超聲壓力-應(yīng)變環(huán)技術(shù)對肺動脈高壓患者心肌做功的定量分析

王儉，楊夢慧，孫靈躍，沈?qū)W東，沈節(jié)艷

上海交通大學醫(yī)學院附屬仁濟醫(yī)院 心內(nèi)科，上海 200127

肺動脈高壓（pulmonary arterial hypertension, PAH）是以肺血管阻力的持續(xù)發(fā)展導(dǎo)致肺動脈壓力進行性升高為主要特征的疾病，最終可能導(dǎo)致右心衰竭甚至死亡[1-2]。文獻報道，WHO-FC III/IV級PAH患者的長期預(yù)后較差[3-4]。先前關(guān)于PAH的研究主要集中在右心功能上，因為長期的右心后負荷會直接導(dǎo)致右心功能障礙，這是決定患者生存的主要因素[5]。然而，越來越多的研究發(fā)現(xiàn)，盡管左室射血分數(shù)（left ventricular ejection fraction, LVEF）正常，但PAH患者的左心同樣也受到損害，并且左心功能不全也提示不良的臨床預(yù)后[6-7]。因此，PAH患者的左、右心功能應(yīng)該受到同等重視。最近，RUSSELL等[8]提出了一種通過量化心肌做功來評估心功能的非侵入性方法，稱之為壓力-應(yīng)變環(huán)（pressure-strain loop, PSL）。本研究首次引入PSL技術(shù)用于定量PAH患者的左、右室心肌做功，并與傳統(tǒng)心臟超聲參數(shù)進行對比，以更好確定患者的心功能狀況。

1 對象和方法

1.1 對象 收集2018年1月至2019年10月在上海交通大學醫(yī)學院附屬仁濟醫(yī)院40例診斷為PAH患者作為PAH組。參照2015年歐洲心臟病學會/歐洲呼吸學會（ESC/ERS）肺動脈高壓診療指南[9]，所有患者的納入標準：在海平面，靜息時通過右心導(dǎo)管測得，肺動脈平均壓（mean pulmonary artery pressure, mPAP）≥25 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa），肺小動脈楔壓（pulmonary arteriole wedge pressure, PAWP）≤15 mmHg和肺血管阻力（pulmonary vascular resistance, PVR）＞3 Wood單位。排除標準：左心病變所致肺高血壓；呼吸系統(tǒng)疾病和（或）缺氧所致肺高血壓；合并心律失常（房顫或房撲、左或右束支傳導(dǎo)阻滯等）；妊娠；癌癥；超聲心動圖檢查中心內(nèi)膜顯示不清的患者。同期，招募20例年齡和性別比例相匹配的門診體檢健康者為對照組。本研究獲得醫(yī)院倫理委員會的批準，所有患者或其家屬均簽署了知情同意書。

1.2 方法

1.2.1 患者臨床數(shù)據(jù)：門診隨訪符合入組條件的PAH患者，收集患者的各項臨床資料，包括年齡、性別、聯(lián)系方式、基本病史、PAH分類類型、入院時的心超指標、右心導(dǎo)管數(shù)據(jù)和靶向藥物使用情況等。根據(jù)世界衛(wèi)生組織于1998年制定的針對PAH患者的心功能分級評估患者的心功能狀態(tài)[10]。

1.2.2 標準常規(guī)超聲心動圖：囑受試者平臥位，量取上臂袖帶血壓并記錄，然后在受試者胸部及右側(cè)腹部位置貼上電極片，連接GE Vivid E95心臟彩超機，觀察儀器心電采集情況。待心電平穩(wěn)后，囑患者左側(cè)臥位，使用M5S超聲探頭對受試者進行心臟彩超檢查。根據(jù)美國超聲心動圖協(xié)會的建議采集圖像[11]。

