超声心肌做功评价左室收缩功能的临床研究进展

王 岩，薛 莉

（哈尔滨医科大学附属第四医院心血管超声科，哈尔滨150001）

0 引言

对于心脏疾病的检查诊断，超声心动图检查具有无创便捷、费用低、可重复等优点。常规超声心动图可以实时直观地显示心脏结构和室壁运动情况，临床最常用M型法和双平面Simpson法测量得到的左室射血分数(left ventricular ejection fraction，LVEF)来评估左室的收缩功能，但当左室容量负荷以及心脏几何形态发生改变时其缺乏准确性，对早期心肌无症状性受损的左室收缩功能障碍的诊断存在一定困难[1-4]。二维斑点追踪超声心动图(2D speckle tracking echocardiography，2D-STE)是近年来发展起来的可以定量分析评估心肌功能的新技术[5]，克服了角度依赖性，被广泛地应用于检查诊断各种心脏疾病。随着斑点追踪技术的不断发展，超声对于心脏功能的诊断价值有了进一步的提升。心肌做功(myocardial work，MW)是基于2D-STE进一步得到的定量评价左室收缩功能的新指标，其考虑了后负荷对于左室收缩功能的影响[6-8]，较测量整体纵向应变(global longitudinal strain，GLS)更能客观地反映左室心肌力学功能。临床初步研究发现，在冠心病、高血压、心肌病等疾病诊断治疗中均可发现无创测量的MW各参数的显著变化。Edwards等[9]、Boe等[10]和Galli等[11]的研究证明测量整体做功指数(global work index，GWI)比测量GLS能更敏感地检测和诊断冠心病及其他心脏疾病，表明MW参数对左室收缩功能的评估优于应变参数和其他方法[8]，在准确诊断心脏疾病和疗效随访方面体现了其巨大的独特的应用价值。本文将对目前MW评价左室功能的临床研究进展加以综述。

1 MW参数及测量方法

评价左室MW的参数包括[12-13]：有效功(constructive work，CW)，为收缩期心肌缩短与等容舒张期心肌延长做功之和；无效功(waste work，WW)，为在收缩期心肌延长和等容舒张期心肌缩短做功之和；心肌工作效率(myocardial work efficiency，MWE)，计算方法为CW/(CW+WW)×100%，反映心动周期中机械能消耗的效率；心肌做功指数(myocardial work index，MWI)，为心肌从二尖瓣闭合到二尖瓣开放时间段内做的总功。

Urheim等[14]的研究表明，区域心肌做功指数(regional myocardial work index，RMWI)可以通过心肌应变结合有创测量的左室腔内压力(代替区域心室壁应力)构建的压力-应变回路产生的左室压力-应变环(left ventricular pressure-strain loop，LVPSL)面积来估算。与已知的压力-容积环相似，LVPSL面积反映了局部心肌工作耗氧量和代谢需求，但受到有创测量的限制。Cauwenberghs等[15]发现，MWI可由肱动脉袖带血压替代有创测量的左室压力来构建的LVPSL面积得到[7，12]，如图1所示[13]。这种无创LVPSL可由超声机器及工作站内置的MW算法自动计算得到，并最终获取整体和局部各MW参数值，如图2所示[16]。通过肱动脉袖带血压构建的LVPSL面积，从心肌力学上实现了对左室收缩功能的无创评估，且由于受损心肌与正常心肌在收缩同步性及方向性上的差异会导致LVPSL的旋转方向不同，故LVPSL的方向可以用来区分心肌主动收缩和被动收缩，对评价左室收缩功能具有重要价值。

图1 获取MW参数的操作方法[13]

图2 二维超声心动图测定MW参数[16]

Russell等[7]和Hubert等[17]的研究证实了无创测量的左室压力和有创测量的左室压力的LVPSL具有良好的一致性和相关性。Russell等[7]还发现LVPSL无创测量MW参数的方法与有创测量MW和直接测量MW吻合良好，且能客观地反映心肌代谢。Manganaro等[16，18]研究获得了健康志愿者各MW参数的正常值，并发现无创测量的MW指标与常规心室收缩功能参数和应变参数间有良好的相关性。表明应用无创MW参数评估左室收缩功能是可行且可靠的，值得临床加以研究及验证。

2 MW在评估左室收缩功能中的临床研究进展

2.1 冠心病

Edwards等[9]研究发现，在无局部室壁运动异常和保留LVEF的患者中，整体有效功(global constructive work，GCW)在预测显著的冠心病方面优于GLS。唐莎等[19]发现有节段性室壁运动异常的冠心病患者，其GWI、GCW、整体做功效率(global work efficiency，GWE)和整体无效功(global waste work，GWW)均可较好地反映和评估其左室收缩功能的改变。

