四维超声心动图评价糖尿病肾脏微血管病变对左心房功能影响的价值

高继康 陈晓冰 黄文凡 张雨濛 马芳花 何海生

有研究显示，微血管性病变主要累及的器官包括心血管、肾、眼底、神经、肌肉、皮肤等，目前临床上主要通过测定肾脏的尿生化指标来反映肾微血管病变[1]，继而定量反映全身微血管病变程度。糖尿病心肌病在病变早期即可表现为心室舒张功能明显异常，导致左心房排血阻力增加，从而可引起心房颤动、心力衰竭、中风及死亡等危险事件发生[2]。四维超声心动图目前被认为是测量左心房功能的最佳工具[3]。本研究利用该技术测定糖尿病患者各期相的左心房容积，计算左心房功能指标，结合尿生化指标判断糖尿病肾脏微血管病变对左心房形态结构及功能的影响，以期对监测糖尿病的治疗效果，预防心血管并发症提供一定的帮助，现将结果报道如下。

1 对象和方法

1.1 对象 选取2021年1至12月杭州市临平区第一人民医院收治的2型糖尿病患者95例，其中男53例，女42例，年龄21～86（59.56±14.51）岁。排除标准：有慢性阻塞性肺疾病、肝硬化、血液系统疾病、心肌梗死及心房颤动等严重心律失常、肾功能不全者（血肌酐＞130 μmol/L）。根据尿微量白蛋白及尿总蛋白/尿肌酐比值进行分组，尿微量白蛋白＞30 mg/L和（或）尿总蛋白/尿肌酐＞150 mg/g者为肾微血管病变组，共42例；尿微量白蛋白＜30 mg/L且尿总蛋白/尿肌酐＜150 mg/g者为非肾微血管病变组，共53例。另择同期健康体检者65名为正常对照组。3组对象性别、年龄等一般资料比较差异均无统计学意义（均P＞0.05），见表1。

表1 3组对象一般资料比较

1.2 方法

1.2.1 超声心动图检查 使用美国GE Vivid E9型彩色多普勒超声诊断仪，采用4V型心脏四维容积探头、EchoPac V203型软件进行脱机分析。所有受检者取左侧卧位，平静呼吸，同步连接心电图，先取胸骨旁左心室长轴切面，利用M型超声测量左心室舒张末期内径（left ventricular end diastolic diameter,LVEDd）、室间隔舒张末期厚度（interventricular septum end diastolic thickness,IVSd）、左心室舒张末期后壁厚度（left ventricular end diastolic posterior wall thickness,LVPWd）、左心室质量（left ventricular mass,LVM）；获取二维心尖四腔切面后，脉冲多普勒超声测量二尖瓣口血流舒张早期、心房收缩期速度之比（E/A）；而后切换进入四维模式，显示左心室四维全容积动态图像，选择6个心动周期，帧频范围大于心率的30%，动态存储左心室四维全容积图像。

