糖尿病患者实时超声心动图左心室功能指标与血清LPN、NGAL、sfrp5及代谢指标的关系*

张毓，李亚洲**，宋雨，孟凡荣，栗春莉，沈晓丽，宣佶

(1.南京中医药大学附属南京市中西医结合医院 超声科，江苏 南京 210014；2.东部战区总医院，江苏 南京 210000)

糖尿病(diabetes，DM)，尤其是2型糖尿病(type 2 diabetes，T2DM)具有较高的心脏和大血管并发症发生风险，约70%的DM患者死于心血管系统并发症，而糖尿病微血管病变(diabetic microangiopathy，DMIP)与心血管并发症关系密切[1-2]。常用超声心动图技术如二维超声心动图、组织多普勒成像及脉冲多普勒成像等检查容易受主观因素、角度因素及帧频等的影响，故越来越多学者推荐采用实时三维超声心动图技术(real-time three-dimensional echocardiography，RT-3DE)对DM患者的心血管并发症进行分析[3]。瘦素(leptin，LPN)、中性粒细胞明胶酶相关脂质运载蛋白(neutrophil gelatinase-related lipocalin，NGAL)及分泌型卷曲相关蛋白5(secreted frizzled-related protein 5，sfrp5)等均被证实参与了炎症及血糖调节过程，但与DM患者左室功能损害的关系尚缺乏充分循证证据[4-5]。本研究采用RT-3DE对DM患者的左心室功能进行检测，并分析了其与LPN、NGAL、sfrp5及相关代谢指标的相关性，现报道如下。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2017年1月—2018年10月内分泌科门诊就诊或住院的T2DM患者188例，其中男102例、女86例，年龄38～75岁、平均(60.49±5.11)岁，病程4～12年、平均(7.12±3.01)年。纳入标准：(1)DM符合诊断标准符合《中国2型糖尿病防治指南(2017年版)》[6]提出的T2DM诊断标准;(2)年龄>18岁、性别不限;(3)患者自愿参与本次研究且签署知情同意书。排除标准：(1)合并先天性心脏病、冠心病、严重心力衰竭、心律失常及心肌梗死等确切心脏疾病者；(2)合并严重低血压、恶性高血压、非酮症高渗性糖尿病昏迷等严重糖尿病并发症者；(3)合并严原发性肾脏疾病如急慢性肾小球肾炎等者；(4)合并急慢性感染、自身免疫系统疾病、恶性肿瘤等可能影响本研究指标者；(5)处于妊娠期、哺乳期女性；(6)合并认知功能障碍者。根据患者是否出现DMIP(糖尿病视网膜病变、糖尿病肾病、周围神经病变等)分为DMIP组(n=85)与单纯DM组(n=103)；另选取同期体检健康者100名作为对照组(NC组)，其中男55名、女45名，年龄35～75岁、平均(61.18±6.25)岁。本研究获得医院伦理委员会审核批准。

1.2 方法

采用Philips IE33型心脏超声诊断仪，配置X3-1型矩阵相控阵三维探头(频率3.5～4.5 MHz)与S5-1型心脏探头(频率2～4 MHz)用以二维超声检查，仪器内置定量分析QLab8.1定量分析软件，自动描绘左室容积-时间曲线，并分析左室整体功能与节段功能。检查时受检者均取左侧卧位，维持平静呼吸，予以同步Ⅱ导联心电图监测。经胸骨旁左室长轴切面测量左房内径(left atrium diameter，LAD)、左室舒张末期内径(left ventricular end-diastolic diameter，LVEDd)、左室收缩末期内径(left ventricular end systolic diameter，LVESd)、室间隔厚度(interventricular septum thickness，IVSTd)及左室后壁厚度(left ventricular posterior wall thickness，LVWTd)，计算左室短轴缩短率(left ventricular short axis shortening rate，LVFS)和左室射血分数(left ventricular ejection fraction，LVEF)；于心尖四腔切面采用脉冲多普勒测量二尖瓣口舒张期血流E峰和A峰峰值流速，计算E/A。常规测量身高和体质量，计算体表面积(body surface area，BSA)=0.006 1×身高(cm)+0.012 4×体质量(kg)-0.009 9，并按Devereux公式计算左室心肌质量指数(left ventricular myocardial mass index，LVMI，g/m2)=左室心肌质量(left ventricular myocardial mass，LVM)/BSA，LVM=0.8×{1.04×[LVEDs+WTD+IVSTD]3-LVEDd2}+0.6 g。见图1和图2。启动Live 3D模式，采用全容积显像方式采集心尖四腔切面的3～4个连续心动周期，获取左心室全容积成像三维数据。采用QLab 8.1软件中的3D Advanced功能键进行图像分析，分别于在心尖、心尖四腔与两腔切面二尖瓣于舒张末期和收缩末期选取5个取样点勾画序列，记录三维左室舒张末期容积(three-dimensional left ventricular end-diastolic volume，3DE-EDV)、左室收缩末期容积(left ventricular end systolic volume，3DE-ESV)及LVEF(3DE-LVEF)，再点击序列分析获取左室整体与16节段的时间-容积曲线(time-volume curve，VTC)，测量各阶段位移的平均值、标准差(SD)、最大值与最小值，由软件计算16节段收缩达到最低容积时间(Tune to mininluna systolic volume,Tmsv)的标准差(Tmsv-16SD)及最大差值(Tmsv-16Dif)，计算其占相同心动周期持续时间的百分比(Tmsv-16SD%，Tmsv-16Dif%)；按照相同方法测算12的Tmsv 12-SD%及Tmsv 12-Dif%，6节段的Tmsv 6-SD%及Tmsv 6-Dif%。见图3和图4。

