心臟磁共振技術在高原心臟病早期心肌損傷中的應用研究進展

蔣月薪, 郭應坤

(四川大學華西第二醫院, 1.放射科, 2.出生缺陷與相關婦兒疾病教育部重點實驗室, 四川 成都, 610041;3.西藏自治區人民政府駐成都辦事處醫院 放射科, 四川 成都, 610041)

高原心臟病(HAHD)是慢性高原病的一種，其定義是生活在海拔2 500 m以上地區的人群發生的心臟病，以顯著的肺動脈高壓為基本特征，并伴有右心室肥厚和右心功能不全[1]。HAHD具有發病率高、預后差的特點，嚴重威脅高原人群的生命安全。目前，國內外對HAHD研究的熱點主要是明確心肌損傷的機制，挽救可存活心肌，尋找有效藥物靶點，保護心功能，提高患者的生存質量。歐洲/美國心臟病學會[2-3]及《中國心力衰竭診斷和治療指南2018》[4]均肯定了心臟磁共振(CMR)在心肌疾病早期診斷、危險分層、預后判斷中的重要價值。本研究闡述HAHD的臨床特點、心肌損傷機制、CMR早期評價方法及臨床價值，旨在為HAHD患者提供早期診斷依據，指導臨床用藥，長期監測預后。

1 HAHD的臨床特點

據世界衛生組織(WHO)統計[5], 全世界有1.4億人生活在高海拔地區，中國有6 000萬～8 000萬人口居住在海拔2 500 m以上的地區，并有大量從低海拔地區移居或旅居高原的易感人群。調查研究[6]顯示，HAHD在南美洲高原地區的發病率為8%～15%, 在中國青藏高原地區的發病率約為3.2%。HAHD發病率一般具有男性高于女性、兒童高于成人、移居漢族高于世居藏族的特點，且發病率隨海拔高度增高而升高[7]。臨床上, HAHD可急性或亞急性起病，急性者以肺動脈高壓引起右心室擴大和充血性右心衰竭為特征，慢性者以右心室后負荷過重所致的右室肥厚為主的多臟器損傷為特征。HAHD早期臨床特點不明顯，隨著病情進展，晚期可出現心力衰竭、惡性心律失常、猝死等，往往預后不良。進一步明確HAHD心肌損傷的機制并結合臨床特征，對該病的防治有積極且深遠的意義。

2 HAHD心肌損傷機制及病理生理變化

2.1 心肌細微結構的改變

HAHD造成心肌損傷的主要原因是缺氧，缺氧增強了機體的氧化應激反應，導致心肌細胞中活性氧自由基(ROS)大量蓄積，而ROS對組織細胞、蛋白和DNA具有明顯的損傷作用[8]。研究[9]發現鏡下可觀察到心肌細胞腫脹、變性，心肌纖維稀疏、溶解、斷裂且排列紊亂，線粒體腫脹，肌漿網高度擴張，糖原顆粒減少，細胞間質水腫，肌膜破裂缺損。急性缺氧多引起心肌炎性、水腫改變，而慢性缺氧更易引起心肌重塑、心臟形態及功能的改變。研究[10]證實，高原低壓低氧環境引起的心肌損傷程度隨海拔高度的增高而加重，且是一種以右心為主的全心損傷。

2.2 心肌代謝的改變

正常情況下，心肌能量代謝主要是脂肪酸代謝和葡萄糖代謝，其中脂肪酸氧化占心臟有氧代謝的70%左右[11]。慢性缺氧時，心肌細胞通過增加線粒體的數量而加大氧氣的有效利用率; 同時，心肌細胞調節相關底物酶的活性，促進代謝產物的交換，使葡萄糖利用增強而減少脂肪酸利用，以此實現心肌細胞慢性缺氧反應[12]。然而，長期慢性缺氧可使線粒體結構發生改變，影響合成三磷酸腺苷(ATP)的能力，導致心臟功能受損，表現為心收縮力減弱及心搏量減少。

缺氧對心肌造成的損傷可使HAHD最終發展為以右心功能不全為主的慢性缺氧性心肌病，且這種損傷是不可逆的。目前，影像技術的快速發展為早期檢測出心肌損傷提供了有效手段，特別是CMR技術已經被列入多種心臟疾病的診斷指南。

3 CMR

CMR能對心臟的解剖結構、瓣膜運動情況、心功能、心肌組織特征進行“一站式”評估，具有重要的臨床應用價值[13]。目前，國內外利用CMR技術對HAHD的影像研究較少，而已有的研究也多聚焦于形態及功能學的改變，心肌損傷方面的報道較少。在最新的肺動脈高壓(PAH)分類中，HAHD被歸類為第3類[14], 因此可以參考PAH及其他具有相同病理生理學改變的心臟疾病的CMR影像資料，為評估HAHD患者心肌受損情況提供一定的借鑒價值。

4 CMR在評價HAHD形態和功能中的作用

目前，臨床常用超聲心動圖來評價HAHD形態和功能的改變，但超聲結果易受圖像質量、測量手法及患者自身條件等影響。更重要的是，超聲心動圖無法反映HAHD患者早期心肌病變。CMR作為評估心功能的“金標準”，憑借單次檢查便可獲取心臟形態和功能評價的重要信息。

4.1 形態學改變

HAHD患者主要以右心受累為主，表現為右心肥厚擴張，嚴重者可出現全心改變。CMR的黑血序列可以從橫軸、冠狀位及矢狀位清晰顯示心室、心房、大血管及瓣膜結構。CMR電影序列不僅可觀察心臟結構，還能定量分析心腔大小、心室功能及質量，測量心室壁厚度及節段功能。目前，利用CMR黑血序列及電影序列發現HAHD患者心臟形態學改變與病理結果高度一致[15-16], 并且在右心室射血分數降低前可出現右心室舒張末期容積和收縮末期容積增加[17], 為早期發現心功能損害提供了證據。

