心肌做功技術評價心血管疾病左心室功能的研究進展

何金梅，尹立雪，2△

(1.遵義醫科大學，貴州 遵義 563000；2.四川省醫學科學院·四川省人民醫院超聲醫學研究所，超聲心臟電生理學與生物力學四川省重點實驗室，四川 成都 610072)

傳統超聲心動圖評價心血管疾病左心室收縮功能最常用的指標是左室射血分數，因其操作簡單、準確度高而廣泛應用于臨床。近年來發展的斑點追蹤技術(speckle tracking imaging，STI)作為一種定量技術來評估心肌功能，它提供了非多普勒的、角度無關的、客觀的心肌變形和左心室收縮期動力學的量化，克服了傳統超聲心動圖受主觀意識的局限性。很多證據表明斑點追蹤超聲心動圖在臨床應用中具有良好的可行性、重復性和準確性，然而，在大量人群中驗證這項技術的前瞻性臨床試驗仍然缺乏。同時，二維STI衍生的整體縱向應變(global longitudinal strain，GLS)是評價左室收縮功能的敏感指標，GLS可以在LVEF正常的情況下檢測到更細微的收縮功能異常，但它也存在負荷依賴性的問題[1]。在收縮功能正常的左心室中，后負荷增加可能導致整體左心室應變降低，但這并不一定意味著收縮功能受損[2]。最近新發展的心肌做功技術通過加入后負荷，克服了左室射血分數和左室縱向應變對負荷的依賴性。通過結合斑點追蹤、應變超聲心動圖和血壓測量數據，可以無創地量化左室心肌做功。無創性左室心肌做功已經被證實是心肌能量學的一種測量方法，并且在診斷和預后方面有很大的希望。已有初步研究表明心肌做功優于左室縱向應變和左室射血分數用來診斷心血管疾病[3，4]。本文對心肌做功技術在引起左心室功能改變的心血管疾病中的應用進行綜述。

1 心肌做功概念與參數

Suga等[5]開發了侵入性獲得的LV壓力-體積環，提供了收縮性、彈性、功率、能量和效率等血流動力學參數。但有創獲得心肌做功各項參數對于患者并非沒有風險，因此，非侵入性得到的心肌做功參數可能會在常規超聲心動圖檢查中更方便有用。近年來，Russell等[6，7]通過斑點追蹤超聲心動圖結合應變與左心室壓力曲線相結合構建左室壓力應變環來表示心肌做功。其中，左心室壓力曲線的非侵入性估計，根據由主動脈和二尖瓣的超聲心動圖測量的等容和射血的持續時間，通過調整左室壓力曲線的輪廓來生成估計的壓力曲線。肱動脈袖帶壓力無創性地估計左心室峰值壓力。心肌應變用斑點跟蹤超聲心動圖測量，將應變率和左心室收縮壓(LVP) 積分得出瞬時做功值。該研究團隊在動物實驗及臨床實驗中均證實無創左心室壓力-應變環面積測量方法與有創測量的心肌做功具有較好的一致性，并能反映心肌代謝。

目前通過EchoPAC軟件可以得出以下MW 參數：整體有效功(global constructive work，GCW)，收縮期心肌縮短或舒張期心肌延長所做正功，即有助于左心室射血的功；整體無效功(global wasted work，GWW)，收縮期心肌延長或舒張期心肌縮短所做負功，即對抗左心室射血的功；整體做功效率(global work efficiency，GWE)，GWE=GCW/(GCW+GWW)；整體做功指數(global work index，GWI)，心肌17節段做功指數加權平均數。

2 心肌做功技術的臨床應用

2.1 心肌做功技術與心肌病心肌病的表現包括從心肌細胞的微觀改變到組織灌注不足、液體堆積和心律失常的暴發性心力衰竭。心肌病分為肥厚型、擴張型和限制型三類。其中，肥厚型心肌病是最常見的原發性心肌病，可導致勞力性呼吸困難、暈厥前發作、不典型胸痛、心力衰竭和心臟性猝死。

