三维斑点追踪成像技术对单纯性肥胖儿童左心室收缩功能的评价及其与外周动脉弹性相关性的前瞻性研究

周丽 王淑霞 王芳 曹伟 王婷婷 叶晶晶 納丽莎 赵海萍

（1.宁夏医科大学总医院心脏中心功能部，宁夏银川 750004；2.宁夏医科大学公共卫生与管理学院，宁夏银川 750004）

肥胖是心血管疾病的独立危险因素，然而近年来认为肥胖与心血管事件的发生并非总呈一致性关系。研究显示，超重和肥胖的心力衰竭患者与正常体重指数（body mass index，BMI）的患者相比，预后更好［1］。也有研究显示冠状动脉血管重建后病死率与BMI 呈U 型双向分布关系［2］。因此，这一现象被称为“肥胖悖论”。这种“矛盾”现象在肥胖患者的血管研究中也有报道。研究显示肥胖人群比非肥胖人群具有更好的内皮保护功能［3］。这些研究［1-3］往往仅关注心脏或者血管的单一改变，而关于两者的交互作用却较少涉及。心室与动脉间耦联关系是重要机制，但在肥胖儿童中，两者间变化情况尚不清楚。近年来，儿童和青少年肥胖率逐年上升，这种现象已引起社会各界的关注，对于该群体的研究意义重大。肥胖儿童的心肌收缩功能与外周血管功能的改变和关联性尚不明确。三维斑点追踪成像技术（3-dimensional speckle tracking imaging，3D-STI）是 目 前 公认的评估心肌弹性形变能力的最佳工具［4］。踝臂指数（ankle brachial index，ABI）、肱踝脉搏波传导速度（brachial ankle pulse wave velocity，baPWV）能够反映外周动脉的弹性和僵硬度。本研究拟通过3D-STI 技术对单纯性肥胖儿童心肌收缩功能的测量来观测心肌形变能力，并探讨其与外周动脉弹性之间的相关性。

1 资料与方法

1.1 研究对象

根据国际生命科学学会中国肥胖问题工作组颁布的《中国学龄儿童青少年超重、肥胖筛查体重指数值分类标准》［5］，前瞻性将宁夏回族自治区银川市某小学健康体检学生按照BMI 分为肥胖、超重和正常3组。排除继发性肥胖及合并先天性心脏病、高血压、糖尿病、肾病等疾病者。每组用随机数字表法结合自愿的原则（家长签署知情同意书）确定研究对象。样本量估计：检验水准α=0.05，检验功效1-β=0.9，预计肥胖儿童左心室整体长轴应变（global longitudinal strain，GLS） 与baPWV 相关系数为0.6，在PASS 软件中获得样本量双侧检验所需最低样本含量为25 例，单侧检验为21 例。共收集资料完整的研究对象肥胖组23例，超重组21例，正常组24例。该研究通过宁夏医科大学伦理委员会审核（2018-098）。

1.2 体格检查和血液指标测定

检测当日儿童晨起空腹到达检测地点。身高、体重采用电子秤（河南乐佳电子科技有限公司，HW-900Y 型超声波体检机）测量。平静状态下采用电子血压计（深圳瑞光康泰科技有限公司RBP-9001型脉搏波医用血压计）测量肱动脉血压。计算BMI=体重（kg）/身高2（m2）。采集肘前静脉血，酶法测定血清总胆固醇（total cholesterol，TC）和三酰甘油（triglyceride，TG），葡萄糖氧化酶法测定血糖（blood glucose，Glu）。血脂和血糖测定仪器为日本日立公司7170A全自动生化分析仪。

1.3 左心室3D-STI测量

采用Philips IE33 彩色多普勒超声诊断仪，配备X5-1三维探头。所有研究对象均采取左侧卧位，同步连接心电图，常规探查心脏各切面，观察心腔和大血管内血流分布情况。根据二维面积法测量左心室质量。测量室间隔厚度（interventricular septal thickness，IVST）、左心室后壁厚度（left ventricular posterior wall thickness，LVPWT）和舒张末期左心室内径（left ventricular end diastolic diameter，LVEDD），计算相对室壁厚度（relative wall thickness，RWT）=（IVST+LVPWT）/LVEDD。切换X5-1 探头，调节深度、增益、扇角以获得清晰且帧频较高的心尖四腔心切面并将左心调节至扇面中央，启动全容积模式，记录并存储该切面连续3个心动周期的二维动态图像。将存储的动态图像导入软件Tom-Tec工作站中进行脱机的3D-STI分析。软件追踪分析心肌斑点计算得出左心室GLS、整体径向应变（global radial strain，GRS）及整体环向应变（global circumferential strain，GCS）。

