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中华医学超声杂志（电子版）

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2023 , Vol. 20 >Issue 04: 391 - 397

DOI: https://doi.org/10.3877/cma.j.issn.1672-6448.2023.04.003

心血管超声影像学

左心室压力-应变环对不同年龄正常成年人心肌做功的评价

  • 胡萍 ,
  • 解翔 , † ,
  • 伍婷婷 ,
  • 姜凡
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  • 230601合肥，安徽医科大学第二附属医院超声科
通信作者：解翔，Email：

Copy editor: 汪荣

收稿日期: 2021-12-06

  网络出版日期: 2023-08-07

基金资助

安徽省高校自然科学研究重大项目(KJ2020ZD22)

版权

未经授权，不得转载、摘编本刊文章，不得使用本刊的版式设计，除非特别声明，本刊刊出的所有文章不代表中华医学会和本刊编委会的观点。本刊为电子期刊，以网刊形式出版。
收起

Evaluation of myocardial work in normal adults of varying ages by left ventricular pressure-strain loop

  • Ping Hu ,
  • Xiang Xie , † ,
  • Tingting Wu ,
  • Fan Jiang
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  • Department of Ultrasound, the Second Affiliated Hospital of Anhui Medical University, Hefei 230601, China
Corresponding author: Xie Xiang, Email:

Received date: 2021-12-06

  Online published: 2023-08-07

Copyright

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摘要

目的

应用左心室压力-应变环（LV-PSL）评价不同年龄正常成年人心肌做功，并探讨其与年龄的关系。

方法

选取2021年7月至2021年9月在安徽医科大学第二附属医院健康体检的青年志愿者（18~45岁）、中年志愿者（46~64岁）和老年志愿者（≥65岁）各30名。采集常规超声参数，并通过LV-PSL获得左心室心肌应变及做功参数，包括左心室整体纵向应变（GLS）、整体做功指数（GWI）、整体有效功（GCW）、整体无效功（GWW）及整体做功效率（GWE），比较不同年龄组的差别。

结果

各年龄组正常成人GLS、GWI及GCW测值比较，差异无统计学意义（P均＞0.05）；GWW测值随年龄增长有增加趋势，老年组GWW测值较青年组和中年组明显增加，差异有统计学意义（P均＜0.05）；GWE测值随年龄增长有下降趋势，老年组GWE测值较青年组和中年组明显下降，差异有统计学意义（P均＜0.05）。相关性分析：GWI与收缩压、GLS及左心室射血分数（LVEF）呈正相关（r=0.326、0.608、0.315，P均＜0.05）；GCW与收缩压、GLS及左心室射血分数（LVEF）呈正相关（r=0.308、0.488、0.219，P均＜0.05）；GWW与收缩压、年龄、A峰呈正相关（r=0.265、0.544、0.348，P均＜0.05），与E峰、E/A、e′呈负相关（r=-0.256、-0.452、-0.324，P均＜0.05）；GWE与GLS、E峰、E/A、e´呈正相关（r=0.222、0.322、0.508、0.338，P均＜0.05），与年龄、A峰呈负相关（r=-0.595，-0.350，P均＜0.05）。

结论

无创心肌做功参数与传统超声左心室收缩、舒张功能参数均有显著相关性。随着年龄增长，GWW有增加趋势，GWE有下降趋势，临床中应用LV-PSL测得的心肌做功参数评价左心室功能时，应充分考虑年龄因素的影响。

关键词： 左心室压力-应变环; 心肌做功; 超声心动图; 心室功能; 年龄

本文引用格式

胡萍 , 解翔 , 伍婷婷 , 姜凡 . 左心室压力-应变环对不同年龄正常成年人心肌做功的评价[J]. 中华医学超声杂志（电子版）, 2023 , 20(04) : 391 -397 . DOI: 10.3877/cma.j.issn.1672-6448.2023.04.003

Abstract

Objective

To quantitatively evaluate myocardial work by left ventricular pressure-strain loop (LV-PSL) in normal adults of different ages and explore the relationship between myocardial work and age.

