心脏磁共振心肌应变技术用于正常男性吸烟人群左心房的初步研究

田迪，李昕，赵文静，宋清伟，刘爱连，李智勇

香烟烟雾是一种复杂的化学混合物，含有尼古丁以及一氧化碳(CO)和多环芳烃等有毒物质。研究表明吸入这些物质不仅对气道有影响，而且对肺和心脏都有着不同的影响[1-3]。近年来，一些基础及临床方面的研究结果证实吸烟时产生的烟雾可以直接影响到肺血管微结构以及损害相应血流动力学。Ferrer等[4]研究香烟烟雾对豚鼠的肺动脉内皮功能的影响结果发现：暴露于香烟烟雾可诱导肺动脉内皮功能障碍、小血管平滑肌细胞增殖和肺内皮型一氧化氮合酶(eNOS)表达降低，Ferrer等[4]从动物实验中证实：吸烟可以直接损害肺动脉微结构。由此可见，在吸烟的早期阶段可能就出现了肺血管微结构的重构。由于肺循环的特点是低压、低阻、高速、高流量，并且肺循环与左心房(left atrial，LA)直接沟通，并无瓣膜阻挡，因此，肺循环的重构与变化，也会间接影响到LA的结构与功能改变，合理认识和精准评估吸烟对LA的结构与功能影响也具有重要的临床意义。

心血管磁共振(cardiac magnetic resonance，CMR)是评估心脏结构和功能的“金标准”，已经常规用于心血管疾病的临床工作与科学研究中。通常使用LA容积(volume，V)和LA射血分数(ejection fraction，EF)等传统测量方法来评估LA功能。然而，LA心肌应变(myocardial strain，MS)是指 LA 的变形能力，其参数能够反映LA结构的改变、心肌纤维化以及LA的僵硬程度。一些研究表明，在高血压早期患者[5]、糖尿病和高血压患者[6]、左心肥厚型心肌病患者[7-8]中，即使左心房大小正常，应变参数也会出现异常。因此评估LA变形可以克服容积评估的局限性，可以更早地发现功能损害。目前一些研究[9-11]表明，LA MS还可以应用于临床房颤患者的风险评估和预测中。

近年来，无论是超声心动图还是CMR，吸烟与左心室、右心室结构与功能的之间相关研究已经取得一些初步成果。但是，利用CMR探索吸烟对LA影响的研究鲜有报道。本研究主要是使用CMR MS技术评估中国正常男性吸烟人群与非吸烟人群之间LA结构、功能参数、MS参数的差异性情况。

1 材料与方法

1.1 一般资料

本研究为回顾性研究，纳入2019年5月到2020年1月期间在我院3.0 T MR完成心脏常规成像检查的正常男性70名。根据吸烟与否分为：吸烟组与非吸烟组。纳入标准：(1)生命体征稳定，无交流、听力障碍。(2)近期内完成的超声心动图及心电图检查均显示正常；(3)没有心脏疾病及手术史；(4)近期检查均没有糖尿病、高血压等病史；(5)没有常见的心血管系统和呼吸系统的疾病；(6)没有肿瘤病史；(7)没有肝脏、肾脏、骨骼系统相关的疾病。排除标准：质量差的CMR图像。

行CMR检查前，精准测量所有志愿者身高、体质量的一般资料情况，计算相应的身体质量指数(body mass index，BMI)、人体表面积(body surface area，BSA)，并详细记录血糖、血压的临床资料情况(作为排除标准)。并且与志愿者做好检查前的告知与交流，安抚好情绪波动。采用调查问卷方式对患者的吸烟情况、职业史、既往病史等进行记录。吸烟定义为每天吸烟≥5支且至少三年从未戒烟。烟龄≤20年为非重度吸烟组，烟龄＞20年为重度吸烟组。

该研究是根据《赫尔辛基宣言》的原则进行的，并得到我院医学伦理委员会批准(批准文号：PJ-KS-KY-2021-169)，免除受试者知情同意。

1.2 研究设备与方法

所有志愿者均于3.0 T MR仪(HDxt；General Electric Medical Systems，Waukesha，WI，USA)上完成心脏常规扫描，使用心脏专用的8通道线圈(HDxt；General Electric Medical Systems，Waukesha，WI，USA)。所有受试者均在心电和呼吸门控下完成扫描，并在接受检查前接受磁共振相关安全知识宣教及进行呼吸训练，以保持膈肌位置相对恒定，保证每次屏气时心脏位置的一致性。常规扫描层面主要包括：左心室长轴、流入流出道、四腔心、左心室短轴(从心尖到基底部)电影图像，快速稳态进动平衡序列(fast imaging employing steady state acquisition，FIESTA)电影序列成像扫描参数如下：TR 3.6 ms；TE 1.6 ms；FOV 350 mm×350 mm；翻转角50°；带宽125 kHz；矩阵192×224；层厚10 mm；层间距0。