LVEF評價肥厚性心肌病患者左心室收縮功能，不能反映患者左心室功能損害的實質，可能原因為心肌纖維紊亂和間質纖維化導致左心室變形參數進行性改變，這種改變先于明顯的左心室功能不全[8]。而壓力應變環的GCW是一種與功能容量相關的簡單而有用的工具，是左心室纖維化的預測指標，有研究表明盡管左心室射血分數正常，但壓力-應變環無創評估的GCW在肥厚型心肌病中顯著減少[9]。該研究還認為在肥厚型心肌病患者中，左心室纖維化的存在與心肌做功心室功能參數的進一步降低有關，多變量回歸分析顯示GCW是左心室纖維化的主要預測因子。另有研究得出左室壓力應變環比LVEF更敏感地檢測非肥厚型心肌病患者整體心肌做功的改變，進而評估左室收縮功能，為臨床診斷提供一種新的參考指標[10]。

Galli等[9]將擴張型心肌病分為缺血性心肌病和非缺血性心肌病，盡管缺血性心肌病和非缺血性心肌病的左心室嚴重擴張，射血分數降低，但由于保留了每搏輸出量，心輸出量可以維持在接近正常的水平，而降低的GWI顯示，擴張型心肌病患者心肌細胞的收縮性能顯著受損，說明射血分數測量的不足。這項研究的發現也反映在先前報道的有創性左心室壓力-容量環中，該環由心臟磁共振成像確定，兩個擴張型心肌病亞組都表現出GWW顯著增高，GWE減低，可能原因為以心室擴張和收縮功能障礙為特征的左室重構是擴張型心肌病患者不良預后的重要決定因素。

2.2 心肌做功技術與高血壓性心臟病高血壓與大動脈硬化有關，由于高動脈壓與左心室射血相反，短期內可能導致左心室每搏量減少，這可以通過將左心室泵血功能轉移到更高的能量水平(Frank-Starling機制)和激活自動調節機制來補償。長期來看，這種慢性增加的心臟負荷會導致左室重構(向心性肥厚)，增加左室供氧需求，最終導致左室衰竭[11]。研究發現，在保留了左室縱向應變的早期高血壓中，GWE保持不變，原因為心肌有效功和心肌無效功幾乎成比例增加，因此心肌做功效率保持不變[12]。但慢性增加心臟負荷后高血壓患者的左室縱向應變正常，但GWI顯著高于健康對照組，而GWE與對照組相比沒有變化，可能原因為后負荷持續增加引起的心肌肥厚可以補償室壁應力的增加使得左室縱向應變正常而GWI的顯著增加，并且心肌無效功的增加也可能與較高后負荷下心肌壁應力的增加有關。這項研究說明心肌做功技術可以更好地了解不同負荷條件下左心室重構與室壁應力增加之間的關系，但需要更大規模的研究來進一步評估這一技術，以確定其臨床實用性和預后意義。

2.3 心肌做功技術與冠狀動脈疾病冠狀動脈疾病是指冠狀動脈硬化使管腔狹窄或堵塞，導致心肌缺血、缺氧而引起的心臟病。對于患有嚴重冠心病的患者來說，早期發現和干預是至關重要的，以防止不良心臟事件，包括心肌梗死導致左心室功能不全。由于在冠心病進程的早期階段，整體左心室功能參數，包括容量和射血分數通常被保留，由此需要一個可以早期發現左心室功能異常的較敏感的指標。目前二維斑點跟蹤超聲心動圖和負荷超聲心動圖被廣泛使用來檢測血流動力學意義，但對有顯著冠心病的患者無創檢測仍然是一個挑戰。心肌做功通過對動態無創性左心室壓力的應變解釋來考慮變形和后負荷，為心肌功能評估提供了潛在的增值價值，可以發現左心室功能的早期異常，并可能為早期左心室功能障礙建立一個更敏感的指標。

Edwards 等[4]在研究無節段性室壁運動異常且左心室射血分數未受影響的顯著冠心病患者中發現，靜息狀態下整體心肌做功是比整體縱向應變更敏感的檢測冠心病的指標。說明心肌做功這種新方法在診斷靜息早期冠心病方面可能有潛在的臨床應用價值，而不需要進行負荷成像，但需要進一步的前瞻性試驗來直接將MW與負荷超聲心動圖進行比較。Boe等[3]對 126例非ST段抬高急性冠脈綜合征(NSTE-ACS)患者在冠狀動脈造影前進行節段性應變分析時發現NSTE-ACS患者存在MWI減少區，且MWI對急性冠狀動脈閉塞患者的診斷具有很高的敏感性和特異性，可作為急性冠狀動脈閉塞的診斷指標，由于考慮了收縮壓對心肌收縮縮短的影響，該方法優于應變分析。在臨床上，對于需要及時介入治療的ACO患者MWI顯得尤為重要，因為患者可以早期接受血管重建治療并改善長期預后。Lustosa[13]在一項回顧性研究中證實早期發生左心室重構的ST段抬高型心肌梗死(STEMI)患者在出院前左心室GWI和GWE降低。早期左室重塑患者的左室GWI和GWE低于正常對照組，可能是由于缺血面積較大，心肌工作可有效檢測到更為彌漫性的代謝改變所致。梗死區大小是左心室重構的一個眾所周知的決定因素。此外，在預測早期不良左心室重構方面，罪犯血管區域的MWI優于常規超聲心動圖測量。因此，MWI可能是指導STEMI患者隨訪和調整藥物治療以防止不良左心室重構的有用工具。

