超声斑点追踪技术评估移植心脏功能的研究进展

2021-12-04姜辛谭团团综述郭瑞强审校

疑难病杂志 2021年11期

姜辛，谭团团综述郭瑞强审校

同种异体心脏移植(heart transplantation，HT)作为终末期心脏病最有效的治疗手段，在近中期疗效十分显著，HT术后1年生存率84%～90%，移植物排异反应、心力衰竭、移植物血管病变等并发症是影响HT患者中远期预后的重要因素[1-3]。超声斑点追踪(speckle-tracking echocardiography，STE)技术能较常规超声更敏感地发现亚临床阶段的心功能异常[4]，可为临床上判断HT患者预后提供更多信息。本文对STE技术评估移植心脏功能的研究进展进行综述。

1 STE技术概述

STE技术是在超声心动图获取实时动态图像的基础上，通过自动追踪和测量目标心肌组织中各节段在心动周期中的位移和速率来评价心肌形变，可定量测量心肌应变/应变率、扭转及解旋参数等，进而用于评价心肌运动同步性、收缩及舒张功能等。不同于组织多普勒成像(tissue Doppler imaging，TDI)有角度依赖性，STE不受心肌运动方向与声束夹角的影响，有较好的时间和空间分辨力[5]，可更准确地反映心脏整体及局部的收缩及舒张功能。

应变值是应用最广泛的STE指标，代表心肌在心动周期中相对于原始长度变化的百分比，收缩期因肌纤维缩短而呈负值，舒张期则为正值；心肌厚度或长度的变化率称为应变率，亦是常用指标。所有应变参数均可分节段或分层测量心肌，其平均值即为心肌整体应变。二维斑点追踪超声心动图(two-dimensional speckle tracking echocardiography，2D-STE)通过测量整体纵向应变(global longitudinal strain，GLS)、整体径向应变、整体圆周应变，已广泛应用于各类心脏疾病的研究[6]，但受心房及右心室解剖的复杂性限制，多用于评价左心室的结构功能。三维斑点追踪超声心动图(three-dimensional speckle tracking echocardiography，3D-STE)不依赖数字化几何假设，能更准确地追踪室壁在三维空间的运动，对测量腔室容积及扭转运动更具优势。另外，三维全容积探头避免了跨心动周期多次采集各切面图像，在评估整体应变及扭转等方面3D-STE更简单、省时。

2 移植心脏左心室功能评估

移植心脏左心室功能由各种同种异体免疫反应和非免疫因素决定，缺血再灌注损伤、左心室前负荷减少、急性肾功能衰竭及术后排异反应、免疫抑制药的使用等都会对心脏功能产生影响。HT术后患者早期常规超声检查常有左心室室壁厚度和心肌质量明显增加[7]，这可能是由于炎性细胞浸润和移植物水肿引起，随着移植心脏的逐渐适应和心肌重构，左心室室壁厚度和质量逐渐减少至正常范围。

2.1 STE评估移植心脏左心室收缩功能 2D-STE技术可较常规超声参数更敏感地反映心脏收缩功能的变化，在评价HT术后不同时期患者的左心室功能上具有较高临床价值。HT术后早期临床状态稳定者的左心室射血分数多已达到正常范围，但STE测得收缩功能参数中GLS在早期明显低于正常值，随术后时间延长GLS可以逐渐改善。Ingvarsson等[7]通过对124 例HT术后左心室射血分数正常且无严重并发症患者的研究证实， HT术后患者左心室GLS与正常参考值相比显著减低。有研究发现[8]，HT患者左心室GLS降低以术后1个月内最为显著，后期逐渐改善，随访至2年时可恢复至接近正常水平。但Ran等[9]对62例HT术后“健康”患者的长期随访中发现，术后5年内左心室GLS虽有所改善，却仍低于正常范围(-14.4%±4.5% vs. -20.5%±3.5%，P<0.01)，并在术后5～10年间保持较低且稳定的水平，这说明HT术后患者超声的“正常值”与健康人群是不同的，随访HT患者时用自身术后早期STE参数作为基线对比更有价值，更能反映左心室收缩功能改变程度。Wang等[10]研究认为，3D-STE参数计算出的整体性能指数GPI=(GS×torsion)/SDI(GS为左心室整体应变，torsion为左心室扭转，SDI为左心室收缩不同步指数)，可以准确反映移植心脏左心室整体收缩功能随时间的变化，在临床实践中具有潜在的应用价值。

