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中华医学超声杂志（电子版）

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2023 , Vol. 20 >Issue 06: 575 - 580

DOI: https://doi.org/10.3877/cma.j.issn.1672-6448.2023.06.001

心血管超声影像学

左心室压力-应变环对阻塞型睡眠呼吸暂停综合征患者心肌功能的评价

  • 金姗 ,
  • 丁雪晏 ,
  • 蔡绮哲 ,
  • 李一丹 ,
  • 赵智玲 ,
  • 郭兮恒 ,
  • 吕秀章 , †
展开
  • 100020　首都医科大学附属北京朝阳医院心脏超声科
  • 100020　首都医科大学附属北京朝阳医院呼吸与危重症医学科（北京市呼吸疾病研究所）
通信作者：吕秀章，Email：

Copy editor: 汪荣

收稿日期: 2022-03-22

  网络出版日期: 2023-10-31

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

Assessment of myocardial function in patients with obstructive sleeping apnea syndrome by left ventricular pressure-strain loop

  • Shan Jin ,
  • Xueyan Ding ,
  • Qizhe Cai ,
  • Yidan Li ,
  • Zhiling Zhao ,
  • Xiheng Guo ,
  • Xiuzhang Lyu , †
Expand
  • Department of Echocardiography, Beijing Chao-Yang Hospital, Capital Medical University, Beijing 100020, China
  • Department of respiratory and critical care medicine, Beijing institure of respiratory medicine, Beijing Chao-Yang Hospital, Capital Medical University, Beijing 100020, China
Corresponding author: Lyu Xiuzhang, Email:

Received date: 2022-03-22

  Online published: 2023-10-31

Copyright

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Fold

摘要

目的

应用左心室压力-应变环（PSL）评价阻塞型睡眠呼吸暂停综合征（OSAS）患者心肌功能，探讨OSAS患者早期心功能改变及其与疾病严重程度的关系。

方法

纳入2021年2月至2021年7月于首都医科大学附属北京朝阳医院确诊的OSAS患者107例，根据睡眠呼吸暂停低通气指数（AHI）将其分为轻度组（5≤AHI＜15）32例、中度组（15≤AHI＜30）34例及重度组（AHI≥30）41例。另选取24例健康受试者作为对照组。通过二维斑点追踪超声心动图（STE）分析比较各组受试者左心室整体纵向应变（GLS）。应用左心室PSL评价心肌整体做功指数（GWI）、整体有效做功（GCW）、整体无效做功（GWW）及整体做功效率（GWE），并进行组间比较。此外，对心肌做功参数与AHI的相关性及AHI的独立相关因素进行分析。

结果

OSAS患者中，中度组GLS、GWI较对照组减低（P＜0.05）；重度组GLS、GWI及GCW较对照组、轻度及中度组减低（P＜0.01），GWE较对照组及轻度组减低（P＜0.05）；OSAS患者GLS与AHI呈负相关（r=-0.458，P＜0.001），GWI、GCW、GWE与AHI均呈负相关（r=-0.482、-0.374、-0.272，P均＜0.01）；多因素回归分析显示，AHI与GWI（β=-0.206，P＜0.05）、体质量指数（β=0.185，P＜0.05）及最低血氧饱和度（β=-0.473，P＜0.001）独立相关。

结论

中重度OSAS患者心肌功能减低，GLS与GWI均为评价其心肌功能变化的敏感参数，心肌功能与疾病严重程度呈负相关，GWI与AHI独立相关。

关键词： 超声心动描记术; 压力-应变环; 左心室; 心肌功能; 阻塞型睡眠呼吸暂停综合征

本文引用格式

金姗 , 丁雪晏 , 蔡绮哲 , 李一丹 , 赵智玲 , 郭兮恒 , 吕秀章 . 左心室压力-应变环对阻塞型睡眠呼吸暂停综合征患者心肌功能的评价[J]. 中华医学超声杂志（电子版）, 2023 , 20(06) : 575 -580 . DOI: 10.3877/cma.j.issn.1672-6448.2023.06.001

Abstract

Objective

To evaluate global myocardial function in patients with obstructive sleeping apnea syndrome (OSAS) by left ventricular pressure-strain loop (PSL) noninvasively and investigate the correlation between myocardial function and the severity of the disease.

