冠状动脉微循环功能评价方法的应用进展

吴建涛 刘 峰 魏青政 牛兆倬

在有客观心肌缺血证据的患者中约10%-30%经冠状动脉造影(Coronary Art Eriongraphy，CAG)检查并未发现明显的冠状动脉狭窄，或出现狭窄程度与心肌缺血证据不相符合的现象[1]。Tambe等[2]于1972年首次报道了这种排除心外膜下冠状动脉明显狭窄后造影剂充盈延迟即冠状动脉慢血流现象(Coronary Slow Flow，CSF)，由此揭开了冠状动脉微血管(Coronary Microvascular，CMV)研究的序幕。随着对心脏疾病认识的不断提高，学者们越来越重视冠状动脉微血管功能障碍(Coronary Microvascular Dysfunction，CMVD)在心脏疾病进展中的作用，临床上Tako-Tsubo心肌病(Tako-Tsubo cardiomyopathy，TTC)、心脏X综合征、冠状动脉血运重建术后慢血流及无复流现象等均与CMVD密切相关[3]。对CMV评价方法也得到不断发展进步，冠脉造影，超声显像，计算机断层扫描，细胞和分子生物学技术等均有创新应用。本文侧重对目前评价CMV方法的应用进展及前景作一综述。

1 物理学评价方式

1.1 CAG

CAG仍然是目前诊断冠心病的金标准[4]。对于造影提示冠状动脉无明显狭窄的慢血流患者，TIMI血流分级可间接评价CMV，即通过校正的TIMI血流分级作为诊断冠状动脉慢血流的依据，并成为研究冠状动脉微循环的基础[5]。校正的TIMI分级评价CMV简便可靠，应用最为广泛。值得注意的是，该方法仅能通过无明显狭窄的心外膜冠脉血流速度推测CMV状态，而在冠脉远端狭窄时难以评价CMV，此时可结合冠脉血流储备分数(FFR)对CMV做进一步评估。

1.2 心电图

CMVD心肌缺血时所伴随的独特心电活动可能被心电图捕获。余泽洪等[6]通过对比观察冠脉慢血流组与血流正常组患者的12导联心电图，记录P波最大值(Pmax)、P波最小值(Pmin)并以此推算P波离散度(Pd，Pd=Pmax-Pmin)，显示慢血流组患者Pd、Pmax均较正常组延长，且Pd、Pmax与校正的TIMI呈良好相关性。究其原因可能是CMVD早期，心肌灌注不足使Ca2+、H+、长链酰基肉毒碱蓄积，导致细胞间耦联减少、心肌细胞间电位传导异常，使缺血临界区域窦房结激动信号产生不均质传播，引起Pd增大，提示Pd可以作为CMV评价方法之一。而迟东升等[7]通过心肌声学造影(Mgocardlial Contrast Echocardicgraphy，MCE)左室高电压患者CMV血流储备时发现, 心电图左室高电压对高血压患者CMVD具有评估意义，并在其研究中指出此类患者FFR下降的可能机制之一为心肌微循环功能障碍及冠脉微血管减少，并强调这一改变与高血压病情程度呈正相关。Herrmann 等[8]的研究亦证实高血压伴有左室高电压患者CMV扩张储备能力下降及非内皮依赖性血管扩张功能受损，从而造成冠状动脉血流储备降低，心电图用于评价CMV具有简单、无创、经济安全等优点，便于临床应用，但其特异性差，临床需综合分析患者基础病情，以免误诊。

1.3 超声技术

超声技术用于评价CMV具有简便、无创、无辐射等优势，特别是超声造影技术在这一领域的应用极大地促进了CMV研究的进步。

1.3.1 常规超声心动图：CMVD较早出现的心肌病理生理改变是左心室舒张功能异常，超声心动图上表现为舒张早期负向E波峰值速度(Em)、舒张早期负向E波峰值速度(Em)与舒张晚期负向A波峰值速度(Am)比值(Em/Am)及收缩期S波峰值速度减低。有研究[9]报道回旋支平均冠脉造影帧数与Em/Am呈负相关；另有研究[10]经多普勒超声心动图证实心外膜脂肪层厚度、心肌能量消耗与CMVD密切相关，并认为心肌脂肪层可以分泌促进动脉硬化的细胞因子。因此超声心动图可以通过这些指标间接评价微循环改变。而普通心脏超声主要通过评价与心肌相关的功能及结构参数改变，间接推测冠脉微循环状态，但相关性欠佳。

