正常成年人静息及负荷状态下采用超声心动图无创评估心肌做功参数初步探究

左心室射血分数（LVEF）和二维斑点追踪心肌应变参数是目前临床上常用的评估心脏收缩功能的超声心动图指标[1-4]。然而，既往研究表明LVEF 敏感度低，无法诊断早期的心脏收缩功能异常[5]。应变参数敏感度优于LVEF，能在较早期发现心脏收缩功能异常[6]，而负荷超声心动图结合应变技术能更早期识别心肌功能异常[7]。但是，无论是LVEF还是应变参数，都具有容量依赖性，受心脏负荷状态影响。于是，有研究提出运用心肌做功（MW）替代心肌应变评价心脏的收缩功能。MW 将心肌应变和心脏后负荷结合，解决了心肌应变的容量依赖性难题。研究表明，心脏后负荷增加会导致心肌应变绝对值减低，造成心肌收缩功能降低假象，而MW几乎保持不变，更准确反映心肌收缩功能[8-9]。然而，MW 最初只能通过侵入性测量获得，因此一直处于基础研究状态[10]，很少在临床上应用。

近年来，Russell 等[11]证实，左心室压力应变环（PSL），基于二维斑点追踪技术和无创肱动脉血压代替左心室压力，可以无创地预测MW。然而，目前关于MW 正常范围的研究较少[8,12-13]，负荷状态下MW 正常范围目前未见文献报道。本研究初步探究静息及负荷状态下正常成年人MW 参数特点并且对MW 参数进行重复性检验，为MW 广泛应用于临床提供参考。

1 资料与方法

研究对象：本研究纳入2019 年7 月至12 月在中国医学科学院阜外医院体检的64 名健康志愿者，男性31 名，女性33 名，平均年龄（51±14）岁。其中38 名研究对象（男、女各19 名）进行平板运动负荷试验。纳入标准：年龄≥18 岁，无心血管疾病或肺部疾病相关症状或病史，无心血管疾病危险因素（例如：高血压、糖尿病、高脂血症、吸烟），体格检查、心电图、X 线胸片、常规超声心动图检查无异常。排除标准：超声图像无法分析者、妊娠女性、专业运动员。本研究得到中国医学科学院阜外医院伦理委员会批准,并获得所有研究对象书面形式的知情同意。

仪器：采用GE Vivid E95 彩色多普勒超声仪，M5Sc 探头（频率：1.5～4.6 MHz）；配备GE EchoPAC 203 版工作站。运动平板使用美国 Mortara 公司生产的最新一代X-scribell 遥测平板运动系统。

图像采集及储存：静息状态：被检者采取左侧卧位，同步连接心电图，进行常规超声心动图检查及测量，嘱被检者屏气，50～70 帧/s，在心尖四腔、两腔和三腔心切面连续采集3 个心动周期灰阶动态图像并存储，同时采集二尖瓣和主动脉瓣血流频谱。负荷状态：应用Bruce 方案进行平板运动负荷，运动终止标准参考2002 年美国心脏病学会（ACC）/美国心脏协会（AHA）指南[14]。平板运动负荷过程中密切关注心率、心律、血压动态变化。达到目标心率后即刻采集心尖四腔、两腔、三腔心切面动态图像和二尖瓣及主动脉瓣血流频谱。

图像分析及MW 测量（图1）：采用GE EchoPAC 203 工作站进行分析。首先分别选择二尖瓣和主动脉瓣血流频谱图像，标记时相时间（event timing），确定二尖瓣开闭、主动脉瓣开闭时间点；然后进入自动功能成像模式，按顺序选取心尖三腔、四腔和两腔心切面动态图，软件自动描画左心室心内膜轮廓（若效果不满意可手动调节）点击进入分析（process），得到左心室心肌纵向应变结果；最后点击心肌做功（myocardial work），输入被检者收缩压和舒张压，得到MW 结果，点击高级功能（advanced）键，查看PSL 和MW 参数：整体做功指数（GWI）、整体做功效率（GWE）、整体有效做功（GCW）,整体无效做功（GWW）。

重复性检验和可靠性分析：首次分析MW 参数2 周后，分别随机选取15 名和10 名研究对象进行静息状态、负荷状态MW 参数重复性分析，同一名超声医生用同样的方法进行MW 分析，计算观察者内差异；另外一名超声医生对相同研究对象进行MW 分析，计算观察者间差异。