崔存英等[20]对冠心病患者进行冠状动脉旁路移植术后的MWI定量评价。与健康对照组相比，患者术前、术后1个月及3个月的GWI、GCW、GWE均降低，GWW升高；术后1个月与术前相比各MW参数无明显变化，而术后3个月的GWI和GWE比术前增高；术后3个月的GWI、GCW、GWE比术后1个月时增高。研究结果表明，MW参数为定量评估冠状动脉旁路移植术后患者的左室收缩功能提供了一个有效方法，可以检测到术后患者左室收缩功能的改善，对准确评估患者术后左室收缩功能的逐渐恢复情况具有敏感性。

2.1.1 非ST段抬高型心肌梗死

Boe等[10]研究发现RMWI在检测非ST段抬高型心肌梗死患者是否发生急性冠状动脉闭塞(acute coronary occlusion，ACO)方面明显优于GLS和LVEF，具有更高的敏感度和特异度，可以通过存在一个区域的RMWI降低筛选ACO患者。在区域应变受损的患者中，输入收缩压的高低会影响LVPSL的MWI变化，收缩压较高，MWI值也随之增高，从而预测ACO发生的可能性小。该研究表明MWI能够进行准确的ACO风险评估，可以作为一个重要的参考指标及时筛选出需要进一步治疗的患者。

2.1.2 ST段抬高型心肌梗死

Lustosa等[21]研究了ST段抬高型心肌梗死患者经皮冠状动脉介入治疗术后左室重构患者与无左室重构患者的MW参数，发现左室重构患者的GWI、GCW和GWE减低程度均高于无左室重构患者，但GWW明显增加。且Lustosa等[22]评估了出院前记录的患者整体和病变区域局部左室MW数据对术后3个月左室重构的预测价值，进一步研究发现，左室重构患者的整体和病变区域MW明显较低，在初次接受经皮冠状动脉介入治疗和药物治疗的患者中，出院前病变区域的MW与早期左室重构独立相关。心肌梗死后，左室重构患者整个左室扩张和形态结构发生变化，此时形变的左室心肌运动已经不能完全有助于射血，表现出GWW明显增加和GWI、GCW与GWE明显减低，表明MW参数可以准确地检测到发生左室重构心肌的收缩功能异常，其可为预测ST段抬高型心肌梗死后左室重构提供重要的信息。

2.2 心力衰竭

2.2.1 诊断与预后评估

Mahdiui等[12]发现心肌梗死患者和射血分数下降的心力衰竭(heart failure with reduced ejection fraction，HFrEF)患者左室GWE显著降低。李亚南等[23]的研究根据LVEF的不同将慢性心力衰竭患者分为射血分数保留的心力衰竭(heart failure with preserved ejection fraction，HFpEF)组与HFrEF组，发现2组患者的GWI、GCW和GLS均较健康对照组明显减低，且HFrEF组与健康对照组相比GWW增高、GWE减低；HFrEF组较HFpEF组的GWI、GCW、GWE及GLS减低，GWW增高。研究表明对于慢性心力衰竭患者评估其左室MW参数可以有效反映左室收缩功能，为诊断慢性心力衰竭患者及评估预后提供了新的方式。

及时确诊心力衰竭和判断不良预后是确保患者得到及时和充分治疗的重要因素。Hedwig等[24]研究发现GWI与已知心力衰竭预后标志物相关。GWI＜500 mmHg%(1 mmHg=133．32 Pa)是LVEF严重下降、运动能力极低、利钠肽显著升高的预测因子，提示预后不良。Wang等[25]的研究进一步发现，对于LVEF≤40%的患者，GWI提高了GLS、LVEF等参数对心力衰竭患者不良后果风险的预测价值，低于750 mmHg%的左室GWI临界值预示着出现死亡的风险显著增大。表明在HFrEF患者中，GWI比LVEF和GLS提供了更多关于死亡风险的预后信息。