1.3.2 超声成像技术：二维超声成像技术已被实时三维超声成像技术所取代。国外学者[11]通过三维斑点追踪研究发现，CMVD区域心肌力学参数与冠状动脉平均造影血流分级帧数密切相关，可以准确评价心腔空间几何数据，有利于评价早期CMVD引起的心肌损伤。冠状动脉多普勒血流成像技术可用于显示冠状动脉内血流及多普勒频谱，是评价冠状动脉血流的一种新方法，但其局限性表现在不能探测迂曲角度过大的冠状动脉血流，更适合评价广泛均质的CMVD[12]。

1.3.3 瞬时血流量检测技术(Transit Time Flow Meters，TTFM)：最早由Baldes和Franklin等提出，Drost等于1978年将此技术与超声技术相结合，1980年基于两种技术的流量仪应用于临床[13]。TTFM具有操作方便、无需校对“零”点，能提供精确的血流实时监测，且结果稳定可靠、可实时分析。TTFM通过冠脉搭桥术(CABG)桥血管流量测定，确定血流速度和方向，精确评估吻合口质量及病变远端的血流变化，并以此间接评价冠状动脉移植物远端CMV的功能[14]。TTFM的局限性在于其仅能对游离于心外膜的桥血管进行检测，而难于对走行于心外膜及心肌内的原位冠脉进行检测。

1.3.4 血管内超声(Intravenous Ultrasound，IVUS) ：是将无创性的超声技术和有创性的导管技术相结合，用于直观地检查血管内壁病变，被认为是评价冠脉病变新的“金标准”[15]。IVUS最常用于心内科冠状动脉疾病的诊疗过程，在心外科可用于评估心脏移植物血管病变，而在心脏移植术后供体心脏血管病变早期并不引起明显的心绞痛症状，易造成早期病变的误诊及漏诊[16]，因此供体心脏微血管病变成为心脏移植术后第1年死亡的主要原因[17]，IVUS则可以早期发现供心微血管病变。多普勒导丝的研制成功使IVUS与血管内多普勒技术结合，奠定了定量分析冠状动脉微循环灌注状态的基础。祁春梅等[18]通过用此技术检测动物CMV舒张时证实介入性超声技术可以全面评价早期动脉硬化所致微循环舒张功能异常，为CMV的临床与基础研究提供了一种新方式，IVUS对于CMV的评价更加直观准确，但其操作过程相对复杂有创，且检测费用较高，某种程度上限制了它的临床应用。

1.3.5 声学造影(Contrast Echocardiography，CE)：利用造影剂散射后回声增强的原理，提高超声诊断的分辨率、敏感性和特异性的技术。它可以强化分辨出生理与病理状态下的血流灌注情况，因此有人把它看作是继二维超声、多普勒和彩色血流成像技术之后超声领域的第三次革命[19]。MCE是声学造影技术应用于心血管检查的成功典范，可用于评估冠状动脉病变程度及冠状动脉血流储备，对心肌进行危险分层、判定心肌存活比例、评价冠状动脉内皮细胞功能、监测心肌再灌注情况、评估梗死后心室重构等，是评估CMV的“金标准”[20]。MCE与CAG比较，CAG诊断冠心病只能从影像学上分辨直径较大的冠状动脉的狭窄程度及范围，无法显示心肌微循环灌注状态，而MCE能够弥补这一不足[21]。急性心肌梗死(AMI)超早期诊断相对困难，因为依据病史、体格检查、物理检查的敏感度都较低，而肌钙蛋白虽是AMI的敏感指标，但其在病变早期也难以出现阳性结果，临床文献报道AMI早期即可出现CMVD，相对应的室壁节段运动幅度会出现异常，而MCE对这些微小的室壁运动相当敏感，可以客观、准确地评价出CMV功能状态，为AMI急性心肌梗死早期诊断提供依据[22]。超声造影技术对CMV评价的准确性依赖于声学造影剂质量及安全性的提高。声学造影过程中，造影剂在高声场中，微泡的膨胀和压缩变得不对称，最终导致微泡破裂，并伴随着大量的能量释放，这是其引起生物学效应的主要原因。大量的试验及临床回顾研究表明诊断条件下的造影基本是安全的[23]，刘冰洁等[24]通过观察超声造影对大鼠心肌毛细血管通透性的影响，认为高机械指数间断触发成像与低机械指数实时成像模式对大鼠心率、心律失常数目、肌钙蛋白水平及心肌超微结构均无明显影响；对慢性高脂血症大鼠及急性心肌缺血再灌注大鼠在心肌声学造影造影前后安全性指标与正常大鼠未见不同。