图1 DM组左室功能参数测量 图2 DMIP组左室功能参数测量

图3 DM组RT-3DE 16节段容积-时间曲线 图4 DMIP组RT-3DE 16节段容积-时间曲线

1.3 观察指标

受试者隔夜空腹8～10 h，于次日清晨8 ∶00～9 ∶00采集空腹肘静脉血5 mL，4 000 r/min离心5 min留取血清标本。采用日立7600生化分析仪测定空腹血糖(fasting blood glucose，FBG)、餐后2 h血糖(2 h blood glucose after meal，2 h PG)、血肌酐(serum creatinine，Scr)水平，化学发光法测定β2-微球蛋白(β2-microglobulin，β2-MG)，比浊法测定胱抑素C(cystatin C，CysC)，糖化 HA8180 仪测定糖化血红蛋白(glycated hemoglobin，HbAlc)，酶联免疫吸附法(enzyme-linked immunosorbent assay，ELISA)测定血清sfrp5、LPN和NGAL，试剂盒由上海酶联生物科技有限公司提供，有效检测范围：sfrp5为3～80 μg/L，LPN为0.3～12 μg/L，NGAL为9～350 μg/L。

1.4 统计学方法

2 结果

2.1 临床特征

3组被检者的年龄、性别、BMI、BSA、HR比较，差异无统计学意义(P>0.05)；DM组和DMIP组的病程比较，差异无统计学意义(P>0.05)；DMIP组的SBP、DBP显著高于NC组和DM组，差异有统计意义(P<0.05)。见表1。

表1 各组被检者的临床特征比较

2.2 超声心动图指标

超声心动图指标比较的结果显示，3组被检者的LVESd、LVFS比较，差异无统计学意义(P>0.05)；DMIP组的LVEDd、LAD、IVSTd、LVWTd、LVMI、2DE-EDV、3DE-EDV及3DE-ESV高于NC组和DM组，且DM组的LVMI、3DE-EDV高于NC组，差异有统计学意义(P<0.05)；DMIP组的E/A、2DE-LVEF、3DE-LVEF低于DM组和NC组，且DM组的3DE-LVEF低于NC组，差异有统计学意义(P<0.05)。见表2。

表2 各组被检者的超声心动图参数比较

2.3 左心室容积-时间曲线参数

DMIP组和DM组的左心室VTC参数均高于NC组，且DMIP组高于DM组，差异有统计学意义(P<0.05)。见表3。

表3 各组被检者的VTC参数值比较

2.4 生化指标

DM组和DMIP组的FPG、2 h PG、HbAlc高于NC组，且DMIP组的HbAlc高于DM组，差异有统计学意义(P<0.05)；DMIP组的Scr、β2-MG、CysC、LPN及NGAL高于DM组和NC组，且DM组的CysC、LPN及NGAL高于NC组，差异有统计学意义(P<0.05)；DMIP组、DM的sfrp5低于NC组，且DMIP组低于DM组，差异有统计学意义(P<0.05)。见表4。

表4 各组被检者的生化指标比较

2.5 超声心动图左室功能指标与血清学指标的相关性

HbAlc、LPN、NGAL与LVMI、3DE-EDV、VTC参数呈显著正相关性，与3DE-LVEF呈显著负相关性，差异有统计学意义(P<0.05)；sfrp5与LVMI、3DE-EDV、VTC参数呈显著负相关性，与3DE-LVEF呈显著正相关性；且sfrp5与HbAlc、LPN、NGAL呈显著负相关性，差异有统计学意义(P<0.05)；CysC与左室功能指标之间未见明显相关性，差异无统计学意义(P>0.05)，仅与HbAlc呈显著正相关性，差异有统计学意义(P<0.05)。见表5。

表5 超声心动图左室功能指标与血清学指标的相关性分析(r)

3 讨论

糖尿病心肌病(diabetic cardiomyopathy，DCM)是DM最常见的并发症之一，是独立于冠心病、高血压等的一种特异性心肌病[7]。DCM的主要病理生理特征为心肌肥大、心肌纤维化、细胞外基质沉积、心室重量升高与局灶性心肌坏死等，并伴有不同程度的左心室舒张和(或)收缩功能不全，且以舒张功能受损较早出现[8-9]。因而早期发现DM患者的左室结构及功能异常并尽早采取干预措施，对延缓甚至预防DCM、CHF的发生及发展、改善临床预后具有重要意义。

