右心室-肺动脉耦连的超声评价进展与应用

贺 晴 李玉曼 谢明星

(1.华中科技大学 同济医学院 附属协和医院 超声医学科,湖北 武汉 430022;2.湖北省影像医学临床医学研究中心,湖北 武汉 430022;3.分子影像湖北省重点实验室,湖北 武汉 430022)

右心室(right ventricle,RV)的解剖及功能特性与左心室(left ventricle,LV)存在显著差异。RV 呈薄壁新月形,其接收全身体静脉回流,且与低压、高顺应性的肺循环相连,通过消耗一定能量将血液输送至肺循环[1]。RV 与肺循环共同组成心肺单位,即右心室-肺动脉耦连(RV-pulmonary artery coupling,RV-PA coupling)。RV 固有特性包括收缩末期弹性(end-systolic elastance,Ees)、舒张末期弹性及心室松弛持续时间。肺循环固有特征包括动脉弹性(arterial elastance,Ea)、肺血管阻力及肺动脉顺应性。RV-PA coupling定义为RV 收缩力与后负荷之间的适应关系。当RV 功能适应增加的后负荷,以最小能量消耗将最大心排血量(cardiac output,CO)转移至肺循环时,RV-PA 达到最佳耦连[2]。RV 后负荷增加时,早期RV 通过向心性肥厚增加收缩力,从而维持RV-PA coupling;当RV 后负荷持续增加,使RV 收缩力无法与增加的后负荷相匹配时,RV 为维持CO 而出现逐渐扩张,导致RV-PA coupling 解耦[3]。RV-PA coupling在许多疾病的病情评估及预后判断中发挥重要作用,本文就RV-PA coupling的超声评价进展以及临床应用进行综述。

1 RV-PA coupling评价方法

目前,RV-PA coupling的评价方法可分为侵入性与非侵入性两类。侵入性方法通过右心导管(right heart catheterization,RHC)测量[4],但因有创、技术要求高且价格昂贵,限制了其临床广泛应用。因此许多学者应用多种非侵入性替代方法评估RV-PA coupling,其中超声心动图是最主要的非侵入性评估方法。

1.1 侵入性评价方法

Ees是衡量RV 收缩功能的参数,与后负荷无关,取决于心肌细胞收缩力与心肌质量[2]。Ees=收缩末期压力(end-systolic pressure,ESP)/收缩末期容积 (end-systolic volume,ESV)。Ea=ESP/每搏输出量(stroke volume,SV),用于衡量后负荷[4]。Ees/Ea整合RV 收缩功能与后负荷两方面,是评价RV-PA coupling的金标准[5]。该比值经RHC测量,通过绘制和分析多个心动周期的压力-容积环计算得出。目前,有研究使用简化的单个心动周期法测量Ees/Ea,并证明两者具有良好相关性[6]。最佳Ees/Ea比值范围约为1.5～2.0,即以最小能量消耗提供最大心排血量[7]。RV-PA coupling储备充足,Tello等[8]研究发现Ees/Ea<0.8,才出现RV 适应不良。

1.2 超声评价方法

1.2.1 三尖瓣环收缩期位移/肺动脉收缩压

三尖瓣环收缩期位移(tricuspid annular plane systolic excursion,TAPSE)是RV 侧壁三尖瓣瓣环收缩期最大峰值位移,代表RV 纵向收缩功能[9]。在无肺动脉瓣狭窄或右心室流出道梗阻时,肺动脉收缩压(pulmonary arterial systolic pressure,PASP)等于右心室收缩压(right ventricular systolic pressure,RVSP),用于评估后负荷。根据《2022ESC/ERS 肺动脉高压诊断和治疗指南》,TAPSE/PASP被用作评估RV-PA coupling的超声心动图参数,以评估肺动脉高压(pulmonary arterial hypertension,PAH)高风险患者[10]。TAPSE/PASP 比值降低与疾病不良预后相关。Fortuni等[11]纳入1 149例中度或重度继发性三尖瓣反流患者,应用TAPSE/PASP评估患者RV-PA coupling,结果表明TAPSE/PASP比值降低提示RV 收缩力与其后负荷解耦连,死亡率升高,生存率降低。TAPSE/PASP 已经被金标准Ees/Ea验证,两者具有良好的一致性。Guazzi 等[12]对387例射血分数保留的心力衰竭(heart failure with preserved ejection fraction,HFpEF)患者的研究发现,超声测量的TAPSE/PASP 与金标准Ees/Ea显著相关。TAPSE/PASP是目前已被验证的最佳无创超声心动图衍生替代方法[3]。

