无创影像学评估急性心肌梗死患者存活心肌方法的研究进展

钟昌莉(综述), 黎荣山(审校)

急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)是指冠状动脉出现急性、持续性阻塞超过40 min,心肌细胞因缺血、缺氧而坏死,导致心脏功能严重受损,是危及患者生命的急性病症之一[1-2]。AMI发生后,心肌细胞产生一种自我保护机制,从缺血心肌变成顿抑心肌再发展为冬眠心肌[3]。其中顿抑心肌的细胞功能并未失去,在血流再灌注后数小时、数天或数周内可恢复正常[4],而冬眠心肌则需更长一段时间方可恢复至正常。因顿抑心肌和冬眠心肌均可在血流再灌注后恢复心肌细胞原有功能,两者统称为存活心肌[5]。介入治疗技术的应用使AMI患者早期病死率明显下降,预后及生存期往好的方向发展[6-7]。研究表明,基于评估存活心肌采取的血运重建及定期复查使AMI患者的预后得到改善,生命质量进一步提高。评估存活心肌的无创影像技术主要包括超声心动图、单光子发射计算机断层成像术(single photon emission computed tomography,SPECT)、正电子发射断层扫描显像(positron emission tomography,PET)、心脏磁共振成像(cardiovascular magnetic resonance,CMR)等[8]。现对无创影像学方法在存活心肌评估中的应用作一综述,以期为临床诊疗提供参考。

1 超声心动图评估

超声心动图在临床实践中广泛应用,操作简易方便,可迅速评估心室壁的心脏形态结构及运动功能,其中包括负荷超声心动图(stress echocardiography,SE)评估、心肌声学造影(myocardial contrast echocardiography,MCE)评估和斑点跟踪超声心动图评估。

1.1SE评估 SE是研究AMI患者存活心肌的最方便、经济且无创的影像学方法之一。通过药物(多巴酚丁胺)或者运动刺激心肌细胞反应,评估室壁运动强度,从而评估存活心肌。多巴酚丁胺从5 μg/(kg·min)剂量开始,每间隔3 min逐渐增加至10、20、30和40 μg/(kg·min),注射后观察心肌细胞是否存在心肌收缩反应能力来区分坏死心肌、顿抑心肌和冬眠心肌。顿抑心肌随着多巴酚丁胺剂量的增加,收缩功能表现为持续性改善,室壁运动能力增强。冬眠心肌在小剂量多巴酚丁胺作用下表现为心肌细胞短暂收缩力增加;当使用大剂量多巴酚丁胺时,心率和心肌耗氧量逐渐增加,心肌组织因没有足够的收缩储备而出现收缩功能恶化,在超声心动图中表现为双向运动[9]。当心肌细胞对多巴酚丁胺没有任何反应时,可认为局部缺乏存活心肌,亦称为坏死心肌,主要位于瘢痕组织中。SE检查有操作方便、快捷的优点,但也存在局限性:操作人员对室壁运动变化程度的解释具有较强的主观性;患者身体习惯或肺部疾病引起的声阻抗、过度换气和心动过速引起的过度心脏运动等因素导致图像质量不佳,降低了诊断的准确性。

1.2MCE评估 MCE是一种超声造影剂在微血管循环灌注中应用的无电离辐射、精准的床旁检查技术[10]。冠状动脉微循环的血流灌注影响心肌功能和心肌代谢,是心肌存活的前提条件。超声造影剂由直径约为2.5 μm的微气泡构成,具有类似红细胞的血流动力学,在输注过程中浓度逐步增加直至达到稳态,此时微气泡在收缩期发出的超声显像可反映微血管血容量。同时,微气泡会被高能超声波破坏,造影剂的再充盈速度可反映出心肌血流速度。微循环血容量与微循环血流速度的乘积表示心肌灌注。MCE基于超声造影剂在血液循环中与红细胞具有相似的血流动力学,实时评估微血管灌注和微血管完整性,为快速评估心肌存活提供重要信息。与CMR及SPECT相比,MCE评估存活心肌的灵敏度及特异度具有较高一致性[11]。

1.3斑点跟踪超声心动图评估 斑点跟踪超声心动图具有分层特异性分析的能力,可用于分析心肌应变率,客观量化局部和整体心肌变形,预测AMI后左心室功能恢复和重构[12]。使用斑点跟踪超声心动图对36例既往心肌梗死患者进行存活心肌评估,发现当径向应变率>9.5%时,灵敏度和特异度分别为83.9%和81.4%;当纵向应变率>14.6%时,灵敏度和特异度分别为86.7%和90.2%[13]。斑点跟踪超声心动图在预测AMI后左心室功能恢复和重构方面,准确性与对比剂延迟增强磁共振成像(late gadolinium-enhanced cardiac magnetic resonance,LGE-CMR)相当。然而,图像采集和数据分析的复杂性限制了这项技术在临床上的广泛应用。

2 SPECT评估

SPECT主要通过检测心肌细胞膜的完整性及心肌灌注来评估存活心肌[14]。其原理是利用放射性核素标记示踪剂来测量心肌区域示踪剂的浓度,并通过测定示踪剂摄取率的峰值来测量心肌存活[15]。心肌细胞摄取示踪剂依赖钠钾泵或被动转运,离不开细胞膜完整性,而心肌细胞膜完整和心肌细胞代谢依赖于心肌灌注[16]。当冠脉血流充足时,心肌细胞可以大量摄取示踪剂,核显像正常;当冠状动脉血流灌注不足时,心肌细胞因缺血缺氧而发生坏死,细胞膜完整性被破坏,不能有效摄取示踪剂,缺血区域表现为放射性核素降低或缺损[17]。SPECT在预测心肌梗死血运重建后左室功能恢复方面的灵敏度和特异度分别为84%和77%[18]。与PET相比,其心肌灌注显像剂的半衰期长,较为经济,对疾病预后判断更准确。但其检测存活心肌主要以“全”或“无”形式表现,空间分辨率低,不能反映心肌梗死后心肌坏死的透壁程度[19]。