2.2 STE评估移植心脏左心室舒张功能舒张功能不全常见于HT术后早期，常规超声评价左心室舒张功能的指标包括左心室二尖瓣口舒张早期血流峰值速度E、舒张晚期血流峰值速度A、E/A、二尖瓣环舒张早期速度e’、 E/e’等。由于左心室充盈受心脏前负荷、心肌顺应性、心房血流动力学、收缩末期容量和心率等因素影响，评估舒张功能较收缩功能困难，但部分患者左心室射血分数正常时已存在舒张功能障碍，舒张功能的改变对监测移植物排异反应、移植物血管病变和非特异性移植物衰竭较收缩功能变化更敏感[11]。

STE所测舒张期应变/应变率是最常用于评价心室舒张功能的参数，结合TDI指标可用于监测左心室充盈压的早期正常化。Chowdhury等[12]通过比较HT术后患者左心室E、e’、2D-STE测得舒张早期圆周应变率(circumferential early diastolic strain rate, CEDSR)及3D-STE测得舒张末容积(end-diastolic volume, EDV)，用舒张末期压力超声替代值(E/e’、E/CEDSR)除以EDV来评估心室硬度，经计算发现术后发生心室僵硬组患者较术后正常组患者的(E/e’)/EDV、(E/CEDSR)/EDV及EDV均显著减低(P<0.05)。此研究扩展了STE技术监测左心室舒张功能的应用范围。

2.3 STE评估移植心脏左心室同步性及扭转力学 HT术后及时检测左心室非同步化运动可为早期发现心肌损害提供线索。易仁凤等[13]研究发现，HT术后早期患者左心室各节段心肌收缩力减弱，运动呈不同程度延迟激活，这种收缩不同步现象以术后3 d最为显著，并在术后3个月恢复至正常。在2D-STE 左心室纵向应变同步性参数中，纵向应变延迟指数、达峰时间标准差、达峰时间最大差值对移植心脏左心室收缩同步性变化敏感，且与左心室射血分数均呈负相关。

左心室扭转运动在收缩期射血及舒张早期充盈中起重要作用。STE能准确地评价左心室扭转力学，并且与MR的测量结果具有良好相关性[14]。Cameli等[15]发现，HT术后临床状态稳定的患者左心室扭转功能仍会受损，表现为左心室心尖部旋转角度、基底部旋转角度、室壁扭转角度及解旋率均较正常人显著减低，但随着时间推移，左心室扭转角度和解旋率逐渐改善，说明HT术后早期左心室扭转功能的降低是可逆转的，STE参数可敏感追踪发现扭转和解旋变化，间接反映左心室收缩及舒张功能变化。

3 移植心脏右心室功能评估

移植心脏右心室功能受供体死亡原因、缺血时间、手术方式、植入受体状态等多种因素影响，在HT术后心脏重建和恢复过程中，右心室比左心室更容易受到缺血再灌注的损伤。右心室功能障碍占HT术后早期所有并发症的50%，且与术后病死率增加关系密切[3]，鉴于此，对HT患者右心室功能变化的超声监测显得尤为重要。

M型超声所测三尖瓣环收缩期位移(tricuspid annular plane systolic excursion，TAPSE)是反映右心室纵向收缩功能最常用的参数，TAPSE≥17 mm提示右心室收缩功能正常，TAPSE<17 mm可提示右心室收缩功能减低。Monivas等[8]发现，与健康对照组相比，HT组术后14 d TAPSE显著下降(11.9 mm±2.9 mm)，后期逐步增加，随访至2年时明显改善(19.0 mm±3.6 mm)。包含径向分量的面积变化率可补充反映右心室整体收缩功能，HT患者术后2周右心室面积变化率低于正常值，且在后期随访中未见明显变化，提示右心室面积变化率可作为评估HT术后早期右心室收缩功能的参数，但对中远期变化不够敏感，需要进一步采用STE参数详细评估。