1.2.2 右室面积变化率/RVSP

右室面积变化率(right ventricular fractional area change,RVFAC)是常用的二维超声RV 功能评估参数,等于RV 舒张末期面积(RV end-diastolic area,RVEDA)-RV 收缩末期面积/RVEDA。心尖四腔心切面,分别于舒张末期与收缩期末期勾画心内膜边界,从三尖瓣环沿侧壁至心尖,再沿室间隔返回到瓣环而获得[13]。RVFAC/RVSP 结合RV 收缩功能与后负荷的信息,是RV-PA coupling的二维超声评价方法之一。Schmeisser等[14]对RVFAC/RVSP与Ees/Ea进行了验证,研究结果显示,超声测量的RVFAC/RVSP与金标准Ees/Ea相关性良好(r=0.79)。

1.2.3 右心室纵向应变/PASP

右心室纵向应变(right ventricular longitudinal strain,RVLS)反映RV 局部及整体收缩功能,经二维超声斑点追踪技术测量获得[13]。研究证明,右心室整体纵向应变(right ventricular global longitudinal strain,RVGLS)与心脏磁共振成像(cardiac magnetic resonance imaging,CMR)测量的右心室射血分数(right ventricular ejection fraction,RVEF)相关性良好,对评估RV 功能具有重要价值。此外,Richter等[15]研究RVLS/PASP与金标准Ees/Ea的相关性,学者回顾性分析了29例PAH 患者,结果显示右心室游离壁纵向应变(right ventricular free wall longitudinal strain,RVFWLS)/PASP 及RVGLS/PASP均与Ees/Ea显著相关,表明RVLS/PASP可用于非侵入性评估RV-PA coupling。

1.2.4 三尖瓣环收缩期组织速度峰值/RVSP

组织多普勒取样容量置于RV 三尖瓣环或RV游离壁基底段可测量三尖瓣环收缩期速度峰值(tricuspid annular systolic velocity,S’),S’反映RV局部收缩功能[9,13]。与TAPSE 相比,S’对后负荷的依赖更低。目前尚无S’/RVSP与Ees/Ea一致性的相关研究,但有研究显示,S’/RVSP 与TAPSE/PASP在疾病进展中变化相似[16]。未来仍需进行S’/RVSP与金标准Ees/Ea的研究进一步验证。

1.2.5 SV/ESV

Ees=ESP/ESV,Ea=ESP/SV,Ees/Ea有共同项ESP,从而得出RV-PA coupling简化的计算公式:SV/ESV[4]。RV 几何形状复杂,二维超声心动图难以准确量化RV 大小与功能。三维超声心动图(three-dimensional echocardiography,3DE)不依赖RV 几何形状假设,可捕获完整RV[17]。SV/ESV 通过3DE直接测量,是RV-PA coupling的另一种超声非侵入性评价方法。Aubert等[18]研究显示,3DE 测量的SV/ESV 与RHC-CMR 联合测量的Ees/Ea之间相关性良好,证实3DE 在评价RV-PA coupling中的重要价值。

1.2.6 RVEF/PASP

RVEF是常用的RV 收缩功能参数,二维超声心动图因心内膜追踪与RV 体积建模困难,限制了RVEF的准确测量。3DE 克服了二维超声心动图的技术局限性,可准确定量RV 容积及RVEF[19]。RVEF/PASP与金标准Ees/Ea相关性尚未得到验证。Li等[20]评估203 例毛细血管前PAH 患者的RV-PA coupling,Kaplan-Meier 曲线显示RVEF/PASP及Ees/Ea两者与临床恶化之间的相关性表现一致,为进一步验证提供了依据。

