急性心肌缺血左心室局部收缩功能的研究

刘会若 张瑞芳 滑少华 董 刚 高 珂 候苏芸 许建威 孙梦娇



急性心肌缺血左心室局部收缩功能的研究

刘会若 张瑞芳 滑少华 董 刚 高 珂 候苏芸 许建威 孙梦娇

【摘要】目的 运用速度向量成像技术观察健康杂种犬急性心肌缺血前、后左心室心内膜下肌的旋转角度和径向位移的变化，探讨左心室心内膜下心肌局部收缩功能的变化。方法 9只杂种犬经开胸暴露心脏后，采集左心室不同的短轴二维动态灰阶切面图像，通过离线速度向量成像技术，观察左心室心内膜下心肌16节段的旋转角度及径向位移的变化规律。结果 缺血前左心室同一室壁心内膜下心肌旋转角度从基底水平节段至心尖水平节段依次增大，差异有统计学意义，缺血后，所有节段的旋转角度均减低，原依次增大的规律性消失。同一室壁径向位移，其乳头肌水平节段、基底节段、心尖节段的两两之间相比，差异无统计学意义，缺血后，所有节段的径向位移均较缺血前减低，曲线显示向心性收缩未发生改变，达峰时间延迟。结论 速度向量成像是一种方便、无创地评价心脏的运动功能的技术，为急性心肌缺血早期治疗提供可靠的定量测定工具。

【关键词】速度向量成像；急性心肌缺血；左心室局部收缩功能

Objective To study segmental subendocardial mechanical pattern of left ventricle （LV）during healthy dogs using ultrasonic velocity vector imaging （VVI），and to demonstrate LV subendocardial mechanicals changes. Methods Nine open-chest healthy dogs were employed for echocardiographic scanning from LV base to apex，and three short-axis views of dynamic gray-scale images at the levels of mitral annulus，papillary muscle and apex . The segmental subendocardial mechanical parameters of LV at the subendocardiaum including otation angle（RA）and radial displacement（RD）were derived from dynamic gray-scale images using a dedicated VVI workstation. Results From LV base to apex，the RA of segmental subendocardium increased gradually.and dissappered after acute myocardial ischemia. Conclusion This study demonstrates that VVI could be used quantitative assessment of Left ventricular regional systolic function

【Key words】 Velocity vector imaging，Acute Myocardial Ischemia，Left ventricular regional systolic function

心肌缺血在我国的患病率呈逐年上升的趋势，已成为中老年人的常见病及多发病，在20～30岁的年轻人群中也出现心肌缺血的现象。如何快速、准确地评价左心室心肌局部功能是临床有效治疗的关键。

本研究运用速度向量成像技术定量测定急性心肌缺血左心室心肌局部收缩功能参数，初步探索急性心肌缺血状态下心肌收缩功能的变化和规律。

1　材料与方法

1.1材料

采用Sequoia512彩色多普勒超声诊断仪（德国Siemens公司）；4V1c探头，频率2.5～4.0 MHz；二维动态灰阶图像帧频50～90 帧/秒。

1.2方法

健康杂种犬9只，均为雌性，平均体重（11.0±2.3）kg。取胸骨左缘开胸，剪开心包制成心包吊篮；分离冠状动脉左前降支（LAD），在第一对角支以下分离出左前降支主干，为了防止室颤的发生，冠脉结扎分两次完成，第一次用一硬质塑料管（较冠脉直径稍粗）和LAD一起结扎；15 min后，用丝线直接结扎LAD，制成动物急性心肌缺血模型。

采集并储存缺血前、后状态下连续3个心动周期的左心室三个标准短轴切面（二尖瓣口水平切面、乳头肌水平切面、心尖水平切面）的二维灰阶动态图像，在Research-Arena 2.0工作站分析。获取左心室节段心内膜下心肌旋转角度（RO）、径向位移（RD）收缩期最大值，计算连续三个心动周期的平均值。