1.3 数据测量与分析

采用Medis Suite 3.2(Medis Medical Imaging Systems，Leiden，the Netherlands)软件测量获取LA结构功能及MS参数。具体方法如下：以拖拽的方式选取心脏四腔心层面，手动勾勒LA心内膜轮廓，以获得感兴趣区域(region of interest，ROI)(图1，2)。得到LA舒张末期容积，LA收缩末期容积，LA收缩前容积，分别对应着LA最大容积(maximum left atrial volume，LAVmax)、LA 最小容积(minimum left atrial volume，LAVmin)、LA收缩前容积(left atrial volume prior to atrial contraction，LAVp-ac)。并根据 LA各个容积参数计算LA射血分数(left atrial ejection fraction，LAEF)，计算公式如下。

图1 52岁非吸烟男性志愿者。A：心脏磁共振四腔电影序列上左心房心内膜轮廓勾画图。B：黄色曲线为左心房整体纵向应变曲线，红色曲线为左心房容积-时间曲线，蓝色曲线代表左心房容积变化速率曲线。该志愿者左心房结构功能及MS参数：左心房最大容积：81.39 mL；左心房最小容积：32.34 mL；左心房收缩前容积：52.83 mL；左心房总射血分数：60.26%；左心房总射血分数：35.09%；左心房主动脉射血分数：38.78%；总整体纵向应变：35.76%；被动整体纵向应变：22.46%；主动整体纵向应变：13.30%；整体圆周应变：40.19%；整体径向应变：-36.90% 图2 53岁吸烟男性志愿者。A：心脏磁共振四腔电影序列上左心房心内膜轮廓勾画图。B：黄色曲线为左心房整体纵向应变曲线，红色曲线为左心房容积-时间曲线，蓝色曲线代表左心房容积变化速率曲线。该志愿者左心房结构功能及MS参数：左心房最大容积：72.1 mL；左心房最小容积：34.31 mL；左心房收缩前容积：51.2 mL；左心房总射血分数：52.42%；左心房被动射血分数：28.98%；左心房主动脉射血分数：32.99%；总整体纵向应变：11.72%；被动整体纵向应变：6.52%；主动整体纵向应变：5.20%；整体圆周应变：34.53%；整体径向应变：-21.98%Fig.1 A 52-year-old male non-smoking volunteer.A:The contours of the left atrial endocardium in a cardiac magnetic resonance four-chamber cine sequence.The yellow curve shows the global longitudinal strain curve of the left atrium,the red curve shows the left atrial volume-time curve,and the blue curve represents the left atrial volume change rate curve.LAVmax:81.39 mL;LAVmin:32.34 mL;LAVp-ac:52.83 mL;LAEFtota:60.26%;LAEFpassive:35.09%;LAEFactive:38.78%;GLSs:35.76%;GLSe:22.46%;GLSa:13.30%;GCS:40.19%;GRS:-36.90%.Fig.2 A 53-year-old male smoking volunteer.A:The contours of the left atrial endocardium in a cardiac magnetic resonance four-chamber cine sequence.The yellow curve shows the global longitudinal strain curve of the left atrium,the red curve shows the left atrial volume-time curve,and the blue curve represents the left atrial volume change rate curve.LAVmax:72.1 mL;LAVmin:34.31 mL;LAVp-ac:51.2 mL;LAEFtotal:52.42%;LAEFpassive:28.98%;LAEFactive:32.99%;GLSs:11.72%;GLSe:6.52%;GLSa:5.20%;GCS:34.53%;GRS:-21.98%.

LAMS参数包括：整体纵向应变(global longitudinal strain，GLS)、整体径向应变(global radial strain，GRS)、整体圆周应变(global circumferential strain，GCS)、总整体纵向应变(the sum of passive and active GLS，GLSs)、被动整体纵向应变(passive GLS，GLSe)、主动整体纵向应变(active GLS，GLSa)。

从研究组中随机选取15名志愿者，由2名心血管影像医师在不知志愿者吸烟具体信息情况下进行LA MS参数测量1次；此外，由其中1名医师对相同资料再次进行测量，间隔时间为1个月。

