超聲斑點追蹤成像技術評價動脈導管未閉患者左室扭轉的初步研究

高 含 馬 勇 于海迪

蘇北人民醫院，江蘇省揚州市 225001

動脈導管未閉(Patent ductus arteriosus，PDA)是常見的先天性心臟病之一，病程初期表現為左心容量負荷增加，左心增大，隨著病程進展，肺動脈壓力逐漸增高，則出現肺動脈高壓。心臟容量負荷的增加有可能出現心力衰竭,甚至發展到艾森曼格綜合征。超聲斑點追蹤顯像技術(Speckle tracing imaging,STI)可實時追蹤不同幀頻間同一位置心肌回聲斑點的運動軌跡，計算心臟的旋轉角度及扭轉參數，為進一步研究心肌力學與心臟形變之間的聯系提供了一種全新的定量評價方法[1-3]，故本研究旨在應用超聲斑點追蹤成像技術定量分析動脈導管未閉患者的左室扭轉并探討其運動同步性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2009年12月—2010年6月本院門診及住院部確診的PDA患者35例，其中男10例，女25例，年齡1～60歲，平均年齡(16.1±17.5)歲。納入標準：臨床表現、病史及超聲心動圖確診為單純PDA的患者，排除PDA合并房間隔缺損、室間隔缺損或其他先天性心臟病以及心內膜炎、心包炎、瓣膜病變、心律失常、高血壓、糖尿病等。并根據肺動脈收縮壓≥35mmHg(肺動脈收縮壓=三尖瓣反流壓差+右房壓，1mmHg=0.133kPa)為標準分為合并肺動脈高壓(PAH)組12例[男6例，女6例，年齡1～60歲，平均年齡(24.5±18.69)歲]和單純PDA組23例[男5例，女18例，年齡1～60歲，平均年齡(11.75±15.85)歲][2]。正常對照組(NOR組)：健康志愿者37例，男19例，女18例，年齡1～45歲，平均年齡(15.8±10.5)歲，經體格檢查、心電圖、胸片及超聲心動圖等檢查，均無心血管及肺臟疾病。

1.2 儀器與方法 采用GE Vivid 7彩色多普勒超聲診斷儀，M3S及M7S探頭。受檢者取左側臥位，平靜呼吸，并同步監測心電圖。采集胸骨旁左室短軸二尖瓣水平及心尖水平切面至少連續3個心動周期的二維灰階動態圖像,待脫機行EchoPAC分析。應用超聲斑點追蹤成像技術的二維應變分析軟件，將圖像定幀于收縮末期手動勾勒左室心內膜，并調節感興趣區的寬度使之與室壁厚度一致，軟件則自動得出左室心底部、心尖部旋轉角度隨心動周期變化的曲線圖，從左室心尖至心底部方向觀察, 定義逆時針旋轉為正值, 順時針旋轉為負值。左室扭轉角度等于心尖部旋轉角度與基底部旋轉角度的差值。將曲線上的所有原始數據導入Excel計算心底部及心尖部旋轉角度峰值及達峰時間、左室扭轉角度峰值及達峰時間、主動脈瓣關閉時間點扭轉角度及時間。

1.3 統計學方法 采用SPSS17.0統計軟件處理所得數據。計量資料用均數±標準差表示，三組間的比較用單因素方差分析，組間的兩兩比較用LSD法。

2 結果

2.1 左室旋轉及扭轉比較 PAH組患者左室心尖部旋轉角度峰值、左室扭轉角度峰值及AVC點扭轉角度均低于單純PDA組和正常對照組(P<0.01),而PAH組患者左室心底部旋轉角度峰值與另兩組無統計學差異(P>0.05)；而單純PDA組患者與正常對照組各指標之間的差異均無統計學意義(P>0.05)。見表1。

表1 單純PDA組、PAH組與NOR組左室各指標比較

2.2 左室同步性比較 PAH組患者左室心底部旋轉角度達峰時間早于主動脈瓣關閉時間，而心尖部旋轉角度達峰時間及左室扭轉角度達峰時間均遲于主動脈瓣關閉時間(P<0.01)；而單純PDA組患者與正常對照組上述各指標之間的差異均無統計學意義(P>0.05)。見表1。