2 临床应用

2.1 心力衰竭

RV收缩功能障碍是慢性心力衰竭(heart failure,HF)患者症状的决定因素,也是预后不良的重要标志。肺循环压力升高是导致HF 患者RV 功能障碍的主要原因,因此早期评估RV-PA coupling有助于为HF患者制定更有效的治疗策略[21]。Singh等[22]应用Ees/Ea 评价静息和运动时 HFpEF 患者RV-PA coupling,结果显示静息及运动状态下HFpEF患者RV-PA coupling均受损,并在运动过程中进行性恶化,表明RV-PA coupling是HFpEF 患者运动耐量的有力监测指标,可协助指导临床治疗,改善运动耐量。Naseem 等[23]纳入了200例射血分数降低的心力衰竭(heart failure with reduced ejection fraction,HFrEF)患者,结果表明TAPSE/PASP 是HFrEF 患者死亡率的独立预测指标,TAPSE/PASP<0.4 mm/mmHg 预测住院死亡率的敏感性为79.17%,表明改善RV-PA coupling的治疗措施(如降低肺动脉压力)可能有助于提高患者生存 率。Nochioka 等[17]应 用3DE 测 量RVEF/PASP对社区老年队列的RV-PA coupling 进行评估,共纳入1 004名参加社区动脉粥样硬化风险研究的老年人,中位随访期4.1 年,研究结果显示,随着HF分期进展,RV-PA coupling逐渐下降;同时,随着RVEF/PASP下降,HF 死亡或住院的风险逐渐提高,且呈线性相关。上述研究提示,RV-PA coupling在HF 进展及预后评估中的重要作用,准确评估RV-PA coupling可早期识别HF 高危患者,为HF患者预后提供信息。

2.2 肺动脉高压

PAH 早期,增加RV 收缩力使RV-PA coupling维持正常范围,主要表现为RV 室壁增厚;随疾病进展,为维持RV 正常搏出量,RV 出现扩张。晚期RV难以适应持续升高的后负荷,RV 搏出量减低,即出现RV-PA coupling解耦。因此全面评估RV 功能与肺血管负荷对了解PAH 患者血流动力学状态非常重要[24]。Spruijt等[25]研究PAH 患者RV 运动收缩储备以及运动对RV-PA coupling的影响,结果显示,与对照组相比,PAH 组患者运动状态下Ees增加不明显,Ea明显增加,导致Ees/Ea显著降低,反映了PAH 患者RV 收缩储备不足,在运动状态下难以维持正常的RV-PA coupling。Duan等[26]评估RV-PA coupling预测慢性血栓栓塞性PAH 不良临床结局的能力,结果显示TAPSE/PASP与临床恶化之间呈线性相关,TAPSE/PASP每增加一个标准差,临床恶化风险降低60%,并且TAPSE/PASP较高的患者预后较好,生存率更高,表明TAPSE/PASP 是评估慢性血栓栓塞性PAH 疾病严重程度及预测预后的重要超声参数,可作为预后预测因子纳入常规风险评估。RV 对后负荷的适应决定PAH 患者的预后,RV-PA coupling可以评估RV 功能与肺血管负荷,在识别高危PAH 患者、延缓疾病进展等方面具有重要的临床价值。

2.3 心脏瓣膜病术后

心脏瓣膜病术后若存在RV 容量负荷过重与不良心室重塑,可导致患者死亡率增加。Brener等[27]评估RV-PA coupling 在经导管三尖瓣修复或置换(transcatheter tricuspid valve repair or replacement,TTVR)患者中的预后意义,该研究纳入444 例TTVR 患者,随访1 年,终点事件为全因死亡,发现TAPSE/PASP>0.406 mm/mmHg 的人群生存率更高,表明RV-PA coupling是TTVR 患者术后1年全因死亡的一个强有力的独立预测因子,有助于评估TTVR 患者术后是否受益及患者术后管理。Parasca等[28]研究证实,RVFWLS/PASP作为经导管主动脉瓣植入术(transcatheter aortic valve implantation,TAVI)严重主动脉狭窄患者RV-PA coupling的非侵入性替代参数,TAVI 术后早期患者RV-PA coupling改善,但仍有部分患者RV-PA coupling受损,并与不良预后相关。

