多参数心脏磁共振评价糖尿病心肌病的研究进展

文苗，杨智，蒋小凤，付兵*

1.川北医学院附属医院放射科，四川 南充 637002；2.成都市第五人民医院放射科，四川 成都 611130； *通信作者 付兵 1125173278@qq.com

糖尿病（diabetes mellitus，DM）是一种以高血糖、高胰岛素血症和胰岛素抵抗为主要病理表现的慢性代谢性疾病。预计2045年全球罹患DM的患者将超过6.93亿[1]。DM患者的糖代谢紊乱会引起血管内膜发生病理性损伤，并加速血管病变的进展[2]；且因其长期处于高血糖状态，会导致糖尿病肾病、糖尿病足、糖尿病心血管疾病等一系列并发症。其中，心血管并发症是导致DM患者心力衰竭、心血管疾病死亡的首要原因[3]。2型糖尿病（type 2 Diabetes，T2DM）患者发生心力衰竭的风险比健康者上升约2倍，且主要表现为保留射血分数的心力衰竭[4]。近年来，越来越多的研究表明，导致DM患者发生保留射血分数的心力衰竭的首要原因是高血糖所致的糖尿病心肌病（diabetic cardiomyopathy，DCM）。DCM主要病理变化表现为心肌细胞肥大、微循环障碍、心肌弥漫性间质纤维化以及局灶性替代性纤维化[5]。

DCM患者早期仅表现为心肌能量代谢异常、冠状动脉微循环损伤及心脏舒张功能障碍，常因无明显的心血管相关临床症状被忽视，但上述心肌损伤若能够早期发现，其损伤是可以逆转的。因此，早期及时识别DM患者亚临床期心肌损伤，有助于改善其远期预后[6]。

目前，对DCM的无创性检查方法主要包括超声心动图、心脏磁共振（cardiac magnetic resonance imaging，CMR）、心血管CT以及核素显像[7]。其中多参数CMR能够“一站式”定性和定量评估早期心肌病变，是评估DCM最有希望和前景的技术。本文对近年来采用CMR评估DCM的文献进行综述。

1 DM患者心肌能量代谢的改变

1.1 磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopy，MRS） DM患者不仅存在胰岛素的绝对降低，还存在细胞对糖原的利用障碍和心肌能量底物利用效率改变，主要表现为心肌组织葡萄糖氧化降低并伴随脂肪酸氧化增加、甘油三酯积累[8]。心肌组织中甘油三酯的含量以及心肌磷酸肌酸与三磷酸腺苷浓度比（PCr/ATP）是反映心肌能量状态敏感可靠的实验室指标。目前，大量研究证实MRS，特别是磁共振31P谱可以无创性测量T2DM患者心肌甘油三酯的含量及PCr/ATP[9]。

DM患者心肌脂肪变性会导致心脏亚临床舒张及收缩功能障碍。有研究提示，心肌甘油三酯含量与左心室应力损伤具有独立的相关性，心肌组织中甘油三酯增多，其心室整体应变呈下降趋势[10-11]。采用MRS定量评价心肌组织中甘油三酯的含量变化，进一步可用来评价DM患者心肌脂肪变性的严重程度，并可据此监测T2DM患者药物治疗的效果。Levelt等[12]的研究表明，DM患者PCr/ATP降低伴有心脏舒张功能障碍，且心脏PCr/ATP降低提示心力衰竭的进展。既往研究表明，早期使用药物增加T2DM患者的葡萄糖和脂肪酸氧化的效能，可以增强左心室收缩功能，并有效预防心力衰竭的发生[13-14]。因此，MRS通过检测心肌能量代谢辅助诊断早期心肌损害有较好的临床应用价值。然而，磁共振31P谱需要较长时间实现足够的信噪比，并且在低浓度下对代谢物敏感性较低，在检查过程中对患者配合度要求较高，检查成本高，因此目前应用较受限[15]。

1.2 化学交换饱和转移（chemical exchange saturation transfer，CEST） CEST MRI在无创性、无辐射进行组织酸碱度成像及代谢物成像方面具有独特优势[9]。与MRS相比，CEST技术具有更高的空间分辨率和灵敏度，可以检测更细微的细胞代谢功能改变。但关于CEST的研究目前尚处于起步阶段，还需要更多研究观察其对心血管疾病的临床价值。

