二维斑点追踪技术评价高血压兔模型的左心室收缩期应变

裴晓黎， 左武旭， 方晓燕， 董丽莉*， 舒先红

1. 新疆喀什地区第二人民医院心内科，喀什 844000 2. 复旦大学附属中山医院心脏超声诊断室，上海 200032

二维斑点追踪技术评价高血压兔模型的左心室收缩期应变

裴晓黎1△， 左武旭2△， 方晓燕2， 董丽莉2*， 舒先红2

1. 新疆喀什地区第二人民医院心内科，喀什 844000 2. 复旦大学附属中山医院心脏超声诊断室，上海 200032

目的应用二维斑点追踪技术评价高血压兔模型的左心室纵向、圆周及径向收缩期应变，探讨心率对左心室收缩功能指标的影响。方法24只新西兰兔随机均分为2组：腹主动脉缩窄组(n=12)和假手术组(n=12)。腹主动脉缩窄组进行腹主动脉缩窄手术；假手术组仅将丝线放置于腹主动脉下方，不进行腹主动脉结扎。术后8周采用二维斑点追踪技术分析各组兔左心室纵向、圆周及径向应变。结果与假手术组相比，腹主动脉缩窄组兔模型左心房舒张末内径、左心室内径均增大(P<0.05)，室间隔及左心室壁均明显增厚(P<0.05)；在应变方面，腹主动脉缩窄组兔模型左心室收缩期纵向应变降低(P<0.05)、径向应变降低(P<0.05)、圆周应变不变。结论在快心率的高血压兔模型中，左心室纵向应变及径向应变易受到影响，说明心率对斑点追踪技术测得的收缩功能指标影响不大。

超声心动图；高血压；二维斑点追踪成像；左心室功能

高血压是一种常见的心血管疾病，会引起心脏一系列结构和功能的改变[1]。在高血压导致的心肌肥厚患者中，可以采用二维斑点追踪技术(two-dimensional speckle tracking imaging, 2D-STI)测量左心室的纵向、径向及圆周应变，进而评价其收缩及舒张功能[2-3]。但是，心率对左心室舒张功能的影响较大[4]。而兔子心率较快，因此本实验拟采用新西兰兔建立高血压模型，以评价心率对于2D-STI技术测得的左心室收缩功能指标的影响。

1 材料与方法

1.1 动物模型制备 选取体质量2.5～3.0 kg 的成年雄性新西兰兔24只(由复旦大学附属中山医院实验动物部提供)。将其随机分为2组：腹主动脉缩窄(abdominal aortic constriction，ACC)组12只，假手术组12只。两组兔子术前禁食12 h，静脉注射异戊巴比妥(30 mg/kg)麻醉后，于剑突下纵向切开腹部皮肤，暴露腹主动脉，沿腹白线打开腹腔，于左肾动脉上约1 cm钝性分离腹主动脉。ACC组将6F动脉导管与腹主动脉平行放置，用细线将腹主动脉与导管同时结扎，撤出动脉导管后腹主动脉缩窄40%～60%；假手术组仅将丝线放置于腹主动脉下方，不对腹主动脉进行结扎。两组兔子术后连续3 d肌肉注射青霉素(50 mg/kg)以预防感染。本研究通过复旦大学附属中山医院动物伦理委员会审查。

1.2 图像及常规生命体征采集 采用GE Vivid E9型彩色多普勒超声诊断仪，M12S探头(探头频率4～12 MHz)。检查时被检兔子采取左侧仰卧位，固定其四肢及头部。按照上述方法将兔子麻醉后，备皮，连接心电图。采集标准胸骨旁左心室长轴观、胸骨旁左心室短轴二尖瓣水平(可见二尖瓣前后叶启闭，无腱索)、乳头肌水平及心尖水平(不可见乳头肌)二维动态图像。采集标准心尖四腔观、三腔观及两腔观动态图像。帧频160～240帧/s，动态图像储存3个心动周期，留待脱机分析。以PW模式测量二尖瓣舒张期血流频谱，记录舒张早期E波峰值和舒张晚期A波峰值，并计算E、A比值。颈静脉置管连接于多参数监护仪(UT4000C，深圳市金科威实业有限公司)，测量心率及血压。

1.3 常规超声指标的分析 储存好的图像在EchoPAC工作站(Version 201，GE Vingmed Ultrasound, 挪威 )脱机测量左心房舒张末内径(left atrial internal dimension at end-diastole, LADd)、左心室舒张末内径(left ventricular internal dimension at end-diastole, LVEDd)、左心室收缩末内径(left ventricular internal dimension at end-systole, LVEDs)、室间隔舒张末厚度(interventricular septum thickness at end-diastole, IVSd)和左心室后壁舒张末厚度(left ventricular posterior wall thickness at end-diastole, LVPWd)等。LADd、LVEDd、LVEDs、IVSd、 LVPWd分别用体质量进行标化。用Teich-holtz公式计算左心室射血分数(left ventricular ejection fraction，LVEF)。