统计学分析：采用SPSS 25.0 和 MedCalc 19.0.5软件进行统计学分析。运用Shapiro-Wilk 检验对变量进行正态性检验。正态分布的计量资料以均值±标准差表示,偏态分布的计量资料以中位数（四分位数）表示。正态分布的连续型变量用t检验或方差分析比较组间差异，偏态分布资料选用Mann-WhitneyU检验或Kruskal-Wallis H 检验比较组间差异。运动负荷前后正态分布的连续型参数对比采用配对样本t检验，偏态分布连续型参数采用Wilcomxon 检验。采用组内相关系数和Bland-Altman 法进行重复性检验。P＜0.05 为差异有统计学意义。

图1 静息状态及负荷状态心肌做功参数分析结果示例

2 结果

2.1 研究人群基线资料及静息状态心率、血压、超声心动图指标分析（表1）

64 名研究对象身高、体重、体表面积均存在性别差异（P均=0.000），年龄、体重指数的性别差异均无统计学意义（P均＞0.05）。静息状态心率、血压、LVEF、左心室整体纵向应变（LV-GLS）性别差异均无统计学意义（P均＞0.05）。男性静息状态GWW 值大于女性，GWI、GCW 和GWE 值小于女性，但差异均无统计学意义（P均＞0.05）。

2.2 38 例正常成人静息及负荷状态心率、血压、超声心动图指标比较（表2）

女性负荷状态LV-GLS 大于男性（P＜0.05）。总人群负荷状态心率、收缩压、LVEF、LV-GLS 分别大于静息状态（P均＜0.05）；按性别分组后负荷状态上述指标分别大于各自静息状态（P均＜0.05） 。总人群负荷状态GWI、GCW、GWW 均显著大于静息状态，GWE 显著小于静息状态（P均＜0.05）。男性负荷状态GWI、GCW、GWW 值大于静息状态（P均＜0.05）；女性负荷状态GWI、GCW、GWW 值大于静息状态，GWE 值小于静息状态（P均＜0.05）；负荷状态男性GWW 显著低于女性（P＜0.05）。

2.3 不同年龄段静息状态心率、血压、超声心动图指标比较（表3）

将研究对象按年龄分为三段：18～44 岁、45～59 岁和≥60 岁。收缩压随着年龄增长有升高趋势，45～59 岁收缩压显著高于18～44 岁（P＜0.05），≥60 岁收缩压显著高于18～44 岁（P＜0.05）和45～59 岁（P＜0.05）；45～59 岁舒张压最高，与18～44 岁比较差异有统计学意义（P＜0.05）。GWI、GCW 和GWW 值随着年龄增长有增大趋势，但差异均无统计学意义（P均＞0.05）；≥60 岁GWE 值低于18～44 岁和45～59 岁，但差异均无统计学意义（P均＞0.05）。

表1 研究人群基线特点及静息状态心率、血压、超声心动图指标分析（）

表1 研究人群基线特点及静息状态心率、血压、超声心动图指标分析（）

注：LVEF：左心室射血分数；LV-GLS：左心室整体纵向应变；GWI：整体做功指数；GCW：整体有效做功；GWW：整体无效做功；GWE：整体做功效率。1 mmHg=0.133 kPa。a：用中位数（四分位数） 表示

表2 38 例健康成人静息及负荷状态心率、血压、超声心动图指标比较（）

表2 38 例健康成人静息及负荷状态心率、血压、超声心动图指标比较（）

注：LVEF：左心室射血分数；LV-GLS：左心室整体纵向应变；GWI：整体做功指数；GCW：整体有效做功；GWW：整体无效做功；GWE：整体做功效率。与静息状态比较*P＜0.01；与负荷状态男性比较△P＜0.05；与静息状态男性比较▲P＜0.05；与静息状态女性比较＃P＜0.05。1 mmHg=0.133 kPa。a：用中位数（四分位数）表示

表3 不同年龄段静息状态心率、血压、超声心动图指标比较（）

表3 不同年龄段静息状态心率、血压、超声心动图指标比较（）

注：LVEF：左心室射血分数；LV-GLS：左心室整体纵向应变；GWI：整体做功指数；GCW：整体有效做功；GWW：整体无效做功；GWE：整体做功效率。与18～44 岁比较*P＜0.05，与45～59 岁比较△P＜0.05。1 mmHg=0.133 kPa。a：用中位数（四分位数）表示