3 PET评估

PET通过反映心肌血流灌注和心肌代谢评价存活心肌[20-23]。18F标记的氟代脱氧葡萄糖(18F-fluoro-2-deoxy-D-glucose,18F-FDG)是葡萄糖类似物,存活心肌可摄取18F-FDG而显像,而坏死心肌细胞无摄取能力[24]。13N-氨水(13N-ammonia,13N-NH3)示踪剂常被注入心肌血管中,当检测到有示踪剂显像时,代表局部心肌有血流灌注。当心肌灌注减少时,PET显像出现18F-FDG摄取增加,表明心肌灌注与心肌代谢不相匹配,心肌细胞虽然缺血但仍存活。但当心肌灌注与心肌代谢相匹配,即心肌灌注明显减少时,PET显像18F-FDG摄取亦减少,提示心肌以瘢痕为主,该节段无存活心肌[25]。一项荟萃分析指出,PET预测心肌梗死血运重建后左心室功能恢复的灵敏度和特异度分别为90%和60%。与SPECT相比,PET具有良好的空间分辨率、时间分辨率以及较高的计数率,并提供了衰减校正的可能性。此外,多通道螺旋CT可作为PET成像的重要辅助手段。多通道螺旋CT血管造影可提供关于心外膜冠状动脉管腔狭窄程度的信息,而PET可提供关于这种解剖性病变下心脏功能的信息[21]。新型的混合PET/CT系统实现冠脉非侵入性可视化,可以在同一成像期间获得解剖学和生理学的信息,为同时评估AMI、心肌灌注、代谢活力和心室功能等提供了可能。但糖尿病患者可能因18F-FDG示踪剂摄取量减少而影响PET/CT显像结果。

4 CMR评估

CMR经过“一站式”扫描的方式,能够提供心脏解剖、灌注和功能等信息,并且没有电离辐射,可以更准确地识别存活心肌和预测心脏功能结果[26],在评估存活心肌技术中有着重要地位[27-28]。

4.1多巴酚丁胺负荷CMR评估 多巴酚丁胺负荷CMR是一种类似于多巴酚丁胺超声心动图的方法,通过分析心肌的收缩储备能力来评估存活心肌。基线显像后,分阶段(低剂量和高剂量)静脉注射多巴酚丁胺,并在每个阶段对左心室功能进行成像显像。以具有双向反应(在低剂量多巴酚丁胺输注期间局部心肌功能改善,但在高剂量多巴酚丁胺输注时心肌收缩功能出现恶化)的特异性,作为评估冬眠心肌的指标;当多巴酚丁胺注射后收缩期室壁厚度增加≥2 mm提示存在存活心肌。有研究应用低剂量的多巴酚丁胺负荷CMR和LGE-CMR,对29例冠心病患者经血管重建后进行了预测功能恢复的比较,得出结论是多巴酚丁胺负荷CMR能更好预测心肌功能恢复[29]。多巴酚丁胺负荷CMR用于评估存活心肌不需要钆造影,可以用于严重肾脏疾病的患者。

4.2LGE-CMR评估 LGE-CMR通过测量钆晚期增强程度,从而评估透壁心肌梗死的范围[30]。钆造影剂是一种特殊材料,可溢出血管,但因其分子量大不易进入细胞内而被滞留在组织间隙中。细胞膜破裂导致钆造影剂进入梗死心肌细胞的细胞内,造成造影剂排出延迟,因此AMI患者比正常心肌显像增强的程度更大。透壁心肌梗死程度<50%时,认为有存活心肌[31],可通过血运重建改善患者的症状及心功能,减少不良心血管事件发生;而透壁心肌梗死的范围>75%时,冠状动脉血运重建功能恢复的可能性越小[32]。与SPECT相比,LGE-CMR对诊断心肌梗死有更高的灵敏度(SPECT 94% vs LGE-CMR 99%)。冠状动脉造影术和LGE-CMR两种检测方法相结合可促进心肌梗死的诊断及存活心肌的识别[33]。

4.3磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy,MRS)评估 MRS主要是经过观察细胞内代谢产物的变化来诊断疾病,通常以检测细胞中31P及23Na原子核最为常见[34]。心脏磷酸肌酸(phosphocreatine,PCR)减少和三磷酸腺苷(adenosine triphosphate,ATP)增加是心肌缺血最早的代谢反应,PCR/ATP比值被认为是心脏能量代谢的指标,当PCR/ATP比值<0.75,考虑心肌存活;当PCR/ATP比值>1,考虑心肌坏死。MRS不仅可以通过检测PCR和ATP评估心肌存活情况,还可以用于心力衰竭评估。PCR/ATP比值降低程度可为心力衰竭患者临床严重程度分级、射血分数和预后提供参考。当心肌细胞坏死时,细胞膜完整性丧失,Na+-K+泵功能异常,导致细胞内的Na+增加。23Na磁共振成像通过检测心肌损伤时细胞内外Na+的变化来评估存活心肌,但该检查时间过长,不适用于急诊患者。

5 结语

随着医疗技术的发展,越来越多的AMI患者可及时得到有效的治疗,但仍有部分患者在血运重建后未能获益。无创影像技术已成为评估存活心肌的重要方法。不同的无创影像技术存在不同的优缺点,有进一步改进空间,临床上需结合患者的病情选择个体化的影像学检查,致力于精准评估存活心肌,提高患者的生存率及改善预后。未来更高的灵敏度及特异度评估存活心肌的方法仍需进一步研究。