2D-STE评估HT患者右心室收缩功能的参数主要是右心室整体纵向应变(right ventricle global longitudinal strain，RVGLS)和右心室游离壁纵向应变(free wall longitudinal strain，FWLS)。有学者研究证实[16-17]，与正常对照组相比，HT组术后早期右心室各节段及整体纵向应变均有不同程度减低，其中右心室游离壁侧应变较间隔侧变化明显，基底段(流入道附近)、游离壁中间段应变参数显著减低，心尖段及间隔侧中间段应变参数与正常对照组相比差异无统计学意义。Ingvarsson等[18]通过对50例HT患者在术后1个月、3个月、6个月、1年进行超声检查，分析发现临床状态稳定的HT患者反映左心室功能的相关指标(左心室短轴缩短率、左心室射血分数、二尖瓣环收缩速度、左心室整体纵向应变及整体圆周应变)在术后1个月时都已达到稳定状态，而右心室功能的相关指标(TAPSE、RVGLS、FWLS)在术后1个月时仍然明显减低，至HT术后1年时均有显著改善(TAPSE：12.4 mm±3.3 mm vs.14.4 mm±4.3 mm；RVGLS：-15.8%±4% vs.-17.8%±3.6%； FWLS：-15.5%±3.7% vs.-18.6%±3.6%，P均 < 0.01)，说明移植心脏右心室功能的适应与改善晚于左心室，有必要对心脏左右心室功能连续监测。

3D-STE技术不受心室壁平移或旋转对心肌整体运动的影响，可为全面评估心脏功能提供准确信息。孙薇[19]分别用3D-STE和心脏磁共振评估HT术后心室功能，对比发现2种技术所测双室容积参数、双室射血分数具有很高的相关性和一致性(r均≥0.86)，在评价HT术后心脏功能方面3D-STE可与心脏磁共振准确性相当。Clemmensen等[20]结合常规超声心动图、2D-STE和3D-STE技术发现，HT患者右心室收缩功能参数(TAPSE、RVGLS、RVEF)与NYHA功能分级具有相关性，且右心室收缩功能降低与既往多次发作排异反应或有严重移植物血管病变病史显著相关。为排除左心室运动对右心室间隔侧的影响，Barakat等[17]使用右心室FWLS而不是RVGLS作为评估右心室功能的参数，研究发现，多数患者在HT术后早期出现的右心室功能减低，可随时间延长而逐渐恢复。HT术后超过1年患者右心室FWLS和面积变化率的减低与中远期不良事件(严重并发症或死亡)的发生独立相关(P=0.01)。因此，STE适用于HT术后常规无创右心功能评估，且对患者预后风险评判具有前瞻性价值。

4 移植心脏左心房功能评估

目前最常用的HT术式是双腔心脏移植术和双房心脏移植术。双腔心脏移植术切除受者的右心房，并将上、下腔静脉单独吻合，保留了受者的左心房后壁及窦房结功能；双房心脏移植术则是将双侧心房的中层进行简单吻合，同时切除心房附件[4]。2种术式均以受者的心房为连接点，HT术后患者心房功能的改变备受外科医生关注。

常规超声心动图可以通过测量左心房前后径、容积指数反映左心房的功能变化。左心房前后径单一指标不够精确，而较为精确的容积指数测量过程繁琐，因此不能及时、准确应用于临床。Zhu等[21]在对80例行双腔心脏移植术患者和32例行双房心脏移植术患者的研究中，使用2D-STE和3D-STE分别测量左心房各时相应变/应变率及射血分数，经分析发现，HT患者左心房的储存功能(收缩期左心房峰值应变LAS-peak、左心房总射血分数)、管道功能(左心房被动应变/应变率)和辅泵功能(舒张晚期左心房峰值应变/应变率)均较正常人显著减低(P均<0.01)，但2组之间无显著差异，提示左心房功能减低与手术方式无关。在HT患者中，与LAS-peak较高者相比，LAS-peak较低者往往年龄更高、左心房体积更大、左心室射血分数更低、左心室纵向应变更差，这表明左心房功能受损亦与左心室功能降低密切相关。Loar等[11]发现，LAS-peak与HT患者的肺毛细血管楔压线性相关，当LAS-peak>22.0% 时具有 100% 的阴性预测值。因此左心房功能受损与手术方式无关，与左心室功能降低相关，LAS-peak可用于无创性监测HT术后患者左心室充盈压升高。

5 心脏移植术后并发症

5.1 STE监测急性移植排异反应急性移植排异反应(acute graft rejection，AR)是HT术后早期常见并发症，移植后1年内病死率约为9%[22]。因此，及时诊断和治疗AR有助于保护移植心脏功能并改善预后。心内膜心肌活检为诊断AR的金标准，但漏诊率高达20%，且活检导致心肌穿孔、心包填塞、三尖瓣损伤、心律失常等并发症的发生率为0.5%～1.5%[23]。超声心动图检出的射血分数降低、心包积液、瓣膜功能受损和室壁增厚等改变常是AR的晚期表现[24]。TDI有关参数也未能证明与AR的严重程度有明确相关性。因此，在常规参数发现较晚的情况下，亟需更敏感的超声新技术指标早期检测AR。

