心脏超声和磁共振成像诊断糖尿病心肌病的最新研究进展)

马文坤 高程洁 潘静薇

根据2019年第9版国际糖尿病联盟统计，全球糖尿病患者已超过4.63亿例，在中国其患病率和年轻患者人数也呈不断增长趋势[1-2]。截至2019年，中国约有1.164亿糖尿病患者，是全球患病人数最多的国家[2]。在糖尿病相关并发症中，心血管并发症的发生率位居首位，是糖尿病患者死亡的主要原因之一。早期发现糖尿病心肌损害对疾病的治疗和预后意义重大，本文将讨论心脏超声和MRI在糖尿病心肌病早期诊断中的研究进展。

1 糖尿病心肌病的定义和病理生理改变

糖尿病心肌病的诊断是排他性诊断，即糖尿病患者在排除冠心病、心肌病、瓣膜性心脏病的前提下，存在心肌灌注和功能障碍。高血糖和胰岛素抵抗是糖尿病心肌病的2个主要始因，所引起的心脏代谢紊乱、线粒体功能异常、细胞内钙代谢异常、冠状动脉微血管功能障碍、自主神经功能失调、RAAS激活、炎症、细胞信号通路异常激活等多种因素共同导致心功能受损[3]。

糖尿病心肌病早期不存在明显的心脏结构和功能改变，主要表现为胶原蛋白沉积和异常脂肪堆积等组织学改变[4]。随着病情进展，纤维化范围增加，糖基化终末产物积聚和胶原蛋白交联、脂肪变性及冠状动脉微循环功能障碍等均会导致心肌顺应性降低，心室充盈量减少，心房血容量增多，引起心脏舒张功能障碍[3,5]。晚期心肌细胞代谢严重紊乱、RAAS异常激活等引起细胞凋亡和坏死，最终导致心脏收缩功能不全[4-5]。常规临床检查发现心脏结构、功能异常时，心脏损害已不可逆转，患者预后往往不佳，因此糖尿病心肌病的早期诊断尤为重要。

2 糖尿病心肌病的无创诊断

近年来国内外检测糖尿病心肌病的影像学方法主要分为有创和无创检测两大类。有创血流动力学检查是诊断心脏舒张功能障碍的“金标准”，其灵敏度和特异度高，但检查风险相对较高、价格昂贵，不宜作为临床常规的检测手段。因此，探究使用无创手段识别糖尿病早期心脏损害成为目前国内外研究的热点。

2.1 心脏超声 心脏超声具有检查方便、应用广泛、无电离辐射等优点，是心血管疾病最常用的检查方法。

2.1.1 组织多普勒成像(tissue Doppler imaging，TDI) TDI是将取样点放置在心肌组织中，通过测定心动周期中心肌组织的运动速度，定量评估局部和整体心肌的舒张和收缩功能。Park等[6]对1 817例受试对象进行TDI检查，发现伴有2型糖尿病组患者的舒张早期二尖瓣环运动速度峰值(e′)低于非糖尿病组，同时舒张早期二尖瓣血流速度峰值(E)与e′的比值(E/e′)高于非糖尿病组，提示2型糖尿病患者心脏舒张功能受损。此外，有研究[7]结果表明，E/e′随着平均血糖水平的升高而升高，提示该参数与血糖控制的稳定性相关。Blomstrand等[8]研究结果表明，E/e′>15可以判定心脏舒张功能不全，该指标是糖尿病患者发生心血管事件的重要预测因子，且其预测能力优于整体纵向应变(global longitudinal strain，GLS)和左心室射血分数。TDI也可通过计算不同心肌节段中的心肌运动速度，得出应变和应变率来评估心肌功能，但由于TDI测得的应变率与测量时的角度有关，空间分辨率低，重复率稍低，使其在临床上应用受限。

2.2 心脏磁共振(cardiovascular magnetic resonance，CMR) CMR基于不同序列能够更加清晰地显示心肌组织的特征及室壁运动，从而准确评估心功能。此外，由于CMR无创伤、无电离辐射、可重复的特点，是公认的无创评价心肌灌注、心脏结构和功能的金标准[15]。

2.2.1 磁共振心肌灌注成像 根据心肌的灌注情况定性和定量判断冠状动脉功能，是目前无创评价冠状动脉微血管病变的主流方法。Ng等[16]对63例无症状糖尿病患者进行负荷灌注检查发现，糖尿病组患者的心肌灌注储备指数低于正常对照组。Sørensen等[17]研究发现，糖尿病伴蛋白尿、视网膜病变患者，首过心肌灌注储备与心脏的舒张功能独立相关。Liu等[18]应用磁共振心肌灌注成像评价不同病程的糖尿病患者时发现，病程<5年的早期糖尿病患者存在冠状动脉微血管功能受损，且随着糖尿病病程的延长而加重。然而，磁共振心肌灌注成像在评价冠状动脉病变方面存在一定的局限性，心肌血流灌注受心律和呼吸等因素影响，并且左心室心内膜下的黑边伪影与灌注缺损的鉴别是限制心肌灌注定量的主要因素。