1.4 统计学方法

采用SPSS 21.0(SPSS Inc.，Chicago，IL，USA)软件，使用组内相关系数(intraclass correlation coefficient，ICC)检验对LA MS参数进行组内、组间一致性分析，ICC值大于等于0.75表示重复性好。计量资料采用shapiro-wilk正态性检验和方差性检验，符合正态分布资料以±s表示，非正态分布资料以中位数(第一个四分位数，第三个四分位数)表示。对吸烟组与非吸烟组之间一般资料、LA结构功能、MS参数进行t检验或Mann-Whitney检验。并在MedCalc 20.009(Medcalc Software bvba,Ostend,Belgium)软件，进行Bland-Altman检验。P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 所有吸烟志愿者的一般情况、临床资料

本研究总计收集70名正常健康志愿者，均为男性，且均无高血压、糖尿病史。其中，吸烟组志愿者44名，年龄(45.39±9.73)岁，BMI(25.95±3.43)kg/m2，BSA(2.07±0.19)m2；非吸烟组志愿者 26名，年龄(44.38±12.79)岁、BMI(25.94±2.56)kg/m2、BSA(2.01±0.12)m2(表1)。

表1 所有正常志愿者的一般资料情况(±s)Tab.1 General information of all normal volunteers(±s)

表1 所有正常志愿者的一般资料情况(±s)Tab.1 General information of all normal volunteers(±s)

注：BMI：体质量指数；BSA：人体表面积。

参数年龄(岁)BMI(kg/m2)BSA(m2)糖尿病或高血压吸烟组(44名)45.39±9.73 25.95±3.43 2.07±0.19 0非吸烟组(26名)44.38±12.79 25.94±2.56 2.01±0.12 0 P值0.732 0.992 0.184—

2.2 15名志愿者LA结构功能及MS参数的一致性研究

从研究组中随机选取15名志愿者，评估观察者内、观察者间的一致性，结果表明LA结构及功能、MS参数的组内ICCs为0.817～0.948，组间ICCs为0.752～0.969(ICC均≥0.75)。使用Bland-Altman分析，LA MS参数有较好的组间、组内一致性。本研究结果显示无论是ICCs试验还是Bland-Altman检验，LA结构及功能、MS参数均具有良好的组内、组间一致性，其中LA GCS、GRS参数组内ICCs为0.817～0.829，组间ICCs为0.852～0.864。

2.3 吸烟组与非吸烟组志愿者之间LA结构、功能、MS各参数比较

吸烟组志愿者的GCS、GRS(33.81%±11.23%、-28.99%±4.95%)较非吸烟组志愿者(40.21%±11.84%、-31.66%±4.75%)均有不同程度的降低(P＜0.05)，而其他LA的相关参数在两组之间均差异无统计学意义(表2)。

表2 所有正常志愿者的左心房结构、功能及心肌应变参数情况Tab.2 Left atrial structure,function and myocardial strain parameters of all normal volunteers

2.4 非重度吸烟组与重度吸烟者志愿者之间LA结构、功能、MS各参数比较

考虑到年龄及烟龄的影响，本研究主要针对吸烟组志愿者年龄比较集中的39～50岁(共24名)这个年龄段的志愿者，进一步按照烟龄又分成两组：非重度吸烟组(12名)与重度吸烟组(12名)。非重度吸烟组与重度吸烟组之间的LA结构、功能以及MS各参数均无统计学意义(P均＞0.05)(表 3)。

表3 39～50岁非重度吸烟组和重度吸烟组健康志愿者左心房结构、功能和心肌应变参数情况Tab.3 LA structure,function and MS parameters of healthy volunteers in non-heavy smoking and heavy smoking groups aged 39 to 50

3 讨论

本研究主要是基于CMR探讨正常吸烟与非吸烟人群LA的结构、功能及MS情况，并且严格按照纳入标准以确保研究的准确性。我们的研究结果表明：CMR MS技术能够用于评估正常男性的LA结构、功能及MS参数，对比非吸烟者，吸烟志愿者的LA GCS、GRS存在一定程度受损，且早于LA结构、功能参数的改变。

3.1 非吸烟志愿者LA结构及功能、MS参数

本研究中非吸烟组志愿者LA的LAVmin、LAVmax、LAEFtotal值与Peng等[12]研究结果大致相同，其75名正常中国男性 LAVmin值 27.4%±9.3%、LAVmax值 60.3%±18.0%、LAEFtotal值58%±8%，除了本研究LAVmax值略高一些之外，其他参数值均极其相近。若就两组资料精细分析，本研究中非吸烟组志愿者年龄(44.38±12.79)岁，而Peng等[12]就45～59岁年龄组的正常国人男性LA结果而言，各种参数值就更加贴近。同时，本研究结果与杨映霞等[13]的34名中国健康男性LA参数值比较，其LAVmin值25.5%±5.7%、LAVmax值69.8%±12.6%、LAEFtotal值63.3%±6.9%，这些LA参数值也是基本相符合的。这充分说明本研究结果基本符合中国人群正常男性的基本情况。