1.2.2 脱机分析 将存储资料导入EchoPac工作站。打开左心室四维全容积动态图像，进入测量菜单，先选择四维自动左心室定量（4D Auto LVQ）模式，软件自动同时显示心尖部左心室二腔、三腔、四腔切面的二维动态图像，分别于心电图R波顶点，T波结束点时刻，各自分别在二尖瓣环水平中点及左心室心尖部心内膜面标记两点，软件自动勾画左心室心内膜线，系统自动计算显示左心室舒张末期容积（left ventricular end diastolic volume,LVEDV）、左心室收缩末期容积（left ventricular end systolic volume,LVESV）、左心室射血分数（left ventricular ejection fraction,LVEF）；再次打开左心室四维全容积动态图像，选择四维自动左心房定量（4D Auto LAQ）模式，软件自动同时显示心尖部左心室二腔、三腔、四腔切面的二维动态图像后，锚定二尖瓣环中点，分别于R波顶点，T波结束点和P波起始点处软件自动勾画心室舒张末期、收缩末期和心房收缩前期左心房心内膜线，手动校正心内膜位置后，软件自动显示左心房舒张末期容积（left atrial end diastolic volume,LAVd）、左心房收缩末期容积（left atrial end systolic volume,LAVs）、左心房射血前期容积（left atrial pre ejection volume,LAVp）、左心房排血分数（left atrial ejection fraction,LAEF）、左心房每搏排血容积（left atrial ejection volume,LAEV）、左心房储备期纵向应变（left atrial longitudinal strain during reservoir phase,LALSr）、左心房储备期圆周应变（left atrial circumferential strain during reservoir phase,LACSr）、左心房管道期纵向应变（left atrial longitudinal strain during conduit phase,LALScd），左心房管道期圆周应变（left atrial circumferential strain during conduit phase,LACScd）；左心房收缩期纵向应变（left atrial longitudinal strain during contraction phase,LALSct）、左心房收缩期圆周应变（left atrial circumferential strain during contraction phase,LACSct）。计算左心房收缩末期容积指数（left atrial end systolic volume index,LAVsI）、左心房舒张末期容积指数（left atrial end diastolic volume index,LAVdI）、左心房射血前容积指数（left atrial pre ejection volume index,LAVpI）、左心房每分排血量（left atrial output per minute,LAOM）、左心房被动排血容积（left atrial passive ejection volume,LAPV）、左心房主动排血容积（left atrial active ejection volume,LAAV）、左心房被动排血分数（left atrial passive ejection fraction,LAPEF）、左心房主动排血分数（left atrial active ejection fraction,LAAEF）、左心房被动排空率（left atrial passive emptying rate,LAPER）及左心房主动排空率（left atrial active emptying rate,LAAER）。

1.3 统计学处理 采用SPSS 24.0统计软件。符合正态分布的计量资料以表示，多组比较采用方差分析，组间两两比较采用LSD-t检验；不符合正态分布的计量资料以M（P25，P75）表示，组间比较采用两独立样本秩和检验。计数资料以百分比表示，组间比较采用χ2检验。相关性分析采用直线相关法。P＜0.05为差异有统计学意义。

1.4 重复性研究 采用随机数字表法选取2021年1至12月30例糖尿病患者的左心室四维全容积动态图像，先进行定量分析，间隔1个月后再次定量分析该批动态图像，用于观察者内的一致性分析；随后，由另一位具有相同定量分析经验的医师，在不知结果的情况下，分析该批患者的左心室四维全容积动态图像，用于观察者间的一致性分析。应用Bland-Altman图进行一致性分析，若一致性＞90%表明重复性较好。

2 结果

2.1 3组对象左心室结构、功能指标比较 除LVEDd、LVEDV外，肾微血管病变组和非肾微血管病变组其余指标与正常对照组比较差异均有统计学意义（均P＜0.05）。肾微血管病变组LVM、LVESV、LVEF、E/A与非微血管病组比较，差异均有统计学意义（均P＜0.05）。见表2。

表2 3组对象左心室结构、功能指标比较

2.2 3组对象左心房结构、功能指标比较 除LAEV、LAEF、LAAEF外，肾微血管病变组其余指标与正常对照组比较差异均有统计学意义（均P＜0.05）；除LAEV、LAPV、LAEF、LAPEF、LAAEF、LAPER、LAAER外，糖尿病肾微血管病变组其余指标与非肾微血管病变组比较差异均有统计学意义（均P＜0.05）。见表3。

表3 3组对象左心房结构、功能指标比较

2.3 3组对象左心房心肌应变指标比较 肾微血管病变组和非肾微血管病变组 LALSr、LACSr、LALScd、LACScd与正常对照组比较差异均有统计学意义（均P＜0.01），肾微血管病变组LALSr、LACSr与非肾微血管病变组比较差异均有统计学意义（均P＜0.05）。见表4。

