二维斑点追踪技术评价低温兔左室纵向功能

王冬妮 曹军英 吴璐璐 王 怡 刘 芳 董英娜

东北地区及高海拔地区冬季严寒，夜晚温度更低，在此地区野外巡逻、站岗的战士长时间暴露在低温环境中，如果防护不当会造成急性冻伤[1-2]，心脏也是受累器官之一。二维斑点追踪显像（two-dimensional speckle tracking imaging，2D-STI）是一种非侵入性技术，利用计算机追踪二维超声心动图心肌组织的声学斑点来评估心肌功能受损，并且是一种敏感而可靠的跟踪LV重塑的手段[3-4]。该技术无角度依赖性，能测量心脏长轴和短轴不同形式运动的应变。分层应变技术是基于2D-STI技术发展而来的一种新技术，可以将左心室心肌分为心内膜层心肌、中层心肌、心外膜层心肌3层，从而获得左心室各切面的分层心肌应变，能更加精准、细致地评价左室心肌功能[5]。本研究将利用低温兔模型，探讨2D-STI评价低温条件下左室纵向功能，并观察心肌受损情况。

方 法

1.动物模型

健康新西兰兔30只，雌雄不限，体质量3～3.5kg，北部战区总医院实验动物中心提供，抽签法随机分成3组，对照组和A、B组，每组10只。对照组即置于室温22～25℃，低温A、B组分别置于-25℃环境下4小时、8小时。调节冷冻柜内温度为-25℃，模拟低温环境。用8%硫化钡脱去幼兔躯体及四肢体毛，穿定制仿军大衣厚度连体外套，放入冷冻柜中，冷冻柜留有一定空隙，保证实验兔所需氧气。

2.仪器与方法

选用GE Vivid 7彩色超声显像仪，10s探头（10MHz），分别对对照组，低温A、B组，腹腔注射戊巴比妥钠（50mg/kg）麻醉，连接同步心电图后，左侧卧位。常规超声心动图测量胸骨旁左心室长轴切面收缩末期左心房内径（left atrial endsystolic diameter，LAESd）、舒张末期左心室内径（left ventricular end-diastolic diameter，LVEDd）、 舒张末期室间隔厚度（inter ventricular septal enddiastolic thickness，IVSd）、 舒 张 末 期 左 心 室 后壁 厚 度（left ventricular posterior wall enddiastolic thickness，LVPWDd）； 双 平 面 Simpson法测量左心室射血分数（left ventricular ejection fraction，LVEF）。组织多普勒记录二尖瓣环室间隔侧运动频谱，测量收缩期S波峰值速度（Sm）、舒张早期E波峰值速度（Em）、舒张晚期A波峰值速度（Am）。在二维灰阶动态图像清楚显示心脏的基础上，于心尖部采集四腔心、三腔心、两腔心二维动态图像，75～140帧/s，存5个心动周期，于EchoPAC工作站脱机分析。选择清晰图像，进入2D Strain分析界面，手动勾画心内膜，调节内外膜边缘的曲线，使其与室壁厚度一致，以R波顶点为舒张末期、主动脉关闭为收缩期末，以一R波顶点始，至下一R波顶点止为一心动周期，记录各切面3层心肌收缩期纵向应变峰值SL值及基底段、中间段、心尖段及整体水平应变峰值SL、收缩期应变率峰值SrL S、舒张早期应变率峰值SrL E、舒张晚期应变率峰值SrL A（图1）。

3.检验指标与组织学检查

每组随机选取5只兔子，检查结束，行超声引导下股静脉抽血，检验血清天冬氨酸转氨酶（AST）、血清磷酸肌酸激酶（CK）、血清磷酸肌酸激酶同工酶（CKMB）、高敏肌钙蛋白T（HS-TNT）。检查及检验结束，立即用10%氯化钾10ml静脉注射处死，取左室前乳头肌及室壁心肌固定、脱水、包埋及切片，行HE染色。

4.统计学方法

结 果

1.常规超声参数比较

与对照组比较，A组的HR差异有统计学意义（P＜0.01）；与对照组比较，B组的LAESd、LVEDd、Sm、Em、Am、HR差异均有统计学意义（P＜0.01）；与对照组及A组比较，B组的LVEF差异均有统计学意义（P＜0.01）（表1）。