3 討論

3.1 左室收縮功能的超聲評價新指標—扭轉及同步性 由于左室由三層心肌構成，即縱向走行的深肌層(呈右手螺旋)、環形包繞的中肌層和斜行走行的淺肌層(呈左手螺旋)[4],心肌纖維這種特殊的螺旋狀排列決定了左室的運動不僅僅包括縱向運動、徑向運動和圓周運動，還包括了扭轉運動。有研究發現，左室心肌的旋轉及扭轉在空間上和時間上的改變與心肌病變也是相互關聯的，例如國內熊莉等應用斑點追蹤技術研究心肌梗死患者的左室扭轉角度變化，結果發現心肌梗死患者左室射血分數減低組心尖部旋轉角度和整體扭轉角度均低于對照組(P均<0.001)，且左室扭轉角度與左室射血分數有顯著相關性(r=0.63,P<0.001)[5],韓偉等同樣用該技術評價左室前壁心肌梗死血運重建術前后左室整體和局部扭轉運動特征時發現，該患者術前的扭轉非同步性指標即扭轉達峰時間標準差和任意兩節段間最大扭轉達峰時間差值均較正常對照組增高，重建術后任意兩節段間最大扭轉達峰時間差值下降(P<0.001)[6]，Notomi等用組織多普勒成像技術研究肥厚性心肌病患者左室扭轉運動時發現其在靜息狀態下左室扭轉角度比正常對照組高，而經運動耐力試驗后，正常對照組的左室扭轉角度和解旋速度均會增高，但肥厚性心肌病患者的左室扭轉并未增強，而解旋速度反而降低[7]。正是因為左室心肌運動的多面性，使得對左室功能的研究沖破了僅研究長軸及短軸方向的局限性，而更能從立體空間的旋轉、扭轉及同步性上進一步全面評價左室收縮功能，為心臟疾病的診斷及治療提供更有用的臨床價值。

3.2 斑點追蹤成像技術評價正常人左室旋轉及扭轉特征 本研究結果顯示：(1)正常人心底部為順時針旋轉，心尖部為逆時針旋轉，左室整體扭轉主要表現為,以逆時針方向為主的扭轉運動。(2)左室心底部與心尖部旋轉角度達峰時間差異無統計學意義，左室扭轉達峰時間與AVC點差異無統計學意義(P>0.05)，說明左室心肌運動是同步的，以往研究也表明，從心尖至心底方向觀察，正常人左室心底部呈順時針方向旋轉，心尖部呈逆時針方向旋轉，左室整體扭轉則表現為逆時針方向，且均于收縮末期達到各角度峰值[1,8-10]，這種達峰時間的差異無統計學意義，也說明了在正常情況下，左室心肌在收縮期保持著高度的同步性，本研究結果與其一致。

3.3 斑點追蹤成像技術評價單純PDA患者左室旋轉及扭轉特征 本研究結果顯示單純PDA患者心底部順時針旋轉為主，心尖部以逆時針旋轉為主，左室整體扭轉則以逆時針方向為主的扭轉運動，這和正常人的旋轉、扭轉運動方向是一致的，與正常對照組相比，單純PDA組左室旋轉及扭轉的各指標之間差異無統計學意義(P>0.05)。出現這種運動方向上和強度上無改變的情況原因可能在于，動脈導管構成了主動脈和肺動脈間的異常通路，血液自主動脈經動脈導管向肺動脈分流。若分流量不大，肺循環阻力低于體循環，主動脈壓力高于肺動脈壓，只出現左向右分流現象，左室僅表現為容量負荷的增加，根據Frank-starling定律，肌纖維的收縮力在一定范圍內隨初長度的增加而增加，當達到最適初長度時，粗細肌絲處于最佳重疊狀態，肌纖維的收縮力最大，但超過此長度后，肌收縮力就會出現下降的趨勢，即心肌的收縮期初長度(心臟前負荷) 取決于舒張末容量。在本研究單純PDA患者中可能左心容量負荷的增加僅引起心肌纖維的收縮力小于等于其最大值，即此時容量負荷的改變主要機制為肌纖維的延長是可恢復性的，肌纖維的收縮能力尚未受損，因此，左室旋轉及扭轉的運動與正常對照組方向一致，反映左室心肌收縮功能的指標即左室心底部及心尖部旋轉角度峰值、左室扭轉角度峰值、主動脈瓣關閉時間點扭轉角度與正常對照組相比無統計學差異，且反映左室收縮運動同步性的指標即左室心底部及心尖部旋轉角度達峰時間，左室扭轉角度達峰時間、主動脈瓣關閉時間點與正常對照組相比亦無統計學差異，表明左室壁心肌運動同步性也未受到影響，左室壁運動協調一致。此外，由于心肌細胞不可分裂增生，屬于永久性細胞，故當容量負荷增加時，只能通過心肌細胞的肥大來適應心臟的擴大，產生平行排列的橫向肌小節，這種微管結構的重排在心肌負荷增加的初期是可逆轉的[11]，因此在病程早期，單純PDA組患者左室容量負荷對左室收縮功能的影響較小，即反映左室心肌收縮功能的指標和收縮運動同步性的指標與正常人對比差異均無統計學意義。

3.4 斑點追蹤成像技術評價合并PAH的PDA患者旋轉及扭轉特征 本研究結果顯示：(1)PAH組患者左室心尖部旋轉角度峰值、左室扭轉角度峰值及AVC點扭轉角度均低于單純PDA組和正常對照組，體現了該組患者左室旋轉及扭轉在收縮強度上發生了改變，收縮能力減低(P<0.01)。(2)PAH組患者左室心底部旋轉角度峰值與另兩組無統計學差異(P>0.05)。(3)PAH組患者左室心底部旋轉角度達峰時間早于主動脈瓣關閉時間，而心尖部旋轉角度達峰時間及左室扭轉角度達峰時間均遲于主動脈瓣關閉時間，體現了在左室扭轉方式上亦發生了改變，心肌運動存在了非同步性(P<0.01)。

