组织多普勒成像评测左心房组织速度、应力与三维超声心动图评测左心房容积的相关性分析

吴 勤,徐新华,高 雷

左心房在心血管系统中有重要作用。左心室舒张期时约42%的搏出量储存于左心房[1]。左心房大小是心房纤维性颤动的重要危险因素,也是心源性死亡和扩张型心肌病患者临床转归的重要预测指标[2],其在左房室瓣功能发挥中起关键作用。心房壁由混杂的环状和长轴向的肌肉束排布组成,各具收缩性。心肌组织多普勒技术 (TDI)用于左房组织速度和应力的研究较少。实时三维超声心动图能提供更立体的心腔信息和更精确的左房容积测定[3]。本研究应用 TDI测定左房局部组织速度、应力和应力率以评估左房壁的长轴、径向及环状心肌收缩性,通过左房时间 -容积曲线,评估收缩期组织峰速度与最大左房容积之间的关系及时间 -峰应力与时间 -最大左房容积之间的关系。通过健康心与压力超负荷状态 (MS)或容积超负荷状态 (MR)患者之间的比较,研究在测定左房容积变化中是否长轴和环状收缩性较径向因素更重要,是否容积和压力超负荷对左房收缩性有不同影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料 2008年 9月—2009年 9月入我院接受超声心动图检查患者 66例,其中健康对照组为接受非心脏手术术前经超声心动图证实为正常心脏患者 22例;中度至重度 MS和MR患者各 22例。所有研究对象均为正常窦性心律、左室射血分数超过 50%且成像质量较好。

1.2 方法 所有患者均接受二维传统多普勒、TDI、三维超声心动图检查。本研究经本院医学伦理委员会通过。GE公司Vivid 7 dimension多维星版本超声心动图仪连续进行经胸超声心动图描记以实现组织多普勒成像,并采用单独的三维探头实时进行三维超声心动图成像。以 92～120帧速每秒的速度和90°成像角进行胸骨旁长短轴和心尖 2、4腔面的组织多普勒成像。呼气末广角采集心尖 4腔面以获得全容积的左房三维图像。图像存储于硬盘以便应用软件进行数据分析。选取每个左房壁中段 1 mm2区域测量组织速度、应力、应力率和组织追踪。于心尖 4腔和 2腔面获得长轴参数。胸骨旁长轴面的左房基底部测量环状参数,胸骨旁短轴面的左房后壁处测量径向参数。四维左室心面软件显示和定量三维成像。每个心脏循环中,应用经修饰的自动轮廓检测方法在每个框架的 6个切面评估三维容积数据和左房时间 -容积曲线。左房主动排空分数定义为三维超声心动图测得时间 -容积曲线来源的左心室舒张期的左房容积与左房收缩后最小左房容积之间变化百分比。左房主动排空速度定义为 (收缩前左房容积 -最小左房容积)/(收缩前左房容积达到最小左房容积所用时间),左房充盈速度定义为 (最大左房容积 -最小左房容积)/(最小左房容积达到最大左房容积所用时间)。

1.3 统计学方法 采用 SPSS 13.0统计学软件进行处理,正态分布的计量资料以 (±s)表示。Pearson′s相关检验分析每一个收缩参数、最大左房容积、左房主动排空分数。多重比较应用 ANOVA和 post-hoc分析进行比较。应用回归分析来验证 MS或 MR患者的每一个收缩参数与最大左房容积之间的关系。以 P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般情况 最大左房容积指数在 MS和 MR患者均显著大于健康心组,差异均有统计学意义 [(55.7±16.9)和(56.3±17.5)vs.(26.6±9.1)ml/m2,P＜0.05)]。左房主动排空分数在 MS和 MR组患者显著低于健康心组 [(19.2±11.1)%和 (23.7±10.8)%vs.(39.3±11.2)%,P＜0.05]。MR和 MS组患者之间最大左房容积指数和主动排空分数差异无统计学意义 (P＞0.05)。MS患者中隔之外的局部峰收缩和舒张晚期组织速度显著小于健康心组 (P＜0.05)。MR患者除了中隔和环状组织速度外,其余局部峰收缩和舒张晚期组织速度均小于健康心组 (P＜0.05,见表 1)。

表 1 3组研究对象左心房组织速度情况 (cm/s)Table 1 Left atrial regional tissue velocities in three groups