2.二维应变参数比较

三组的心肌SL值的由心内膜至心外膜下心肌保持梯度递减；与对照组相比，A组心内膜下心肌LS值的减低，差异有统计学意义（P＜0.05）；B组3层心肌SL值的减低明显，差异有统计学意义（P＜0.01）；与A组比较，B组3层心肌SL值的绝对值减低，差异有统计学意义（P＜0.05）；与对照组相比，A组整体、心尖水平SL、SrL S、SrL E、SrL A、基底水平SrL A、中间水平SrL E、SrL A减低（P＜0.05）；B组基底段、中间段、心尖段及整体水平SL、SrL S、SrL E、SrL A均减低（P＜0.01）（表2，表3）。

表1 三组常规超声参数、TDI、心率及心功能比较（）

表1 三组常规超声参数、TDI、心率及心功能比较（）

与对照组相比，1）P＜0.05，2）P＜0.01；与 A 组相比，3）P＜0.05，4）P＜0.01。

项目 对照组（n=10） A组（n=10） B组（n=10）LAESd/mm 8.80±1.39 9.00±1.05 10.10±0.562)3）LVEDd/mm 12.80±1.39 13.40±1.17 14.30±1.052）IVSd/mm 2.00±0.00 2.10±0.31 2.30±0.48 LVPWDd/mm 2.00±0.00 2.10±0.31 2.30±0.48 LVEF/% 82.00±4.73 78.80±3.79 71.20±4.262）4）Sm/（cm/s） 4.83±0.59 4.43±0.68 3.80±1.102）Em/（cm/s） 6.26±1.13 6.06±1.07 5.03±1.362）Am/（cm/s） 8.28±1.24 7.98±1.03 6.90±1.522）HR 302.60±36.90 251.40±30.002） 221.10±23.232）3）

表2 三组室心肌各层SL值比较（%，）

表2 三组室心肌各层SL值比较（%，）

与对照组相比，1）P＜0.05，2）P＜0.01；与 A 组相比，3）P＜0.05，4）P＜0.01。

左室节段 对照组（n=10） A组（n=10） B组（n=10）心尖四腔水平心内膜层 -28.80±2.78 -24.79±3.441) -18.15±3.872)4)心肌中层 -24.80±2.92 -22.72±3.22 -16.03±3.752)4)心外膜层 -20.94±3.82 -18.57±3.94 -14.53±4.772)3)心尖三腔心水平心内膜层 -27.05±2.80 -23.57±3.391) -17.13±2.792)4)心肌中层 -22.62±2.27 -20.14±2.58 -15.93±3.472)4)心外膜层 -19.11±3.11 -16.65±3.09 -12.00±4.632)4)心尖两腔心水平心内膜层 -26.73±2.21 -22.15±3.102) -16.99±3.892)4)心肌中层 -21.87±1.97 -18.66±2.79 -14.49±5.112)3)心外膜层 -18.27±3.01 -15.93±3.46 -11.01±5.272)3)

与对照组相比，1）P＜0.05，2）P＜0.01；与 A 组相比，3）P＜0.05，4）P＜0.01。

表4 三组检验参数比较（）

表4 三组检验参数比较（）

与对照组相比，1)P＜0.01；与A组相比，2)P＜0.01。

项目 对照组（n=5） A组（n=5） B组（n=5）AST 106.27±3.46 132.14±2.991) 208.13±3.511)2)CK 1147.00±46.61 1614.20±100.691) 2155.00±117.751)2)CKMB 636.80±28.52 855.40±46.631) 1237.80±49.331)2)HS-TNT 0.01±0.00 0.12±0.021) 0.24±0.021)2)

图1 A.对照组心尖三腔心切面左室分层心肌纵向应变曲线图。B.A组（低温4h）心尖三腔心切面左室分层心肌纵向应变曲线图。C.B组（低温8h）心尖三腔心切面左室分层心肌纵向应变曲线图。

