超声新技术评估甲状腺功能亢进患者左心室心肌功能研究进展

张 莉，尹立雪,2Δ，王 锐

(1.西南医科大学，四川 泸州 646000；2.四川省医学科学院·四川省人民医院超声医学研究所,超声心脏电生理学与生物力学四川省重点实验室，四川 成都 610072；3.遵义医科大学，贵州 遵义 563006)

甲状腺功能亢进(甲亢)是甲状腺激素分泌增加并导致高血流动力学状态为主要病理特征的内分泌疾病。甲状腺激素可以通过基因组和非基因组途径影响心脏结构和功能，可导致心动过速、心肌收缩增强、代偿性心肌肥厚、房颤、充血性心力衰竭、收缩期高血压和动脉血管硬化等心血管系统损伤[1，2]。已有研究揭示甲亢会增加缺血性心脏病、中风和心血管疾病死亡率[3]。早期准确评估甲亢患者心脏功能并实施干预可降低甲亢患者心血管事件的发生风险。

近年来超声医学不断发展，采用超声速度向量成像(velocity vector imaging，VVI)、二维斑点追踪成像技术(two-dimensional speckle tracking imaging,2D-STI)、三维斑点追踪成像技术(Three-dimensional speckle tracking imaging,3D-STI)、超声向量血流标测技术(vector flow mapping,VFM)和无创左室压力-应力环技术(left ventricular pressure-strain loops，LVPSL)等创新性超声成像技术有可能对心肌的形变、心腔内血流动力学和心肌做功量进行评估。本文综述超声新技术评估甲亢患者左心室心肌功能进展，旨在比较各种技术的优势和不足，为临床早期评估甲亢患者心肌功能改变提供新的思路。

1 甲亢心脏结构和功能损伤的病理机制

过量甲状腺激素对心脏有正性变时、变肌力性和促进左心室舒张充盈等作用。短期主要表现为心率、心肌收缩力、心排除量增加和外周血管阻力降低等高动力循环状态，长期可导致心律失常、心脏结构改变、舒张功能障碍甚至引发心力衰竭，此外甲状腺激素损伤血管内皮细胞，加速动脉血管硬化[2]，可间接影响心脏功能。这些表现主要通过基因组和非基因组效应的结合作用于心脏，影响心脏的结构和功能。

1.1 基因组效应甲状腺激素为脂溶性激素，可在心肌细胞中通过与核受体结合的基因组途径影响心脏功能。正性肌力作用是由核受体参与调控靶基因表达从而调节细胞内钙离子浓度和肌丝收缩功能来实现，例：甲状腺激素可上调α肌球蛋白重链基因表达，下调β肌凝蛋白重链表达显著增强心肌乳头肌的收缩功能[4]。而心肌正性变时效应主要源于三碘甲状腺氨酸(T3)在基因转录上调控膜离子转运体和电压门控钾通道的直接作用[5]。

1.2 非基因组效应甲状腺激素对心肌细胞的非基因组效应由甲状腺激素与核外受体或整合素结合后激活体内信号通路介导，如：甲状腺激素与位于线粒体或细胞膜上的整合素αVβ3结合可触发激活细胞内信号级联反应，并迅速调节离子通道的活性，然后导致心动过速[4，6]。另一方面，T3可直接作用于血管平滑肌细胞促进一氧化氮产生，从而降低外周血管阻力，同时此改变能激活肾素-血管紧张素-醛固酮系统，增加心脏前负荷[7,8]。

2 超声新技术评估甲亢心脏结构和功能损伤

常规超声心动图可以对左心室结构以及基本功能进行评估，可视化观察心腔大小、室壁厚度、有无瓣膜反流等。应用组织多普勒技术可以直接测量心肌和瓣环的速度，并以不同的彩色可视化反应心肌运动的速度和方向。通常应用左室射血分数、Tei指数等参数能够评估心室收缩功能，利用舒张早期血流峰值(E峰)、舒张晚期血流峰值(A峰)及其比值(E/A)、舒张早期速度(e)及晚期速度(a)等参数反映心脏舒张功能病理改变。但常规超声心动图发现细微心脏受损的敏感性较低 ，且参数指标易受心脏几何形状、心率和负荷的影响。

随着超声医学的不断发展，超声成像新技术有可能更敏感地发现甲亢患者心肌功能障碍，为临床提供更多心脏结构和功能的信息，便于临床早期了解心脏功能受损情况并及时给予干预治疗，以减少甲亢患者心血管不良事件的发生[9]。

