压力-应变环评价2型糖尿病患者左心室心肌做功改变

王一洒，袁建军，朱好辉，张苗，丁晓，魏常华

河南省人民医院超声科，河南郑州 450003；

国际糖尿病联盟发布的数据显示，目前中国糖尿病患者已超过1.14 亿，约占全球糖尿病患者的1/3，其中2 型糖尿病占93%～95%[1]。糖尿病是动脉粥样硬化和心力衰竭的重要独立危险因素，可进一步使心力衰竭患者的预后恶化，显著增加心力衰竭患者的住院率及病死率[2]。因此，早期识别和诊断2 型糖尿病患者左心室功能改变，早期干预治疗，可阻止或延迟心力衰竭的发生，改善预后。心室收缩功能评估是超声心动图检查的重要部分，其中左心室射血分数（left ventricular ejection fraction，LVEF）是最常用的收缩功能评价参数，但因其限制因素较多，不能发现早期的心肌收缩功能受损。近年来，心肌应变技术对左心室收缩功能的评估受到越来越多的关注，可以定量评估LVEF 正常患者早期收缩功能的改变[3-5]。尽管长轴应变（global longitudinal strain，GLS）可以在LVEF 正常的收缩功能中发现更细微的异常，但其受负荷依赖性的影响。左心室压力-应变环是一种结合左心室后负荷的应变分析新技术，可以有效地定量评估左心室功能[6]。本研究拟应用压力-应变环定量评估2 型糖尿病患者的左心室心肌做功情况。

1 资料与方法

1.1 研究对象 选取2019年7—12月河南省人民医院确诊的2 型糖尿病38 例，其中男21 例，女17 例；年龄32～68 岁，均符合《中国2 型糖尿病防治指南（2017年版）》[7]中的诊断标准。所有纳入受检者LVEF≥50%。排除标准：合并明显心脏瓣膜病、先天性心脏病、心律失常、高血压、甲状腺功能亢进等代谢性疾病及大动脉炎等影响患者动脉压的疾病。同时纳入年龄和性别相匹配的34 例健康志愿者作为对照组，其中男18 例，女16 例；年龄28～61 岁。所有研究对象均测量身高、体重，计算体重指数（BMI）和体表面积（BSA），测量肱动脉压。

1.2 仪器与方法 使用GE Vivid E 95 彩色多普勒超声诊断仪，选用M5S 探头，频率2.0～4.5 MHz。受检者取左侧卧位，连接肢体导联心电图，嘱受检者平静呼吸，常规超声心动图测量左心房内径（left atrial diameter，LAD）、左心室舒张末期内径（left ventricular diastolic diameter，LVIDD）、舒张末期室间隔厚度（interventricular septal depth，IVSD）、舒张期左心室后壁厚度（left ventricular posterior wall depth，LVPWD）、LVEF。采集心尖四腔、三腔及两腔3 个左心室长轴切面的二维图像，各切面均存储3 个心动周期的动态图像。

1.3 图像分析 在EchoPAC 工作站上进行脱机分析。选择Q-analysis，点击2D Strain，对3 个心尖长轴切面的左心室壁心肌进行斑点追踪分析，获得左心室17 个节段应变值牛眼图和左心室整体应变值，根据血压和主动脉瓣关闭时间，软件自动计算左心室整体纵向应变（global longitudinal strain，GLS）、整体做功指数（global myocardial work index，GWI）、整体有效功（global constructive work，GCW）、整体无效功（global wasted work，GWW）及整体做功效率（global myocardial work efficiency，GWE）。由2 名主治医师分别进行图像分析。

1.4 统计学方法 采用SPSS 22.0 软件，计量资料进行正态性检验，符合正态分布的计量资料以表示，两组比较采用独立样本t检验，以P<0.05 为差异有统计学意义。重复性检验采用Bland-Altman分析。

2 结果

2.1 心肌做功指标 观察者之间的重复性良好，2 名超声医师分析图像所得数据差异无统计学意义（P>0.05）。

2.2 两组临床资料和常规超声心动图测量参数比较糖尿病组与对照组年龄、BMI、BSA、收缩压、舒张压比较，差异均无统计学意义（P>0.05）；两组空腹血糖差异有统计学意义（P<0.05，表1）。糖尿病组与对照组常规超声心动图测量参数比较，差异无统计学意义（P>0.05，表2）。

2.3 两组心肌做功参数比较 糖尿病组GLS、GWI、GCW 低于对照组（P<0.01）；两组GWW 及GWE 比较，差异无统计学意义（P>0.05，表3、图1）。

表1 2 型糖尿病患者与正常对照者一般资料比较（±s）

表1 2 型糖尿病患者与正常对照者一般资料比较（±s）

注：BMI 为体重指数，BSA 为体表面积，1 mmHg=0.133 kPa

组别例数年龄（岁）BMI（kg/m2）BSA（m²）收缩压（mmHg）舒张压（mmHg）空腹血糖（mmol/L）糖尿病组 38 39±9 24.8±3.1 1.73±1.59 121±10 78±6 9.35±3.13 4.89±0.45 t 值 -1.56 -1.64 -0.99 -1.33 -1.25 -8.20对照组34 38±11 23.7±2.3 1.73±0.16 118±10 74±8 P 值0.12 0.10 0.326 0.19 0.23 0.00

