四维斑点追踪显像技术评价维持性血液透析尿毒症患者左心室心肌功能的研究

高继康 梅旭峰 陈晓冰 惠姗姗 张雨濛

有研究认为，慢性肾病患者的死亡原因中心血管并发症大约占50%，其中尿毒症心肌病是透析患者的首位死因[1]。由于左心室心肌功能不全的出现要早于整体心功能不全，因此，早期诊断左心室心肌功能不全越来越被重视。以往评价左心室心肌功能的手段有组织多普勒[2]和二维斑点追踪显像技术[3]，这两种技术准确性和重复性较差，四维斑点追踪显像技术被认为是目前较先进的心肌运动定量工具[4]，但用于维持性血液透析尿毒症患者左心室心肌功能评价的研究较少。笔者采用该技术评价维持性血液透析尿毒症患者的左心室心肌纵向、环向、径向收缩运动，旨在了解患者左心室心肌收缩功能，为临床进行合理的血液透析治疗、预防整体心功能不全等提供帮助，现报道如下。

1 对象和方法

1.1 对象 选取2020年1至12月杭州市余杭区第一人民医院进行血液透析治疗的尿毒症患者74例（血液透析组），其中男46例，女28例，年龄39～84（63.95±12.43）岁；普通低通量透析45例，高通量透析15例，血液透析滤过14例；采用的血管通路为上肢动-静脉瘘59例，颈内静脉长期置管15例；血液透析时间（67.04±55.74）个月；实验室检查结果：血红蛋白（110.43±17.56）g/L，血甲状旁腺素（366.30±182.05）pg/ml，β2微球蛋白（21.44±7.09）ng/L，同型半胱氨酸（41.70±28.01）μmol/L，肌酐（800.90±293.72）μmol/L，尿素氮（20.44±8.49）mmol/L。所有患者均无慢性阻塞性肺疾病、肝硬化和血液系统疾病等，常规心电图检查均排除心肌梗死及心律失常表现。同时选取本院健康体检者45例作为正常对照组，其中男27例，女18例，年龄29～81（62.44±13.78）岁；均无高血压、冠心病、肺心病、慢性肾病、糖尿病等病史，常规心电图检查未见明显心肌缺血及心律失常。两组对象除收缩压之外，年龄、性别、身高、体重、舒张压、心率等比较差异均无统计学意义（均P＞0.05），见表1。本研究经本院医学伦理委员会审批，所有受试患者均知情同意。

表1 两组对象一般资料的比较

1.2 方法

1.2.1 超声心动图检查 采用美国GE Vivid E9型彩色多普勒超声诊断仪，探头采用4V型心脏四维容积探头，脱机分析采用EchoPac V203型软件。所有受检者取左侧卧位，平静呼吸，同步连接心电图，先取胸骨旁左心室长轴切面，利用M型超声测量左心室舒张末期内径（LVDd）、室间隔舒张末期厚度（IVSd）、左心室舒张末期后壁厚度（LVPWd），自动计算左心室质量（LVM）；手工计算相对室壁厚度[RWT，RWT=(IVSd+LVPWd)/LVDd）]。随后显示心尖四腔切面，切换进入四维模式，选择6个心动周期，帧频范围大于心率的30%，动态存储左心室四维全容积图像。

1.2.2 脱机分析 将存储资料导入EchoPac工作站，进行脱机分析。打开左心室四维全容积动态图像，进入测量菜单，选择容积模式，软件自动同时显示心尖部左心室二腔、三腔、四腔切面的二维动态图像，于舒张期及收缩期分别在二尖瓣环水平中点及左心室心尖部心内膜面标记2点，软件自动勾画左心室心内膜线，手动校正心内膜位置后，系统自动计算显示左心室舒张末期容积（LVEDV）、左心室收缩末期容积（LVSDV）、左心室射血分数（LVEF）、左心室每搏输出量（LVSV）、心输出量（CO）；继续选择四维应变模式后，系统新添收缩期左心室心外膜线，手动修正心外膜线后，软件自动进行四维应变分析，显示左心室纵向应变（LS）、圆周应变（CS）、面积应变（AS）、径向应变（RS）曲线。测量左心室心肌LS包括前壁中段纵向应变（ALSm）、下壁中段纵向应变（ILSm）、前间隔中段纵向应变（ASLSm）、后间隔中段纵向应变（PSLSm）、前侧壁中段纵向应变（ALLSm）；后侧壁中段纵向应变（PLLSm）、心尖部纵向应变（APLS）、整体心肌纵向应变（GLS）；测量心肌CS包括前壁中段圆周应变（ACSm）、下壁中段圆周应变（ICSm）、前间隔中段圆周应变（ASCSm）、后间隔中段圆周应变（PSCSm）、前侧壁中段圆周应变（ALCSm）；后侧壁中段圆周应变（PLCSm）、心尖部圆周应变（APCS）、整体心肌圆周应变（GCS）；测量心肌AS包括前壁中段面积应变（AASm）、下壁中段面积应变（IASm）、前间隔中段面积应变（ASASm）、后间隔中段面积应变（PSASm）、前侧壁中段面积应变（ALASm）；后侧壁中段面积应变（PLASm）、心尖部面积应变（APAS）、整体心肌面积应变（GAS）；测量心肌RS包括前壁中段径向应变（ARSm）、下壁中段径向应变（IRSm）、前间隔中段径向应变（ASRSm）、后间隔中段径向应变（PSRSm）、前侧壁中段径向应变（ALRSm）；后侧壁中段径向应变（PLRSm）、心尖部径向应变（APRS）、整体心肌径向应变（GRS）。