2.2.2 疗效评估

在评价心力衰竭患者的疗效方面，Przewlocka-Kosmala等[26]研究了HFpEF患者的GLS和MW参数与运动能力对螺内酯反应的关系，将HFpEF患者分为对照组和螺内酯治疗组，对照组给予安慰剂。随访时发现，螺内酯治疗组6个月运动能力的增加与GCW的增加变化独立相关，但与GLS无相关性。表明在HFpEF患者中，GCW作为对左室收缩反应的衡量指标比GLS更能决定左室的运动能力。Gonçalves等[27]研究评价了缬沙坦治疗对心力衰竭患者左室MW参数的影响。发现LVEF≤40%的慢性心力衰竭患者在缬沙坦治疗6个月后，与治疗前相比，左室内径和左房容积显著降低，GCW和GWE显著增加，LVEF和GLS得到改善。表明缬沙坦治疗6个月后，患者左室GCW和GWE的增加与其反向重构相关。证明了MW参数可以敏感地检测出左室收缩功能的变化情况并加以量化，可以有效地对心力衰竭患者的治疗进展及预后不良风险方面进行准确评估。

心脏再同步化治疗(cardiac resynchronization therapy，CRT)通过左室再同步化收缩恢复衰竭的左室功能，然而CRT在心力衰竭患者治疗上受太多无反应者的限制。Galli等[28]研究了各MW参数在预测CRT反应中的作用，发现CRT有效者的GCW显著增加。GCW较高的患者对CRT表现出良好的有效性，GCW＞1057 mmHg%是CRT阳性反应的唯一显著预测因子。并且在缺血性和非缺血性患者中，GCW均与CRT诱导的心肌重构相关。Galli等[11]进一步研究发现GCW＞1057 mmHg%和GWW＞384 mmHg%组合对鉴别CRT有效者具有良好的特异度(100%)和阳性预测值(100%)，但敏感度、阴性预测值和准确度较低，表明GCW和GWW有助于提高对CRT有效者的识别。Vecera等[29]研究发现在CRT有效者中，室间隔WW减低而左室游离壁WW无明显变化，左室GWW减少。在无反应者中，MW各参数与术前相比没有显著变化。表明室间隔WW是CRT反应的一个强有力的预测因子。

Galli等[30]进一步研究发现，GCW≤888 mmHg%是心力衰竭患者接受CRT后心源性死亡的唯一独立预测因子，其在CRT有效者中确定了一组心源性死亡高危人群，并提高了各因素预测心源性死亡的能力，表明左室GCW可以预测接受CRT患者的远期术后疗效。Bijl等[31]的研究将接受CRT前患者的GWE与远期预后联系起来，发现接受CRT前患者的GWE＜75%与全因死亡风险的降低独立相关，表明了GWE的提高对CRT疗效的重要性，CRT前较低的GWE与改善长期预后独立相关。这些研究揭示了MW参数在预测CRT有效性及CRT后患者远期预后方面的独特价值，为筛选需行CRT的患者、判断适应程度、评估治疗价值方面提供了一个有效的参考指标，这是GLS和LVEF完全不具有的能力。

2.3 高血压

Mansour等[32]发现收缩压增高患者的GWE相对不变，GWI、GCW和GWW显著增加，且心尖做功显著增加，支持了心尖对MW的贡献和作用。王小林[33]探讨了MW参数在评估原发性高血压不同构型患者左室收缩功能中的应用，根据高血压患者是否存在左室壁肥厚将其分为肥厚组和非肥厚组。非肥厚组患者的GWI和GCW较健康对照组增高，而肥厚组与健康对照组相比GLS和GWE减低，GWI和GWW增高；肥厚组较非肥厚组的GLS减低，GCW增加。研究表明与健康者相比，高血压患者的GWI明显增高，且左室肥厚患者的GWE低于健康者，而非肥厚患者的GWE与健康者无显著差异。表明随着高血压疾病的进一步发展，患者出现室壁肥厚，GWE的变化可以准确反映出患者的左室重构。

Chan等[34]研究了高血压和扩张型心肌病(dilated cardiomyopathy，DCM)患者GWI的不同模式。研究发现与健康对照组相比，高血压组的LVEF和GLS无差异，中度至重度的高血压患者GWI显著升高，因为在高血压代偿阶段，通过提高左室心肌收缩力来抵抗较高的后负荷压力。而与健康对照组相比，高血压组的LVEF和GLS尚无显著差异，此时的GLS并不能准确评估其左室收缩功能，而MW参数评估左室收缩功能优于GLS。

2.4 心肌病

2.4.1 肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy，HCM)

张苗等[35]研究发现与健康对照组相比，HCM患者左室GWI、GWE、GCW及GLS均明显减低，GWW明显增加。MW参数为HCM患者的左室心肌受损情况提供了一种良好的评价方式，进而可以评估左室收缩功能，为临床诊断提供一种新的参考指标。赵庆庆等[6]的研究也支持这一观点。