图2 A.对照组兔心肌病理图片（×100）。B.A组（低温4小时）兔心肌病理（×100）；C.B组（低温8小时）兔心肌病理（×100）。

3.检验参数比较

与对照组相比，低温A、B组的AST、CK、CK-MB、HS-TNT均增高，且低温B组增高明显，差异均有统计学意义（P＜0.01）；与A组相比，B组的AST、CK、CK-MB、HS-TNT均增高，差异均有统计学意义（P＜0.01）（表4）。

4病理结果比较

对照组：心肌纤维排列规则，胞浆粉染，核膜完整，细胞间隙正常；A组：心肌纤维间隙增宽，心肌细胞轻度变性，局部可见中性粒细胞聚集；B组：心肌纤维断裂，心肌细胞崩解，胞核溶解，染色质淡染，心肌间隙可见大量中性粒细胞浸润（图2）。

讨 论

心肌虽然是一个整体，但心肌纤维的走行和分层并不一致，左心室是由三层心肌纤维构成，心内膜、外膜下心肌是螺旋形的纵行肌纤维，中层心肌是环形肌纤维。以往研究左室心肌是将三层心肌作为一个整体进行分析的，然而不同疾病不同时期对心肌的损害程度是不一致的，因此将三层心肌分别研究将更有利于疾病的诊断，Huang等[6]也利用分层应变评价兔急性冠脉综合征左室纵向功能。心脏有纵向、圆周、径向及扭转4种运动形式。由于心肌纤维在圆周方向的曲率半径比纵向小，在心脏收缩时承受的压力较低，故发生心功能异常晚于纵向纤维[7]。纵向运动是心室最基本的运动，主要取决于心内膜下纵形肌纤维收缩，其应变值反映了室壁运动伸长与缩短的程度，最易受缺血和间质纤维化影响，是反映心肌受损的最敏感指标[8-9]。

心脏的主要功能是为肝、脑等组织器官提供充足的血流量，提供氧和营养物质并带走代谢最终产物，维持细胞正常代谢及功能。既往利用超声心动图评价低温心功损害时，常采用LVEF、二尖瓣口E/A比值及TDI频谱峰值等指标。本研究中，与对照组相比低温B组LVEF值、Sm、Em、Am，差异均有统计学意义（P＜0.01），说明低温时间延长会导致左室收缩功能减低，这与Filseth等研究结果一致[10]，而低温A组均无统计学差异（P＞0.05）。

低温可直接或反射性地引起皮肤血管收缩，交感神经系统的兴奋和儿茶酚胺释放，引起全身外周血管阻力明显升高，并导致心腔内压力升高，同时使血液黏滞度增加，前、后负荷增加[11-12]。另一方面，低温环境暴露时间越长，细胞内活性氧（ROS）越多，过高水平的ROS诱导细胞氧化应激，导致细胞损伤，并由此损害心肌细胞线粒体生物能，机体的下丘脑 -垂体 -甲状腺 - 肾上腺轴发生活化，诱导心肌细胞凋亡，最终出现整体心肌功能减低[13]。

本研究中，A组较对照组心内膜下的心肌SL值减低，差异有统计学意义，与对照组相比，A组整体、心尖水平SL、SrL S、SrL E、SrL A、基底水平SrL A、中间水平SrL E、SrL A均减低（P＜0.05），说明在低温损害的初期，心肌收缩功能已经受损，且心内膜下心肌最先受损，至于低温A组LVEF与对照组差异无统计学意义（P＜0.05），可能是由于LVEF本就受前、后负荷及心率的影响，再者由于心肌的代偿运动。B组较对照组及A组各层心肌SL值比较，差异均有统计学意义（P＜0.05），三组的心肌SL值由心内膜至心外膜下心肌保持梯度递减，且心内膜降低最大，说明随着低温时间的延长，心内膜层心肌最先受损，然后3层心肌均受累，纵向应变峰值延后、减低，曲线低平，这都与病理和检验结果相一致。

综上所述，本文应用2D-STI技术能够准确地评价低温环境下左室壁心肌纵向运动情况，可以尽早发现左室纵向功能减低及病变受累程度，指导临床医师及时进行干预治疗，对临床诊断及治疗具有重要意义。