表4 3组对象左心房心肌应变指标比较（%）

2.4 糖尿病患者尿生化指标与左心房结构、功能指标的相关性分析 糖尿病患者尿微量白蛋白与LAVd、LAVdI、LAVs、LAVp、LAVpI、LAVsI、LAEV、LAEF、LAAV、LAAEF均存在直线相关（均P＜0.01），其中与LAVdI相关性较强（r=0.67，P＜0.01），直线回归方程为：Y=0.007X+8.710，见图 1。尿总蛋白/尿肌酐与LAVd、LAVdI、LAVs、LAVp、LAVpI、LAVsI、LAEV、LAOM、LAAV均存在直线相关（均P＜0.01），其中与LAVd相关性较强（r=0.49，P＜0.01），直线回归方程为：Y=0.005X+14.629，见图2。

图1 LAVdI与尿微量白蛋白的相关性分析散点图

图2 LAVd与尿总蛋白/尿肌酐的相关性分析散点图

2.5 一致性分析 分析患者左心房功能参数LAVd、LAVs、LAVp、LAEV、LAEF，观察者内分别有 3、2（图3）、1、3、1个点在一致性范围之外，一致性分别为90.00%、93.33%、96.67%、90.00%、96.67%；观察者间分别有2、1（图4）、3、2、1个点在一致性范围之外，一致性分别为93.33%、96.67%、90.00%、93.33%、96.67%。

图3 LAVs观察者内Bland-Altman图分析

图4 LAVs观察者间Bland-Altman图分析

3 讨论

糖尿病患者发生肾微血管病变的机制为：随着高血糖的长期刺激，大量羟赖氨酸与葡萄糖基半乳糖结合物沉积于肾小球的基膜，使其通透性降低，小分子蛋白漏出形成微量白蛋白尿，甚至引起蛋白尿以及晚期肾脏病变[1]；使其肾小球滤过率降低，肾小管近曲小管对糖、水、钠等重吸收增加[1]，血液循环血容量增多，从而导致心室收缩期（即贮备期）左心房贮备功能增强[4]。本研究显示，糖尿病肾微血管病变组患者的LAOM与LAEV较非肾微血管病变组、正常对照组增加，说明该组患者进出左心房的血容量较非微血管病期甚至正常对照组要多，故其LAVs和LAVsI较非肾微血管病变组和正常对照组增加。Gan等[5]也认为随着肾微血管病变加重，LAVs更高，但其心肌舒张功能下降。本文也证实肾微血管病变组患者左心房心肌舒张功能指标LALSr和LACSr均小于非肾微血管病变组和正常对照组，主要是由于该组患者在肾脏发生微血管病变的同时，其心脏冠状动脉微小分支同时也发生了微血管病变，使左心房心肌纤维缺血、坏死，僵硬度进一步增加[6]，导致其储备期心肌舒张功能减低，应变指标值降低。

糖尿病的心脏病理变化主要为心肌间质中有大量糖蛋白沉积浸润，造成左心室心肌纤维肥大，导致心室壁增厚，心肌质量增加，心肌间质存在纤维化[6]。本研究也证实糖尿病患者的室间隔与左心室后壁厚度、左心室质量均大于正常对照组；而室壁增厚、心肌纤维化，一方面引起左心室心肌扩张性和延伸性下降，舒张功能障碍，另一方面可引起左心室心肌收缩力降低。而肾微血管病变组患者的左心室壁较非肾微血管病变组甚至正常对照组更厚，则其左心室舒张功能与收缩功能更弱，其评价指标E/A和LVEF值更低。而LVEF越低，则使左心室收缩末期残存血量增多，LVESV越大，左心室收缩末期压力以及舒张早期压力会更高。