1.4 正电子发射计算机断层显像(Positron Emission Tomography，PET)及心脏核磁共振成像(Cardiac Magnetic Resonance，CMR)

1.4.1 PET:是一种通过运用示踪剂将组织重复显影的核医学技术，其具有无创及灵敏度高的特点，是心肌血流量化的可靠方式之一，已在临床广泛应用，特别是在CMVD方面的评价作用被大量报道。如通过PET成功证实CMVD与某些高危因素间的关系强度，有研究认为不分类型的糖尿病年轻患者，其CMV对包括腺苷在内的扩血管药物反应降低[25]；吸烟患者较不吸烟患者对腺苷的反应也明显降低，主要表现为CMV舒张功能及冠状动脉血流储备均受损，而在应用维生素C后CMV病变恢复，从而支持吸烟损伤血管内皮学说[26]。另有研究通过PET证实扩张性心肌病、肥厚性心肌病、高脂血症及高血压病均与CMVD之间存在密切关系，并且经PET所确诊的CMVD可以作为患者临床心源性死亡的独立预测因子[27]。值得一提的是PET对心肌CMVD发生区域异质性及不均一性学说同样提供了可靠的证据，这也解释了某些心绞痛患者的心电图ST为何不表现缺血性改变的原因[28]。PET的另一优势在于其对CMV的测量不受血管活性药物的干扰，可以确定真实的CMVD，并可对局部的CMV进行评估，其弊端在于费用较高，评估质量受仪器分辨率的影响，还有示踪剂损害等[29]。

1.4.2 CMR：其技术原理是利用原子核在磁场中的共振特性使组织显像，具有分辨率高、无能量衰减等特性，对心肌的组织形态、血流灌注、收缩力均可准确评估，亦可间接用于评价CMV的血流阻力。目前CMR已用于冠状动脉血运重建、应激性心肌病、肥厚性心肌病等疾病状态下的CMV评价。CMR对于AMI血运重建后无复流及慢血流的研究证实CMVD与较差的临床预后相关。另有研究通过CMR在CMVD患者中发现CMV舒张功能对腺苷反应性降低。心脏CMR技术的缺陷是需要应用对肾损伤的造影剂，限制了其在肾功能损伤患者中的使用，同时机体内金属植入、幽闭综合征等会影响CMR的应用[30]。

1.5 冠状动脉微循环阻力指数(Index of Microcirculatory Resist-ance, IMR)

IMR是指冠脉远端平均压力与平均充血传导时间的乘积，是反映冠状动脉微循环功能变化的良好指标，特别适合于AMI后慢血流等情况时对CMV的评估[31]。Fearon等[32]于2003年首先报道了热稀释法描述冠状动脉血流储备的实验价值，这即是IMR的实验模型。IMR操作过程简单安全，评价CMV时受血流动力学参数影响较小，即使在心外膜冠状动脉狭窄时依然可以反映出CMV功能状态[33]。有学者研究认为IMR是ST段抬高型心肌梗死(STEMI)患者3年内死亡及再次入院的独立预测因子，因此被用于这类患者的短期随访[34]，同时还有文献报道IMR可以预测心肌梗死面积，心肌存活比例及远期预后，是评估CMV的良好指标[35]。目前学术界对于IMR的切点选择虽有争议，但其评估CMV的优势已初见端倪，如IMR联合FFR在评估冠状动脉临界病变的研究中提示冠状动脉的临界病变多是无关紧要的功能性改变，因此IMR在未来指导功能性冠状动脉血运重建中意义重大[36]。另外，IMR对应激性心肌病及心脏移植术后供心CMV的评价具有重要作用，同时IMR过程中同一导丝可以兼测FFR，具有对冠状动脉微循环定量评估的优点。但IMR仍属有创操作、结果受冠脉诱导充血程度影响、只能测量远端冠状动脉压力等不足之处[37]。