2.4 心肌病

扩张型心肌病(dilated cardiomyopathy,DCM)患者,左心充盈压增加导致PAH。早期RV 通过肥厚与重塑适应增加的后负荷。随疾病发展,RV 适应不良而扩张,导致收缩能力受损与RV-PA coupling解耦[29]。因此,早期评估RV-PA coupling可能有助于识别高危心肌病患者。Vîjîiac等[29]分析5种无创方法评估的RV-PA coupling在DCM 患者中的预后作用,发现无论采用何种方法,DCM 患者RV-PA coupling均显示受损,在控制混杂因素后,结果显示RVFWLS/PASP与RVEF/PASP 是DCM 患者HF再住院的独立预测因子。肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy,HCM)患者中也存在右心结构异常,并与疾病风险增加相关[30]。Hirasawa等[31]纳入74例接受运动负荷超声心动图的非梗阻性HCM 患者,中位随访2.5年,结果表明TAPSE/PASP比值减低与HCM 患者的不良预后相关,晚期HCM 患者RV-PA coupling受损。Palmiero等[32]研究表明心脏淀粉样变性(cardiac amyloidosis,CA)患者RV-PA coupling 显著受损,TAPSE/PASP 被证明可用于区分遗传型与非遗传型LV 肥厚的CA,并具有预后意义。

2.5 肺栓塞

肺栓塞(pulmonary embolism,PE)是常见的心肺疾病,发病率与死亡率均较高。RV 收缩力代偿性增加与增加的后负荷相匹配,从而维持RV-PA coupling。如RV 与后负荷匹配异常,则RV-PA coupling解耦,导致CO 减少与RV 衰竭。因此,评估PE患者RV-PA coupling对于不良结局预测至关重要。Lyhne等[33]回顾性分析627例PE 患者,研究表明TAPSE/PASP独立预测不良结局,以TAPSE/PASP 比值为0.387 mm/mmHg 进行风险分层,TAPSE/PASP减低组不良事件风险明显增加。因此,RV-PA coupling 解耦提示PE 患者预后不良。Kiamanesh等[34]评估RV-PA coupling与PE不良事件(院内PE 相关死亡或心肺功能失代偿)之间的关系,研究表明RV-PA coupling与PE 不良事件有关,并且有助于风险分层,这为RV-PA coupling 在PE血流动力学失代偿病理生理机制中的重要性提供了依据。

2.6 高血压

高血压患者LV 舒张末压增加并向上游传导,机械刺激导致肺血管内皮功能障碍,肺血管重塑、张力增加,肺血管阻力增加引起RV 重塑,最终导致RVPA coupling解耦[35]。Tadic等[36]研究证实,高血压患者RV 结构、功能及适应能力均受损,但未进一步研讨高血压与RV-PA coupling的关系。Vriz等[35]纳入211例未经治疗的高血压患者及246例正常对照者,应用TAPSE/PASP 评估RV-PA coupling,结果显示,与对照相比,轻至中度高血压患者TAPSE稍降低,PASP升高(TAPSE/PASP显著降低),表明高血压患者RV-PA coupling解耦。该研究揭示高血压患者RV-PA coupling受损,有助于解释高血压患者左心、肺血管与右心功能之间的联系。

2.7 先天性心脏病

长期先天性心脏病患者随访中发现,法洛四联症(tetralogy of Fallot,TOF)修复术后患者常出现RV扩张,并导致进行性RV 衰竭[37]。Panaioli等[38]评估有或无肺动脉瓣置换(pulmonary valve replacement,PVR)指征的TOF修复术后伴慢性肺反流患者之间是否存在RV-PA coupling 差异,结果显示两者TAPSE 无明显差异,但有PVR 指征的患者TAPSE/PASP更差。这表明尽管RV 收缩功能正常,但有PVR 指征的TOF 修复术后患者RV-PA coupling更差。研究表明RV-PA coupling 可能是TOF修复术后患者出现临床症状与RV 收缩功能障碍之前,反映RV 对长期后负荷适应不良的敏感标志。Latus等[37]研究显示,TOF 修复术后患者晚期RV-PA coupling受损,并与初级修复所行手术策略有关,此研究提示RV-PA coupling在评估TOF修复术后患者RV 功能下降及对手术策略疗效反应中的重要作用,有助于TOF 修复术后患者在长期随访中及时识别RV 功能恶化与早期干预。