1.4 左心室应变的分析 将图像传输至EchoPAC工作站。首先根据左心室流出道脉冲多普勒频谱标记主动脉瓣关闭时间(aortic valve closure，AVC)，作为收缩期结束的标志。选择1个内膜较为清楚的心动周期，手动描绘其中1帧，根据心肌厚度调节感兴趣区的宽度，软件自动追踪整个心动周期并给出分析曲线及相关数据。使用上述方法分别对心尖四腔观、三腔观及两腔观进行分析。左心室的整体纵向应变(global longitudinal strain，GLS)为3个切面的平均值。

在乳头肌水平的径向应变曲线上测量6个节段最大收缩期径向应变(radial strain，RS)，然后取均值作为整体RS；直接测量此水平的整体圆周应变曲线的顶点值，作为收缩期最大圆周应变(circumferential strain，CS)。

1.5 重复性检测 由两位经过规范化培训的超声医师在互不知情的情况下完成GLS、RS、CS分析后，评价观察者间的变异；其中1位在2周后再次分析以评价在观察者内的变异。

2 结 果

2.1 模型存活情况 ACC组有2只兔于术后1周内死于急性左心衰。术后第3周，ACC组10只兔的左心房有逐渐增大趋势；第4周左心室壁明显增厚；第8周10只兔均出现心衰症状，如活动量减少、食欲减退、呼吸急促。将第8周作为实验终点。在ACC组存活的10只兔中，有9只LVEF>50%，1只LVEF<50%，选取LVEF>50%的9只兔与假手术组进行比较。假手术组12只兔均存活至第8周，且LVEF>50%(表1)。

表1 两组动物术后第8周心脏功能指标比较

HR: 心率；SBP: 收缩压；DBP: 舒张压；LADd: 左心房舒张末内径；LVEDd: 左心室舒张末内径；LVEDs: 左心室收缩末内径；IVSd: 室间隔厚度；LVPWd: 左心室舒张末后壁厚度；LVEF: 左心室射血分数；GLS: 左心室整体纵向应变；RS: 左心室径向应变；CS: 左心室圆周应变.1 mmH=0.133 kPa.*P<0.05与假手术组相比

2.2 动物一般情况和常规超声指标 术后第8周，与假手术组相比，ACC组血压明显升高、心率明显增快、ACC组LADd增大、左心室内径(LVEDd和LVEDs)轻度增大、左心室壁(IVSd和LVPWd)增厚、LVEF轻度降低但仍在正常范围。两组上述指标差异均有统计学意义(P<0.05)。ACC组和假手术组兔均心率过快导致二尖瓣口血流频谱较复杂，甚至出现E、A融合现象(图1)。

图1 假手术组兔二尖瓣口血流频谱

2.3 心脏应变情况 与假手术组相比，ACC组兔GLS降低(P<0.05)，RS降低(P<0.05)，CS不变(表1，图2)。重复性检测：观察者内ICCs：GLS为0.83，RS为0.92，CS为0.89；观察者间ICCs：GLS为0.80，RS为0.90，CS为0.80。

图2 两组动物左心室纵向应变及径向应变比较

A：假手术组兔左心室纵向应变，箭头所指数值为-19.59%；B：ACC组兔左心室纵向应变，箭头所指数值为-10.12%；C：假手术组兔径向应变；D：ACC组兔径向应变

3 讨 论

本研究中ACC组新西兰兔血压明显高于假手术组，说明模型建立成功；心率太快导致二尖瓣前向血流复杂，甚至出现E波和A波融合，说明心率对超声心动图测得的舒张功能指标有较大影响。

斑点追踪技术(speckle tracking imaging，STI)是近年来新兴的超声心动图技术。该技术通过手动描绘心肌内膜，可以全方位追踪构成心肌的斑点，并绘制应变曲线，对于评价心肌应变具有重要价值[5]。

研究[2]发现，在高血压导致的左心室肥厚的患者中，左心室的纵向收缩功能降低。本研究中，ACC组兔子纵向收缩期应变也降低。这是因为在后负荷增高的状态下，左心室心内膜受到的应力最大，使其最先损伤并出现心肌间质纤维化[6]，而左心室纵向收缩功能与心肌间质纤维化负相关[7]，即心肌间质纤维化越严重，左心室纵向收缩期应变越小。此外，本研究中虽然ACC组9只兔LVEF大于50%，但其绝对值仍较假手术组兔降低，也是因为纵向收缩功能显著降低。

以往左心室纵向应变的研究较多，但是左心室的收缩和舒张并不仅是纵向的缩短及伸长。在短轴方面，左心室收缩期应变表现为心肌朝向圆心的增厚或变薄，可用径向应变评价；在圆周方向的运动可用周向应变来评价。此外，左心室在立体空间上还存在扭转及解旋运动。这是因为构成左心室壁的心肌十分复杂，主要由斜行以及环行纤维组成：最内层为斜行心肌，中层为环行心肌，最外层为斜行心肌。其内膜是右手螺旋，外膜是左手螺旋。左心室的收缩和舒张运动是3层心肌共同作用的结果[8]。