Methods

One hundred and seven patients with OSAS at Beijing Chao-Yang Hospital from February 2021 to July 2021 were included. According to apnea-hypopnea index (AHI), the patients were divided into mild group (5≤AHI＜15, n=32), moderate group (15≤AHI＜30, n=34), and severe group (AHI≥30, n=41). Twenty-four healthy subjects were selected as a control group. The global longitudinal strain (GLS) of the left ventricle was measured by two-dimensional speckle tracking echocardiography (STE) and was compared among the groups. Left ventricular PSL was used to assess global work index (GWI), global constructive work (GCW), global waste work (GWW), and global work efficiency (GWE), and comparisons were made among groups. In addition, correlation between myocardial work parameters and AHI was analyzed and independent predictors of AHI were identified.

Results

Compared with the control group, GLS and GWI were decreased in the moderate group (P＜0.05). GLS, GWI, and GCW were decreased in the severe group compared with those in the control group, mild group, and moderate group (P＜0.01). GWE was reduced in the severe group compared with that in the control group and mild group (P＜0.05). GLS was negatively correlated with AHI (r=-0.458, P＜0.001), and GWI, GCW, and GWE were negatively correlated with AHI in OSAS patients (r=-0.482, -0.374, and -0.272, respectively; P＜0.01). Multivariate linear regression analysis demonstrated that AHI was independently associated with GWI (β=-0.206, P＜0.05), body mass index (BMI) (β=0.185, P＜0.05), and lowest arterial oxygen saturation (LSaO2) (β=-0.473, P＜0.001).

Conclusions

Myocardial function is impaired in patients with moderate and severe OSAS. Myocardial function can be sensitively evaluated by GWI and GLS and is negatively correlated with the severity of OSAS. GWI is independently associated with AHI.

Key words： Echocardiography; Pressure-strain loop; Left ventricle; Myocardial function; Obstructive sleeping apnea syndrome

阻塞型睡眠呼吸暂停综合征（obstructive sleeping apnea syndrome，OSAS）是以睡眠中反复发生上呼吸道阻塞为特点的疾病，可导致夜间间歇性低氧、自主神经功能改变［1］。OSAS早期即可出现亚临床的左心室功能降低，与心力衰竭、心律失常有较为密切的关系［2］。斑点追踪超声心动图（speckle tracking echocardiography，STE）可定量评价OSAS患者心肌功能，发现早期心功能改变，但由于未考虑后负荷的影响其准确性受到一定限制。基于无创左心室压力-应变环（pressure-strain loop，PSL）的心肌做功（myocardial work，MW）将左心室后负荷纳入心肌功能评价中，可更全面评价心功能变化［3］。因此，本研究旨在应用左心室PSL评价OSAS患者心肌功能改变，并探讨其与OSAS严重程度的关系。

资料与方法

一、对象

纳入2021年2月至2021年7月于首都医科大学附属北京朝阳医院经多导睡眠监测（polysomnography，PSG）诊断为OSAS且年龄＞18岁的患者。排除标准为：高血压、冠心病、糖尿病、慢性肾病、严重心律失常、心功能不全、肺动脉高压以及图像质量差无法分析者。根据睡眠呼吸暂停低通气指数（apnea hypopnea index，AHI）将患者分为轻度组（5≤AHI＜15）、中度组（15≤AHI＜30）及重度组（AHI≥30）［4］。最终纳入107例患者，男85例，女22例，年龄23~65岁，平均年龄（42.1±9.7）岁。同时招募24例年龄、性别匹配的于首都医科大学附属北京朝阳医院行超声心动图及冠状动脉计算机断层扫描血管成像（computed tomography angiography，CTA）证实无心血管疾病的健康者作为对照组。本研究是一项前瞻性研究，经北京朝阳医院伦理委员会审批通过（批件号：2021-科-592），所有患者均签署知情同意书。