2.1 VVI技术VVI技术是在二维图像基础上，对每帧图像上的像素点进行定位跟踪，通过计算局部心肌速度、应变率等定量反映心肌局部运动情况，且不受心脏整体运动和超声声束角度影响[10]。Hou等[11]一项动物实验显示甲状腺亢进性心脏病组大鼠左心室收缩期峰值应变、收缩期峰值应变率、舒张期峰值应变率和运动速度均降低(P<0.05)，反映该组大鼠局部心肌收缩运动不协调，心脏功能持续受损，最后病理证实该组大鼠心肌细胞肥大，血管壁周围正常肌纤维消失，部分心肌呈局灶性坏死和纤维化。以上研究说明心肌成分和几何结构的变化可能导致心室形变的变化，并能通过应变、应变率表现出来。长期高水平甲状腺激素会导致心脏收缩功能障碍，心脏运动同步性降低，持续功能受损会导致心室重构，心腔扩大等，最终发展成甲亢性心脏病。

VVI技术较常规超声心动图能更敏感观察和量化心肌的运动，对心脏同步性进行准确评估。但局限性在于图像质量要求高，难以对心内膜追踪进行准确追踪，且数据处理需要后期进行脱机处理。

2.2 斑点追踪成像技术斑点追踪成像技术的出现为心肌形变提供了新的量化参数，通过对心肌运动轨迹的追踪，从多个方向对心肌节段应变进行评价。而3D-STI是在2D-STI基础上结合三维超声技术，可以同时获取同一心动周期的心脏多切面图像的信息，实现三维空间立体定位，更易反映心室的容积、整体运动、扭转运动等。

Zhou等[12]研究发现初诊甲亢患者的前室间隔、中室间隔、左室后壁和左室下壁的局部径向应变低于对照组，二尖瓣和乳头肌水平的整体环向应变值(global circumferential strain，GCS)较低。有研究发现亚临床甲亢患者心尖各节段与前、中室间隔的收缩期峰值应变低于对照组[13]。这可能是由于室间隔和心尖节段对甲状腺激素作用更敏感所致。以上研究说明发生在室壁不同节段的局部功能障碍可被视为甲亢患者的早期症状。

据报道，在运动负荷条件下评价心肌变形能力可进一步识别轻微心肌功能障碍或早期损伤[14]，Shojaeifard等[15]发现甲亢组静息状态和最大运动状态左室整体纵向应变(global longitudinal strain，GLS)均显著降低(P<0.001)，在最大运动状态下，甲亢患者的左室收缩和舒张应变率显著降低。甲亢组左室GLS降低这可能与心内膜下纵向心肌纤维更易受到缺血性损伤、水肿和纤维化的影响有关，而负荷状态可见甲亢患者收缩期储备功能降低。以上均能证实甲亢患者在早期就已经出现心脏功能损害，2D-STI可成为检测亚临床心肌功能障碍的敏感工具。

另外，王英等[16]使用3D-STI对病程长短不同的甲亢患者进行心肌功能评估，与对照组比较，病程较短组的患者左室整体扭转角度峰值、左室整体扭力值、GLS和GCS 增高(P<0.01)，而病程较长组的患者的相应参数值降低(P<0.01)。短期甲亢患者3D-STI参数值增加可能与甲状腺激素的正性肌力作用有关，当长期高动力状态致心内膜与心外膜下心肌纤维损害时，心肌纤维旋转的能力下降，最终引起心肌旋转及扭转运动能力的降低。

STI技术比常规超声能更客观地量化左心室收缩功能和更灵敏地检测左心室收缩异常。STI技术局限性在于有研究显示GLS与左室射血分数类似，具有负荷依赖性，因此在前负荷或后负荷升高的情况下会受到影响[17]。此外，对于图像质量差的患者，无法准确描绘心内膜边界导致心室缩短，从而影响GLS的准确性。