本研究中非吸烟组志愿者GCS、GLSs值与Peng等[12]同一测量软件的情况下，其75名正常中国男性LA的GCS值39.5%±12.1%，两者结果极其相近，但是，其GLS值32.3%±9.5%，略高于本研究结果，这也说明LA的GCS值相对更加稳定。与Truong等[14]对45名正常欧美男性志愿者LA的MS参数对比显示，其GLSs、GLSe值(37.6%±10.2%、23.79%±9.4%)均略高于本研究中非吸烟组志愿者，而LAEF、GLSa数值与本研究结果近似，这推测可能是欧美国家人群与国人在生理结构上存在差异。与杨映霞等[13]34名健康男性LA的GLSs、GLSe、GLSa值相比，均高于本研究的非吸烟组志愿者，这可能由于两者测量选择的LA图像不一样，杨映霞等选择的左心室长轴二腔心层面，而本研究倾向于多数超声测量方法，选择标准四腔心层面，当然，也可能存在入组志愿者的异质性影响。

3.2 吸烟志愿者LA结构及功能、MS参数

目前，CMR具有很高的准确度和可重复性，是心脏形态和功能评价的“金标准”，CMR能从多角度全面评价左心房结构[15-16]。近年来，关于吸烟人群与不吸烟人群LA结构、功能、MS差异性研究多集中于超声的研究报道中[17-18]，本研究是首次利用CMR技术进行吸烟相关方面的初步研究文章。本研究结果显示，对比非吸烟志愿者，吸烟志愿者在LA结构、功能参数尚没有变化的时候，LA的GCS、GRS就呈现出一定程度的受损。就吸烟志愿者LA结构与功能参数结果而言，与部分文献不符。Akcay等[19]研究显示：吸烟者的LAEFactive值显著高于非吸烟者(P=0.003)。Yaman等[20]研究显示：吸烟者的LAVmin显著高于非吸烟者(P=0.043)。两篇文献均说明吸烟引起了LA结构或功能参数的显著变化，这与本研究结果不符，这可能与不同研究的志愿者入组样本异质性有关。尽管本研究入组志愿者可能尚没有引起LA的结构和功能各个参数显著的变化，但是，本研究还是观察到吸烟组的LAVmin还是高于非吸烟组，尽管差异无统计学意义(P=0.086)。就吸烟志愿者LA的MS参数结果而言，本研究与部分文献相仿。本研究结果显示：吸烟组志愿者LA的GCS、GRS较非吸烟组志愿者均有不同程度的降低(P＜0.05)，而GLSs、GLSe、GLSa差异均无统计学意义(P＞0.05)，这说明吸烟可能伴随着LA的GCS、GRS的受损发生。Yaman等[20]研究显示：健康吸烟者与健康非吸烟者之间LA的GLSs、GLSe、GLSa值相仿(P＞0.05)，这一结果与本研究结果部分内容相似，纵向应变没有显著的受损改变。但是，Bostan等[17]研究结果表明：健康吸烟者LA的GLS显著低于健康非吸烟者(P＜0.05)，这与本研究结果不同。本研究发现39～50岁年龄段非重度吸烟组志愿者与重度吸烟组志愿者之间LA各参数差异均无统计学意义，这可能与入组志愿者人数少有关。当然，这方面研究还是需要更多的深入探讨。

3.3 局限性

(1)本研究的研究人群样本量偏小，并且，仅限于大连地区的，可能存在数据的偏移，影响最终的结果分析。(2)本研究主要是测量LA的参数的测量与分析，未同时测量左心室功能参数以及肺部CT了解肺组织及肺气肿情况，以及详细的年龄分组，以减少更多的影响因素的干扰。(3)本研究未能进行这组吸烟人群的随访观察，更加准确地评估随着吸烟时间的延长，LA结构、功能及MS的变化情况，以便于更加准确地理解吸烟与LA变化的关联性。(4)本研究没有深入调查吸烟者的香烟类型、焦油量等情况。(5)本研究没有更多地调查志愿者们的工作状态、运动状态等日常生活情况。(6)本研究中没有进行左室或右房相关的测量，其参数对左心房参数的影响也非常重要，这也是我们的局限性之一，我们将在后续的研究中进一步探讨。

综上所述，CMR MS技术能够用于评估中国正常男性吸烟人群与非吸烟人群LA结构功能、MS参数的差异性情况。对比非吸烟志愿者，吸烟志愿者的LA GCS、GRS存在一定程度的受损，且可能早于LA结构、功能参数的改变。

作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。