超聲二維成像評價糖尿病兔左心室心肌周向應變功能

侯志敏 喬英艷

糖尿病作為最常見的慢性疾病之一，是引起心血管事件的獨立危險因素，相對于非糖尿病人群而言，發生心血管疾病的風險明顯增加，也成為糖尿病人群的重要死亡原因之一[1]。因此，若能早期發現糖尿病患者心肌功能異常，可以及時進行臨床干預，減少心血管事件的發生。二維超聲斑點追蹤分層應變作為一種新技術，不再局限于分析左心室心肌整體應變，可以對心肌每一層的應變進行分析，相對于以往，對左心室功能的檢測更加及時、敏感[2,3]。本研究通過建立糖尿病兔模型，旨在分析超聲分層應變成像下糖尿病早期對于左心室短軸不同水平段各層心肌周向應變的實驗研究，進一步應用于臨床。

材料與方法

1.實驗動物：將24只月齡相仿的新西蘭兔隨機分為兩組，分別為正常對照組(n=12)和糖尿病組(n=12)，均禁食12h后，糖尿病組按照150mg/kg通過耳緣靜脈注射四氧嘧啶來誘導建立糖尿病模型，將空腹血糖>14mmol/L作為建模成功的診斷標準[4]；對照組則注射等劑量0.9%氯化鈉注射液，建模成功后均自由飲食。在建模成功后第6、9個月時，對兩組兔進行常規超聲心動圖檢查，并分別采集二維動態圖像進行分析。

2.儀器與方法：采用GE vivid 7彩色多普勒超聲診斷儀，M10s探頭。在建模成功后第6、9個月時，對兩組兔分別進行二維超聲心動圖檢查，常規測量兩組兔左心房收縮末期內徑(LAD)、室間隔厚度(IVS)、左心室后壁厚度(LVPW)、左心室舒張末期內徑(LVIDd)及左心室收縮末期內徑(LVIDs)，用Simpson雙平面法測量左心室射血分數(EF)，并測量二尖瓣口舒張早期峰值(e)與舒張晚期峰值(a)，計算e/a。同時采集連續3個心動周期的左心室短軸基底段、中間段及心尖段二維動態圖像，儲存以便進行分析。

3.圖像分析：將采集的圖像導入Echo PAC工作站，分別對兩組兔左心室3個水平段的3層心肌進行自動追蹤，在自動追蹤不滿意時進行手動描記，清楚描記各層心肌邊界并進行應變分析，最終獲得基底段、中間段及心尖段的心內膜下心肌圓周應變(CSendo)、中層心肌圓周應變(CSmid)及心外膜下心肌圓周應變(CSepi)，詳見圖1。

圖1 分層應變分析左心室周向應變圖像

結 果

1.常規超聲心動圖參數比較:糖尿病組與正常對照組比較，左心房內徑(LAD)、室間隔厚度(IVS)、左心室后壁厚度(LVPW)、左心室舒張末期內徑(LVIDd)及左心室收縮末期內徑(LVIDs)、左心室射血分數(EF)、e/a差異均無統計學意義(P>0.05)，詳見表1、表2。

表1 6個月時正常對照組與糖尿病組常規超聲心動圖參數比較

表2 9個月時正常對照組與糖尿病組常規超聲心動圖參數比較

2.各短軸水平段各層心肌CS參數比較：第6個月時，與對照組比較，糖尿病組左心室基底段與心尖段CSendo、CSmid、CSepi比較，差異均無統計學意義(P>0.05)，中間段CSendo減低(P<0.05)，而CSmid、CSepi比較，差異無統計學意義(P>0.05)；在第9個月時，與對照組比較，糖尿病組心尖段、基底段CSendo、CSmid、CSepi比較，差異均無統計學意義(P>0.05)，中間段CSendo、CSmid、CSepi均減低(P<0.05)，詳見表3、表4。

表3 6個月時正常對照組與糖尿病組各短軸水平段各層心肌CS參數比較

表4 9個月時正常對照組與糖尿病組各短軸水平段各層心肌CS參數比較

3.組織形態學結果比較:在第6個月、9個月時，分別對兩組兔的心肌切片分別進行Masson三色染色處理，織形態學結果顯示，心肌細胞呈紅色，肌細胞間成纖維細胞呈藍色(圖2)，糖尿病組與對照組比較，間質纖維化明顯增加，9個月時糖尿病心肌纖維化相對于6個月時更加明顯，說明其心肌隨著病程時間的推移而發生惡化。

圖2 正常對照組與糖尿病組Masson染色病理圖片(×100)

討 論

糖尿病作為一種慢性疾病，成為心血管疾病發生的重要因素之一，這可能是由于長期的高糖環境造成機體心肌細胞缺血、缺氧，進一步導致心肌細胞肥大，心肌纖維化，甚至局部或者廣泛性壞死，使此類患者心肌出現功能障礙，其機制也可能與胰島素抵抗、心肌能量代謝以及炎癥因素有關[5,6]。

二維斑點追蹤成像是在二維超聲圖像的基礎上，通過追蹤心肌由于反射、散射及干擾而產生的斑點的位移情況，觀察同一心肌的位移軌跡，從而得到心肌組織的運動信息。此技術相對于傳統超聲可以更為準確定量評估心肌的運動功能，此種方法不存在角度依賴性，也不受呼吸和心臟擺動及前后負荷的影響，因此可以客觀和定量地評估整體和感興趣區域心肌功能[7]。在心肌發生應變時，各節段心肌收縮時方向表示為負值，拉長時方向表示為正值。既往對于左心室的研究常通過斑點追蹤技術將左心室作為一個同質整體進行分析，忽略了左心室多層解剖結構：心內膜下心肌、中層心肌及心外膜下心肌。而分層應變是以二維斑點追蹤技術為基礎發展的新興技術，突破了這一局限性，可以對左心室每一層心肌進行分析，更加敏感地識別心肌出現的亞臨床功能障礙[8～10]。

斑點追蹤分層應變可以從左心室長軸及短軸對其縱向應變、周向應變及徑向應變進行定量分析，由于左心室心肌具有復雜的幾何結構，即在左心室長軸上心肌的縱向收縮與舒張，左心室心肌在短軸方向的環形運動以及在短軸上的徑向運動，這幾個方向的運動并不局限于心肌的某一層，而是相互交叉在一起，因而決定了左心室心肌在三維空間非單一的復雜運動[11～13]。不僅如此，左心室的心肌還存在扭轉運動。

本研究發現，心內膜下心肌對于糖尿病造成的心肌損傷最為敏感，這與其是心肌收縮的主要力量、受到的應力最大且心內膜對缺血、缺氧的耐受力較差等因素有關[14,15]。在病程進展到一定程度時，開始累及左心室中間段中層心肌以及心外膜下心肌，使其周向應變開始減低。有研究表明，左心室心肌的扭轉運動以心肌帶螺旋盤旋扭曲為解剖基礎，主要發生在基底段和心尖段，扭轉程度與心肌纖維的走形、左心室解剖結構及左心室的收縮與舒張功能密切相關[16,17]。這可能是造成心尖段與基底段各層周向應變變化不如中間段明顯的原因之一，具體機制目前尚不清楚，并且本研究樣本量較少，存在一定的局限性，需要進一步研究分析。

綜上所述，在糖尿病未使左心室射血分數出現變化時，心內膜下心肌周向應變在最早時已經出現減低，運用超聲二維斑點追蹤分層應變技術可以更早、更敏感地識別糖尿病患者左心室心肌亞臨床功能障礙，對早期診斷和治療至關重要。