2.2 容积与排空速度、充盈速度或排空分数之间的相关性分析 健康心组最大和最小左房容积与左房主动排空速度之间呈正相关 (P＜0.05),与充盈速度之间也呈正相关 (P＜0.05),与左房主动排空分数之间无显著相关性 (P＞0.05)。MS患者最大和最小左房容积与左房主动排空分数呈负相关(P＜0.05),与左房充盈速度呈正相关 (P＜0.05),最大左房容积与主动排空速度呈正相关 (P＜0.05)。MR患者最大左房容积与左房充盈速度呈正相关 (P＜0.05),最小左房容积与左房主动排空分数呈负相关 (P＜0.05,见表 2)。

表 2 左心房容积与排空速度、充盈速度或排空分数之间的相关性Tab le 2 The correlation of Left atrial volume changewith evacuation velocity,filling velocity and evacuation fraction

2.3 最大左房容积与局部组织速度的相关性分析 健康心组最大左房容积与长轴、环状或径向收缩期组织峰速度均无相关性 (P＞0.05),与舒张晚期组织峰速度亦无相关性 (P＞0.05)。MS患者最大左房容积与径向收缩期组织峰速度呈负相关 (P＜0.05),但与长轴和环状收缩期组织峰速度无显著相关性 (P＞0.05);最大左房容积与后壁长轴舒张晚期组织峰速度呈负相关 (P＜0.05)。MR患者最大左房容积与径向收缩期组织峰速度呈正相关 (P＜0.05),但与节段舒张晚期组织峰速度无显著相关性 (P＞0.05,见表 3)。

表 3 最大左房容积与局部组织速度的相关性分析Tab le 3 Correlation analysis ofmaximum left atrial volume and regional tissue velocities

2.4 容积变化与局部组织应力、应力率之间的相关性分析健康心组最大左房容积与后壁长轴峰收缩应力之间呈负相关(r=-0.49,P＜0.05,见图 1),与长轴峰收缩应力率之间呈负相关 (r=-0.61,P＜0.05);时间 -最大左房容积与时间-后壁长轴峰应力之间呈正相关 (r=0.60,P＜0.05),与时间 -环状峰应力之间呈正相关 (r=0.64,P＜0.05)。MS患者最大左房容积与节段应力和应力率无显著相关 (P＞0.05);时间 -最大左房容积与时间 -前壁 (r=0.65,P＜0.05)和后壁 (r=0.57,P＜0.05)长轴峰应力之间呈正相关。MR患者最大左房容积与应力、应力率无显著相关性 (P＞0.05);时间 -最大左房容积与时间 -后壁长轴峰应力 (r=0.63,P＜0.05)和侧壁长轴峰应力 (r=0.57,P＜0.05)、时间 -环状峰应力 (r=0.55,P＜0.05)均呈正相关。

3 讨论

本研究结果表明,长轴和环状收缩参数较径向因素在测定左房容积变化中更为重要,压力和容积超负荷对左房收缩性有不同的影响。左房长轴和环状变形较径向变形在测定健康心组左房容积和功能中更具相关性,MS患者左房容积变化较 MR患者的左房容积变化与更多的节段收缩参数有关。

图 1 健康心组最大左房容积与左房后壁长轴峰应力呈负相关关系Figure 1 Themaximal LA volumewas negatively correlated with the posteriorwall longitudinal systolic strain in healthy heart persons

许多研究应用多种参数测定左房收缩功能,例如左房排空容积和左房排空容积分数、左房分级缩短或分级面积变化、多普勒传导流动参数 (A波峰速度及其时间 -流速积分、E/A比、左房工作负荷、左房附加流速、房射血分数和左房动力学能量)、心房收缩期间左房室瓣环组织多普勒成像[4]。然而这些方法中部分需侵入性操作[5],部分对于心脏负荷情况、左房收缩功能、自主状态下的变化具有高敏感性。组织多普勒成像和三维超声心动图与非侵入性评估节段组织收缩性和容积数据有关,并且组织多普勒成像相对独立于前后负荷变化[6],使定量评估左房收缩功能成为可能[7]。