Methods

A total of 30 young volunteers (18-45 years old), 30 middle-aged volunteers (46-64 years old), and 30 elderly volunteers (≥65 years old) who underwent physical examination at the Second Affiliated Hospital of Anhui Medical University from July 2021 to September 2021 were selected. Routine ultrasonic parameters were collected. LV-PSL was used to evaluate left ventricular myocardial work parameters, including left ventricular global longitudinal strain (GLS), global work index (GWI), global constructive work (GCW), global work waste (GWW), and global work efficiency (GWE). The differences in these parameters among the age groups were compared.

Results

There was no significant difference in GLS, GWI, or GCW among normal adults of different age groups (P＞0.05 for all). However, GWW increased with increasing age, and it was significantly higher in the elderly group than in the young and middle-aged groups (P＜0.05 for both), while GWE decreased with increasing age, and GWE in the elderly group was significantly lower than that in the young and middle-aged groups (P＜0.05 for both). GWI was positively correlated with systolic blood pressure, GLS, and left ventricular ejection fraction (LVEF) (r=0.326, 0.608, and 0.315, respectively, P＜0.05 for all). GCW was also positively correlated with systolic blood pressure, GLS, and LVEF (r=0.308, 0.488, and 0.219, respectively, P＜0.05 for all). GWW was positively associated with systolic blood pressure, age, and late diastolic peak velocity (A) (r=0.265, 0.544, and 0.348, respectively, P＜0.05 for all) and negatively associated with early diastolic peak velocity (E), E/A, and early diastolic mitral annular motion velocity (e′) (r=-0.256, -0.452, and -0.324, respectively, P＜0.05 for all). GWE was positively correlated with GLS, E, E/A, and e′ (r=0.222, 0.322, 0.508, and 0.338, respectively, P＜0.05 for all) and negatively correlated with age and A (r=-0.595 and -0.350, respectively, P＜0.05 for both).

Conclusions

The non-invasive myocardial work parameters show a significant correlation with traditional left ventricular systolic and diastolic function parameters. With the increase in age, GWW has an upward and GWE has a downward trend. The influence of age should be contemplated in the evaluation of myocardial work parameters measured by LV-PSL.

Key words： Left ventricular pressure-strain loop; Myocardial work; Echocardiography; Ventricular function; Age

左心室射血分数（left ventricular ejection fraction，LVEF）是临床评价左心室收缩功能最常用的方法，但是LVEF不能揭示左心室功能的细微变化［1］。研究显示，左心室整体纵向应变（global longitudinal strain，GLS）是评估整体和节段性左心室收缩功能的可靠指标，在早期识别亚临床心功能减低及预后评估方面优于LVEF，但GLS和LVEF并不反映心肌做功及耗氧，且受到后负荷影响显著［2, 3］。
应用心导管技术有创获得左心室压力-容积环的方法是评估左心室心肌做功和耗氧量的金标准［4］。然而，由于心导管技术的侵入性和复杂性，该方法的临床应用受到限制。最近，Russell等［5］提出了一项非侵入性评估左心室心肌做功的新方法，该方法基于二维斑点追踪技术，将左心室GLS与无创测得的肱动脉收缩压相结合构建无创左心室压力应变曲线。该技术在心肌缺血、心脏再同步化治疗、心肌病等心血管疾病早期诊断及预后评估的应用中显示出良好效果［6, 7, 8］。但目前对各年龄段正常成人无创左心室心肌做功参数的系统研究尚缺乏。本研究应用无创左心室压力-应变环（left ventricular pressure-strain loop，LV-PSL）技术测量不同年龄段正常成人心肌做功参数，并探讨其与年龄的关系，以期为临床不同年龄段成人心肌运动相关疾病的诊断提供新的参考。