2.2.2 心脏T1-mapping技术 心脏T1-mapping技术可通过测量质子纵向或自旋晶格持续时间定量评估心肌组织特性，具有像素级空间分辨率。有研究[19]结果表明，糖尿病患者静息时T1值升高早于心肌应变的改变。另有研究[20]结果显示，可根据腺苷负荷前后T1值判断心肌梗死患者的心肌病变情况，但其对糖尿病心肌病的诊断价值还有待进一步研究证实。Levelt等[21]研究结果显示，糖尿病组患者静息时T1值与正常对照组的差异无统计学意义，而负荷后T1值低于正常对照组，这可能与糖尿病心肌病早期冠状动脉微循环障碍有关。但由于样本量较小，该结论仍需进一步扩大样本量加以验证。负荷前后T1-mapping相较于磁共振心肌灌注成像无须注入对比剂，且受心律、心肌代谢及血压影响较小，能更加客观地反映冠状动脉微循环功能。

通过改良look-locker反转恢复序列，将T1-mapping技术、心肌延迟强化成像、血细胞比容相结合可计算心肌细胞外容积(extracellular volume，ECV)，根据该参数的变化判断细胞外体积情况，如心肌水肿、弥漫纤维化、淀粉样变性等。糖尿病心肌病早期胶原纤维增多、交联引起心肌纤维化，同时也会导致心肌细胞外体积增大。心肌延迟强化成像虽能判断心肌纤维化，但其对糖尿病心肌病早期弥漫性纤维化的评估能力有限。Shang等[22]研究结果表明，ECV的增大与糖尿病早期的心脏舒张功能不全有关，且ECV增大的程度与糖尿病病程呈正相关。还有研究[23]结果显示，血糖控制不佳的患者ECV明显增大，进一步证实高血糖可导致糖基化终末产物增加，使心肌胶原沉积增多，引起心肌间质弥漫性纤维化，最终导致心脏舒张功能不全。而Storz等[24]研究结果显示，糖尿病和糖尿病前期组患者存在左心室重构，但ECV较正常对照组小，这可能与糖尿病患者的年龄、性别、基础代谢率、高血压等代谢危险因素有关。Khan等[25]研究结果表明，ECV是糖尿病心肌病患者预后的独立影响因素。

2.2.3 心脏磁共振特征性追踪(cardiac magnetic resonance-feature tracking，CMR-FT) CMR-FT能够根据心内膜和心外膜边界运动判断整体与局部心肌应变，由于该技术无须使用对比剂、特殊扫描序列，相较于TDI、STE，其不受心脏旋转运动、帧率影响，对心功能的评估更加客观、准确。有研究结果表明，利用CMR-FT测得的应变和应变率可反映糖尿病心肌病的早期细微变化。Chen等[26]研究结果表明，2型糖尿病患者早期出现不同节段的心肌受损，其中以基底段应变率降低最为显著。Khan等[27]研究结果显示，年轻糖尿病患者的左心室舒张早期峰值应变率与病程呈负相关。此外，CMR-FT测得的GLS可以预测ST段抬高型心肌梗死患者的预后[28]，其在糖尿病心肌病患者中的应用有待进一步研究。

2.2.4 心肌磁共振波谱成像(magnetic resonance spectroscopy，MRS) MRS是一种不应用对比剂，通过体内相关元素如31P、1H、13C等磁化后发生位移改变来评估心肌代谢的非侵入性检查方法。常规MRI可从组织层面定量心外膜脂肪，但对心肌的脂肪定量存在一定局限。1H-MRS通过识别化学元素，不仅可以定量心外膜脂肪量，而且对心肌组织和心肌细胞内的脂肪定量更具优势。研究[29]结果表明，糖尿病患者存在异常脂肪堆积，且心外膜脂肪与心脏收缩期和舒张期应变率呈负相关。Gao等[30]对糖尿病伴代谢综合征患者进行1H-MRS检查时发现，心肌脂肪变性与心脏灌注功能障碍呈正相关。31P-MRS通过计算磷酸肌酸与ATP的比值反映糖尿病患者高能磷酸盐的代谢情况及各组织器官内线粒体代谢情况。有研究[31]结果表明，2型糖尿病患者的心肌高能磷酸盐代谢受损与心肌重构有关。超极化13C可快速检测心肌代谢变化，已有相关研究[32]结果显示，糖尿病患者的心肌能量代谢受损。以上研究结果表明，心肌脂肪变性、能量代谢障碍导致糖尿病心肌病发生，而MRS可为糖尿病心肌病的早期诊断提供依据。由于MRS检查费用昂贵，成像易受呼吸和心律的影响，其在临床推广仍在一定程度上受限。

3 小结和展望

随着糖尿病发病率的上升，糖尿病心肌病的患病人数呈增长趋势，糖尿病心肌病的早期诊断尤为重要，超声、CMR技术作为无创性影像学技术，能安全、准确地对心肌灌注、间质纤维化、心脏的结构和功能等做出早期诊断。糖尿病心肌病的超声和CMR特点归纳如下：① TDI能够通过血流速度和心肌运动的关系判断心功能；② STE通过测量糖尿病患者左心室、左心房多维度应变判断心脏的情况；③ CMR的T1-mapping技术可通过计算ECV来评估心肌组织特性；④ 心肌灌注成像能判断心脏微循环状态；⑤ CMR-FT通过应变、应变率更加客观、准确地评估心功能；⑥ MRS可判断糖尿病患者心脏脂肪、能量代谢的异常。这些技术目前还处于发展阶段，诊断糖尿病心肌病仍需要结合患者的临床表现、血清学指标等临床资料，以更全面地评估糖尿病心肌病患者的心功能。