1.2.3 常規(guī)超聲參數(shù)分析：將采集的切面圖像導(dǎo)入脫機工作站EchoPAC中，使用二維Simpson方法測量LVEF。應(yīng)用簡化的Bernoulli方程，通過測量三尖瓣反流速度（tricuspid regurgitation velocity, TRV）及右房壓計算右心室收縮壓（right ventricular systolic pressure, RVSP），公式為：RVSP=4TRV2+右房壓。無肺動脈瓣或右心室流出道狹窄時肺動脈收縮壓（pulmonary artery systolic pressure, sPAP）=RVSP。在心尖右心室四腔心切面，采用M型超聲測量三尖瓣環(huán)收縮期在右心室長軸方向上的位移得到三尖瓣環(huán)收縮期位移（tricuspid annular plane systolic excursion, TAPSE）。右室面積變化分數(shù)（fractional area change, FAC）計算公式：FAC=（右心室舒張末期面積-右心室收縮末期面積）/右心室舒張末期面積×100%。

1.2.4 心肌做功計算：將標準心室壓力曲線放入坐標系中，參考超聲心動圖中二尖瓣打開或關(guān)閉及主動脈瓣打開或關(guān)閉的時間對曲線進行橫向拉伸，將估測的峰值動脈壓代替心室收縮壓對曲線縱向幅度進行調(diào)整，得到個體的時間-壓力曲線。對個體時間-應(yīng)變曲線進行微分后得到心肌縮短率，然后乘以時間-壓力曲線中的瞬時壓力值，最后進行積分獲得心肌做功隨時間變化的曲線。根據(jù)瞬時壓力值和應(yīng)變值可在坐標系中畫出PSL。PSL內(nèi)面積為心肌整體做功指數(shù)（global work index, GWI），可通過對從二尖瓣關(guān)閉到二尖瓣開放時間內(nèi)的心肌做功積分獲得。整體有用功（global constructive work, GCW）為心肌收縮期縮短和等容舒張期伸長的心肌做功總和。整體無用功（global wasted work, GWW）為心肌收縮期伸長和等容舒張期縮短的心肌做功總和。整體做功效率（global work efficiency, GWE）的計算公式：GWE=GCW/（GCW+GWW）[12]。于EchoPAC中，在心尖五腔心切面打開左室流出道頻譜，選擇Event Timing確定主動脈瓣關(guān)閉時間。軟件自動識別心室心內(nèi)膜和心外膜，分別獲得左室整體縱向應(yīng)變（left ventricular global longitudinal strain, LVGLS）和右室整體縱向應(yīng)變（right ventricular global longitudinal strain, RVGLS）。在Myocardiac Work模式下輸入每一位受試者的血壓值，進一步通過軟件分析獲得左室整體做功指數(shù)（left ventricular global work index, LVGWI）、左室整體有用功（left ventricular global constructive work, LVGCW）、左室整體無用功（left ventricular global wasted work, LVGWW）、左室整體做功效率（left ventricular global work efficiency, LVGWE）；輸入每一位受試者的sPAP，通過軟件分析獲得右室整體做功指數(shù)（right ventricular global work index, RVGWI）、右室整體有用功（right ventricular global constructive work, RVGCW）、右室整體無用功（right ventricular global wasted work, RVGWW）、右室整體做功效率（right ventricular global work efficiency, RVGWE）。

1.3 統(tǒng)計學處理方法 采用SPSS21.0和GraphPad Prism 8.0進行統(tǒng)計分析和作圖。正態(tài)分布資料用±s表示，兩組間比較使用獨立樣本t檢驗；偏態(tài)分布資料以M（P25，P75）表示，兩組間比較用Mann-WhitneyU檢驗。計數(shù)資料以頻數(shù)和百分比表示，兩組間的比較用χ2檢驗。多組間比較使用單因素方差分析，組間兩兩比較用LSD-t法。相關(guān)性分析用Pearson相關(guān)進行分析。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 一般臨床情況 PAH組共有40例患者，年齡（42.1±12.9）歲，女34例，男6例；對照組共有20例健康者，年齡（42.1±12.7）歲，女18例，男2例。PAH組一般臨床情況見表1。