1.4 动脉硬化检测

动脉硬化检测采用日本科林公司BP-203RPEⅡ（VP-1000）全自动动脉硬化测试仪。检查时室温保持在22～25℃，检查前嘱受检者休息3～5 min，穿宽松薄衣。检查开始时保持安静，去枕平卧，双手手心向上置于身体两侧，测四肢血压，计算两侧ABI 和baPWV，取ABI 的低值和baPWV 高值作为该研究对象的baPWV进行统计学分析。

1.5 统计学分析

采用SPSS 17.0 统计软件进行数据分析。计数资料以例数和率（%）表示，率的比较采用卡方检验。正态分布计量资料以均数±标准差（±s）表示，多组间比较采用单因素方差分析，组间两两比较采用SNK-q法。相关性分析采用Pearson法。以P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 3组儿童一般临床资料的比较

3 组儿童年龄、性别构成、Glu 水平差异无统计学意义（P＞0.05）。肥胖组BMI 高于超重组和正常组，超重组BMI 高于正常组（P＜0.05）。肥胖组和超重组TG、TC 高于正常组（P＜0.05）。肥胖组收缩压和舒张压高于正常组（P＜0.05）。见表1。

表1 3组儿童一般临床资料的比较

2.2 3组儿童常规超声心动图左心室参数的比较

肥胖组RWT、左心房前后径大于正常组（P＜0.05）。肥胖组、超重组左心室心肌质量大于正常组（P＜0.05）。3 组左心室二尖瓣口E 峰（舒张早期峰值血流）和A 峰（舒张晚期峰值血流）流速、LVEDD、左心室舒张末期容量（left ventricular end diastolic volume，LVEDV）、射血分数（ejection fraction，EF%） 差异无统计学意义（P＞0.05）。见表2。

表2 3组儿童常规超声心动图左心室参数的比较 （±s）

表2 3组儿童常规超声心动图左心室参数的比较 （±s）

注：a示与正常组相比，P＜0.05。［RWT］相对室壁厚度；［LVEDD］左心室舒张末期内径；［LVEDV］左心室舒张末期容量；［EF%］射血分数；［E峰］二尖瓣口舒张早期峰值血流；［A峰］二尖瓣口舒张晚期峰值血流。

组别正常组超重组肥胖组F值P值例数242123 RWT 0.30±0.050.32±0.040.36±0.05a 9.0010.041左心室心肌质量(g)70±3092±20a 100±40a 10.4720.035左心房前后径(mm)29±332±536±4a 9.9150.033 E峰(cm/s)85±1574±1386±153.4100.772 A峰(cm/s)48±1346±1145±115.8710.456 LVEDD(mm)46.3±3.249.6±2.950.7±4.46.2860.510 LVEDV(mL)97±31101±16113±226.6420.475 EF%66±766±863±68.7610.210

2.3 3D-STI测量左心室整体应变参数和动脉硬化参数的比较

与正常组比较，肥胖组、超重组各节段左心室GLS、GRS、GCS曲线一致性减低，达峰时间点较离散（图1）。超重组左心室GLS高于正常组（P＜0.05）。肥胖组和超重组ABI低于正常组，肥胖组baPWV 高于正常组（P＜0.05）。3 组左心室GRS、GCS差异无统计学意义（P＞0.05）。见表3。

表3 3组儿童左心室应变参数和动脉硬化参数的比较 （±s）

表3 3组儿童左心室应变参数和动脉硬化参数的比较 （±s）

注：a示与正常组相比，P＜0.05。［GLS］整体长轴应变；［GCS］整体环向应变；［GRS］整体径向应变；［ABI］踝臂指数；［baPWV］肱踝脉搏波传导速度。

组别正常组超重组肥胖组F值P值例数242123 GLS(%)-19±12-24±7a-18±1210.3130.037 GCS(%)-26±19-31±10-28±66.4400.652 GRS(%)44.2±9.043.7±12.941.3±1.72.4180.671 ABI 2.25±0.131.09±0.13a 1.00±0.09a 12.2590.016 baPWV(cm/s)905±22923±154978±108a 9.5540.045

2.4 肥胖儿童左心室应变参数与动脉硬化参数的相关性

肥胖儿童左心室GLS 与baPWV 呈正相关（r=0.516，P＜0.05），与ABI无相关性（P＞0.05）；左心室GCS、GRS 与ABI、baPWV 均 无 相 关 性（P＞0.05）。见表4。

