超声新技术评估妊娠期糖尿病胎儿心功能研究进展

高 猛 张迎华

1. 济宁医学院临床医学院，山东 济宁 272000； 2. 济宁市第一人民医院超声医学科，山东 济宁 272000

妊娠期糖尿病（gestational diabetic mellitus，GDM）是指妊娠期胰岛素抵抗和胰腺β细胞功能障碍引起的一种暂时性糖尿病，即妊娠期表现为糖尿病的一种现象［1］。GDM是妊娠期常见并发症之一，随着生活水平的不断提高、生活方式的改变以及孕期对GDM 筛查的日益重视，中国GDM 的患病率显著上升，最近一项东亚和东南亚GDM患病率的分析表明，中国GDM的患病率为11.9%，远高于日本、韩国［2］。虽然GDM是一种暂时性疾病，但其后果是终生的，GDM不仅增加孕妇产后发生糖尿病和心血管疾病的风险，还会影响胎儿的生长发育，可导致巨大儿、胎儿窘迫、围产儿死亡、先天性心脏病等，并且胎儿出生后罹患肥胖、心血管疾病和相关代谢性疾病的风险升高［1，3-4］。其中GDM 对胎儿心脏的影响尤为明显，GDM胎儿存在心肌肥厚的现象已经被广泛报道，并且GDM与胎儿肥厚型心肌病的发生有一定关联［5-6］。也有研究指出，GDM 胎儿心脏功能在心肌肥厚之前已经发生变化［7］。

因此早期准确评估GDM 胎儿心脏功能并实施干预具有重要意义。超声作为目前常用的胎儿心脏结构检查技术，具有方便、经济、无创的优势，随着超声医学的飞速发展，超声新技术能够对胎儿整体和局部心肌功能进行评估，对发现细微心肌受损的敏感性更高。本文就超声新技术评估GDM 胎儿心脏功能的进展进行综述，以提高临床医师对超声评估胎儿心脏功能的认识水平，同时了解GDM对胎儿心脏的影响。

1 GDM导致胎儿心脏损伤的病理机制

动物实验表明，不良的心脏重构是GDM胎儿心肌肥厚和心脏功能受损的病因［8］。先前的研究认为，母体高血糖会导致胎儿β 细胞增生和胰岛素及胰岛素样生长因子1 的内源性生成增加［4］，由此产生的胎儿高胰岛素血症会降低胎儿葡萄糖水平，从而增加整个胎盘的葡萄糖浓度梯度，促使母体葡萄糖流向胎儿［9］，高血糖及高胰岛素血症会使胎儿的耗氧量增加，造成胎儿低氧血症。胎儿低氧血症在一段时间后会增加心脏室壁应力，导致心肌细胞损伤、凋亡和局部纤维化［10］；另一方面胎儿生长由胰岛素结合细胞受体控制，胎儿高胰岛素血症会增加胎儿心脏蛋白、糖原和脂肪的合成，导致心肌肥厚［1］。另外有实验证明，葡萄糖可以通过核苷酸生物合成抑制心肌成熟并促进心肌细胞的有丝分裂，暴露于高浓度葡萄糖的心肌细胞或成熟较晚或完全未成熟，而且会生成更多未成熟细胞［11］。这些研究一定程度上解释了GDM 如何影响胎儿心脏的结构和功能。

2 超声新技术评估GDM 胎儿心脏功能的研究进展

常规超声可以对心脏结构以及基本功能进行筛查，实时观察胎儿心腔大小、室壁厚度、有无瓣膜反流等。例如应用M 型超声测量左心房缩短分数间接评估左心室舒张功能，应用频谱多普勒测量二尖瓣口和三尖瓣口舒张早期血流峰值（E 峰）、舒张晚期血流峰值（A 峰）及其比值（E/A）评估心室舒张功能，应用频谱多普勒测量肺静脉、静脉导管、卵圆孔、胎儿主动脉峡部等部位的血流指数，间接评估胎儿心室顺应性。然而常规超声发现细微心脏受损的敏感性较低，且参数易受心脏几何形状、心率和前后负荷的影响。超声新技术可以显示更多胎儿心脏结构和功能的信息，提供更有临床价值的数据。

