压力-应变环技术对心力衰竭的早期发现及预后评估的研究进展

李情 唐晓敏 刘畅 曹君娴

(哈尔滨医科大学附属第一医院，黑龙江 哈尔滨 150000)

心力衰竭(心衰)并非独立的疾病，而是各种心脏疾病控制欠佳的严重临床症状或疾病的晚期阶段。2003年中国流行病学调查结果[1]显示，35～74岁成人心衰患病率为0.9%。近年来心血管疾病死亡率和再住院率居高不下，死亡率甚至超过肿瘤等疾病位居首位。心血管疾病占农村居民总死亡原因的46.66%，占城镇居民的43.81%[2]。慢性心衰死亡率高的部分原因是检出率低，罹患心衰的患者经济负担重，预后差，严重影响患者的精神状况和生存质量。因此，关于如何早期发现心功能不全和改善心衰预后一直是心血管内科亟需解决的问题。

超声是简便易行的心衰筛查手段，也是评价左心室收缩功能的重要手段。2012年Russell等[3]提出的无创性左心室压力-应变环(pressure-strain loop，PSL)是一项在超声的基础上更加客观地评估心肌做功(myocardial work，MW)的新技术。已被证实是心肌能量学的一种测量方法[4]。Russell等[3]也证明了无创PSL与有创PSL的环区之间的良好一致性。有研究者[5-6]对PSL技术在冠心病、心肌病、高血压心脏病和心脏再同步化治疗(cardiac resynchronization therapy，CRT)及心衰等领域进行了相应的探索性研究，并证实该技术定量评估心功能在心衰的早期发现和预后评估的应用价值。现对相关研究进展进行综述。

1 PSL技术定量评估MW的参数及在正常个体左心功能的研究

PSL技术把二维斑点追踪超声心动图测得的左心室整体纵向应变(global longitudinal strain，GLS)与左心室峰值压力结合起来：以GLS作为横坐标，通过袖带测得肱动脉收缩压估测左心室峰值压力，以此为纵坐标，二者得到的曲线面积代表MW，相当于节段心肌应变率和左心室收缩压的积分获得瞬时做功值[3]。

PSL技术定量评估MW的参数有：(1)整体心肌做功指数(global myocardial work index，GWI)，指从二尖瓣关闭到开放的PSL曲线内的总做功，相当于17节段心肌做功指数的加权平均数。(2)整体心肌有效做功(global myocardial constructive work，GCW)，指收缩期心肌缩短和等容舒张期心肌延长所做的功，即有助于左心室射血所做的功。(3)整体心肌无效做功(global myocardial wasted work，GWW)，指收缩期心肌延长和等容舒张期心肌缩短所做的功，可表示由于左心室不同步和重塑造成的能量损失的指标。(4)整体心肌做功效率(global myocardial work efficiency，GWE)，计算公式为：GWE=GCW/(GCW+GWW)×100%，GWE反映机械能在整个心动周期中做功的效率[7]。

MW显示出巨大的临床应用潜能，但目前关于MW正常范围的研究仍较少。超声心动图的正常参考范围研究[8]是在欧洲心血管成像协会认证的第一项欧洲的大型、前瞻性、多中心研究，从226例健康志愿者(男性85例，女性141例)中获得无创MW的正常参考值范围：男性和女性健康成年人GCW的最低期望值分别为1 650 mm Hg%(1 mm Hg=0.133 3 kPa)和1 544 mm Hg%，MW指数的最低期望值分别为1 270 mm Hg%和1 310 mm Hg%，GWE的最低期望值分别为90%和91%，GWW的最大值分别为238 mm Hg%和239 mm Hg%。在此研究中发现MW对于性别和年龄的依赖性并不大，但在女性人群中观察到随着年龄增加的GWI和GCW的增加，这似乎主要与血压升高有关。在不同的血流动力学条件下，压力曲线估计的精度随心脏周期的不同而变化[9]。在血压升高的早期，部分患者表现为代偿性的室间隔基底段增厚，对于那些早期增厚的心肌节段，MW已受损，但与健康者相比，二者的左室射血分数(left ventricular ejection fraction，LVEF)与GLS差异并不明显[10]。Chan等[11]研究显示收缩压≥160 mm Hg的患者MW指数明显高于健康成年人。在一定压力范围内，心肌随后负荷的增加，GWI相应增加[12]。无结构性心脏病和心血管危险因素的正常人与有心血管危险因素的正常人相比，二者GWE相似；而无结构性心脏病和心血管危险因素的正常人与发生ST段抬高心肌梗死和射血分数降低性心力衰竭(heart failure with reduced ejection fraction HFrEF)的患者相比，后者GWE降低[13]。有研究[14]表明，GWI值为1 810 mm Hg%时能预测冠心病，阳性预测值为95%。更值得一提的是，在预测重大冠心病方面，GWI优于GLS。在心肌纤维的复杂结构层面，左心室收缩运动过程中心肌变形的所有成分可能都有助于产生MW，特别是GCW，被认为是整体反映左心室力学和性能的指标[8]。