2　结果

所有犬缺血模型建立均成功。缺血前左心室心内膜下心肌共计144个节段，缺血后共计144个节段，所有节段均跟踪满意。

2.1左心室各室壁旋转角度缺血前、后曲线

缺血前左心室在等容收缩期内，各室壁心尖段旋转角度曲线显示为正向曲线，呈逆时针旋转运动，进入快速射血期后，曲线下降，旋转角度负向值增加。在舒张期内，曲线下降至基线水平。各室壁基低段在等容收缩期内旋转角度曲线呈小幅下降，进入快速射血期时相，曲线逐渐上升，在T波结束达最大值。在舒张期内，曲线逐渐下降。

缺血后左心室在收缩期内，其心内膜下心肌基底段、心尖段旋转角度曲线较缺血前相比，峰值均下降，曲线的均一方向性消失（见图1所示）。

2.2径向位移反映室壁的增厚

收缩期内，径向位移的正向曲线反映室壁的向心收缩运动。负向曲线表示室壁变薄及向外伸展运动。缺血前左心室心内膜下心肌径向位移在一个心动周期内呈单一的正向曲线，于收缩期末达最大值，在舒张期末恢复至基线水平。缺血后其曲线仍呈单一的正向曲线，峰值位移较缺血前降低，心肌向心性收缩同步性尚可；与缺血前明显不同的是达峰时间延迟（图2所示）。

3　讨论

国外学者［1］首次描述左心室扭转运动。目前共识：左心室扭转运动与心动周期各时相不同节段以及节段内不同层次心肌构造和电生理功能及其力学机制密切相关。收缩期和舒张期左心室不同部位和不同跨壁层次旋转的速度、方向各异，其解剖结构和旋转运动的有序差异是左心室实现其力学功能的结构基础。

Skulstad等［2］研究表明多普勒应变参数能客观反映心肌本身的生物力学特性。与其它检查手段（如：CT、PET等）相比，该技术可无创、快速、直观地对局部心肌功能进行定量评估等优点。但是，多普勒技术固有的角度依赖性不能够全面地评价心肌功能。近年来发展起来的超声速度向量成像（velocity vector imaging，VVI）技术利用像素的空间相干技术、特殊参照技术及专门的运算软件可以精确跟踪斑点位置，不但可以量化心脏长轴、径向及圆周方向的运动，还可以测量心脏扭转的方向和角度。

图1　左心室各室壁旋转角度缺血前、后曲线图

Legrice等［3］提出心肌薄片是心肌进行力学做功的基本单位。心肌薄片的伸长、增厚、长轴径向剪切力及层间滑动是收缩期室壁增厚的重要力学机制。Dou等［4］研究发现正常人心肌交互纤维薄片所受的切应力、薄片的拉长以及薄片的增厚是室壁增厚的主要原因。而左心室在收缩过程中，乳头肌段与基底段周向方向上发生的收缩缩短产生剪切力，使乳头肌段心肌在径向方向发生收缩，心肌增厚，产生径向位移。本研究显示收缩期内，缺血前左心室心内膜下心肌径向位移在一个心动周期内呈单一的正向曲线，于收缩期末达最大值，在舒张期末恢复至基线水平。缺血后仍呈单一的正向曲线，同步性尚可，峰值位移较缺血前降低，达峰时间延迟，说明缺血后心肌的向心性收缩受损较小。这与临床所见室壁瘤的矛盾运动不一致。原因为室壁瘤多数发生在心尖部，在左心室长轴切面方能显示，而本研究采用的左心室短轴不同水平切面，未能显示心尖部室壁瘤这一节段。

图2:左心室乳头肌中段径向位移曲线缺血前、后对比图

心肌收缩时，两个相邻心肌薄片［5］间进行多方位的滑动，薄片本身没有发生缩短与增厚，而心肌薄片排列具有各向异性，因而心肌收缩运动是复杂的、多方位的。本研究显示缺血前左心室各室壁基底段呈顺时针旋转运动，进入快速射血期后，曲线下降，旋转角度负向值增加，于舒张期末，曲线下降至基线水平。心尖段在等容收缩期内旋转角度曲线呈小幅下降，进入快速射血期时相，曲线迅速上升，T波结束达最大值。在舒张期内，曲线逐渐下降，说明该心肌进入解旋状态。因此，在等容收缩期内，左心室整体表现为基底段顺时针旋转、心尖段逆时针旋转，在快速射血时相和减慢射血时相则表现为基底段逆时针旋转、心尖段顺时针旋转的扭转运动，这与国内外学者［6］研究结果一致。收缩过程节段心肌纤维薄片重排可使其旋转角度增加，结果使舒张期从左心室流入道流入的血流方向发生逆转流向左心室流出道，导致左心室腔几何形状与内径的变化，维持心脏有效泵血与做功。