心室舒张早期即管道期，左心房主要起到管道功能[4]，左心房内血液在房室压力梯度差的驱动下，将血液排入左心室，直至压力差消失。至肾微血管病变阶段，该组LVESV较非肾微血管病变组和正常对照组更大，则说明其舒张早期左心室内压较高；另一方面，其E/A值较另两组更低，说明该阶段左心室舒张功能更差，心肌弹性回缩抽吸左心房血液的能力更弱，左心室内压力上升幅度更小；而该组LAVs和LAVsI较非肾微血管病变组和正常对照组增大，说明其左心房充盈压更高，故正性因素（左心房充盈压）和负性因素（左心室内压）相互中和，所产生的排血效果，相对于正常对照组，可能负性因素略占优势，使肾微血管病变组LALScd、LACScd、LAPV、LAPEF、LAPER测值虽较非肾微血管病变组差异不明显，但均小于正常对照组。

心房收缩期即泵血期，左心房主要发挥泵血功能[4]，主动收缩将血液进一步泵入左心室。心脏的泵血功能取决于前负荷、后负荷和心肌本身的收缩性能[5]。前负荷主要为左心房收缩前容量，本文中以LAVp值来反映。根据公式LAVs-LAPV=LAVp，由于LAVs值在肾微血管病变组大于非肾微血管病变组和正常对照组，肾微血管病变组与非肾微血管病变组的LAPV值均小于正常对照组，故肾微血管病变组LAVp值大于非肾微血管病变组及正常对照组。左心房容积越大，说明心肌主动收缩前的初长度越长，根据Frank-Starling机制[4]，心肌主动收缩的动力将越强。至于后负荷，虽然初始房室压力平衡，但随着心肌主动射血的进行，由于肾微血管病变组的LVM较非肾微血管病变组和正常对照组大，E/A值更低，左心室壁更加僵硬，左心房排血需克服心室舒张的阻力也越大。另外，微血管病变可导致左心房心肌纤维化更重，有效肌丝更少，使其收缩性能减弱。综合以上因素，正负作用可能相互抵消，使得LALSct、LACSct、LAAEF在肾微血管病变组、非肾微血管病变组和正常对照组之间差异并不显著。但是由于管道期LAPV减少，LAPER减低，则剩余更多的血液需要靠心房收缩期来代偿排血，根据公式LAAV=LAEV-LAPV，由于肾微血管病组LAEV和LAOM均大于非肾微血管病变组，所以肾微血管病变组的LAAV值也大于非肾微血管病变组及正常对照组。因此，对于总的左心房泵血效果来说，糖尿病肾微血管病变者相较于非肾微血管病变者，左心房泵血功能代偿更强。

另外，根据公式LAVd=LAVp×（1-LAAEF），肾微血管病变组的LAVp值大于非肾微血管病变组和正常对照组，LAAEF与非肾微血管病变组和正常对照组差异不显著，故肾微血管病变组的LAVd值可表现为大于非肾微血管病变组和正常对照组。

因此，糖尿病肾微血管病变可使左心房容积参数（LAVs、LAVsI、LAVp、LAVpI、LAVd、LAVdI）和功能参数（LAEV、LAOM、LAAV）值增加。直线相关性分析发现肾脏微血管病变越重，这些参数值就越大。本文糖尿病肾脏微血管病变的评价指标是尿微量白蛋白和尿总蛋白/尿肌酐，这两个指标是筛选糖尿病肾脏微血管病变的最早期临床证据[1]，研究发现其与上述左心房容积和功能参数均呈正相关，其中LAVdI、LAVd分别与尿微量白蛋白和尿总蛋白/尿肌酐相关性最高，说明这两个指标反映糖尿病患者肾微血管病变程度的价值也较高。

综上所述，糖尿病肾脏微血管病变使左心房各期相容积负荷增大，使左心房贮备功能和泵血功能较非微血管病变患者更进一步代偿，尿微量白蛋白和尿总蛋白/尿肌酐这两个指标可反映其功能，同时LAVd及其LAVdI也能较好反映糖尿病患者肾脏微血管病变程度。