资料与方法

一、研究对象

选取2021年7月至2021年9月在安徽医科大学第二附属医院健康体检的青年志愿者［18~45岁，平均（33.07±6.75）岁］、中年志愿者［46~64岁，平均（54.10±6.47）岁］和老年志愿者［≥65岁，平均（71.60±4.96）岁］各30名。纳入标准：年龄≥18岁，无心血管疾病或肺部疾病相关症状或病史，体格检查、心电图、超声心动图及血液生化指标检查未见明显异常。排除标准：超声图像质量不佳者、妊娠女性、专业运动员。本研究是一项前瞻性研究，经安徽医科大学第二附属医院伦理委员会审批通过（批件号：SL-XJS2021-101），纳入对象均签署知情同意书。

二、仪器与方法

1.仪器：使用GE Vivid E95 彩色多普勒超声诊断仪，M5Sc-D心脏探头，频率1.5~4.6 MHz，配有Echo PAC工作站。
2.图像采集与分析：受检者取左侧卧位，平静呼吸，同时连接心电图，确保二维图像切面标准稳定，左心室各室壁必须全部显示，帧频＞40帧/s。采集胸骨旁左心室长轴切面及心尖四腔、三腔、两腔心动态图像，存储连续的3个心动周期，并采集二尖瓣、主动脉瓣前向血流频谱图像及二尖瓣瓣环组织运动速度频谱图像。常规超声测量参数包括：左心室舒张末期内径（left ventricular end-diastolic diameter，LVEDD），舒张早期二尖瓣峰值流速（E）、舒张晚期二尖瓣峰值流速（A）及二尖瓣环运动速度（e′），并计算Ｅ/e′、E/A，采用双平面Simpson法测量左心室舒张末容积（1eft ventricular end diastolic volume，LVEDV）、左心室收缩末容积（1eft ventricular end systolic volume，LVESV）、LVEF。
3.图像分析：将图像拷贝至Echo PAC工作站，通过主动脉瓣前向血流频谱图标记主动脉瓣启闭时间，选用自动功能成像（automatic functional imaging，AFI）模式，依次选取心尖三腔、四腔、两腔心切面图像，软件自动识别心内膜和心外膜边界之间的感兴趣区域，得到GLS；输入血压，最终获取整体心肌做功指标，包括整体做功指数（global work index，GWI）、整体有效功（global constructive work，GCW）、整体无效功（global wasted work，GWW）、整体做功效率（global work efficiency，GWE）。

三、统计学分析

采用SPSS 25.0软件对数据进行统计学分析。（1）正态性检验：运用Shapiro-Wilk检验判断连续变量分布类型，符合正态分布的资料以
x¯
±s表示，不符合正态分布的资料以M（QR）表示。（2）方差齐性检验：采用Levene检验。（3）方差分析检验：同时满足正态分布及方差齐性的变量采用单因素方差分析比较组间差异，两两比较采用LSD法。（4）非参数检验：不满足正态分布或方差不齐时采用Kruskal-Wallis H检验比较组间差异，两两比较采用Bonferroni法。（5）相关性分析：双变量同时满足正态分布采用Pearson相关分析，不满足正态分布的采用Spearman相关分析。（6）重复性检验：随机抽取10名志愿者采用组内相关系数（intraclass correlation coeffecients，ICC）进行观察者间及观察者内部重复性检验。以P＜0.05为差异有统计学意义。

结果

一、各年龄组正常成人一般临床资料比较

各年龄组正常成人体质量指数和收缩压差异均无统计学意义（P均＞0.05）；身高、体重、舒张压、心率随年龄增长均有下降趋势，老年组身高、体重和心率明显低于青年组（P均＜0.05），老年组舒张压明显低于中年组（P＜0.05），中年组的身高明显低于青年组（P＜0.05，表1）。
表 1 不同年龄组一般临床资料比较
组别 例数

