图4 结直肠癌化疗患者左心室收缩期各参数ROC 曲线Fig.4 ROC curve of each parameter of left ventricular systolic period in colorectal cancer chemotherapy patients

表3 SD-STI 各应变参数及MCI 的ROC 分析结果Tab.3 Strain parameters of SD-STI and ROC analysis results of MCI

2.5 化疗患者左心室收缩期各参数ROC 曲线分析及对比患者左心室LVEF、GLS、GAS、GCS、MCI 及LVtw 的ROC 曲线见图4，其中MCI、LVtw 及GLS、GAS 的AUC 均＞0.7。其中MCI 取261 为截断值时，诊断mFOLFOX6 化疗方案对结直肠癌患者左室心肌的隐匿性毒性的灵敏度为87.78%，特异度为83.33%，见表3。

2.6 结直肠癌化疗患者血清cTnT 与LVEF、LVGLS、MCI之间的相关性分析LVEF与cTnT之间呈负相关（r=-0.233 6，P= 0.007 9），LVGLS 与cTnT之间呈负相关（r=-0.600 8，P＜0.000 1），MCI与cTnT之间呈负相关（r=-0.722 8，P＜0.000 1），其中MCI 与cTnT 之间的相关性更高（图5）。

图5 化疗患者血清cTnT 与LVEF、LVGLS、MCI 之间的散点图Fig.5 Scatter plots between serum cTnT and LVEF，LVGLS and MCI in chemotherapy patients

2.7 观察者之间和观察者内部的差异观察者之间的测量结果表明，GLS 的ICC = 0.897，LVtw 的ICC = 0.976；观察者内部测量显示GLS 的ICC =0.955，LVtw 的ICC = 0.987。均具有良好的重复性（图6）。

图6 3D 参数中观察者内和观察者间可靠性的Bland-Altman 分析Fig.6 Bland-Altman analysis of intra-observer and inter-observer reliability in 3D parameters

3 讨论

氟尿嘧啶是与mFOLFOX6 方案的心脏毒性有关的抗代谢物，目前，已提出冠状血管痉挛，内皮损伤和心肌缺血是基于氟尿嘧啶类化疗方案发生心脏毒性的机制［2］。其心脏毒性包括：冠脉血管痉挛，急性冠脉综合征，心律不齐，心肌炎和心力衰竭［7］，在化疗过程中患者自述出现了心悸以及胸闷、甚至心前区的突发疼痛［3］。所以，mFOLFOX6方案化疗过程中的心脏毒性不可忽视，而且，有研究建议接受基于氟尿嘧啶的化疗的患者密切监测心脏毒性并增强心脏管理［8，21］，所以，应及早的监测心脏功能的变化，可为临床用药或更改化疗方案提供一些有价值的建议。超声心动图所提供左心室射血分数（LVEF）被广泛用于识别癌症治疗相关的心脏功能障碍，LVEF 的降低主要是检测出明显的左心室功能不全［9］，但是，这为时已晚，而且无法逆转正在进行的变化的临床过程，提示需要更敏感的参数来早期发现心脏损害［10］，如今，斑点跟踪成像技术已用于观察心脏功能障碍和化疗相关的心肌损害，而且3D-STE 应变参数具有潜在的诊断优势，3D-STE 在定量应变和左心室体积方面可能具有更高的准确性，尽管时间分辨率和图像质量可能会限制3D STE 的可行性，但已注意到3D STE 的测量可重复性［11］。同样的，在本研究中发现3D-STE 各参数之间的可重复性较为良好。

在本研究中，三维应变参数GLS、GAS、MCI、LVTw 在首个化疗周期后便发生了降低，随着mFOLFOX6 药物累积剂量的增加，左心室MCI、GLS、GAS、GCS、GRS、LVtw 参数下降的更加明显，差异具有统计学意义（P＜0.01），其中MCI 的下降程度最为显著。而常规超声参数LVEF 在化疗后期才发生了降低，差异具有统计学意义（P＜0.05），但数值仍处于正常范围内。LVEF 是基于体积的测量与通过心肌变形直接测量心肌运动存在根本的区别，并且这些测量的可靠性和准确性也有所不同［12］。与其他研究一样［13］，本研究已经显示了从STE 衍生出的应变参数在识别癌症治疗后具有正常LVEF 的患者的心肌变化中的潜在价值［6，12］。