導致上述結果的原因可從以下四個方面解釋：(1)心肌收縮功能方面：當PDA分流量很大，左心回心血量太大而引起左室超容而衰竭，左房和肺靜脈壓力上升，產生后向性肺動脈壓升高，一旦肺循環阻力高于體循環，則出現肺動脈高壓，根據Frank-starling定律，當肌纖維超過最適初長度時，肌收縮力就會出現下降的趨勢[8]。使得心室在舒張時每個肌纖維變長、變細，而相鄰的肌纖維被推擠在一起，從而心肌纖維的層次相對減少，每層內的肌纖維數相對增多，心室收縮時則相反，每個肌纖維變短、變粗，心肌纖維的層次變多，每層內的肌纖維數相對減少。左心室這種長期的擴張主要機制為肌纖維排列結構發生了改變。(2)心室形態重構方面：肺動脈高壓早期表現為右室舒張末期容積的增加，能改善心臟的排血量，但隨著時間的延長，右室發生重構，在形態學上表現為舒張末期容積的增大，在心肌力學上表現為右室壁心肌細胞不可逆性的肥厚[12-13]。左、右心室是個連續的整體，兩者具有共同的室間隔，右室心肌細胞受損時，必然影響到左室心肌細胞。當發生心室慢性舒張末容積增大或心肌細胞受損壞時，體內的神經體液因素發生適應性變化，對左室產生機械性影響，甚至發生心肌纖維化[14]。(3)分子水平方面：據以往研究報道，合并肺高壓的先天性心臟病患者中心肌血管緊張素Ⅱ(AngⅡ)呈高表達[15]，而AngⅡ不但能激活心肌細胞核內鈣離子依賴的內源性酸內切酶，導致DNA的片段化發生裂解，引起細胞凋亡[16]，還能通過其受體刺激心肌細胞肥大，使其表型發生改變，同時亦刺激成纖維細胞的有絲分裂，促進成纖維細胞膠原的合成，導致成纖維細胞的增殖。以上三點均表明肌纖維的收縮能力受到損害，使得反映左室收縮功能的指標左室心尖部旋轉角度峰值、左室扭轉角度峰值及AVC點扭轉角度均低于單純PDA組和正常對照組，且表明了左室壁心肌運動存在了非同步性，使得反映左室收縮運動同步性的指標即左室心底部旋轉角度達峰時間早于主動脈瓣關閉時間，而心尖部旋轉角度達峰時間及左室扭轉角度達峰時間均遲于主動脈瓣關閉時間。(4)心室血供方面：根據心臟的脈管解剖結構分布，發現冠狀動脈及其分支的走行越往遠端(即心尖部)管腔內徑越細，心尖部大部分均由末梢血管圍繞，另外，心尖部的血供來源主要包括左冠狀動脈前降支的斜支、左室前支、室間隔前支和左冠狀動脈旋支的左緣支，而心底部的血供來源除了包括上述血管外，還包括左冠狀動脈旋支的左室前支、左室后支。故不管從冠脈的內徑還是數量方面，左室心底部血供均較心尖部豐富。當伴發肺動脈高壓時，PAH組患者的左室已處于長期容量負荷過重的狀態，引起容量超負荷性的心肌肥大，但微血管數目并未隨著心肌肥大而增加，因而導致了氧的彌散距離增加而使得循環灌注不足，此時心尖部缺血缺氧的環境則較心底部更為嚴重。因此左室心底部旋轉角度未發生明顯改變，而心尖部旋轉角度明顯減低。

3.5 本研究的臨床意義、局限性及展望 本研究初步顯示，對于早期未發生肺動脈高壓的PDA患者，左室旋轉、扭轉以及同步性均無顯著改變，晚期合并肺動脈高壓的動脈導管未閉患者，左室心尖部旋轉、整體扭轉角度峰值均降低，且存在非同步性運動，超聲斑點追蹤成像技術可實時量化動脈導管未閉患者的左室扭轉運動信息，并能從扭轉角度評估其左室運動的協調性，為先天性心臟病心肌力學實驗和臨床研究方面提供了新的無創的檢測方法及廣闊的應用前景。然而斑點追蹤技術也存在其局限性，如要求有高清的圖像質量才不會影響到追蹤測量的效果，但對于一些肥胖或肺氣遮擋程度重的病例則會使圖像采集受限，另外心臟畢竟是個三維立體的結構，斑點追蹤技術仍局限于二維平面的分析，故對心功能的研究仍有待進一步的完善和提高。隨著超聲心動圖的飛速發展，以及其無創性、簡便性、可重復性等眾多優點越來越被臨床醫師和患者所接受，三維斑點追蹤技術、實時三維超聲技術等更多快速、簡便、無創、準確的檢測新方法將在心臟疾病的診斷和治療上發揮更大的作用。