身高

（cm，

x¯
±s）

体重

（kg，

x¯
±s）

体质量指数

［kg/m2，M（QR）］

收缩压

［mmHg，M（QR）］

舒张压

［mmHg，M（QR）］

心率

［次/min，M（QR）］
青年组 30 168.67±6.10 69.67±14.66 22.75（5.80） 120.50（22.50） 79.00（12.00） 74.50（20.00）
中年组 30 162.70±7.17a 64.73±11.08 24.50（3.45） 125.00（12.50） 78.50（15.25） 71.50（12.50）
老年组 30 160.60±7.13a 59.40±9.02a 22.80（3.25） 128.50（20.75） 71.50（15.75）b 69.00（9.50）a
统计值 F=11.303 H=8.589 H=3.033 H=4.774 H=7.407 H=6.870
Ｐ值 ＜0.001 0.014 0.219 0.092 0.025 0.032

注：1 mmHg=0.133 kPa；与青年组比较，aP＜0.05；与中年组比较，bP＜0.05

二、各年龄组常规超声心动图测量参数比较

各年龄组正常成人LVEDD、LVEF及E/e′差异均无统计学意义（P均＞0.05）；与青年组比较，中年组和老年组LVESV、LVEDV、e′明显减低，A明显增加，差异有统计学意义（P均＜0.05）；从青年组到老年组，E、E/A逐渐下降，差异均有统计学意义（P均＜0.05，表2）。
表2 不同年龄组常规超声心动图测量参数比较
组别 例数

LVEDD

（cm，

x¯
±s）

LVESV

（ml，

x¯
±s）

LVEDV

［ml，M（QR）］

LVEF

（%，

x¯
±s）

 E（cm/s，
x¯
±s）		 A［cm/s，M（QR）］ e′［cm/s，M（QR）］

E/A

［M（QR）］

E/e′

［M（QR）］
青年组 30 45.43±4.75 32.97±8.65 87.00（27.00） 62.63±3.93 89.2±21.41 63（23.25） 9（3.00） 1.39（0.45） 9.10（4.40）
中年组 30 43.93±3.90 26.43±9.20a 66.00（27.25）a 64.33±5.24 78.7±21.50a 74（24.00）a 7（3.25）a 0.98（0.40）a 10.70（4.43）
老年组 30 44.10±4.29 26.40±5.40a 68.00（17.25）a 61.87±4.36 63.9±15.91ab 89（32.25）a 7（2.25）a 0.72（0.23）ab 10.25（4.45）
统计值 F=1.081 H=11.514 H=13.208 F=2.317 F=12.387 H=15.158 H=26.1 H=42.869 H=3.237
P值 0.344 0.003 0.001 0.105 ＜0.001 0.001 ＜0.001 ＜0.001 0.198

注：LVEDD为左心室舒张末期内径；LVESV为左心室收缩末容积；LVEDV为左心室舒张末容积；LVEF为左心室射血分数；E为舒张早期二尖瓣峰值流速；A为舒张晚期二尖瓣峰值流速；e′为二尖瓣环运动速度。与青年组比较，ａP＜0.05；与中年组比较，ｂP＜0.05

三、各年龄组左心室心肌应变及做功参数比较

各年龄组正常成人GLS、GWI及GCW差异无统计学意义（P均＞0.05）；GWW随年龄增长有增加趋势，老年组GWW较青年组和中年组明显增加（P均＜0.05）；GWE随年龄增长有下降趋势，老年组GWE较青年组和中年组明显下降（P均＜0.05，表3，图1）。
表3 不同年龄组左心室心肌应变及做功参数比较
组别 例数

GLS

［-%，M（QR）］

GWI

（mmHg%，

x¯
±s）

GCW

（mmHg%，

x¯
±s）

GWW

［mmHg%，M（QR）］

GWE

［%，M（QR）］
青年组 30 20.00（3.25） 2006.67±161.87 2276.73±114.53 99.50（42.00） 96.00（1.00）
中年组 30 21.00（3.00） 2074.73±244.79 2328.03±264.88 103.00（56.75） 95.00（2.00）
老年组 30 19.00（5.00） 1980.37±275.28 2376.13±235.74 158.00（112.5）ab 93.00（3.50）ab
统计值 H=1.878 H=2.456 H=2.724 H=28.434 H=31.797
P值 0.391 0.293 0.256 ＜0.001 ＜0.001