2 结果

2.1 两组对象左心室结构和四维心功能参数测值的比较 与正常对照组比较，血液透析组LVEDV、LVESV、LVEF和LVM、LVDd、IVSd、LVPWd、RWT的差异均有统计学意义（均P＜0.05），而LVSV、CO的差异均无统计学意义（均P＞0.05），见表2。

表2 两组对象左心室结构和四维心功能参数测值的比较

2.2 两组对象左心室心肌四维应变测值比较 血液透析组GLS、GCS、GAS、GRS均小于正常对照组（P＜0.01）；血液透析组除PSCSm外，ALSm、ILSm、ALLSm、ASLSm、PLLSm、PSLSm、ACSm、ICSm、ALCSm、ASCSm、PLCSm、AASm、IASm、ALASm、ASASm、PLASm、PSASm、ARSm、IRSm、ALRSm、ASRSm、PLRSm、PSRSm均小于正常对照组（均P＜0.01）；血液透析组APCS、APRS均大于正常对照组（均P＜0.01），两组间APLS、APAS的差异均无统计学意义（均P＞0.05）。见表3、图1-2。

图1 血液透析组整体心肌径向应变（G RS）曲线图（G RS为14%）

图2 正常对照组整体心肌径向应变（G RS）曲线图（G RS为51%）

表3 两组对象左心室心肌四维应变测值比较（%）

2.3 相关性分析 LS参数中ALSm、ASLSm、PLLSm、PSLSm、APLS、GLS与LVEF均呈正相关（r=0.20、0.29、0.40、0.36、0.44、0.48，均P＜0.05），其中GLS与LVEF相关性较高，其直线回归方程为Y=0.212X+1.718，见图3。CS参数ICSm、ALCSm、ASCSm、GCS与LVEF均呈负相关（r=-0.22、-0.23、-0.26、-0.24，均P＜0.05），其中ASCSm与LVEF相关性较高，其直线回归方程为Y=-0.187X+27.502，见图4。AS参数中AASm、IASm、ALASm、ASASm、PLASm、PSASm、APAS、GAS与LVEF均呈正相关（r=0.35、0.20、0.44、0.44、0.55、0.59、0.44、0.70，均P＜0.05），其中GAS与LVEF相关性较高，其直线回归方程为Y=0.457X-1.355，见图5。RS参数中APRS、GRS与LVEF均呈负相关（r=-0.42、-0.34，均P＜0.05），APRS与LVEF相关性较高,其直线回归方程为Y=-2.989X+284.386，见图6。

图3 血液透析组整体心肌纵向应变（GLS）与左心室射血分数（LVEF）的散点图

图4 血液透析组前间隔中段圆周应变（ASCSm）与左心室射血分数（LVEF）的散点图

图5 血液透析组整体心肌面积应变（GAS）与左心室射血分数（LVEF）的散点图

图6 血液透析组心尖部径向应变（APRS）与左心室射血分数（LVEF）的散点图

2.4 ROC曲线分析 参照正常对照组，根据ROC曲线分析，不同左心室心肌四维应变参数预测血液透析组存在左心室心肌收缩功能不全，见表4。LS参数中PSLSm诊断效能较高，当界值为-17.50%时（负号代表心肌运动方向），AUC为0.850，灵敏度和特异度分别为0.824、0.756，见图7；AS参数中GAS诊断效能较高，当界值为-29.50%时，AUC为0.876，灵敏度和特异度分别为0.743、0.911，见图8；CS参数中ICSm诊断效能较高，当界值为-13.50%时，AUC为0.755，灵敏度和特异度分别为0.716、0.711，见图9；RS参数中ARSm诊断效能较高，当界值为50.50%时，AUC为0.801，灵敏度和特异度分别为0.743、0.822，见图10。