2.3 VFM技术VFM技术为可视化心腔内血流动力学提供了新方法，运用数学公式计算心腔内血流参数等对心腔内流体动力学进行定量分析，评价左心室的能量损耗。谢苓等[18]研究发现甲亢组心尖段峰值流量、负向总流量、峰值流速均高于对照组。这与甲状腺激素对心脏的正性变时性、肌力性和扩张外周血管，增加循环血容量有关。Zhou等[19]研究发现单纯甲亢患者在舒张早期和中期心腔内的旋涡大小、强度、室压梯度较高，而甲亢心脏病患者这些指标低于正常组，其舒张后期心腔内的旋涡大小、旋涡强度、室压梯度均高于对照组。推测此流体力学的变化可能与舒张功能障碍有关。甲亢心脏病患者舒张早期产生的涡流太弱，不能保证完全的心室充盈，故旋涡在舒张末期表现为代偿性增加，从涡流的位置和形态可以反映心脏异常结构和功能障碍。

VFM为心腔内血流动力学的能量评估提供新的技术途径，但局限性在于其数据误差受易时间和空间分辨率影响，这是VFM最重要的限制[20]。当左室壁运动出现异常时，通过平面流量可能会增加，由此引起的误差也可能增加。且VFM对低速血流信号和高速分流和反流测量准确性较低。

2.4 LVPSL技术LVPSL是结合斑点追踪技术与左心室压力，通过压力-应力环计算无创心肌做功的方法，最早由Russel等[21]提出。当左心室运动不同步或存在节段功能减低时，通过心肌做功可以量化左心室节段之间做功不平衡和能量损失的情况[22]。比起斑点追踪技术，心肌做功能反映心肌做功量和耗氧量，并且克服了负荷对于参数测量的影响。目前虽然暂无LVPSL技术应用于甲亢患者心肌功能评估的文献报道，但该技术已经用于心力衰竭、急性心肌梗死、冠心病、心肌病、高血压等心肌功能的评估，LVPSL技术对甲亢患者的心肌功能评估具有以下潜在临床应用价值：

2.4.1甲亢患者左室收缩功能的早期评估 早期高甲状腺激素可通过心肌细胞的直接作用和通过与其他内分泌系统(如交感神经系统和肾素-血管紧张素系统)相互作用，引起心腔内血流高动力状态，可引起心肌收缩力增加、收缩期高血压、代偿性心肌肥厚等。有研究支持心肌做功作为一个心肌收缩性能参数的可靠作用，整体做功指数(global work index，GWI)、整体有用功(global constructive work，GCW)、与动脉收缩压、GLS、左室射血分数有良好的相关性；整体无用功(global wasted work，GWW)与左室射血分数值成负相关[23]。Jaglan等[24]研究发现高血压组与对照组相比GWI、GCW和GWW增加。这是因为随着左室收缩压的增加，后负荷增加，因此左心室需要更多的做功来进行机械收缩。李鹏歌等[25]使用LVPSL对不同心率青年力量型运动员左室收缩功能评估发现与对照组相比，运动员组GWW增加,整体做功效率(global work efficiency，GWE)降低，且心率较低组运动员GWI、GCW减低，而心率较高组运动员则相反。说明运动时高心率状态与甲亢患者类似，心肌收缩力增高，从而使心室做功增加。

2.4.2甲亢患者左室舒张功能的早期评估 病理证实甲状腺激素可以增加舒张期肌浆网对钙的摄取，从而使舒张速度加快[4]。有研究发现在初诊甲亢患者中左室舒张功能增强，认为可能与甲状腺激素作用于心脏的早期状态有关[26]。但目前对于甲亢患者舒张功能的研究存在争议，还需要大量研究去观察甲亢患者的舒张功能变化。心肌做功技术在舒张功能评估上也能提供一定的参考价值。Manganaro等[23]发现与常规舒张功能评估参数相比较,GWI和GCW与左房内径和E/e′比值相关，GWW和GWE均与Tei指数明显相关。

LVPSL的局限性是采用估测的左心室压。使用袖带测量的动脉收缩压会出现误差，特别是在存在主动脉瓣狭窄、肱动脉血管病变等[27]。另外，对于心律失常特别是心房颤动的患者，在显著变异的情况下难以获得准确的应变轨迹和心肌做功参数[28]，故LVPSL对于心律失常患者心肌评估的可靠性有待更多研究来证实。

3 总结

超声新技术可以从多方面弥补二维常规超声的不足，提高对心肌受损诊断的敏感性，结合患者实际情况，选择适合的技术对能提高对心肌功能评估的准确性，展望心肌做功新技术用于甲亢患者心肌功能评估，心肌做功技术能更深入了解节段性和整体性心肌能量学的能力，从而早期发现甲亢患者心肌受损并给予药物干预，可以减少甲亢患者心血管不良事件的发生。