二、仪器与方法

1.PSG检查：采用Embla N7000型PSG监测仪整夜监测，记录AHI、平均血氧饱和度（mean arterial oxygen saturation，MSaO2）及最低血氧饱和度（lowest arterial oxygen saturation，LSaO2）。PSG检查前使用Epworth嗜睡量表（Epworth sleepiness scale，ESS）进行问卷调查，并计算ESS评分。
2.超声心动图参数：采用GE Vivid E95超声诊断仪，M5S探头，频率1~5 MHz。被检者左侧卧位，连接心电图，分别采集连续3个心动周期心尖四腔、三腔和两腔心动态图像。常规超声心动图参数测量依据美国超声心动图学会（American Society of Echocardiography，ASE）指南［5, 6］，包括左心室舒张末期内径（left ventricular end diastolic dimension，LVEDd）、左心室射血分数（left ventricular ejection fraction，LVEF）、左心室质量（left ventricular mass，LVM）、二尖瓣舒张早期与舒张晚期峰值血流速度比值（E/A）、组织多普勒二尖瓣环室间隔和侧壁舒张早期速度的平均值（e'），并计算E/e'。左心室质量经体表面积（body surface area，BSA）标化得出左心室质量指数（left ventricular mass index，LVMI）。
3.左心室PSL分析：采用EchoPAC V204工作站对采集的动态图像进行脱机分析，通过自动功能显像（automated function imaging，AFI）模式自动描记左心室心尖四腔、三腔及两腔心切面图像的感兴趣区，追踪不满意则对边界进行手动调整，获得左心室整体纵向应变（global longitudinal strain，GLS）；选择心肌做功模式，观察二尖瓣、主动脉瓣运动并确定启闭时间，建立左心室PSL，导出并记录左心室整体做功指数（global work index，GWI）、整体有效做功（global constructive work，GCW）、整体无效做功（global waste work，GWW）、整体做功效率（global work efficiency，GWE）（图1）。PSL的面积即GWI，为二尖瓣关闭至二尖瓣开放期间心肌所做的功；GCW为收缩期心肌缩短与等容舒张期心肌伸长所做的功；GWW为收缩期心肌伸长与等容舒张期心肌缩短所做的功；GCW与GCW、GWW 之和的比值为GWE。
图1 重度阻塞型睡眠呼吸暂停综合征患者心肌做功参数示意图。图a，b左上图红色曲线为左心室压力-应变环，曲线下面积代表左心室整体做功指数（GWI）；右上图为左心室17节段心肌做功指数牛眼图，红色表示做功增高区域，绿色表示做功正常区域，蓝色表示做功减低区域；左下图为整体有效做功（GCW）和整体无效做功（GWW）的柱状图；右下图为整体纵向应变参数（GLS）、整体心肌做功参数及血压参数。图a，b两例患者GLS相同，图b血压偏高者GWI、GCW、GWW偏高，整体做功效率（GWE）偏低
4.重复性分析：从所有受试者中随机抽取20例，观察者内重复性检验由同一观察者于1个月后重复测量心肌做功参数，观察者间重复性检验由另一观察者重复测量心肌做功参数。

三、统计学分析

采用SPSS 25.0统计分析软件。计量资料服从正态分布者以
x¯
±s表示，不服从正态分布者以M（QR）表示；计数资料以例（%）表示。多组间计量资料比较，服从正态分布时采用单因素方差分析，LSD检验进行组间两两比较；不服从正态分布时采用Kruskal-Wallis秩和检验，Bonferroni校正法进行组间两两比较；计数资料组间比较采用χ2检验。采用Pearson或Spearman相关系数评估心肌做功参数与AHI的相关性，再将与AHI相关的参数纳入多元线性回归分析，评估AHI的独立相关因素。采用组内相关系数（intra-class correlation coefficient，ICC）进行重复性分析，以P＜0.05为差异具有统计学意义。