图7 后间隔中段纵向应变预测维持性血液透析尿毒症患者左心室心肌功能不全的ROC曲线

图8 整体心肌面积应变预测维持性血液透析尿毒症左心室心肌功能不全的ROC曲线

图9 下壁中段圆周应变预测维持性血液透析尿毒症患者左心室心肌功能不全的ROC曲线

图10 前壁中段径向应变预测维持性血液透析尿毒症左心室心肌功能不全的ROC曲线

表4 血析透析组不同左心室心肌四维应变参数诊断界值

2.5 一致性分析 左心室心肌LS、AS、CS、RS参数的观察者内ICC：观察者内LS、CS、AS、RS分别为0.75±0.13、0.75±0.11、0.83±0.06、0.78±0.08（均P＜0.01）；观察者间LS、CS、AS、RS分别为0.79±0.09、0.80±0.10、0.81±0.11、0.77±0.12（均P＜0.01），在所有参数中，GLS的ICC最高，观察者内为0.938，观察者间为0.960，均P＜0.01。

3 讨论

3.1 四维应变参数评价维持性血液透析尿毒症患者左心室心肌收缩功能的临床意义 心肌由纵行纤维（70%）和环行纤维（30%）构成，纵行纤维与心肌纵向运动有关，环行纤维与心肌径向、环向运动有关，LS、CS、RS分别反映纵向、环向、径向心肌收缩功能[5]。对于纵向、圆周、径向运动的测量，本研究采用四维斑点追踪显像技术，该技术是实时三维超声心动图与斑点追踪技术结合发展起来的一项新技术，能够快速地在三维空间上追踪回声斑点的运动轨迹，相比二维斑点追踪显像局限于二维平面的回声斑点跟踪技术，能够更真实、准确地定量评价心脏整体、局部功能及心肌各节段的力学状态[6]。

血液透析治疗虽然可以直接清除部分尿毒症毒素（如尿素氮、肌酐等），纠正电解质紊乱、酸碱平衡失调、减轻心脏前负荷，从而改善心功能[1]。但是未清除完的毒素（如本研究中的肌酐、尿素氮、β2微球蛋白、同型半胱氨酸、血甲状腺素等测值远高于参考值）等仍会对心脏进行持续影响。本研究发现，左心室心肌GLS、GCS、GAS、GRS以 及ALSm、ILSm、ALLSm、ASLS、PLLSm、PSLSm、ACSm、ICSm、ALCSm、ASCSm、PLCSm、AASm、IASm、ALASm、ASASm、PLASm、PSASm、ARSm、IRSm、ALRSm、ASRSm、PLRSm、PSRSm均小于正常对照组（均P＜0.01），这说明维持性血液透析状态下，左心室无论是纵向还是环向的整体心肌和绝大多数节段心肌收缩功能是减退的，其原因推测如下：首先，β2微球蛋白、同型半胱氨酸等分子毒素在体内的聚集可使患者出现微炎症状态，血管钙化，动脉弹性消失，顺应性降低，脉率加快，收缩压增高[7]，造成后负荷增大，心肌收缩射血受阻，从而使心肌形变减低。其次，过多的肌酐、尿素氮可使心肌胆碱脂酶活动度受抑制，心肌收缩力下降；甲状旁腺素通过甲状旁腺素相关蛋白受体作用于心肌细胞，导致细胞内钙离子浓度升高，激活蛋白激酶c，引起代谢异常及心肌肥大，同时继发性肾性高血压也会引起左心室肥厚，而心肌细胞的肥大和肌纤维增粗，可使左心室心肌间质灶性纤维化，毛细血管相对密度减低，进而引起心肌缺血、缺氧，心肌的僵硬度增加[7]，心肌收缩力减弱；另外，慢性贫血可引起心肌长期缺氧，退行性变性，心脏贮备功能减退[7]，这些因素均可使心肌自身收缩性能减低，心肌应变测值降低。