Galli等[36]研究比较了非梗阻性HCM患者和健康对照者的MW参数并评估了MW参数与左室纤维化之间的相关性。研究表明尽管非梗阻性HCM患者的LVEF尚且属于正常范围，但GCW显著减低，心脏磁共振评估表明其与左室纤维化有关。在HCM患者中GCW是左室纤维化的唯一预测因子，能够以极佳的敏感度和特异度预测心肌纤维化。

Hiemstra等[37]描述了非梗阻性HCM患者的整体和节段MW参数，并评估了其与不良预后的相关性。选取具有不同的表型(心尖肥厚型、向心性肥厚型和间隔肥厚型)的非梗阻性HCM患者作为病例组。发现与健康对照组相比，HCM患者的GCW、GWE和GWI显著降低，而GWW升高。GCW与左室壁厚度相关，GCW的节段性减低出现在室壁最肥厚处，GCW＞1730 mmHg%的患者无不良事件生存率优于GCW＜1730 mmHg%的患者。该研究表明非梗阻性HCM患者的MW参数降低与左室最大室壁厚度相关，并且与较差的长期预后显著相关。与高血压患者代偿期肥厚的心肌不同，HCM患者肥厚的心肌呈毛玻璃样，是病理性的，不具备正常的收缩功能，无法为心肌收缩射血提供动力，MW参数可以准确识别左室室壁增厚处的收缩异常，体现了其检测左室收缩功能的敏感度与特异度。

2.4.2 DCM

Cui等[38]探讨了DCM患者的MW参数分布特征及其评价治疗效果的临床价值，发现健康对照组和病例组间整体MW和局部MW均有显著差异。与治疗前相比，治疗后患者的GWI和6 min步行距离增加，但LVEF和GLS无明显变化。表明DCM患者左室心肌功能参数普遍减低，GWI可作为评价治疗效果的指标。Schrub等[39]发现出现左室非同步化DCM患者的LVEF较低，整体和室间隔的GWE值较低，GWW较高。表明在DCM患者中，GMW的不均匀分布与左室非同步化有关，且对于发生左室非同步化的患者，室间隔GWE是运动能力的唯一预测因子。

2.4.3 心脏淀粉样变(cardiac amyloidosis，CA)

Pagourelias等[40]研究了CA患者在休息和运动时GWI的特征，发现静息状态下CA患者左室的GLS、GWI和GWE明显低于健康对照组。左室心肌功能的下降在基底段更为明显，这导致CA患者平均心尖基底段做功比发生显著变化。表明与健康者相比，CA患者的GWI明显降低，且在运动后这种差异更为明显，即使GWI随着运动略有增加，但GWE却降低，提示CA患者心肌能量利用效率低下，且CA患者运动后GWI的增加是通过心尖段收缩能力的增强来补偿的。Clemmensen等[41]评价了GWI在CA患者预后中的潜在价值，发现在随访期间，GWI＜1043 mmHg%的患者发生心脏不良事件的风险高于GWI＞1043 mmHg%的患者。此外，心尖基底段做功比是死亡的显著预测因子。将GWI和心尖基底段做功比相结合，可以获得一个独立的全因死亡率预测模型，这同样是GLS所不具有的能力，表明了与GLS相比MW参数在诊断左室收缩功能上的优越性，体现了超声技术在评估左室收缩功能方面的进一步提升。

3 总结与展望

临床研究表明MW参数作为评价左室收缩功能的新指标，在诊断心脏疾病、评价治疗效果及预后评估方面有其独特的优势，并具有许多GLS不具备的诊断功能。但是基于2D-STE技术得到的MW参数同样具有局限性：采集的图像质量要求较高，需要得到清晰完整的心内膜，且描记心内膜时需将乳头肌排除在外[42]。且根据无创测量MW参数的原理，此方法不适用于存在二尖瓣严重反流的患者、主动脉瓣严重狭窄和HCM及其他疾病导致的左室流出道梗阻的患者。期待日后通过新的技术手段克服现有的使用限制，如通过技术手段使超声探头帧频进一步提升，抑制噪声，增大图像分辨力，从而更清晰地显示心内膜；尝试通过计算主动脉瓣严重狭窄患者的跨瓣压差，加以修正肱动脉血压来代替左室压力，扩大MW指标的适用范围等。

MW参数的应用表明后负荷对左室收缩功能评估的影响已经得到了校正，为临床判断左室收缩功能提供了更精准且一致的评估指标，是超声在评估左室收缩功能上的一项创新性的技术进步。通过MW参数可实现超声便捷检查、准确无创评估左室收缩功能，减少了不必要的有创操作及检查成本，具有较广阔的临床应用前景。但目前MW参数的临床应用尚不普遍，需要进一步与临床相结合，以实现其诊断价值。