注：GLS为左心室整体纵向应变；GWI为整体做功指数；GCW为整体有效功；GWW为整体无效功；GWE为整体做功效率。与青年组比较，aP＜0.05；与中年组比较，bP＜0.05

图1 不同年龄组间左心室压力-应变环及心肌做功各参数对比图像。图a为青年组；图b为中年组；图c为老年组

四、相关性分析

GWI、GCW、GWW与收缩压呈正相关（r=0.326、0.308、0.265，P均＜0.05）。GWW与年龄呈正相关（r=0.544，P＜0.05）；GWE与年龄呈负相关（r=-0.595，P＜0.05）。GWI、GCW、GWW及GWE与性别、体质量指数、心率均无相关性。
GWI与GLS、LVEF呈正相关（r=0.608、0.315，P均＜0.05）；GCW与GLS及LVEF呈正相关（r=0.488、0.219，P均＜0.05）；GWE与GLS呈正相关（r=0.222，P＜0.05，图2）。
图2 心肌做功参数与左心室收缩功能参数的相关性分析散点图。图a～f分别为GLS与GWI、GLS与GCW、GLS与GWE、LVEF与GWI、LVEF与GCW、LVEF与GWE的相关性分析散点图

注：GLS为左心室整体纵向应变；LVEF为左心室射血分数；GWI为整体做功指数；GCW为整体有效功；GWE为整体做功效率；rs为Spearman相关分析；r为Pearson相关分析

GWW与A峰呈正相关（r=0.348，P＜0.05），与E峰、E/A、e′呈负相关（r=-0.256、-0.452、-0.324，P均＜0.05）；GWE与E峰、E/A、e′呈正相关（r=0.322、0.508、0.338，P均＜0.05），与A峰呈负相关（r=-0.350，P＜0.05，图3）。
图3 心肌做功参数与左心室舒张功能参数的相关性分析散点图。图a～h分别为E与GWW、e´与GWW、A与GWW、E/A与GWW、E与GWE、e´与GWE、A与GWE、E/A与GWE的相关性分析散点图

注：E为舒张早期二尖瓣峰值流速；e´为二尖瓣环运动速度；A为舒张晚期二尖瓣峰值流速；GWW为整体无效功；GWE为整体做功效率；rs为Spearman相关分析

五、重复性检验

GWI、GCW、GWW、GWE观察者内部及观察者间的ICC值均＞0.8，显示重复性良好（表4）。
表 4 心肌做功参数组间与组内的重复性检验
参数 观察者内 观察者间
ICC 95%CI ICC 95%CI
GWI 0.939 0.776~0.985 0.907 0.671~0.976
GCW 0.932 0.752~0.983 0.896 0.639~0.973
GWW 0.887 0.612~0.971 0.843 0.490~0.959
GWE 0.866 0.552~0.965 0.830 0.457~0.955