表4 肥胖儿童左心室应变参数与动脉硬化参数Pearson相关分析表

3 讨论

儿童单纯性肥胖症是以过度营养、体力活动减少、行为偏差等为特征的全身脂肪组织普遍过度增生的慢性病［6］。近年来中国学生超重与肥胖检出率持续增长，提高对儿童期肥胖的认识，对建立完整、准确的肥胖诊疗理念具有重要的意义。

心室动脉耦联是指心脏功能与外周血管功能的相互匹配关系［7］。二者在神经、体液等调节下，匹配达到适度的动态平衡，以确保心脏有效的搏出功能。二者相互协调即匹配适合，心脏搏出功能最佳、效率最高；反之“失匹配”即脱耦联，心血管储备功能受损，心脏做功效率减低。因此，无论在生理还是病理状态下，心脏的弹性变化必然带来血管弹性的相应改变［8］。

超重或肥胖对成年人心血管疾病预后有重要影响。儿童期肥胖预示着成年后更高的心血管疾病发生风险，其相关发生机制尚在探索中。左心室3D-STI 技术能通过追踪心肌回声斑点在三维空间的相位变化准确敏感地评估心肌形变能力，较其他超声技术有显著优势。心肌形变能力越大则弹性越大。本研究应用3D-STI 技术研究发现，单纯性肥胖儿童左心室心肌各个方向的整体应变参数GLS、GCS 和GRS 与正常组无差异，但超重组GLS 与正常组有显著差异。已有的研究［9］表明，肥胖导致心室壁压力增大和心输出量增加，为了适应左心室压力和容量的增加并维持左心室收缩功能，心肌细胞最初的病理特征改变为代偿性肥大，收缩功能增强。当肥胖程度增加和/或时间进一步延长，心肌细胞则表现为过度肥大，肌束排列明显紊乱，脂质在心肌中沉积，心肌细胞间质增生，这种结构改变会进而导致心肌收缩功能受损。肥胖大鼠的动物实验中可以观察到上述病理改变［10］。与成人肥胖相比，儿童期肥胖发生的周期短，机体处于对于肥胖的适应性调节过程中，推测超重儿童尚处于肥胖前期，肥胖程度较轻，心肌细胞可能处于最初的肥大代偿阶段。因此，作为反映心肌收缩力最敏感的指标GLS 呈代偿性增强；而肥胖儿童肥胖持续时间相对较长，更高的BMI 使心肌处于进一步受损阶段，因此代偿能力减低，GLS没有表现出增强。我们推测，虽然肥胖组GLS 与正常组相比无差异，但却是收缩功能代偿能力减低的表现，左心室质量和相对室壁厚度增大带来的左心室构型的改变可能是形态学机制之一，血糖等血清学指标的改变也是重要的影响因素。

baPWV 是指脉搏波由肱动脉沿管壁传至踝动脉的速度，是目前公认的评价大动脉弹性的指标，数值越大，表示动脉弹性越差，硬化程度越重。血管结构和功能变化是心血管事件发生、发展的独立危险因素，是预测心血管危险的指标之一［11］。成人超重和肥胖人群外周动脉僵硬度增大，但有研究［12］发现其中心动脉baPWV 反而较正常人更低。可见在肥胖人群中，中心动脉和外周动脉弹性变化在某种条件下或阶段中可能存在不一致性，这可能是造成“肥胖悖论”的因素之一。一项长期追踪肥胖青少年的研究发现肥胖青少年的动脉血管在十多岁时就开始变得僵硬，且动脉僵硬度与体脂总量呈正相关［13］。本研究显示，单纯性肥胖儿童动脉硬化指标baPWV 和ABI 虽未超过正常参考值（baPWV正常值＜1400且与健康同年龄同性别预测值相比比值＜20%；ABI 正常值：0.9～1.4），但较正常组均有明显变化。表明儿童期肥胖已导致血管僵硬度的改变，且与心肌弹性的改变有一定的相关性。

本研究存在局限性。第一，仅对肥胖儿童左心室整体应变进行研究，未涉及左心室节段应变。第二，未按儿童肥胖程度和时间不同进行分层研究。同时因研究本身所限未能获得心肌活检的进一步证实。

总之，儿童期单纯性肥胖可以导致心肌和血管弹性的减低。本研究中尚未发现单纯性肥胖儿童存在明显肥胖与心肌和血管弹性改变相悖的现象，但可见肥胖程度、心肌弹性及血管改变有一定的关联性，其发生机制尚待进一步研究。

利益冲突声明：所有作者均声明不存在利益冲突。