表1 PAH組一般臨床情況（n=40）

2.2 2組常規(guī)超聲參數(shù)和心肌做功參數(shù)比較 與對照組比，PAH組有較高的sPAP、LVGLS、RVGLS，而TAPSE和FAC低于對照組，差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.001）。兩組間LVEF差異無統(tǒng)計學意義（P= 0.113）。PAH組的LVGWW、RVGWI，RVGCW和RVGWW均明顯高于健康對照組，而LVGWE、LVGWI、LVGCW以及RVGWE均明顯低于對照組，差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.001），見表2。

表2 2組常規(guī)超聲參數(shù)和心肌做功參數(shù)比較

2.3 不同心功能狀態(tài)下心肌做功參數(shù)差異分析 25例WHO-FC I/II級，屬于輕度心功能衰退組；15例WHO-FC III/IV級，屬于重度心功能衰退組。左心心肌做功參數(shù)顯示，隨著心功能的惡化，LVGWE和LVGWI呈現(xiàn)出明顯的下降狀態(tài)，而LVGWW明顯上升，差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.05）。右心心肌做功參數(shù)顯示，隨著心功能的惡化，RVGWW呈現(xiàn)出明顯的升高狀態(tài)，而LVGWE明顯下降，差異均有統(tǒng)計學意義（均P＜0.01）。但不同WHO-FC分級間RVGWI和RVGCW差異無統(tǒng)計學意義（均P＞0.05），見圖1。

圖1 不同心功能狀態(tài)下心肌做功參數(shù)比較

2.4 PAH患者心肌做功參數(shù)與常規(guī)超聲參數(shù)的相關(guān)性 LVGLS與LVGWE（P=0.001）、LVGWI（P＜0.001）、LVGCW（P=0.035）、RVGWI（P=0.012）、RVGCW（P= 0.024）均存在負相關(guān)。RVGLS與LVGWE（P=0.001）、LVGWI（P=0.003）、RVGWE（P＜0.001）、RVGWI（P＜ 0.001）、RVGCW（P=0.001）均存在負相關(guān)，與LVGWW（P=0.013）、RVGWW（P=0.010）存在正相關(guān)。FAC與LVGWE（P=0.001）、LVGWI（P＜0.001）、LVGCW（P=0.035）、RVGWE（P=0.001）、RVGWI（P=0.003）、RVGCW（P=0.027）均存在正相關(guān)，與LVGWW（P= 0.010）、RVGWW（P=0.026）存在負相關(guān)，見表3。

表3 PAH患者心肌做功參數(shù)與常規(guī)超聲參數(shù)相關(guān)性分析（r）

3 討論

PSL的概念首先是由URHEIM等[13]提出，其模仿壓力-容積環(huán)的模式，通過將微壓力計測得的左室壓力與多普勒超聲心動圖或體測法測得的心肌縱向應(yīng)變相結(jié)合畫出壓力-應(yīng)變環(huán)，左室節(jié)段性心肌做功指數(shù)通過計算壓力-應(yīng)變環(huán)內(nèi)的面積獲得。但URHEIM等構(gòu)建的方法為有創(chuàng)性，存在后期臨床應(yīng)用的局限性。基于此，RUSSELL等[8]進一步改良，通過實驗手段將一條無創(chuàng)性壓力曲線代替有創(chuàng)方式，只需依據(jù)峰值壓力和瓣膜開閉時間調(diào)整曲線幅度便能得到瞬時壓力-時間曲線。同樣，通過無創(chuàng)手段繪制出的PSL面積即為GWI。進一步，RUSSELL等[14]還提出，GCW為心肌在收縮期和等容舒張期所做的有利于心室泵功能的功；GWW為心肌在收縮期和等容舒張期所做的阻礙心室泵功能的功；GWE為此期間的做功效率，依據(jù)字面意思即為有用功占有用功和無用功總和的比例。本研究應(yīng)用PSL從心肌做功角度評估PAH患者的左、右室心功能。