STE技术可辅助监测早期发生的AR，HT患者心室GLS在AR期间显著降低。现有研究发现，心肌整体纵向应变参数GLS可作为AR的独立预测因子，且GLS诊断中度以上AR(AR≥2R)的敏感度较轻度AR(AR 1R)高(93% vs. 63%)[25]。Antończyk等[26]亦证实了左、右心室GLS降低与AR≥2R相关，且通过有效治疗排异反应后，双室GLS可在短期内显著升高。Cruz等[27]研究发现，经活检确诊AR≥2R的患者早期左心室GLS、左心室扭转角度及右心室FWLS的绝对值均低于无明显AR组，但圆周应变、径向应变及运动同步性参数无显著差异。当右心室FWLS(临界值<18%)与肌钙蛋白I(>0.05 ng/ml)联合时，对检出AR≥2R患者具有较高的准确性(95%CI=0.81～0.93)。Sade等[25]发现，左心室GLS>-14%时检测AR≥2R患者的敏感度和阴性预测值均为100%，这提示HT术后连续稳定的GLS有助于早期发现AR患者进行针对性治疗。将STE心肌功能测定(GLS>-16%)与心脏磁共振组织特征成像(T1时间≥1 060 ms)相互补充，对检出轻度AR的敏感度为91%，阴性预测值为92%。因此，可将STE测量指标GLS作为HT患者筛查AR的重要方法，既可以早期鉴别有无AR，又可以对药物治疗反应做出准确评价，同时还可以减少不必要的心内膜心肌活检。

5.2 STE监测心脏移植物血管病变心脏移植物血管病变(cardiac allograft vasculopathy，CAV)是HT术后晚期死亡的主要原因之一，据报道HT患者术后1年、5年、10年CAV的累积患病率分别为8%、29%、48%，占移植后死亡原因的10%～15%[14，28]。CAV主要发生在移植心脏的动脉血管，是一个持续数年的渐进过程，随着血管内膜弥漫性增生和纤维化加重，最终引起心肌组织灌注不良及缺血性损伤[29]。由于移植心脏去神经支配，CAV早期缺乏典型的临床症状，预估CAV的发生发展对提高HT患者中远期生存率具有重要意义。冠状动脉造影是诊断 CAV的金标准，但常用来评价冠状动脉主干血管情况，不能进一步评估冠状动脉微循环血流灌注，易低估冠状动脉狭窄的严重程度，且为有创性检查，可引起心肌穿孔、冠状动脉夹层、造影剂过敏反应等并发症。血管内超声对诊断CAV解剖特征最敏感，但因有创性、价格昂贵和操作技术要求高等限制无法常规使用[30]。

2D-STE分层应变技术可用于无创评估心脏早期缺血性或非缺血性损伤。Sciaccaluga等[31]研究发现，与HT术后无CAV的患者相比，CAV患者左心室的内、中、外3层心肌应变及GLS均显著降低，特别是心内膜—心外膜纵向应变梯度可作为预测CAV的独立影响因子(-4.2%±1.6% vs.-1.7%±0.4%，P<0.01，曲线下面积为0.97)。这可能是由于收缩期心内膜的运动幅度较心外膜大，且心内膜下心肌对缺血、水肿和纤维化较敏感[32]。Ghali等[33]发现除了左心室GLS降低外，左心室纵向应变峰值时间的延长对预测和诊断Ⅲ期CAV也有重要意义。除左心室收缩功能降低外，CAV也会导致右心室收缩功能不同程度降低[21]。因此，当HT患者STE的左右心室应变参数出现GLS较前减低或应变峰值时间延长，应警惕CAV的发生。

6 STE临床应用注意事项

STE高度依赖图像质量，需手动描记心内膜边界的2D-STE在熟练度不同的操作者间可重复性不同，分辨率较低的3D-STE在帧频过低时可能低估心肌应变[34]，因此在临床运用中对操作者的采图及分析技术有较高要求。由于STE工作站与超声诊断仪分离，医生采图后需离线分析，导致STE无法实时动态地评估急诊病例。另外，STE软件在不同开发商或同一开发商的不同版本之间存在差异，这使得不同软件所测数据难以统一，在评估移植心脏心功能的临床实践中，还需要更多大样本多中心的研究数据来提供一个全面可靠的评价标准。