左心室径向增厚与LVEF联系紧密。当后负荷增加时，左心室纵向收缩功能受损，其径向收缩功能仍可保持正常以维持正常的射血功能[9]。径向应变主要由心肌中层环行心肌引起。左心室后负荷增高时，左心室重构的早期径向应变轻度升高；当进展到离心性肥厚阶段时，左心室各节段的径向应变均降低[9]。因此，本研究中，相比于假手术组，ACC组左心室壁增厚，室壁中层心肌纤维受到影响，导致径向应变降低。

本研究中，纵向应变以及径向应变均降低，但圆周应变没有明显变化，与包含20例舒张性心衰患者研究[10]的结论一致。本研究高血压兔模型中，左心室最先受到影响的是纵向应变和径向应变，最后是圆周应变。原因如下：(1)圆周应变和径向应变一样，对维持左心室的射血功能有重要价值。左心室纵向收缩功能降低时，圆周应变会代偿性增加以维持左心室正常的射血功能[11]。(2)左心室圆周应变可能与心肌扭转功能有一定关系。自心尖部至心底部，左心室各节段在增厚的同时，还有相对的扭转运动，即心尖部呈顺时针旋转，心底部呈逆时针旋转。扭转运动可能对圆周应变起到加强作用。国内外已有文献[10,12]报道，左心室功能不全早期，扭转功能会代偿性增加。这是因为心内膜心肌受损导致心外膜心肌逆时针旋转相对加强。室壁增厚也导致力矩增加，这也是扭转功能增加的重要原因[10]。(3)当左心室后负荷增加，左心室为了对抗增加的后负荷需要做更多的功，在纵向功能以及径向功能受损的情况下，只有圆周应变功能可以维持。但是，研究[10]认为，在离心性肥厚阶段，圆周应变已降低。本研究与之不同的原因可能在于左心室增大的程度不大，因此圆周应变变化不明显。

综上所述，2D-STI操作简便，对于评价高血压模型兔的左心室纵向、圆周及径向应变功能具有重要的价值。在高血压兔中，纵向应变和径向应变最先受损，圆周应变早期变化不明显。该结论与临床试验结果较一致，说明心率对2D-STI测得的心脏收缩功能指标影响不大。本实验的局限性在于：(1)虽然ACC组兔LVEF仍维持在正常范围，但较假手术组降低，这对于实验结果可能有一定的影响；(2)高血压模型动物只有9只，例数较少，在接下来的实验中应增加实验动物的数量、改进实验方法，以期得出更好的结果；(3)2D-STI易受帧频及图像质量的影响，本实验已选择内膜面最清楚的心动周期，并且选择多个心动周期进行测量，但误差仍存在。相信随着技术的不断进步，2D-STI将克服这些缺点，在评价左心室的应变方面发挥更大的作用。

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Two-dimensional speckle tracking imaging in evaluating left ventricular systolic strain in hypertensive rabbit models

PEI Xiao-li1△, ZUO Wu-xu2△, FANG Xiao-yan2, DONG Li-li2*, SHU Xian-hong2

1. Department of Cardiology, Kashgar Prefecture Second People’s Hospital, Kashgar 844000, Xinjiang, China 2. Department of Echocardiography, Zhongshan Hospital, Fudan University, Shanghai 200032, China

Objective： To explore the effects of heart rate on two-dimensional speckle tracking imaging (2D-STI) parameters in evaluating left ventricular longitudinal, circumferential and radial systolic myocardial deformation in hypertensive rabbit models.Methods24 New Zealand rabbits were randomly divided into 2 groups: the abdominal aortic constriction (AAC) group (n=12), and the sham operation group (n=12). The ACC group underwent the abdominal aortic constriction surgery while in the sham operation group, only the silk thread was placed below the abdominal aorta, and the abdominal aorta was not ligated. The longitudinal, circumferential and radial strains were analyzed by 2D-STI technique after 8 weeks of surgery.ResultsCompared with the sham operation group, hypertensive rabbits had an increased left atrial internal dimension and increased left ventricular internal dimension (P<0.05), a thickened interventricular septum and left ventricular wall (P<0.05). In terms of strain, the longitudinal systolic strain of the left ventricle decreased (P< 0.05), the radial strain decreased (P<0.05), and the circumferential strain remained unchanged in the rabbit models of abdominal aortic constriction.ConclusionsIn hypertensive rabbit models, the left ventricular longitudinal and radial strains were easily affected, which illustrated that heart rate had little effect on the systolic function parameters measured by 2D-STI.

echocardiography; hypertension; two-dimensional speckle tracking imaging; left ventricular function

2017-06-08接受日期2017-07-24

新疆维吾尔自治区自然科学基金 (2015211C224). Supported by Natural Science Foundation of the Xinjiang Uygur Autonomous Region of China (2015211C224).

裴晓黎, 硕士, 副主任医师. E-mail：625626976@qq.com 左武旭, 硕士生.E-mail：15211210017@fudan.edu.cn

△共同第一作者(Co-first authors).

*通信作者(Corresponding author). Tel: 021-60265150, E-mail：dong.lili@zs-hospital.sh.cn

10.12025/j.issn.1008-6358.2017.20170490

R 540.4+5

A

[本文编辑] 姬静芳