本研究結(jié)果中，與健康對照組比，PAH組的RVGWI、RVGCW和RVGWW均有顯著增加。從解剖學角度分析，右心室主要由來自室間隔基底環(huán)外伸的淺層肌以及深層縱行肌所構(gòu)成。正常狀態(tài)下，右心室的收縮模式主要為：左心室和室間隔收縮牽拉右心游離壁向內(nèi)運動，從而使右心心肌被動收縮；右心游離壁深層縱行肌收縮，使得三尖瓣環(huán)向心室心尖靠近；室間隔主動旋轉(zhuǎn)收縮，參與右心長軸縮短[15]。PAH患者存在持續(xù)右室壓力超負荷，心內(nèi)層縱行肌代償性肥厚，通過增加心肌做功以維持右心室射血量，因此右室心肌做功參數(shù)顯著增加。

左、右心室在結(jié)構(gòu)和功能上均具有緊密聯(lián)系，兩者間存在相互作用[16]。HARDEGREE等[17]研究發(fā)現(xiàn)，盡管在超聲心動圖下，PAH患者左室大小（舒張末期內(nèi)徑）和收縮功能（包括LVEF和心指數(shù)）均顯示正常，但患者左室游離壁收縮應(yīng)變明顯下降，說明左室功能在PAH的病理生理進展過程中也同樣受到了影響。究其原因，慢性右室壓力超負荷使得右心射血功能減退且舒張末壓升高，右室容積逐漸增大，由于受到外周心包的限制，過高的壓力使得室間隔發(fā)生偏移、變平，最終導(dǎo)致左室?guī)缀巫冃魏凸δ苷系K[18]。本研究結(jié)果也同樣支持這一點，PAH組的LVGWE、LVGWI和LVGCW均較對照組更差，而LVGWW在患者中異常升高。同時，本研究也發(fā)現(xiàn)PAH組的LVEF與對照組無明顯差異，可能是由于右心收縮力代償性增強支持左心收縮功能的結(jié)果[19]。

本研究結(jié)果顯示，PAH組中RVGWE較對照組下降明顯，而CHAN等[12]在高血壓（左室壓力超負荷）的研究中發(fā)現(xiàn)，LVGWE在高血壓患者中得到保留。左、右心在結(jié)構(gòu)上存在很大的區(qū)別，左心由三層肌纖維組成，包括內(nèi)層的縱行肌、中層的環(huán)行肌和外層的斜行肌，而右心僅由兩層肌纖維組成[20]，而且正常情況下，肺血管阻力僅為外周血管的1/6，這就使得右室壁更為薄弱，順應(yīng)性更好；在性能上就表現(xiàn)為右心室更易耐受容量負荷而不耐受壓力負荷，而左心室更易耐受壓力負荷而不耐受容量負荷。進一步依據(jù)WHO心功能分級將PAH組分為WHO-FC I/II級和WHO-FC III/IV級組，發(fā)現(xiàn)RVGWI和RVGCW不再隨著心功能的惡化而進一步代償，而RVGWW在不斷地增高，這也就使得RVGWE不斷下降，心功能逐步進入失代償期。

本項研究中PSL作為一項新興的心功能定量指標，心肌做功參數(shù)具有確定PAH患者當前心功能狀態(tài)的潛在價值。本研究發(fā)現(xiàn)，心肌做功參數(shù)與LVGLS、RVGLS和FAC等可反映心功能和預(yù)后的參數(shù)存在很好的相關(guān)性，進一步說明其可以作為一項補充指標用于評估PAH患者的心功能狀態(tài)，為臨床診治提供更多參考資料。