2.8 心脏移植

RV 功能障碍对早、晚期心脏移植患者均产生不良影响,是心脏移植围手术期最严重的并发症之一。因此,RV-PA coupling可能与心脏移植患者的病理生理及预后相关。Nazario等[39]研究心脏移植后早期RV-PA coupling的演变及决定因素,应用三种方法(RVFAC/PASP、RVGLS/PASP 与RVFWLS/PASP)评估44例心脏移植术后患者RV-PA coupling,结果显示心脏移植术后早期RV-PA coupling受损,并在30天时有所改善。另外,供体-受体预测心脏质量(predicted heart mass,PHM)比与 RV-PA coupling独立相关,PHM 比越高的患者,移植后RVPA coupling恢复越明显,表明PHM 可能在预防心脏移植术后严重的RV 功能障碍方面发挥重要作用。

2.9 心脏再同步化治疗

心脏再同步化治疗(cardiac resynchronization therapy,CRT)适用于HF 及LVEF 降低的患者。这些患者常伴RV 后负荷增加,其原因是由于LV 舒张功能障碍与继发性二尖瓣反流,导致左心充盈压升高逆行传递到肺循环。RV 无法适应增加的后负荷时,即出现RV 扩张,收缩力降低,导致RV-PA coupling解耦[40]。Braganca等[41]研究发现TAPSE/PASP比值较低的CRT 植入患者氨基端前脑钠素浓度较高,表明RV-PA coupling与CRT 植入患者预后相关。此外,TAPSE/PASP 能够识别对CRT 无反应的患者,且对患者LVEF的改善具有预测价值,敏感性与特异性均约为70%。Stassen 等[40]探究TAPSE/PASP在CRT 植入患者中的变化及预后价值,主要终点事件为全因死亡,中位随访97月,研究表明TAPSE/PASP比值降低(<0.45 mm/mmHg)与CRT 植入患者全因死亡独立相关,且CRT 植入6月后TAPSE/PASP 比值未改善与患者生存率减低相关。

2.10 重症监护

近年来,RV-PA coupling在重症监护医学中的研究取得了较大进展[3]。在静脉-动脉体外膜氧合(venoarterial-extracorporeal membrane oxygenation,VA-ECMO)的患者管理中,决定最佳脱机时间对于改善预后至关重要。Kim 等[42]研究RV-PA coupling是否与VA-ECMO 成功脱机有关;研究发现S’/PASP、TAPSE/PASP与RVFWLS/PASP预测VAECMO 成功脱机均优于传统左心参数,其中S’/PASP预测能力最佳。Jentzer等[16]对4 259例心脏重症监护室患者进行RV-PA coupling评估,研究显示S’/RVSP 与心脏重症监护室患者死亡率呈负相关,S’/RVSP较高的患者生存率更高,调整LV 收缩及舒张功能参数后,S’/PASP 比值仍然与短期及长期预后独立相关。

2.11 自身免疫性疾病

RV-PA coupling在自身免疫性疾病中亦具有重要的临床应用价值。无明显心血管症状的系统性硬化症(systemic sclerosis,SSc)患者常伴轻度RV 损伤[43]。Xanthouli等[44]纳入225例SSc患者,中位随访2.6 年,研究发现TAPSE/PASP 比值较高(TAPSE/PASP>0.6 mm/mmHg)的患者生存率更高,且多因素分析证实TAPSE/PASP是SSc患者生存的独立预测因素。这项研究强调RV-PA coupling对预测与识别高风险SSc患者的重要性,有助于风险评估。Grimaldi等[43]研究表明RV-PA coupling 是SSc心血管事件与死亡率的可靠预测指标,准确评估RV-PA coupling可改善SSc患者预后。Azpiri-Lopez等[45]应用 TAPSE/RVSP 评估类风湿关节炎(rheumatoid arthritis,RA)患者与健康对照者的RV-PA coupling,研究结果发现,与对照组相比,RA患者RV-PA coupling明显受损,表明RV-PA coupling可用于评估RA 患者的疾病进展。

3 小结

RV-PA coupling 与许多疾病的病情进展及不良预后密切相关。因此,早期、准确评估RV-PA coupling对预测疾病进展及指导临床治疗具有重要价值。超声心动图是评价RV-PA coupling的主要无创性方法。随着超声新技术的不断发展,其在评估RV-PA coupling中将发挥着越来越重要的作用。