有研究［4］表明，氟尿嘧啶类药物心脏毒性多发生于首个化疗周期，通常在给药后72 h 内，故本研究将患者第一个化疗周期后的心脏超声数值纳入作为其中一个分组进行对比，而本研究结果证实，化疗第一周期GLS、GAS、MCI、LVtw 相比于化疗前数值便已经出现下降。由于mFOLFOX6 化疗方案属于短时间内高剂量持续灌注氟尿嘧啶类药物的化疗方案，上述参数的减低提示在大剂量输注mFOLFOX6 药物后，对心肌造成了损伤。原因可能是心内膜首先受到心内血液的冲击，因此，在第一时间化疗药物的毒性作用会发生于心脏的心内膜面，而氟尿嘧啶类药物能够破坏内皮细胞，并直接对心肌细胞产生毒害作用，而且还会使冠状动脉痉挛收缩，对冠状动脉的微循环产生一定的影响［14］，心内膜下心肌主要为纵行心肌纤维，纵行纤维数量占优势，因此心肌的纵向运动是左室收缩功能中起到主导作用，GLS 可反应心肌纤维的纵向运动，而心内膜下纤维被认为最容易因缺血或毒性而受损［15］，GAS 是基于纵向与环向应变参数导出的同一心动周期中心内膜面的面积变化率［16］，所以，在首个化疗周期后患者的GLS、GAS出现小幅减低。但是此时GCS 虽低于化疗前组，但差异无统计学意义（P＜0.05），可能是由于药物造成心脏收缩功能损害局限于心内膜下还没有侵及环形肌层。

随着药物累积剂量的增加，即便是LVEF 还在正常范围内，三维应变数值均发生明显的降低，其中MCI 的下降程度更加明显。心肌综合指数MCI作为一个新指标，其综合了GLS 及LVtw，能够更全面的反应心脏整体收缩功能的变化，心脏作为一个复杂的结构，每一次收缩伴随着各层心肌的纵向、圆周的缩短，径向的增厚，还包括基底部顺时针及心尖逆时针方向的旋转引起的心肌的扭转，这种扭转运动或扭转归因于心外膜和心内膜螺旋心肌纤维对之间的相互作用［17］，而心肌综合指数恰好将心肌整体纵向的应变与心室扭转的角度综合起来，更全面的评估早期化疗药物对心肌的损害，这与MORNOS 的研究结果相似［6］。MEHTA等［18］建议将心肌应变与心脏生物标志物升高相结合，对心血管毒性的预测性比单独使用更高。在本研究中，MCI 在LVEF 保持在正常范围内的化疗患者中下降明显，随着化疗药物累积剂量的增加，血清cTnT 的数值逐渐增加，差异具有统计学意义，即便是所有患者在整个化疗过程中没有明显的心肌毒性的表现，可能虑心肌在损伤早期具有代偿的能力，MCI 与血清cTnT 之间的相关性（r=-0.722 8）明显高于LVEF 与cTnT 之间的相关性（r=-0.233 6），同样也高于GLS 与cTnT 之间的相关性（r=-0.600 8）。本研究的各参数ROC 曲线结果显示：MCI 的曲线下面积（0.903）最大，它超越了被认为是评估心脏早期损伤最敏感的指标GLS（0.838），因此，MCI 可以被用作一种更综合的、更反应化疗过程中左室心肌力学特征改变的参数，评估亚临床心脏的损伤［19］。张艳等［20］研究表明：ROC 曲线中，MCI 的敏感度（98.3%）最高，LVtw 特异度（75.7%），在评价左心室功能时，MCI、LVtw 可以作为敏感参数。

本研究的局限性：（1）未进行长期随访，MCI是否能够成为化疗患者生存率的预测指标；（2）未分析mFOLFOX6 方案对心肌各节段的影响；（3）在进行图像分析判读时，人为主观操作的准确性；（4）本研究的样本量相对较小；（5）客观影响因素：存在患者的个体差异；因追踪技术要求高质量图像，导致较多患者无法获取清晰的图像，可能会限制结果的外推性。

斑点追踪能够早期发现以mFOLFOX6 化疗的结直肠癌患者未见明确临床症状的隐匿性心肌损害，为临床医生及早的提供患者心功能变化的程度，其中MCI 是较为敏感的观测指标。