2.4 MW 参数重复性检验和可靠性分析

静息状态及负荷状态GWI、GCW、GWW、GWE 观察者内、观察者间差异相关系数详见表4。Bland-Altman 图显示，MW 参数在静息状态及负荷状态下观察者内和观察者间一致性良好（图2、3）。

表4 静息及负荷状态下心肌做功参数重复性和可靠性分析

图2 静息状态心肌做功参数Bland-Altman 图

图3 负荷状态心肌做功参数Bland-Altman 图

3 讨论

心肌应变与收缩期血压密切相关,它在反应心肌收缩特性时无法避免心脏后负荷影响[15]。因此，研究提出MW 能更全面评价心脏的收缩功能，同时反映心肌耗氧[16-18]。近年来，Russell 等[11]提出了应用PSLs 无创性评估MW 的方法，为MW 应用于临床奠定了基础。PSL 反映了一个心动周期内左心室压力与应变的变化关系,其面积即为GWI,即二尖瓣关闭至开放MW 的总和,GCW 为收缩期心肌缩短与等容舒张期心肌伸长所做功之和，GWW 为收缩期心肌伸长与等容舒张期心肌缩短所做功之和，GWE 为GCW 占GCW、GWW 之和的百分比[19]。

MW 在心脏再同步化治疗（CRT） 的预后评估及冠心病、心肌病和心力衰竭等心脏疾病的诊疗中具有良好的应用前景。GCW 对CRT 术后患者的预后评估能力优于LV-GLS[20]；术前具有较低GWE 的患者CRT 术后长期预后较好[21]。非ST 段抬高型急性心肌梗死患者中，节段MW 指数能准确识别因收缩压升高而致节段心肌应变值降低的假阳性表现，从而鉴别出真正需要及时进行侵入性治疗的患者[9]。在预测LVEF 和室壁运动均正常的严重冠状动脉疾病时，整体MW 参数优于LV-GLS[19]。此外，MW是预测扩张型心肌病和左心室不同步患者运动耐受性的良好指标，优于LV-GLS[22]。在射血分数保留的心力衰竭患者中，运动后GCW 增加是心脏运动储备增加的决定因素而非LV-GLS[23]。负荷状态血压升高将造成左心室心肌应变值降低，假阳性率升高。因此，MW 在负荷状态下同样具有较高的应用价值。然而，目前MW 联合负荷超声心动图研究报道稀少，其应用情况仍有待探究。

尽管MW 显示出巨大的临床应用潜能，但目前关于MW 正常范围研究仍然较少[8,12-13]，且负荷状态下MW 正常值特征目前尚未见文献报道。Manganaro 等[8]对226 名健康人[平均年龄（45±13）岁，男性85 名]进行研究，发现静息状态男性GWE 值显著低于女性，GWW 值显著高于女性，女性GWI 和 GCW 随着年龄增大显著增加。Galli 等[13]对115 名健康人（中位年龄36.3 岁，男性占67%）进行研究，静息状态女性GWI 和GCW 高于男性，且MW 参数在不同年龄间差异无统计学意义。本研究发现，静息状态男性GWW 值大于女性，GWI、GCW 和GWE 值小于女性，但差异无统计学意义。总人群负荷状态GWI、GCW、GWW 显著大于静息状态，GWE 小于静息状态（P均＜0.05）；负荷状态男性GWI、GCW、GWW 值大于静息状态（P均＜0.05）；女性GWI、GCW、GWW 值大于静息状态，GWE 值小于静息状态（P均＜0.05）；负荷状态男性GWW 显著低于女性（P均＜0.05）。GWI、GCW 和GWW 值随着年龄增长有增大趋势。既往研究[8,13]与本研究表明静息状态MW 参数一致性好，本研究进一步验证负荷状态MW 参数一致性良好。

本研究具有一定局限性，首先样本量偏小，后续研究需扩大样本量，进一步验证初步探究所得MW 参数在性别、年龄间的差异，得到更加准确完善的中国人MW 参数特征。MW 仍然基于二维斑点追踪技术，不适用于图像质量差的患者。此外，由于左心室压力是通过肱动脉收缩期血压预测得到，因此MW 分析不适用于左心室流出道严重狭窄或主动脉瓣重度狭窄的患者。

综上所述，本研究初步探究了正常成人静息及负荷状态下MW 参数特征，进一步证实了MW 参数重复性好，具有可靠性，分析过程简便，具有可行性，为将来MW 参数广泛应用于心脏疾病的诊断、疗效评价及预后评估提供了一定的参考价值，促进临床更加全面、准确地评估心脏功能。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突