2.1 组织多普勒成像（tissue dopplerimaging，TDI）

TDI 的原理是以低速运动的心肌作为观察目标，通过计算心肌运动速度，以二维彩色图像或曲线的形式将心肌运动信息实时显示出来，根据不同需求衍生出组织多普勒速度成像、应变和应变率成像等模式，可分析心脏不同区域的心肌运动速度。其中脉冲多普勒组织速度成像观测二尖瓣环、三尖瓣环运动，可以得到二尖瓣环、三尖瓣环舒张早期运动速度 （e'）、舒张晚期运动速度（a'）及收缩期运动速度（s'），通过测量二、三尖瓣环的运动速度来反映心肌的功能［12-13］。王媛等［14］通过TDI研究24 ～ 38周GDM 胎儿心脏功能时，发现GDM 胎儿二尖瓣环e'/a'比值小于正常胎儿，提示GDM胎儿左心室舒张功能受损。Dervisoglu 等［15］对比36 例GDM 孕妇和42例健康孕妇胎儿心脏的TDI检查结果，发现GDM胎儿三尖瓣环e'及e'/a'比值均低于正常组，两组间二尖瓣环参数无显著差异，表明胎儿右心舒张功能比左心受影响更早。Balli 等［16］应用TDI 技术在孕36周测量67例GDM胎儿和122例正常胎儿心脏功能，发现孕36 周GDM 胎儿右心室壁e'/a'比值和s'均大于正常胎儿，这和其他研究结果相矛盾，是否是GDM 胎儿心脏产生了适应性改变还需进一步研究。TDI 技术受前后负荷的影响较小，比常规超声技术更有优势，然而TDI受限于胎儿体位，当胎儿的体位不理想时，无法获得有用的参数。

2.2 双多普勒技术（dual-gate dopplertechnique，DDT）

DDT可以同时测量任意2个独立位置的多普勒波形，即获得同一心动周期的2 处血流频谱或血流频谱联合组织多普勒频谱，在测量一些参数时可以发挥出自己独有的优势。

2.2.1 心肌做功指数（myocardial performance index，MPI） MPI又称Tei指数，是指心室等容舒张时间和心室等容收缩时间之和与射血时间的比值，常用于评估心脏整体功能。胎儿时期右心系统占主导，右心MPI 是评估胎儿心脏功能的合理参数，常规的频谱多普勒无法同时获得右心室流入道和右室流出道的血流频谱，需要在不同切面分别测量数据，然而胎儿心率的差异可能会导致准确性不足，单独应用TDI 无法根据瓣膜的“咔哒声”来估计时间间隔，造成观察者差异。为了克服这些限制可以使用DDT，利用DDT在胎儿大动脉短轴切面的右心室流入道和右心室流出道分别放置取样门，在同一心动周期内获得右心室流入道和右心室流出道的血流频谱，测量计算获得右心MPI，对比研究认为DDT 是一种可靠的测量胎儿右心MPI的技术，其优势在于准确性和可重复性较好［17］。但是房室血流对于前后负荷变化有很高的敏感性，不能很好地反映心肌自身特性。目前有关GDM 胎儿MPI 的研究结果尚无法反映心脏损害的严重程度［18-19］，未来仍需进一步研究。

2.2.2 E/e'比值 E/e'比值是近年来应用于评估成人和儿童心室舒张功能的超声参数之一。研究表明，随着孕周的增加，e'增加的速度明显比E 波快，因此E/e'比值随孕周的增加而降低，并在孕晚期趋于平稳［20］。目前E/e'比值已经用于评估胎儿心室功能，使用DDT 测量胎儿心脏E/e'比值可以避免不同心动周期产生的干扰，操作起来相对简单。Hou等［21］使用DDT研究24 ～ 30周GDM胎儿心室舒张功能发现，与正常组相比，常规超声只显示GDM 胎儿右心室的E/e'比值明显降低，DDT则显示GDM组左心室和右心室的E/e'比值均明显低于正常组。这项研究也认为右心室舒张功能比左心室更容易受损，因此早期在胎儿右心室发现舒张功能异常的可能性更大。在评估胎儿心脏舒张功能中，使用DDT测量E/e'比值可能是一种可行的方法。