2 DM患者心肌微循环障碍

DM患者持续的高血糖状态会导致冠状动脉微循环受损，在T2DM早期阶段即可出现微血管功能障碍，进而发展至心脏收缩及舒张功能障碍，且损伤程度随着疾病持续时间的延长而加重[16]。心肌微循环损伤的严重程度与心肌收缩功能降低呈明显相关性，同时，心肌微循环损伤是T2DM发生心力衰竭的重要危险因子[17-18]。冠状动脉微循环受损导致的亚临床心肌功能障碍是可逆转的，早期检测发现DM患者心肌损害、及早对疾病进行干预具有重要意义。张展等[19]的大鼠研究证实早期胰岛素干预可以逆转微循环损伤，改善心肌血流灌注。

首过心肌灌注CMR是一种能够无创性检测心肌微血管功能障碍的技术，具有较高的可靠性和可重复性，通过“无辐射”定量评估心肌微循环损伤程度，可无创监测心肌微血管功能障碍。该技术通过首过灌注和心肌负荷灌注成像技术定性评价心内膜下低灌注，定量和半定量计算心肌灌注储备指数。然而，微循环损伤与心肌应变的相关性尚存在争议。Zhou等[20]的研究认为，心肌灌注受损与心肌应变损伤的关系尚未明确，但与DM患者的病程相关，同时，该研究强调通过控制血糖减轻DM患者的心血管负担。Jacobs等[21]提出一种新的全自动方法对CMR成像灌注心肌进行节段性分析，对冠状动脉疾病具有很强的诊断价值。在未来的DCM治疗策略中，应考虑侧重于保留或增加冠状动脉微血管灌注。

3 DM患者心肌纤维化

3.1 T1 mapping DM患者心肌细胞能量代谢异常会导致糖原底物沉积，诱导心肌纤维化和心室重塑，引起心室肌硬度增加，导致心脏舒张功能障碍，最终发生心力衰竭[22]。CMR T1mapping是用于评价心肌弥漫性间质纤维化的技术，能获得初始T1值、增强T1值和细胞外容积分数（extracellular volume fraction，ECV）等定量指标，其中ECV是评价心肌弥漫性纤维化最敏感的指标，可更早发现心肌损伤[23]。张宏凯等[24]基于T2DM小鼠的研究提出，T1 mapping在检测DCM弥漫性心肌纤维化方面具有高度特异度和敏感度，并能对疾病的进展进行动态评价。此外，ECV值的增加程度与HbA1c及病程均具有相关性[25]，且DM的持续时间是ECV的独立预测因子。Zeng等[26]基于DM兔的研究同样证实了以上结果，并提出心肌间质纤维化与舒张功能障碍密切相关。因此，CMR T1 mapping在评估DM患者心肌弥漫性纤维化及疾病的进展监测、远期的随访应用中具有较强的临床价值，也是早期诊断DCM的强大技术。CEST在早期诊断缺血性心脏病、评估心肌纤维化等方面也有一定的优势，可直接通过内源性或无肾毒性外源性对比剂识别早期心肌间质性纤维化。

3.2 CMR晚期钆强化（late gadolinium enhancement magnetic resonance imaging，LGE） DM患者不仅存在弥漫性心肌间质纤维化，随着病程的增加，心肌组织中还会发生局灶性替代性心肌纤维化[27]。LGE则在检测局灶性心肌纤维化方面具有较高的准确度和特异度。LGE检出心肌局灶性替代性纤维化的原理为：心肌坏死后形成瘢痕引起细胞外间隙扩大，钆对比剂在瘢痕和纤维化区域冲洗速度较慢，导致LGE局部造影剂滞留浓度升高，从而使瘢痕和纤维化区域突出显示。DM患者合并心肌LGE通常伴有心室收缩功能下降，远期更易发生包括心力衰竭及恶性心律失常在内的不良心血管事件，且是发生心血管相关性死亡和非致死性心肌梗死的独立预测因子[28-29]。DM患者局灶性替代性纤维化可进一步分为缺血性心肌纤维化和非缺血心肌纤维化。DM患者普遍存在的内皮功能障碍会引起冠状动脉硬化、细小冠状动脉闭塞，进而导致无症状性心肌梗死，这种能够被CMR-LGE发现的无症状性心肌梗死是DM患者的缺血性LGE，在DM患者中较为普遍，通常不能被常规心电图识别，但使DM患者发生远期心血管不良事件的风险增加8倍[28]。因此，LGE可以用于检出DM患者是否存在LGE，并据此指导临床对DM患者进行危险分层。