对于维持性血液透析状态下尿毒症患者的左心室心肌功能不全的具体程度，结合本文ROC曲线分析，笔者初步拟定了以下诊断标准，仅供参考。当GLS＜-17.50%时，可诊断左心室整体心肌出现纵向收缩功能不全；当GCS＜-18.50%时，可诊断左心室整体心肌出现环向收缩功能不全；当GRS＜49.50%时，可诊断左心室整体心肌出现径向收缩功能不全；对于局部心肌的收缩功能评价，当PSLSm＜-17.50%，可诊断左心室节段心肌存在纵向收缩功能不全；当ICSm＜-13.50%可诊断左心室节段心肌存在环向收缩功能不全；当ARSm＜50.50%时，可诊断左心室节段心肌出现径向收缩功能不全。

3.2 维持性血液透析尿毒症患者左心室心尖部心肌环向、径向收缩功能增强 本研究发现，血液透析组APLS与正常对照组的差异无统计学意义（P＞0.05），APCS、APRS均大于正常对照组（均P＜0.05），这说明左心室心尖部心肌纵向收缩功能受损不明显，而其环向、径向收缩功能增强。其原因可能如下：首先，由于β2微球蛋白增高，可造成淀粉样变物质沉积于心肌，该物质会首先沉积于心内膜下心肌，该物质对心肌LS的影响，文献显示其规律为早期心尖区LS在正常值范围内，而心基底部及心中间部受累，心肌功能受损情况呈心尖区-心基底部阶梯状加重，即典型的“心尖部应变保留征象”[8]，故本文的LS与正常对照组差异无统计学意义；其次，血液透析患者，动静脉内瘘和贫血可造成回心血量增多，前负荷增加[7]，本研究显示，血液透析组LVEDV略高于正常对照组（P＜0.01），根据长度-张力曲线，在最适初长度范围内，心肌纤维随初长度增加可增强心肌收缩[6]，因此，前负荷增加对维持性血液透析患者心肌收缩还是具有正性作用。虽然在绝大多数节段心肌，此正性作用无法抵消后负荷增加和心肌自身收缩性能下降这两者负性因素，而在心尖部可能由于是冠状动脉末稍供血，心肌纤维可能受尿毒症毒素侵袭较轻以及心尖离主动脉较远，需主动收缩克服增大的后负荷来维持泵血所发挥的角色较弱，故心尖部各应变测值未低于正常对照组。由于纵行肌成份多于环行肌纤维，毒性物质侵袭纵行肌可能较重，环行肌相对较轻，故环行肌正性作用大于负性作用，故CS和RS测值增高，其收缩功能环向和径向收缩功能显示增强。

3.3 维持性血液透析尿毒症患者的AS能较早反映左心室整体心功能减退 AS测量的是左心室内膜面面积缩小的百分率，该参数反映所分析节段或整体心内膜面积随心肌运动而改变的程度，反映的是心肌在纵向、环向、径向上的综合运动[9]。相比于LS、CS、RS，AS参数更能全面反映左心室收缩功能[10]。本研究显示GAS和左心室壁中间段所有心肌面积应变参数均与左心室整体收缩功能指标-LVEF呈正相关（GAS与LVEF相关性最高，达0.702；节段性心肌中，PSASm相关性最高达0.589，均P＜0.05），相关性较LS、CS、RS参数要高，相关节段数也较其它参数多。这说明心肌面积应变能更好地反映左心室整体功能，随着左心室心肌收缩功能不全的出现，心肌面积应变值降低，传统心功能评价指标LVEF较其初始状态也开始下降，然而本研究血液透析组的LVEF平均值达（55.86±11.11）%，绝大多数患者LVEF超过50%，左心室收缩功能在正常范围，未达到整体心功能不全的程度，因此心肌面积应变参数能更早地反映左心室整体心功能开始减退。根据ROC曲线分析，当GAS＜-29.50%、PSASm＜-27.50%时可说明维持性血液透析尿毒症患者左心室整体和局部心肌功能出现不全，其整体心功能也开始出现了相应地衰退。综上所述，四维斑点追踪技术能够定性和定量评价维持

性血液透析尿毒症患者左心室整体心肌和不同节段心肌的收缩功能，且通过心肌面积应变参数能反映整体心功能变化。但本研究仍存在局限性：肥胖、胸廓畸形、肺部疾病等患者所采集的四维全容积图像清晰度较差，一定程度会影响四维斑点追踪显像技术分析结果；另外，本研究选择样本略显不足，希望今后开展针对更多病例、更深层次的研究。