2 PSL技术在心肌纤维化中的研究现况

在心衰时，由于机械应激和神经激素的激活，引起心肌细胞基质和成纤维细胞特性的改变，这些间质细胞在动态平衡和损伤诱导的心肌纤维化过程中起关键作用，进而出现心室偏心扩张、收缩功能降低、心脏充盈压力和壁应力增加等心室重塑的改变[15-16]。

心肌纤维化和心室重塑导致心肌运动和变形能力下降，表现为心肌整体收缩功能受损，在左心室射血期间运动减弱或消失，甚至出现反向运动。有研究已证实心肌纤维化与死亡率、再住院率和猝死的风险增加相关[17]，进行性心肌纤维化甚至使死亡率和心衰结局的风险增加3倍以上[18]。

目前评估心肌纤维化和心室重塑的方法有超声心动图、心脏磁共振成像(cardiovascular magnetic resonance imaging，CMRI)，此外，利尿钠肽、高敏心肌肌钙蛋白等生物标志物也有可能反映疾病早期心肌纤维化和心室重塑[19-20]。CMRI以心肌延迟强化的形式判断是否发生心肌纤维化及其程度，被认为是非侵入性测量心室功能和容积参数的金标准[21]。但由于CMRI受运行成本和专业技术能力的限制，其在临床中的实践和研究中的推广受到很大限制，促使研究者寻找更新的评估心功能的手段。

通过PSL计算MW而评估左心室纤维化是一种全新的无创评估心肌功能的方法。心肌纤维化后心肌收缩不同步，患者的MW比健康人的GWW增加以及GCW 减少，是慢性心衰发生心室重塑的原因之一[22]，而心衰早期阶段的心功能尚处于代偿阶段，心室重塑对心室肌收缩同步性的影响并不显著[23]，这再次说明早发现、早治疗并及时阻止心肌重构的重要性。现已证实PSL可反映心肌病患者的心肌纤维化程度，特别是其所测得的GCW和GWI，在患者的预后评估中具有重要价值。Galli等[24]通过回顾性研究发现肥厚型心肌病患者的GCW与心肌纤维化显著相关，由于LVEF对心肌细微变化并不敏感，LVEF正常的肥厚型心肌病患者，其整体MW情况也可明显下降，且多因素分析显示GCW是左心室纤维化的唯一预测因子，以1 623 mm Hg%为临界值诊断心肌纤维化的敏感度和特异度分别为82%和67%，与CMRI评价心肌纤维化的结果一致。现已证明，LVEF、CMRI、GLS、GWI、GCW和GWE都与左心室心肌纤维化独立相关，但与GLS相比，GCW预测扩张型心肌病患者的左心室心肌纤维化的准确性更胜一筹[25]。目前认为，MW不仅是对心肌变形的测量，还有对区域和整体心肌耗氧量和代谢指数的估计。因此，在患者中观察到的GCW变化可能反映了心肌的纤维紊乱和代谢损伤，成为左心室纤维化的敏感标志物。但MW参数研究仍相对局限在心肌病导致的心肌纤维化的疾病类型，缺乏大规模、更广泛的心血管疾病类型发生心肌纤维化的研究。

3 PSL技术在心衰患者预后中的研究现况

在有症状的射血分数保留性心力衰竭(heart failure with preserved ejection fraction，HFpEF)和 HFrEF患者中，LVEF和GLS都与预后相关，但LVEF预测的准确性在HFpEF患者中似乎很低[26]，GLS比LVEF更能预测心衰的预后，但仍避免不了负荷的依赖性[27]。有研究[28]发现在HFrEF患者中，GMW与GLS和LVEF相比是更好的预测指标，GMW值降低与死亡或不良预后显著相关。