注：GWI为整体做功指数；GCW为整体有效功；GWW为整体无效功；GWE为整体做功效率；ICC为组内相关系数；CI为置信区间

讨论

既往研究显示，左心室压力-容积环和心室壁应力-节段曲线可以分别反映左心室整体、节段心肌做功和耗氧量［9, 10］。由于心室壁应力获取困难，研究人员通过左心室置入微压计导管测量左心室压力替代左心室壁应力，并通过心内膜植入的超声晶体测量节段长度变化［5］。LV-PSL是一种完全无创评估左心室做功的新方法，以心肌在心动周期相对于初始长度的变化（应变曲线）替代节段长度变化，以估测的无创左心室压力曲线替代有创测得的左心室压力，将斑点追踪技术获得的节段纵向应变与无创获得的左心室压力曲线相结合来测量左心室心肌做功［5，11］。动物实验及人体实验［5，11］均证明无创LV-PSL测量的心肌做功与心导管测量的心肌做功具有良好的相关性，与正电子发射断层扫描评估的心肌葡萄糖代谢也密切相关。本研究结果也证实，应用LV-PSL测得的心肌做功参数具有良好的重复性。
本研究发现，GWI、GCW和GWW、GWE随年龄增长表现不同。GWI、GCW测值与年龄无关，随年龄增加变化不显著。而GWW随年龄增长而增加，GWE随年龄增长而下降，特别是65岁以上的老年组与青年组及中年组差异显著。国内丁雪晏等［12］对健康人群的研究显示：心肌做功参数与年龄无相关性。这个结果可能是由于该实验的研究人群集中分布在27~70岁，老年人口较少有关，同时本研究对年龄进行严格分层，可能在方法学上更适合研究有关心肌做功参数的年龄依赖性问题。Morbach等［13］基于799名健康人的队列研究结果也显示GWW与GWE有年龄依赖性，GCW、GWW、GWE在45岁之前表现出相对稳定值，超过45岁以后，GCW较稳定，GWW随年龄增长呈线性增加，导致GWE随年龄增长而降低。综上所述，GWW及GWE可能有年龄依赖性，临床中应用心肌做功参数评价患者左心室功能及预后时，应充分考虑年龄因素的影响。
本研究结果不仅证实了心肌做功参数GWI、GCW与左心室收缩功能及收缩压的相关性，还发现GWW、GWE与左心室舒张功能指标e′、E、A、E/A均存在显著相关性，反映了心肌做功参数不局限于心肌收缩功能评估，一定程度上还反映心肌舒张功能，当舒张功能受损时，左心室GWW增加，GWE降低。同时本研究结果显示，随着年龄增长，左心室舒张功能指标e′、E、E/A测值逐渐下降，A测值逐渐增加，即左心室舒张功能随年龄增长而逐渐降低，这与既往研究结果一致［14］。这可能解释GWW与年龄的相关性，随着年龄增长，心肌细胞对钙离子摄取减少，心肌主动松弛迟缓，同时心肌细胞进行性纤维化，心肌顺应性下降，进而导致心肌运动收缩过程中无效做功增加，即GWW增加，GWE减少。
研究显示，心肌做功参数在疾病的早期诊断及预后评估方面相较传统的收缩功能指标更敏感。秦芸芸等［15］发现，在诊断LVEF正常且无节段性室壁运动异常的非ST段抬高型心肌梗死患者时，GWE相较GLS更敏感。Lustosa等［6］证明了梗死相关血管区域的GWI与急性心肌梗死患者经皮冠状动脉介入治疗（percutaneous coronary intervention，PCI）术后早期左心室不良重构独立相关，而GLS无类似价值。对于射血分数较低的心力衰竭患者进行研究发现，心肌做功参数较低的患者全因死亡和心力衰竭住院风险显著增加，与射血分数和GLS相比，心肌做功参数能更好预测不良结局［16］。心脏再同步化治疗疗效评估中，术前GCW已被证明是心脏再同步化治疗反应和长期生存的预测因子［7，17］。因此，相较于常规超声心动图参数，应用LV-PSL评估心血管疾病患者的心肌做功可能提供更多额外信息。
本研究的局限性在于：（1）本研究是单中心研究，且样本量较少，后续有待扩大样本量及人群进一步验证研究结果；（2）本研究利用动脉压替代左心室压力，这种方法可能无法准确复制左心室射血期间的血流动力学特征；（3）国内外相关研究［12，18］显示，性别也是心肌做功大小的重要影响因素，但由于病例数限制，对性别进行分层分析存在困难。
综上所述，LV-PSL是一种可靠的评价左心室心肌功能的超声心动图工具，与传统的超声左心室收缩、舒张功能参数均有显著相关性，且观察者内和观察者间重复性良好。同时随着年龄增长，GWW有增加趋势，GWE有下降趋势，临床在应用压力-应变环技术测得的心肌做功参数评价左心室功能时，应充分考虑年龄因素的影响。

参考文献

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