超声心动图在评价左室功能变化方面具有重要作用，但常规二维超声获得的各节段参数并非在同一心动周期、同一切面上，存在一定的误差[10-11]。RT-3DE则可实时显示二维超声难以获得的心脏切面结构，显示病变组织与周围结构的位置、空间关系[12]。本研究中，DM组和DMIP组二维超声测定所获得的LVESd、LVFS均与NC组无明显差异(P>0.05)。同时，DM组的LVEDd、LAD、IVSTd、LVWTd、E/A、LVEF、EDV及ESV虽较NC组有一定的改变，但均在正常范围内，而DMIP患者中上述指标均表现出明显变化(P<0.05)。提示DM和DMIP患者可能存在一定的左室结构及功能异常，但二维超声可能不足以体现这种改变。采用RT-3DE测量则显示，在DM组和DMIP组中LVEF均有明显下降，EDV明显升高，ESV则仅在DMIP组中明显升高(P<0.05)，与韩红生[13]、金鑫等[14]报道基本相符。提示DM患者已存在不同程度的左室结构及功能异常，且早期以左室舒张功能受损为主并伴有LVEF下降，虽未发展至心脏病，但RT-3DE仍可见前期左心室舒张甚至收缩功能障碍，且DMIP时这种影响尤为明显。

心脏的泵血功能有赖于心室壁的节律性收缩运动，如收缩运动不同步则可因时间差异而导致收缩力降低，进而导致左室射血功能降低[15-16]。常规二维超声心动图的时间分辨率相对较低，且容易受操作者的经验等因素的影响，难以全面、准确地反映左室整体舒缩运动功能[17]。RT-3DE则可克服上述缺陷，能够直接采集多平面图像并经系统自动计算相关参数，还可同步获取左室整体与节段VTC及相关参数，从而全面评估左室结构及功能变化[18]。本研究显示，DM组和DMIP组的Tmsv 16-SD%、Tmsv 12-SD%、Tmsv 6-SD%及Tmsv 16-D if%、Tmsv 12-D if%、Tmsv 6-D if%均较NC组显著降低，且DMIP组上述指标均显著低于DM组(P<0.05)。说明DM患者在发展至心肌病前已然出现不同程度的亚临床左心室心肌损伤，且当出现DMIP时这种心肌损伤将进一步加重，导致心室同步性降低，这也侧面证实了RT-3DE能够更好地评价DM患者的左心室结构及功能异常。

DMIP诱发DCM的机制尚不明确，多认为与DMIP复杂的代谢紊乱、炎症反应、氧化应激、血管内皮损伤等病理生理变化有关[19-20]。本研究中，DM组和DMIP组的FPG、2hPG、HbAlc、TC均显著高于NC组，反映了DM及DMIP患者的糖脂代谢异常，而长期糖脂代谢紊乱可能加速心肌细胞的生理学与形态学改变，进而加速左心室重构。三组在LDL-C、HDL-C方面差异不显著，DMIP组仅HbAlc、TG、Scr、β2-MG、CysC与DM组相比明显升高，考虑与上述指标的影响因素较多有关。sfrp5是一种分泌型卷曲相关蛋白家族成员，同时也是一种抗炎脂肪因子，参与了葡萄糖诱导β细胞增殖的过程，且对胰岛素敏感性具有一定的改善作用，被证实参与DM的发病过程[21-22]。LPN是一种脂肪细胞分泌的激素，可诱导血管内皮细胞受损、促使血管收缩、激活交感神经系统等，从而参与DM的发生及发展进程[23]。动物研究显示，LPN可使某些信号通路激活而诱导心肌细胞肥大，诱发心室结构异常[24]。NGAL是一种载脂蛋白家族成员，在早期肾损伤、心衰、左心室肥大等心血管病变时NGAL水平也将明显升高，可能在DCM中具有潜在致病作用[25]。本研究结果显示，DM及DMIP患者的血清sfrp5水平较NC组显著降低，而LPN及NGAL水平明显升高，且DM组与DMIP组之间差异显著，提示sfrp5、LPN及NGAL可能参与了DM的发生及发展，且在发生DMIP时上述指标的变化更为明显。进一步Pearson相关性分析显示，sfrp5水平与E/A、3DE-LVEF呈显著正相关性，与LVMI及左心室容积-时间曲线参数值呈显著负相关性，而LPN及NGAL水平与E/A、3DE-LVEF呈显著负相关性，与LVMI及VTC参数值呈显著正相关性(P<0.05)。提示随着DM病情进展，血清sfrp5水平逐步降低，LPN及NGAL水平逐步升高，而左室舒缩功能逐步下降，左室节段收缩不同步现象加重。本研究还显示，血清sfrp5水平与HbAlc、LPN及NGAL呈显著负相关性，而LPN及NGAL与HbAlc呈显著正相关性(P<0.05)。进一步证实血清sfrp5、LPN及NGAL水平变化可能对DM患者的左心室结构及功能变化甚至DCM的发生及发展具有一定的提示作用。

综上所述，RT-3DE能够早期、有效评价DM患者的左心室结构及功能变化，且与患者的HbAlc、LPN、NGAL、sfrp5等水平密切相关，检测上述指标结合RT-3DE检查可能对DM患者的早期心肌功能受损甚至DCM的诊断与干预提供参考依据。