结果

一、各组一般临床资料及常规超声心动图参数比较

根据AHI将患者分为轻度组32例、中度组34例及重度组41例。轻、中、重度组及对照组4组间年龄、性别、心率、血压、吸烟情况及ESS评分差异均无统计学意义（P均＞0.05），体质量指数（body mass index，BMI）及AHI随着疾病加重而逐渐增大（F=8.188、242.379，P均＜0.001），MSaO2及LSaO2随着疾病加重逐渐减低（F=12.889、36.177，P均＜0.001，表1）。重度组e'较其他组减低，差异具有统计学意义（P＜0.05，表2）。
表1 不同程度OSAS组及对照组一般临床资料比较（
x¯
±s）
组别 例数 男［例（%）］ 年龄（岁） BMI（kg/m2） 心率（次/分） 收缩压（mmHg） 舒张压（mmHg）
对照组 24 18（75.0） 44.8±11.6 24.1±2.4 73.5±10.6 124.0±8.4 73.1±5.9
轻度组 32 21（65.6） 41.7±11.4 24.5±3.2 74.4±8.3 124.0±11.5 76.9±7.8
中度组 34 28（82.4） 42.3±10.4 26.0±3.1ab 73.1±9.6 124.9±7.8 75.3±6.8
重度组 41 36（87.8） 42.3±7.7 27.4±2.9abc 76.1±10.7 126.1±8.9 78.4±9.2
统计值 χ2=5.743 F=0.477 F=8.188 F=0.641 F=0.383 F=2.638
P值 0.125 0.699 ＜0.001 0.590 0.765 0.052
组别 例数 吸烟［例（%）］ AHI（次/h） MSaO2（%） LSaO2（%） ESS评分（分）
对照组 24 17（70.8） - - - -
轻度组 32 26（81.3） 8.8±3.1 94.7±1.1 87.5±2.5 8.1±5.2
中度组 34 22（64.7） 22.2±4.4b 94.3±1.9b 82.7±5.0b 7.0±4.7
重度组 41 26（63.4） 51.7±13.0bc 92.3±2.9bc 75.1±8.8bc 9.4±4.9
统计值 χ2=3.187 F=242.379 F=12.889 F=36.177 F=2.513
P值 0.364 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 0.086

注：1 mmHg=0.133 kPa；OSAS为阻塞型睡眠呼吸暂停综合征；BMI为体质量指数；AHI为睡眠呼吸暂停低通气指数；MSaO2为平均血氧饱和度；LSaO2为最低血氧饱和度；ESS评分为Epworth嗜睡量表评分；与对照组比较，aP＜0.05；与轻度组比较，bP＜0.05；与中度组比较，cP＜0.05；-表示无相关数据

表2 不同程度OSAS组及对照组常规超声心动图参数比较（
x¯
±s）
组别 例数 LVEDd（mm） LVEF（%） LVMI（g/m2） E/e' E/A e'（cm/s）
对照组 24 46.1±3.1 67.0±4.0 79.4±10.3 7.4±1.6 1.2±0.31 10.4±2.1
轻度组 32 45.6±3.0 66.9±3.1 76.8±10.5 7.5±1.9 1.2±0.29 10.8±2.1
中度组 34 47.2±3.3 66.3±3.9 83.0±17.1 7.9±1.7 1.2±0.29 10.8±1.5
重度组 41 46.8±3.0 66.1±4.3 83.7±10.7 8.3±2.0 1.1±0.26 9.4±1.8abc
F值 1.522 0.256 2.194 1.731 1.302 4.797
P值 0.212 0.857 0.092 0.164 0.277 0.003

注：OSAS为阻塞型睡眠呼吸暂停综合征；LVEDd为左心室舒张末期内径；LVEF为左心室射血分数；LVMI为左心室质量指数；E/A为二尖瓣舒张早期与舒张晚期峰值血流速度比值；e'为组织多普勒二尖瓣环室间隔和侧壁舒张早期速度的平均值；与对照组比较，aP＜0.05；与轻度组比较，bP＜0.05；与中度组比较，cP＜0.05