4 DM患者心肌力学改变

左心室射血分数是临床上评估DM患者左心室功能最方便和经济的检查指标。然而，目前的研究证实，虽然无症状的DCM患者射血功能得以保留，但常存在心肌力学损伤[8,30]，会引起左心室舒张功能不全，可进一步进展为左心室收缩功能障碍，最终演变为心力衰竭[7]。CMR心肌应变分析技术及超声三维斑点追踪成像可对心肌应变进行定量分析评估，但三维斑点追踪成像存在一定的局限性，无法完整采集心脏增大患者的图像而导致图像采集缺失[31]。CMR组织特征追踪技术结合后处理软件追踪心肌节段的心内膜和心外膜边界的相对运动，对局部及整体心肌力学改变进行量化分析，从而早期发现左心室舒张及收缩功能障碍，是目前评估心肌形变参数的首选技术，在缺血性心肌病及非缺血性心肌病中得到越来越广泛的应用[32]。亚临床DCM应变损伤可通过CMR组织特征追踪技术早期检出，对患者的早期诊治和预后指导有很大的帮助。

Shao等[33]的研究发现，在DCM早期，左心房应变损伤可能比左心室应变出现的更早，而血压的控制对左心房应变损伤及DM肾脏损伤均有改善效果。Zhou等[34]的研究证明，DM前期患者发生纵向舒张期应变峰值率显著降低，且与HbA1c升高水平相关。此外，Athithan等[35]研究提示舒张功能障碍是DCM中发生的第一个功能变化。

5 T2DM患者心肌形态学改变

5.1 CMR常规电影成像 Shang等[36]发现DCM患者心脏结构的改变主要表现为左心室向心性重塑、左心室质量增加，且左心室向心性重塑与远期不良心血管事件发生明显相关，是远期死亡的独立预测因子。Chavali等[37]将DCM的结构和功能改变分为3个阶段：早期DCM表现为左心室肌能量代谢变化，且无明显收缩及舒张功能障碍；中期DCM表现为左心室存在舒张功能损伤且伴有左心室体积增大；晚期DCM则表现为左心室增大以及心脏射血功能下降。CMR常规电影成像序列结合后处理软件，可以对心室大小、容积、左心室射血分数、心肌质量等常规心功能指标进行评估，并通过左心室质量/左心室舒张末期容积表征左心室重塑指数，评估DCM患者疾病发展阶段和治疗后随访。

5.2 四维血流磁共振成像（4D Flow MRI） 4D Flow MRI通过全容积覆盖评估心脏的血流动力学变化，可以获得一系列血流参数，并能可视化和量化心脏血流状态与变化。4D Flow是基于相差序列的一项技术，具有沿3个流动方向的速度编码和三维解剖覆盖[38]。无症状DCM患者的早期发现是降低患者发病率和死亡率的重点。4D Flow通过评估动能流量参数，可在心脏发生器质性改变前评估心房及心室功能的早期改变，也可进一步了解心内血流对左心室重塑和整体功能的影响[39]。

6 总结与展望

多参数CMR是目前评估心脏结构及功能的“金标准”影像学检查方法，可通过多平面、多序列与多方位扫描对T2DM患者心脏结构、功能、组织特性及心肌活性等进行多维度评价，能够检出DM患者早期心肌能量代谢改变、心肌微循环障碍、心肌纤维化、心肌力学及心肌形态学改变，在早期发现心脏病变、指导临床分级诊治方面具有重要意义。随着技术的发展，未来CMR从早期的病理学诊断转换为病因学诊断成为可能，在明确发病机制、指导临床精准治疗方面具有越来越重要的意义。