健康心组中,左房后壁组织速度显著低于前壁组织速度,这可能由于后壁存在四支肺血管插入肌肉结构导致收缩性和运动受限。环状和径向组织速度显著低于长轴组织速度,这表明左房容积变化中长轴肌肉运动具有重要作用。然而,心肌变形不跟随运动变化的相同模式,由于肌肉组分不同,左房中隔长轴应力低于前壁应力。在健康心组,最大和最小左房容积与左房主动排空和充盈速度呈正相关。左房收缩性在正常值范围内不随容积变化而变化。由于后壁扩张的变形产生的最大左房容积与后壁长轴峰收缩应力及应力率呈负相关。时间 -最大左房容积与时间 -后壁长轴峰应力、时间 -环状峰应力之间呈正相关。这些发现表明后壁长轴变形和环状变形,而不是径向变形,在左房容积形成中的作用更显著,后壁组织速度是影响左房收缩性的重要因素。左房容积在 MS和 MR患者均较健康对照组增大,但两组之间无显著差异。左房主动排空分数值在MS和 MR组患者较健康对照组显著降低,这是由于 MS患者左房扩大后房壁衰竭或左房后负荷匹配不佳相应的左房升压泵衰竭导致的,这与已往报道一致[8-9]。尽管局部有差异,但几乎所有节段组织速度在 MS和 MR患者均较健康心组低。中隔长轴峰收缩和舒张晚期组织速度各组之间无显著差异,这可能是由于中隔壁较其他左房壁膜薄,并且对左右房容积和压力变化较敏感。MS患者左房容积和左房主动排空分数之间有负相关,而健康心组无此关系。另外,MR患者最小左房容积和左房主动排空分数之间负相关。因此,前后负荷增加产生的代偿适应性容积增加导致左房收缩性下降。MS患者中,最大左房容积与径向峰收缩组织速度及长轴舒张晚期后壁组织速度呈负相关。然而,MR患者最大左房容积与径向峰收缩组织速度呈正相关。尽管有可能是压力和容积负荷对径向左房节段 Frank-Starling机制的不同的效应,但这个差异的原因在本文未能详细解释,这是本研究一个局限之处。MS患者中,时间 -最大左房容积与时间 -前后壁长轴峰应力呈正相关,而 MR患者时间 -最大左房容积与时间 -侧壁后壁长轴峰应力以及时间 -环状峰应力之间呈正相关。尽管节段差异,长轴变形在测定时间 -最大左房容积中在两组患者中均较重要,但是环状变形在测定时间 -最大左房容积中的重要性仅在 MR患者中得以体现。

总之,本研究显示了左房容积变化和局部组织速度及应力之间的相关性。左房长轴和环状变形较径向变形与左房容积和功能测定更相关。左房后壁在测定左房容积变化中具有更重要作用。TDI和三维超声评测下,MS患者较 MR患者的左房病理特征更显著。本研究结果对了解 MS和 MR患者区域部位对左房容积变化和左房功能以及对心房纤维化的发展不同时间次序有重要临床指导意义。

1 Grant C,Bunnell IL,Greene DG.The reservoir function of the left atrium during ventricular systole:an angiocardiographic study of atrial stroke volume and work[J].Am JMed,1964,37(1):36-43.

2 Modena MG,MuiaN,Sgura FA,et al.Leftatrialsize is themajor predictor of cardiac death and overall c linical outcome in patientswith dilated cardiomyopathy:a long term follow-up study[J].Clin Cardiol,1997,20(6):553-560.

3 Kawai J,Tanabe K,Wang CL,et al.Comparison of left atrial size by freehand scanning three-dimensional echocardiography and two-dimensional echocardiography[J].Eur JEchocardiogr,2004,5(1):18-24.

4 Hesse B,Schuele SU,Tham ilasaran M,etal.A rapid method to quantify left atrial contractile function:Doppler tissue imaging of the Mitral annulus during atrial systole[J].Eur JEchocardiogr,2004,5(1):86-92.

5 Stefanadis C,Dernellis J,Stratos C,et al.Effects ofballoonm itralvalvuloplasty on left atrial function inm itral stenosis as assessed by pressure-area relation[J].JAm Coll Cardiol,1998,32(1):159-168.

6 Marwick TH.Measurement of strain and strain rate by echocardiography[J].JAm Coll Cardiol,2006,47(7):1313-1327.

7 Cho KI,Lee HG,Kim TI,et al.Quantitative assessment of left atrial function changes in patients with atrial fibrillation by tissueDoppler strain and 2-dimensional strain imaging[J].Korean Circulation J,2006,36:786-793.

8 Murata M,Iwanaga S,Tamura Y,et al.A real-time three-dimensional echocardiographic quantitative analysisof left atrial function in left ventricular diastolic dysfunction[J].Am JCardiol,2008,102(8):1097-102.

9 Pagel PS,Kehl F,Gare M,et al.Mechanical function of the left atrium:new insights based on analysis of pressure-volume relations and Doppler echocardiography[J].Anesthesiology,2003,98(4):975-994.