本研究的多重比较结果也显示左心室心内膜下心肌心尖水平室间隔的旋转角度大于侧壁旋转角度（P ＜0.05）、前壁的旋转角度也大于侧壁、后壁及下壁的旋转角度。心室肌带理论［6］及心肌纤维排列理论［7］认为心室肌带升段与降段的反向螺旋状排列、反向螺旋状的滑动，是心室心肌推动血液在循环系统中运行的重要力学解剖构造基础。收缩期内左心室前壁及室间隔心尖段旋转角度的增加有助于推动左心室流出道内血液向前流动，射入主动脉，完成心脏射血做功。冠状动脉左前降支结扎后，左心室在收缩期内，各室壁基底段、心尖段旋转角度均较缺血前下降。个别节段旋转角度曲线呈正向曲线，说明该节段心肌呈反常运动，心肌收缩同步性消失，分析其中的原因之一为心肌梗死后其疤痕区的心肌纤维方向与有活力的心肌区的纤维方向有较大的角度偏差［8］。

综上所述，速度向量成像技术是能够无创地评价心脏的运动功能，为急性心肌缺血早期治疗提供可靠的定量工具，具有简便、费用低等优点。本研究的局限性在于样本量较小及未同时与其它可视化技术进行对照分析。

参考文献

［1］阎国辉，智光，徐勇. 速度向量成像技术对正常人左心室扭转运动的初步研究［J］. 中华医学超声杂志（电子版），2006，3（3）: 187-188.

［2］Skulstad H，Urheim S，Edvardsen T，et al. Grading of myocardial dysfunction by tissue Doppler echocardiography:a comparison between velocity，displacement，and strain imaging in acute ischemia ［J］. J Am Coll Cardiol，2006，47（8）:1672-1682.

［3］Arts T，Costa KD，Covell JW，et al. Relating myocardial laminar architecture to shear strain and muscle fiber orientation ［J］. Am J Physiol Heart Circ Physiol，2001，280（5）:H2222-H2229.

［4］Dou J，Tseng WY，Reese TG，et al. Combined diffusion and strain MRI reveals structure and function of human myocardial laminar sheets in vivo［J］. Magn Reson Med，2003，50（1）:107-113.

［5］白艳，尹立雪，王志刚，等. 超声速度向量成像评价犬急性心肌缺血左心室内膜下心肌应变和位移［J］. 中华超声影像学杂志，2008，17（9）:799-804.

［6］Torrent-Guasp F，Buckberg GD，Clemente C，et al. The structure and unction of the helical heart and its buttress wrapping. I. The normal macroscopic structure of the heart ［J］. Semin Thorac Cardiovasc Surg，2001，13（4）:301-319.

［7］Streeter DD，Ramon C. Muscle pathway geometry in the heart wall［J］. J Biomech Eng，1983，105（4）:367-373.

［8］Gotte MJ，van Rossum AC，Twisk JWR，et al. Quantification of regional contractile function after infarction:strain analysis superior to wall thickening analysis in discriminating infarct from remote myocardium［J］. J Am Coll Cardiol，2001，37（3）:808-817.

【中图分类号】R363

【文献标识码】A

【文章编号】1674-9316（2016）08-0166-03

doi:10.3969/j.issn.1674-9316.2016.08.114

作者单位:郑州大学第一附属医院超声科，河南 郑州 450052

Quantitative Assessment of Left Ventricular Subendocardial Mechanical Pattern During Acute Myocardial Ischemia

LIU Huiruo ZHANG Ruifang HUA Shaohua DONG Gang GAO Ke HOU Suyun XU Jianwei SUN Mengjiao Department of Ultrasound，The First Affiliated Hoapital of Zhengzhou University，Zhengzhou He'nan 450052，China

【Abstract】