超声二维成像评价糖尿病兔左心室心肌周向应变功能

侯志敏 乔英艳

糖尿病作为最常见的慢性疾病之一，是引起心血管事件的独立危险因素，相对于非糖尿病人群而言，发生心血管疾病的风险明显增加，也成为糖尿病人群的重要死亡原因之一[1]。因此，若能早期发现糖尿病患者心肌功能异常，可以及时进行临床干预，减少心血管事件的发生。二维超声斑点追踪分层应变作为一种新技术，不再局限于分析左心室心肌整体应变，可以对心肌每一层的应变进行分析，相对于以往，对左心室功能的检测更加及时、敏感[2,3]。本研究通过建立糖尿病兔模型，旨在分析超声分层应变成像下糖尿病早期对于左心室短轴不同水平段各层心肌周向应变的实验研究，进一步应用于临床。

材料与方法

1.实验动物：将24只月龄相仿的新西兰兔随机分为两组，分别为正常对照组(n=12)和糖尿病组(n=12)，均禁食12h后，糖尿病组按照150mg/kg通过耳缘静脉注射四氧嘧啶来诱导建立糖尿病模型，将空腹血糖>14mmol/L作为建模成功的诊断标准[4]；对照组则注射等剂量0.9%氯化钠注射液，建模成功后均自由饮食。在建模成功后第6、9个月时，对两组兔进行常规超声心动图检查，并分别采集二维动态图像进行分析。

2.仪器与方法：采用GE vivid 7彩色多普勒超声诊断仪，M10s探头。在建模成功后第6、9个月时，对两组兔分别进行二维超声心动图检查，常规测量两组兔左心房收缩末期内径(LAD)、室间隔厚度(IVS)、左心室后壁厚度(LVPW)、左心室舒张末期内径(LVIDd)及左心室收缩末期内径(LVIDs)，用Simpson双平面法测量左心室射血分数(EF)，并测量二尖瓣口舒张早期峰值(e)与舒张晚期峰值(a)，计算e/a。同时采集连续3个心动周期的左心室短轴基底段、中间段及心尖段二维动态图像，储存以便进行分析。

3.图像分析：将采集的图像导入Echo PAC工作站，分别对两组兔左心室3个水平段的3层心肌进行自动追踪，在自动追踪不满意时进行手动描记，清楚描记各层心肌边界并进行应变分析，最终获得基底段、中间段及心尖段的心内膜下心肌圆周应变(CSendo)、中层心肌圆周应变(CSmid)及心外膜下心肌圆周应变(CSepi)，详见图1。

图1 分层应变分析左心室周向应变图像

结 果

1.常规超声心动图参数比较:糖尿病组与正常对照组比较，左心房内径(LAD)、室间隔厚度(IVS)、左心室后壁厚度(LVPW)、左心室舒张末期内径(LVIDd)及左心室收缩末期内径(LVIDs)、左心室射血分数(EF)、e/a差异均无统计学意义(P>0.05)，详见表1、表2。

表1 6个月时正常对照组与糖尿病组常规超声心动图参数比较

表2 9个月时正常对照组与糖尿病组常规超声心动图参数比较

2.各短轴水平段各层心肌CS参数比较：第6个月时，与对照组比较，糖尿病组左心室基底段与心尖段CSendo、CSmid、CSepi比较，差异均无统计学意义(P>0.05)，中间段CSendo减低(P<0.05)，而CSmid、CSepi比较，差异无统计学意义(P>0.05)；在第9个月时，与对照组比较，糖尿病组心尖段、基底段CSendo、CSmid、CSepi比较，差异均无统计学意义(P>0.05)，中间段CSendo、CSmid、CSepi均减低(P<0.05)，详见表3、表4。

表3 6个月时正常对照组与糖尿病组各短轴水平段各层心肌CS参数比较

表4 9个月时正常对照组与糖尿病组各短轴水平段各层心肌CS参数比较

3.组织形态学结果比较:在第6个月、9个月时，分别对两组兔的心肌切片分别进行Masson三色染色处理，织形态学结果显示，心肌细胞呈红色，肌细胞间成纤维细胞呈蓝色(图2)，糖尿病组与对照组比较，间质纤维化明显增加，9个月时糖尿病心肌纤维化相对于6个月时更加明显，说明其心肌随着病程时间的推移而发生恶化。

图2 正常对照组与糖尿病组Masson染色病理图片(×100)

讨 论

糖尿病作为一种慢性疾病，成为心血管疾病发生的重要因素之一，这可能是由于长期的高糖环境造成机体心肌细胞缺血、缺氧，进一步导致心肌细胞肥大，心肌纤维化，甚至局部或者广泛性坏死，使此类患者心肌出现功能障碍，其机制也可能与胰岛素抵抗、心肌能量代谢以及炎症因素有关[5,6]。

二维斑点追踪成像是在二维超声图像的基础上，通过追踪心肌由于反射、散射及干扰而产生的斑点的位移情况，观察同一心肌的位移轨迹，从而得到心肌组织的运动信息。此技术相对于传统超声可以更为准确定量评估心肌的运动功能，此种方法不存在角度依赖性，也不受呼吸和心脏摆动及前后负荷的影响，因此可以客观和定量地评估整体和感兴趣区域心肌功能[7]。在心肌发生应变时，各节段心肌收缩时方向表示为负值，拉长时方向表示为正值。既往对于左心室的研究常通过斑点追踪技术将左心室作为一个同质整体进行分析，忽略了左心室多层解剖结构：心内膜下心肌、中层心肌及心外膜下心肌。而分层应变是以二维斑点追踪技术为基础发展的新兴技术，突破了这一局限性，可以对左心室每一层心肌进行分析，更加敏感地识别心肌出现的亚临床功能障碍[8～10]。

斑点追踪分层应变可以从左心室长轴及短轴对其纵向应变、周向应变及径向应变进行定量分析，由于左心室心肌具有复杂的几何结构，即在左心室长轴上心肌的纵向收缩与舒张，左心室心肌在短轴方向的环形运动以及在短轴上的径向运动，这几个方向的运动并不局限于心肌的某一层，而是相互交叉在一起，因而决定了左心室心肌在三维空间非单一的复杂运动[11～13]。不仅如此，左心室的心肌还存在扭转运动。

本研究发现，心内膜下心肌对于糖尿病造成的心肌损伤最为敏感，这与其是心肌收缩的主要力量、受到的应力最大且心内膜对缺血、缺氧的耐受力较差等因素有关[14,15]。在病程进展到一定程度时，开始累及左心室中间段中层心肌以及心外膜下心肌，使其周向应变开始减低。有研究表明，左心室心肌的扭转运动以心肌带螺旋盘旋扭曲为解剖基础，主要发生在基底段和心尖段，扭转程度与心肌纤维的走形、左心室解剖结构及左心室的收缩与舒张功能密切相关[16,17]。这可能是造成心尖段与基底段各层周向应变变化不如中间段明显的原因之一，具体机制目前尚不清楚，并且本研究样本量较少，存在一定的局限性，需要进一步研究分析。

综上所述，在糖尿病未使左心室射血分数出现变化时，心内膜下心肌周向应变在最早时已经出现减低，运用超声二维斑点追踪分层应变技术可以更早、更敏感地识别糖尿病患者左心室心肌亚临床功能障碍，对早期诊断和治疗至关重要。