2.3 斑点追踪成像（speckle tracking imaging， STI）

STI通过逐帧追踪感兴趣区心肌产生的散射斑点信息，获得同一斑点部位心肌的运动轨迹，分析心肌组织的运动，量化心肌变形，自动计算获得应变和应变率。它可以反映心肌纵向、径向及环向的变形运动，能帮助了解胎儿心脏周期中心肌纤维的变化，有助于早期识别胎儿心脏功能异常，监测疾病进展，进而为临床干预提供适时指导［22］。Miranda等［23］对30 ～ 33周GDM胎儿心脏功能的STI研究，发现GDM 胎儿存在明显的室间隔肥厚，变形分析显示， GDM 胎儿双心室舒张早期和舒张晚期应变率明显降低，提示在这种不利的宫内条件下，妊娠晚期GDM胎儿双心室舒张期功能障碍，并认为心室舒张功能损伤与室间隔增厚没有显著关系。此外GDM 胎儿右心室整体纵向应变较低，表明GDM 胎儿右心室收缩功能障碍。另一项针对足月GDM 胎儿心脏几何形状和功能的围产期变化研究［24］，也发现GDM胎儿存在室间隔、左右心室壁增厚和双心室舒张功能降低。不同的是在整体心肌变形与功能方面，与正常胎儿相比，GDM 胎儿心脏的纵向、径向、环向应变、收缩应变率和左心室扭转值明显升高，提示GDM胎儿心脏收缩功能增强。该技术相比于其他技术有很大的优势，STI 可以分析整体和节段的心肌功能，没有角度依赖性，尤其适用于胎儿心脏的研究，但是胎动会导致斑点追踪错误。

2.4 速度向量成像（velocity vector imaging，VVI）

VVI技术是基于斑点追踪技术研究心肌形变能力，对感兴趣心肌区域进行定位跟踪，将速度向量叠加到二维图像上，以向量的长度表示心肌组织速度的大小，方向表示心肌组织运动的方向，且VVI不受心脏整体运动和超声声束角度影响［25］。目前运用VVI技术研究GDM胎儿心脏功能的文献较少，Wang等［26］运用VVI技术对98例GDM胎儿和135例正常胎儿的左心室纵向功能进行分析，发现24 ～ 27周GDM胎儿左心室应变、收缩期应变率、舒张期应变率均明显低于正常胎儿。VVI技术较常规超声能更敏感观察和量化胎儿心肌的运动，对心脏功能进行准确评估，然而数据需要后期进行脱机处理，限制了其实用性。

2.5 胎儿心脏定量分析技术（fetal heart quantification， Fetal HQ）

Fetal HQ 是近年来由DeVore 等［27］研发的一款专门针对胎儿心脏的自动评估软件，它能够同时评估胎儿心室的大小、形状及功能，获得左右心室的整体球形指数、整体纵向应变、面积变化分数。对胎儿体位要求不高，还可以借助自由M型解剖技术获得较为准确的二尖瓣环和三尖瓣环最大位移。此技术利用STI 自动追踪识别心内膜，将左右心室沿长轴各分为24 个节段，分析每一节段的大小、形状及功能，获得24 节段球形指数、舒张末直径和短轴缩短率，能自动提供具体数值的Z 评分［28-30］。Fetal HQ 可以对胎儿心室纵向、横向收缩功能以及心室整体功能进行评估，测量耗时较短，不需要脱机分析数据，应用前景广阔。Wang 等［31］学者使用Fetal HQ 技术对24 ～ 27 周GDM 胎儿心脏进行形变分析，发现GDM 胎儿双心室整体纵向应变、面积变化分数明显降低，提示双心室存在收缩功能障碍，另外该研究发现，GDM对胎儿心脏形态和功能的影响从孕中期就已经出现。目前关于Fetal HQ 的研究较少，而且研究样本量较小，未来还需要扩大样本数量。

3 总结与展望

由于胎儿心脏体积小、心率快、结构复杂，而且胎儿体位的改变会影响数据的采集，所以GDM胎儿心脏功能的研究都集中在中晚孕期，超声新技术还受限于孕妇腹壁的厚度，腹壁过厚无法获得清晰的图像，这些缺点限制了超声新技术评估胎儿心脏功能的准确性。目前应用超声新技术评估GDM 胎儿心脏功能产生了一些相互矛盾的结果，未来仍需要更深入的研究。相信随着超声医学的迅猛发展，超声新技术可以更敏感地发现GDM 胎儿心肌损伤和心脏功能异常，便于临床早期了解GDM胎儿心脏功能受损情况并及时给予干预，以减少不良妊娠结局的发生。

利益冲突所有作者均表明不存在利益冲突。