表2 2 型糖尿病患者与正常对照者常规超声心动图参数比较（±s）

表2 2 型糖尿病患者与正常对照者常规超声心动图参数比较（±s）

注：LAD 为左心房内径，LVIDD 为左心室舒张末期内径，IVSD 为舒张期室间隔厚度，LVPWD 为舒张期左心室后壁厚度，LVEF为左心室射血分数

组别例数LAD（mm）LVIDD（mm）IVSD（mm）LVPWD（mm）LVEF（%）糖尿病组 38 33±3 47±4 9.14±0.82 9.13±0.76 64.32±3.08 64.60±3.18 t 值 -0.043 -0.104 -0.07 0.56 0.45对照组34 33±3 47±4 9.13±0.98 9.24±0.90 P 值0.965 0.918 0.944 0.57 0.66

表3 2 型糖尿病患者与正常对照者心肌做功情况比较

图1 压力-应变环及心肌做功参数。A 为对照组（男，50 岁）的压力-应变环及心肌做功参数；B 为2 型糖尿病患者（男，56 岁）的压力-应变环及心肌做功参数。左心室GLS 较对照组绝对值减低，压力-应变环的面积即心肌做功较对照组减低

3 讨论

常规超声心动图主要通过LVEF 评估左心室收缩功能，利用二维斑点追踪技术对左心室心肌进行定量形变评估，即左心室应变分析，已成为较LVEF 更好的左心室收缩功能评价指标[8]。本研究中常规超声心动图测量两组LVEF 无显著差异。2 型糖尿病组GLS低于对照组，与既往研究相符[5]，表明糖尿病患者在LVEF 正常时已出现心肌收缩功能改变。Claus 等[9]和Pedrizzetti 等[10]总结了超声心动图和心脏磁共振特征追踪分析技术（CMR-FT），指出纵向应变是超声心动图中最稳定的应变参数，也是指南中推荐的参数。

尽管二维斑点追踪技术对左心室心肌进行定量形变评估能够很好地评价左心室收缩功能，然而负荷依赖性是应变成像的主要限制之一，影响了心肌功能评价的准确性，后负荷增加可降低应变，从而导致对真正的收缩功能的错误评价[11]，压力-应变环评估心肌做功是一种将后负荷条件纳入心室功能评价的新方法。无创左心室压力-应变环提供了一种新的量化心肌做功方法，与传统的GLS 相比，其融合了心肌的形变测量和左心室的压力测量[12-14]，具有潜在的优势。

功的定义是力乘以长度，由于心肌力的计算具有一定的挑战性，因此以压力代替力，以左心室压力-应变环的面积作为区域做功的指标，所有使用的压力和应变不能直接测量功，而是作为心肌做功的一个指标[13]。Russell 等[13]通过对超声心动图主动脉瓣和二尖瓣开放关闭时间进行计时，测量等容收缩期和射血期的时间，通过调整参考左心室压力曲线的轮廓生成估计的压力曲线。左心室峰值压力由肱动脉袖带压力无创估测。利用预估的压力变化曲线，结合应变斑点追踪超声心动图的应变，采用完全无创的方法估计左心室压力-应变环面积[11,13]。为了确定压力应变环路面积是否反映区域心肌代谢，将环路面积与PET 测量的氟18-葡萄糖代谢率进行比较，结果发现无创压力-应变环面积反映了左心室几何形状变化的心肌做功，与PET 显示的局部葡萄糖代谢具有很强的相关性[13]。

本研究中，糖尿病组GWI、GCW 低于对照组，提示LVEF 正常时，心肌GWI 下降，左心室GCW 亦下降。心肌做功指标是左心室压力-应变环下面积，是应变和收缩压的乘积；GCW 指有助于左心室射血所做的功，即收缩期心肌缩短或等容舒张期心肌延长所做的功；两者下降的原因为：①心脏是高耗能器官，其能量代谢高度依赖于葡萄糖的有氧氧化，2 型糖尿病患者的胰岛素敏感性降低，导致心肌细胞的糖、脂肪酸代谢异常，心肌细胞糖利用障碍，导致脂肪酸增多，进而增加心肌的氧耗，导致心脏的能量供给不足，从而造成做功下降，GWI 和GCW 下降。②高血糖导致脂肪酸代谢异常，有毒性的脂质中间代谢产物堆积，从而干扰线粒体ATP 的生成和细胞内钙离子的稳态破坏，引起心肌损害/细胞凋亡，进而导致心肌收缩和舒张功能障碍，心肌做功下降。③2 型糖尿病还可引起心肌间质细胞纤维化，出现心肌松弛性降低和僵硬度增加，心肌形变障碍，引起心脏GWI 和GCW 下降。

本研究中，糖尿病组GWW 及GWE 较对照组无显著差异。GWW 指收缩期心肌伸长或等容舒张期对抗主动脉瓣关闭心肌缩短所做的功。心肌做功效率是GCW 与GCW 及GWW 之和的比值的百分值[13]。2 型糖尿病患者GWW 与对照组相比无明显改变，可能原因是收缩期心肌伸长或等容舒张期对抗主动脉瓣关闭心肌缩短的心肌所占比例小，且时间短，故变化不明显；做功效率无明显改变的原因是尽管GCW 减少，GWW 不变，由于GWW 所占比例很小，因此比值亦无明显改变。

压力-应变环可定量评估2 型糖尿病患者早期心肌功能改变，且不受后负荷影响，但也有其局限性：①因其基于二维应变技术，对二维图像清晰度要求较高，胸壁较厚、肺气等均可影响图像采集；②本研究纳入样本量有限，待进一步扩大样本量进行结果校正；③心脏的运动是三维立体的，压力-应变环基于二维斑点追踪技术评估心肌做功，具有空间依赖性。