4.2 功能改變

右心功能的改變是HAHD的重要臨床表現，也是影響預后的主要因素。CMR心肌應變技術可以評價心室重構過程中心肌力學的早期變化，敏感地反映出心功能的細微改變。目前常用的是CMR特征追蹤技術(CMR-FT), 其可從軸向、徑向及周向來評估整體和局部心肌應變，在反映心功能方面優于傳統射血分數[18]。目前，該技術在HAHD中未得到開展，但在PAH中已得到應用。研究[19]發現PAH患者的右心室縱向應變與右室射血分數(RVEF)具有很好的相關性，并可作為患者預后的重要決定因素。研究[20]發現PAH患者RVEF與左室心肌應變受損是同步的，當RVEF<40%時，左室應變指標明顯降低。因此，可以利用CMR-FT技術觀察左、右心功能的早期改變及兩者的關系，并一步研究心功能的改變對預后的影響。

5 CMR在評價HAHD心肌損傷中的作用

CMR除了能夠評價 HAHD的形態結構和功能改變，還能利用多種新技術對HAHD心肌損傷進行早期評價，包括心肌纖維化、心肌水腫及心肌代謝等，其價值是其他檢查所不能比擬的。

5.1 心肌纖維化的評價

心肌纖維化是心室重構和惡性心律失常的根本原因，是判斷預后的重要指標。心內膜活檢是目前診斷心肌纖維化的最準確手段，但因其有創性且實施難度較大，并未在臨床上廣泛應用。CMR的組織特征學評價技術為早期監測心肌纖維化的發生和發展提供了可能，其中延遲強化技術(LGE)采用對比劑使壞死組織或心肌纖維化區域較正常心肌呈現高信號，可以提供心肌纖維化的部位、范圍和嚴重程度等信息，已成為無創評估局部纖維化的常用方法[21]。研究[22]發現, HAHD患者室間隔、右室壁以及左、右室乳頭肌均會出現LGE。然而，LGE依賴于異常心肌與正常心肌的對比，對心肌彌漫間質纖維化不敏感。

T1-mapping是一個CMR的成像技術，其通過直接測定心肌組織增強前后的T1值，計算出細胞外容積分數(ECV), 可用于無創定量觀察心肌彌漫纖維化病變，可作為LGE的重要補充和替代[23]。研究[24]發現，在LGE陰性節段, PAH患者的 native T1和ECV值均增高，表明此處早已發生心肌纖維化。另外, PAH患者心肌纖維化程度與右心結構以及功能存在顯著相關性，并且右室插入部的native T1值可以提示病情的嚴重程度[25]。

MR彌散張量成像(DTI)技術是通過測量心肌內水分子擴散的異向性來反映活體心肌纖維束的走行及完整性[26]。研究[27]發現, DTI在診斷心肌間質纖維化時與平掃T1-mapping及ECV診斷效能相當。目前，該技術在HAHD中尚未得到運用，但仍是值得探索的研究方向。

5.2 心肌水腫的評價

心肌水腫是多種心臟疾病的早期病理生理改變，早期診斷和明確水腫的范圍及程度、鑒別可挽救心肌有助于臨床診治。T2-mapping能直接測量單位像素的T2值，不受運動偽影的影響，可定量評價心肌水腫程度，是測量心肌水腫的最佳手段[28]。目前, T2-mapping技術在評價心肌水腫中具有一定的價值，未來也可將這一技術在HAHD中開展，用于判斷心肌水腫對疾病的影響進程。

5.3 心肌代謝的評價

HAHD患者存在心肌代謝紊亂，磁共振波譜分析(MRS)和化學交換飽和位移(CEST)是CMR代謝相關的新興技術，可以從分子水平檢測出心肌細胞能量變化及多種代謝產物的異常，具有廣闊的應用前景。MRS利用磁共振的化學位移現象對特定原子核及其化合物進行分析，能對活體器官組織代謝水平進行定量分析[29]。目前，應用于臨床的MRS主要有31P-MRS和1H-MRS。研究[30]發現在低壓低氧環境下，心肌PCr/ATP值相較于平原地區正常人群明顯降低，可引起左室舒張功能障礙，進一步影響心臟的體積、質量和功能。

CEST是基于飽和質子與周圍流動水中質子交換的體內分子成像技術，在組織酸堿度成像及多種代謝物成像方面具有獨特優勢，能無創、無輻射地評估心肌細胞代謝水平[31]。目前, CEST技術主要運用于缺血性/非缺血性心肌病的治療中，對于發現可逆性心肌損害、恢復有效血流灌注具有重要的意義[32]。

6 展 望

中國高原地區幅員遼闊，罹患 HAHD人數眾多，該病早期臨床癥狀不明顯，常規檢查手段提供的信息有限，易延誤治療，影響患者的生存質量。了解HAHD心肌損害程度可以為病理生理學機制提供新思路，從而對患者進行合理的病因分析、風險分級及預后判斷。近年來, CMR作為一種不可或缺的影像檢查手段，已廣泛應用于各種心臟疾病的臨床研究中，其價值得到了國際公認。然而，受限于地理位置、經濟發展等因素, CMR在HAHD中的運用極其有限，多種檢查技術尚未得到開展，形成了大量信息缺口，特別是隨著CMR等多種新興技術的開展，不僅能為HAHD心肌損傷的結構和機制提供更多、更全面、更準確的信息，還能從分子影像學角度出發，檢測到心肌損傷的細微改變，在亞臨床早期提供可靠的診斷依據。