2.4 心肌做功技術與心臟再同步化治療(cardiac resynchronization therapy，CRT)CRT是一種新的、非侵入性的方法，該方法是左室不同步收縮患者的重要治療措施，在心力衰竭和廣泛QRS波群患者的管理中發揮關鍵作用。盡管如此，接受CRT治療的患者中約有30%～40%對治療沒有適當的反應[14]，可能原因一：盡管存在廣泛的QRS，但沒有出現機械不同步；可能原因二：對左心室時間延遲的評估并不對應于衰竭左心室殘存心肌收縮能力的程度。Galli等[15]對97例有癥狀性心力衰竭患者接受CRT植入術，在CRT術后隨訪6個月時發現63例(65%)患者對CRT有反應。CRT應答者的GCW顯著增加。多因素分析顯示，GCW >1057 mmHg%(OR14.69，P=0.005)是CRT陽性反應的有意義的預測因素。并且GCW與CRT誘導的心肌重構相關(r=-0.55，P<0.0001)，與非缺血性患者(r=0.65，P<0.001)相關。GCW <1057 mmHg%可識別85%的無反應者，陽性預測值為88%。該研究說明在CRT候選患者中，GCW的量是CRT反應的預測指標，并與CRT后左室重構的實體相關。此外，Vecera等[14]對21例接受CRT治療的患者在治療前和治療后(8±3)個月的研究中，間隔無效功和室壁運動積分指數(WMSI)是收縮末期容量降低的唯一有意義的預測因素。說明間隔無效功聯合室壁運動積分指數是CRT反應的有力預測因素。上述研究表明多個參數相結合可能是選擇CRT候選者的有用工具。

3 心肌做功技術的局限性與展望

3.1 心肌做功技術的局限性心肌做功技術依賴于斑點追蹤超聲心動圖的應變率，斑點追蹤超聲心動圖的應變依賴于圖像質量，以便能夠準確地跟蹤幀與幀之間的斑點。因此，相對較低的時間分辨率可能是一個限制。通過袖帶測量動脈的收縮壓作為左心室收縮壓，其被用作力的替代物，使用壓力作為力的替代物可能對結果有影響。對于有瓣膜病變或梗阻性外周血管病變的患者，如主動脈瓣狹窄，瓣膜上方的壓力梯度將使周圍動脈收縮壓作為LV峰值壓力的估計值無效，肱動脈收縮壓與真實左室壓力之間誤差較大，因此，在這些患者中，使用估計值的非侵入性壓力是不適用的。將左心室壓力應變環面積與心肌做功進行比較，將左心室壓力應變環面積作為指標，心肌做功沒有考慮曲率半徑變化和室壁厚度對做功的影響。然而，對于心臟的微小變化來說，缺乏真正的LV壓力是一個限制。通過納入動脈血壓計的數據，以及使用針對不同患者群體的特定的參考曲線，估計的LV壓力曲線的準確性可能會提高。目前，尚缺少中國人心肌做功各項指標的統一標準，需要進一步探索。

3.2 展望無創性心肌做功計算的引入，為臨床評價心肌功能增加了一個新的維度。在日常心臟病學中，我們一直意識到負荷依賴性，但無法在測量中客觀解釋它。該工作方法代表了一種將負荷條件納入心功能評估的方法。如果這真的是一種范式轉變，還有待觀察，但基本的血液動力學原理現在可以以一種新的方式應用到臨床實踐中。

綜上所述，利用MW技術可早期、簡便、準確地評估部分心臟疾病患者左心室收縮功能變化，為臨床診斷及隨訪提供參考。