2 细胞学及分子生物学评价方法

目前有关CMVD的研究已经深入到细胞学及分子生物学水平，如有研究发现在CMVD患者外周血内皮祖细胞减少，而炎症因子白介素(IL)，肿瘤坏死因子-α(TNF-α)、高敏C反应蛋白(hs-CRP)、高尿酸血症、内皮素-1(ET-1)，一氧化氮(NO)合成释放，以及促红细胞生成素(EPO)、对氧磷酶等均与CMVD密切相关。

2.1 外周血内皮祖细胞与冠脉慢血流

CMVD的原因之一是血管内皮结构及功能异常，血管内皮损伤及修复之间的动态平衡是其保持正常功能的基础，内皮祖细胞是血管内皮细胞的前体，是损伤修复的重要因子，因此内皮祖细胞数量减少在一定程度上反映了CMV程度。范磊等[38]检测校正的TIMI帧数所诊断的冠脉慢血流患者外周血祖内皮细胞数量后，将其与冠脉血流正常组对比较后发现，慢血流组外周血内皮祖细胞数量减少，差异具有统计学意义。因此通过外周血检测内皮祖细胞可以用于间接评价冠脉微循环功能状态。

2.2 炎性标记物

CMVD与内皮炎症反应密不可分，目前用于评价炎症的标记物主要有IL-6、TNF-α、hs-CRP及尿酸水平等，已有研究认为冠脉粥样硬化是CD4+ T淋巴细胞参与的炎症反应过程，依据其产生的细胞因子可以将辅助T细胞分为Th1、Th2、Th3三个亚型。Th1主要分泌TNF-α,Th2主要分泌IL-6,而此两种炎症因子与血管内皮病变密切相关。炎症过程中炎症因子引起强烈的免疫应答，产生大量的IL-6，介导白细胞吸附作用从而引起慢血流现象。hs-CRP通过诱导内皮细胞功能紊乱和凋亡而参与冠脉粥样硬化过程,雷建新等[39]通过研究证实CMVD患者血清hs-CRP显著升高。尿酸是嘌呤代谢的正常产物之一，已有研究认为其参与炎症反应和内皮损伤过程，Lyngdoh 等[40]发现尿酸水平越高，IL-6，TNF-α、hs-CRP等炎症因子水平就越高。高尿酸血症促进氧自由基生成，抑制NO功能，促进脂质氧化，引起氧化应激级联反应，从而损伤血管内皮; 而别嘌呤醇可以改善内皮功能。因此通过炎症因子检测可以用于部分评估CMV。

2.3 EPO

EPO是肾性贫血的常用治疗药物，近年来其对肾脏及血液系统以外疾病的治疗愈来愈受到关注，特别是对细胞凋亡的调节成为研究热点。张怡纯等[41]将EPO应用于心肌缺血模型大鼠，发现EPO可以降低心肌氧化应激水平及Bcl-2蛋白表达，同时增加冠脉微血管灌流量，从而改善冠脉微循环。

2.4 血清对氧磷酶

血清对氧磷酶与校正的TIMI血流分级存在独立相关性，是CMVD的生化预测指标[42]。值得注意的是目前细胞学及分子生物学研究为探讨CMVD的病理生理机制[43]，相信随着CMV分子生物学及细胞学研究的不断深入，对氧磷酶的更多作用和功效将被揭示。

3 展望

CMV重要性随着近年对心脏疾病认识的不断深入而提高，其基础研究成果频现，先进技术和方法不断创新，但不可否认，CMV领域的研究仍差强人意，仍有很多疾病的病理生理机制并未通过CMV得以阐明。CMV评价方法仍存在不足，如不能对CMV直接显影，多是通过研究心外膜下冠状动脉内血流量及血流阻力变化间接推测CMV功能，难以准确评价局部微循环功能，特别是在血管活性药物干扰时，难以排除血流动力学参数对CMV的影响等。CMV评价方法的未来发展需要吸收超声学、放射学、核医学、细胞学及分子生物学等学科的创新成果，实现多学科交叉融合从而对CMV进行更直观、准确的评价。值得高兴的是目前对CMV领域的基础与实验兴趣并不逊于基础研究，大量临床文献报道了CMVD这一现象，科学分析了其危险因素及预后，不仅为CMVD的防治提供了循证医学的证据，还为基础研究工作指引了方向。总之，CMV对心脏疾病的影响意义深远，是未来心脏疾病诊疗新的切入点，而科学准确的评价方法必将成为推动CMV研究进展的必要条件。