节段性MW的第一个且拥有广范前景的应用是预测接受CRT的心衰患者的疗效和预后。随着PSL技术评估MW观点的提出和不断研究，MW指数被证实是CRT应答性的预测因子，也是预测接受CRT治疗患者长期预后的指标[29]。有研究[30-31]发现，通过评估患者不同步的残余心肌收缩能力可预测CRT治疗后左心室功能的恢复。一项招募了200例CRT治疗后患者的大规模、前瞻性、多中心的研究也证实，不同节段的MW差异已被证明是CRT治疗反应的良好预测因子[28]，提示MW在预测CRT治疗反应及心衰预后方面的作用。

MW在缺血性心脏病导致心衰中的潜在应用价值也不容小觑。在93例前壁ST段抬高心肌梗死患者中，支配左前降支区域的GCW明显下降，但对LVEF恢复的患者进行3个月随访时发现GCW显著改善。其中，GCW在预测节段性和全局性左心室功能恢复以及并发症(如左心室心尖血栓)方面显示出独立的预测价值[32]。也有研究[13]发现，与健康者和有心血管危险因素的患者相比，接受过经皮冠状动脉介入治疗的ST段抬高心肌梗死患者的GWE更低，在HFrEF存在的情况下甚至会更低。

在使用沙库巴曲缬沙坦规范治疗的心衰患者中，相对于基线水平，在第6个月时患者的GCW有显著增加，第12个月时GWE改善明显[33]。部分HFpEF患者表现为运动耐力差和氧饱和度低，GCW用于评估此类患者的左心室收缩储备能力的潜在作用已被重视[34]。最新研究[35]结果显示，在92例慢性心衰患者中，HFpEF患者的GWI和GCW 较健康者有所降低，这提示罹患HFpEF的患者心室收缩功能已受损。近期研究[36]还证实了GWW以170 mm Hg%为界值，对于预测HFpEF患者的首次住院具有较高的准确性。

PSL技术对早期左心室收缩功能的细微变化比LVEF更敏感。最近，D’Andrea等[37]提出了更进一步的想法，认为HFpEF患者与对照组相比，当LVEF和GLS正常时，静息和活动时GWW增加是典型的收缩期和舒张期心肌功能亚临床损害的标志。值得一提的是，基线值GCW<910 mm Hg%的心衰患者不仅与严重的疾病状态和更低的LVEF有关，还与发生重大心血管事件有更大风险密切相关[33]。Hedwig等[38]描述了心衰患者的GWI、GLS、LVEF和N末端脑钠肽前体等已知预后参数的关系，结果显示，GWI<500 mm Hg%可预测显著的左心室重塑、下降的LVEF、低运动能力和高N末端脑钠肽前体水平。对于接受CRT治疗且GCW≤888 mm Hg%的患者心源性猝死风险增加了5倍[29]。也有研究[39]显示，CWI是接受规律血液透析患者全因死亡率的独立预测因子，优于LVEF和GLS。根据目前研究证据，MW与各种病理类型疾病导致的心衰的预后存在密切关系，但现有关于这些超声心动图参数的证据还不足以单独指导治疗，需更大规模的研究来建立MW参数参考值、临床实用性以及对心血管结局的预后影响。

作为评估心肌功能的新工具，PSL虽然避免了负荷依赖且操作性强，但也存在很多局限性，如：MW通过无创收缩压获得，准确性低于左心室侵入性血压测量；很多心血管疾病也会影响左心室MW的准确性，如心脏瓣膜病(二尖瓣关闭不全和中重度反流、主动脉瓣狭窄和中重度反流)，心律失常(永久性心房颤动或心房扑动、左束支传导阻滞、检查期间频繁室性期前收缩或R-R间期不规则)，梗阻性外周血管病变(上肢血管闭塞或钙化严重)，左心室流出道梗阻(梗阻性肥厚型心肌病)等；图像质量不佳的患者也会影响二维斑点追踪超声心动图对左心室收缩功能的评估[12]。遗憾的是，目前只有一个系统提供了计算MW的软件，导致很多显著的变异难以估计应变轨迹，从而限制了该方法的适用性[27，40]。

综上所述，PSL技术的出现扩展了目前可用于评估心功能的手段，该技术可非侵入性地评估MW，具有良好的可行性和可重复性，在量化评估心衰病情的严重程度、早期诊断和预后方面都具有巨大的潜在价值。