二、各组STE与PSL参数比较

轻度组GLS、GWI、GCW、GWW、GWE较对照组未见明显改变，差异无统计学意义（P＞0.05）；中度组GLS及GWI较对照组减低，差异有统计学意义（P＜0.05），GCW、GWW及GWE较对照组及轻度组未见明显改变（P均＞0.05）；重度组GLS、GWI及GCW较其他3组减低，差异均有统计学意义（P均＜0.01），GWE较对照组及轻度组减低，差异有统计学意义（P＜0.05），GWW较其他3组未见明显改变（P＞0.05，表3）。
表3 不同程度OSAS组及对照组左心室整体机械力学及心肌做功参数比较（
x¯
±s）
组别 例数 GLS（%） GWI（mmHg%） GCW（mmHg%） GWW［mmHg%，M（QR）］ GWE［%，M（QR）］
对照组 24 20.9±1.6 2096.1±293.7 2308.7±260.4 77.5（56.8） 96.0（2.0）
轻度组 32 20.4±2.0 2049.8±239.3 2260.5±227.3 78.0（49.5） 96.0（3.0）
中度组 34 19.7±2.3a 1960.6±285.1a 2199.8±276.7 78.0（78.8） 96.0（3.0）
重度组 41 18.2±1.8abc 1735.9±282.2abc 2039.8±290.1abc 108.0（50.0） 94.0（2.0）ab
统计值 F=11.178 F=11.889 F=6.618 H=5.571 H=13.663
P值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 0.134 0.003

注：OSAS为阻塞型睡眠呼吸暂停综合征；GLS为整体纵向应变；GWI为整体做功指数；GCW为整体有效做功；GWW为整体无效做功；GWE为整体做功效率；与对照组比较，aP＜0.05；与轻度组比较，bP＜0.05；与中度组比较，cP＜0.05

三、与AHI的相关性分析

OSAS患者GLS与AHI呈负相关（r=-0.458，P＜0.001），GWI、GCW、GWE与AHI均呈负相关（r=-0.482、-0.374、-0.272，P均＜0.01）。而LVEF及GWW与AHI无相关性（r=-0.026、0.164，P=0.794、0.091）。
将性别、年龄、BMI、舒张压、GLS、GWI、MSaO2、LSaO2及e'纳入多因素线性回归分析，结果显示，AHI与BMI（β=0.185，P＜0.05）、GWI（β=-0.206，P＜0.05）及LSaO2（β=-0.473，P＜0.001）独立相关（表4）。
表4 AHI独立相关因素的多元线性回归分析
因素 非标准化系数 标准化系数 t值 P值 VIF
Beta 标准误 Beta
（常量） 230.127 66.642 - 3.453 0.001 -
性别 -1.673 3.635 -0.034 -0.460 0.646 1.265
年龄 0.020 0.153 0.010 0.133 0.894 1.277
BMI 1.160 0.472 0.185 2.461 0.016 1.342
舒张压 0.068 0.186 0.027 0.367 0.714 1.296
GLS 0.129 0.909 0.014 0.142 0.887 2.383
GWI -0.014 0.007 -0.206 -2.136 0.035 2.222
MSaO2 -1.282 0.738 -0.154 -1.736 0.086 1.861
LSaO2 -1.179 0.220 -0.473 -5.368 ＜0.001 1.851
e' 0.485 0.867 0.046 0.559 0.577 1.581

注：AHI为睡眠呼吸暂停低通气指数；BMI为体质量指数；GLS为整体纵向应变；GWI为整体做功指数；MSaO2为平均血氧饱和度；LSaO2为最低血氧饱和度；e'为组织多普勒二尖瓣环室间隔和侧壁舒张早期速度的平均值

四、重复性分析

观察者内和观察者间测量重复性良好，GWE、GWI、GCW、GWW同一观察者内ICC分别为0.91、0.93、0.93和0.91，不同观察者间ICC分别为0.89、0.94、0.94和0.89（表5）。
表5 观察者内及观察者间的重复性检验
参数 观察者内 观察者间
ICC 95%CI ICC 95%CI
GWE 0.91 0.79~0.96 0.89 0.75~0.96
GWI 0.93 0.83~0.97 0.94 0.80~0.98
GCW 0.93 0.83~0.97 0.94 0.85~0.97
GWW 0.91 0.79~0.96 0.89 0.74~0.95

注：GWE为整体做功效率；GWI为整体做功指数；GCW为整体有效做功；GWW为整体无效做功

讨论

本组OSAS患者中，中度组GLS、GWI较对照组减低；重度组GLS、GWI及GCW较对照组、轻度及中度组减低，GWE较对照组及轻度组减低；OSAS患者GLS与AHI呈负相关，GWI、GCW、GWE与AHI均呈负相关；多因素回归分析显示，GWI、BMI及LSaO2与AHI独立相关。
近年来，OSAS发病率呈逐年增加的趋势，随着病情的进展常合并心脏功能受损、心律失常等［7］。目前的研究认为OSAS患者心功能减低的原因主要有：（1）低氧引起全身炎症反应，导致心肌纤维化，加速左心室重构；（2）低氧激活交感神经系统，导致血压升高及心率增加，后负荷的增加与心率改变共同导致心脏损伤；（3）自由基可导致心肌氧化和抗氧化活性失衡，继而导致心肌损伤、缺血；（4）心肌缺血后心肌酸中毒抑制兴奋-收缩偶联，导致心室收缩功能障碍［8, 9］。患者早期即可出现亚临床心功能减低［10］，敏感准确地识别心脏损伤并尽早干预具有重要的临床意义。
近年来，STE已经成为定量评价心肌功能的重要方法，可以敏感识别OSAS患者早期心肌损伤。本研究发现，中度组及重度组患者GLS减低，而轻度组患者的GLS保留；GLS与AHI之间呈负相关，这些结论与既往研究相似［11］。然而，由于STE具有后负荷依赖性，受后负荷影响GLS评价心肌功能的准确性可能受到影响。
MW在STE基础上将左心室后负荷纳入心肌功能评价中，是一种定量评估心肌功能的新方法［12, 13］。因具有敏感度高、可定量评估等特点，MW已开始应用于多种心脏疾病的评价中。本研究中，中度组及重度组患者GWI及GCW减低，可能由于心脏在缺氧引起的炎症反应与氧化应激等因素的作用下发生了左心室心肌重构［8，14］，导致心肌收缩力的下降；重度组GWE减低，表明重度组在LVEF保留的情况下，左心室整体心肌收缩不同步，整体做功效率减低；GWW代表着心肌能量的浪费，随疾病严重程度增加，GWW有增高趋势。GCW、GWI、GWE与PSG得到的AHI之间呈负相关，说明随着呼吸暂停的加重，左心室收缩功能及收缩同步性可能逐步受损。
值得注意的是，虽然GLS与GWI均与AHI相关，但仅GWI与疾病严重程度独立相关。OSAS患者的间歇性低氧状态导致交感神经过度活化与胸内压降低，使心脏后负荷升高，长期可造成心功能的损伤［8］。不同于GLS仅反映心肌的峰值形变以及受后负荷影响［15］，GWI代表整个心动周期心肌做功，较GLS更全面，可能成为评价间歇性低氧对心脏功能损害的新指标。有研究表明正常血压的OSAS患者在经持续正压气道通气（continuous positive airway pressure，CPAP）治疗后，血压有一定程度的降低［16］，GWI不受后负荷影响，可为病情判断及后续治疗提供依据。
本研究的局限性在于：（1）本研究为单中心小样本研究，仅纳入了不合并高血压的OSAS患者，未来需要扩大样本量。（2）心肌做功参数具有供应商依赖性。（3）袖带测量血压可能存在误差，将袖带测压视为左心室收缩压并不精确。（4）未对患者进行随访，今后需要进一步的随访资料，了解心肌功能变化。
综上所述，中重度OSAS患者心肌功能减低，GLS与GWI均为评价其心肌功能变化的敏感参数，心肌功能与疾病严重程度呈负相关，GWI与AHI独立相关。

参考文献

原文顺序 | 文献年度倒序 | 文中引用次数倒序
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