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综述

心肌矛盾形变在冠状动脉粥样硬化性心脏病中的应用进展

  • 张婉微 ,
  • 秦芸芸 ,
  • 吕秀章 ,
展开
  • 100020 首都医科大学附属北京朝阳医院超声医学科
通信作者:吕秀章,Email:

Copy editor: 汪荣

收稿日期: 2022-10-10

  网络出版日期: 2024-01-08

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Progress in application of myocardial early systolic lengthening and post-systolic shortening in coronary atherosclerotic heart disease

  • Wanwei Zhang ,
  • Yunyun Qin ,
  • Xiuzhang Lyu ,
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Received date: 2022-10-10

  Online published: 2024-01-08

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摘要

冠状动脉粥样硬化性心脏病(以下简称:冠心病)是临床上最常见的心血管疾病之一,严重威胁人们的生命和健康状况。准确评估心脏功能对于冠心病患者的早期诊断及预后评价具有重要意义。与传统超声心动图的左心室射血分数(left ventricular ejection fraction,LVEF)及室壁运动评分(wall motion score,WMS)相比,基于应变的组织多普勒或斑点追踪成像(speckle tracking imaging,STI)技术可以定量分析心肌形变,提供客观评估心功能的多参数信息。近年来,关于收缩早期延长(early systolic lengthening,ESL)和收缩后收缩(post-systolic shorting,PSS)这两种心肌矛盾形变在冠心病中的应用研究逐渐兴起并备受临床关注。ESL和PSS都是心室壁节段的细微异常运动,常发生于收缩功能障碍的心肌中,由于受损心肌与周围正常心肌间张力不平衡所致。心肌矛盾形变能够早期识别心肌缺血、准确评估心肌梗死,并为冠心病患者的疗效评估及预后判断提供重要临床信息。本文就ESL和PSS在冠心病中的应用进展进行综述。

本文引用格式

张婉微 , 秦芸芸 , 吕秀章 . 心肌矛盾形变在冠状动脉粥样硬化性心脏病中的应用进展[J]. 中华医学超声杂志(电子版), 2023 , 20(10) : 1081 -1084 . DOI: 10.3877/cma.j.issn.1672-6448.2023.10.013

冠状动脉粥样硬化性心脏病(以下简称:冠心病)是临床上最常见的心血管疾病之一,严重威胁人们的生命和健康状况。准确评估心脏功能对于冠心病患者的早期诊断及预后评价具有重要意义。与传统超声心动图的左心室射血分数(left ventricular ejection fraction,LVEF)及室壁运动评分(wall motion score,WMS)相比,基于应变的组织多普勒或斑点追踪成像(speckle tracking imaging,STI)技术可以定量分析心肌形变,提供客观评估心功能的多参数信息1-2。近年来,关于收缩早期延长(early systolic lengthening,ESL)和收缩后收缩(post-systolic shorting,PSS)这两种心肌矛盾形变在冠心病中的应用研究逐渐兴起并备受临床关注3-4。ESL和PSS都是心室壁节段的细微异常运动,常发生于收缩功能障碍的心肌中,由于受损心肌与周围正常心肌间张力不平衡所致5。心肌矛盾形变能够早期识别心肌缺血、准确评估心肌梗死,并为冠心病患者的疗效评估及预后判断提供重要临床信息。本文就ESL和PSS在冠心病中的应用进展进行综述。

一、心肌矛盾形变概述

(一)ESL的定义、机制及参数

ESL是指收缩早期心肌的反向延长运动,可作为心肌功能障碍的敏感标志4,发生机制可能与组织异质性和节段收缩力差异有关。当收缩早期左心室腔压力急剧上升时,正常心肌能够产生足够主动力来缩短,而缺血心肌由于收缩力受损倾向于被动延长。此外,心肌受损导致的电传导异常也可能解释ESL现象。在临床研究中,通常采用以下指标来定量分析:(1)ESL幅度,即收缩期正向峰值应变;(2)ESL持续时间(the duration of early systolic lengthening,DESL),指从舒张末期到收缩期正向峰值应变的时间;(3)ESL指数(early systolic strain index,ESI),即ESL幅度占全心动周期最大应变的比率(图1)。
图1 收缩早期延长与收缩后收缩参数测量示意图

注:AVC为主动脉瓣关闭时间;ESL为收缩早期延长;DESL为收缩早期延长持续时间;ESI为收缩早期延长指数;PSS为收缩后收缩;PSI为收缩后指数;PST为收缩后时间

(二)PSS的定义、机制及参数

PSS是指收缩末期(或主动脉瓣关闭)后心肌仍然收缩的异常现象3。最初,PSS被认为是缺血心肌在等容舒张期左心室压力急剧下降时发生的延迟主动收缩。但有学者提出,PSS可能与病变心肌的收缩期伸展以及邻近组织收缩牵拉产生的被动弹性回缩有关6。目前关于PSS是主动还是被动收缩尚存在争议。量化PSS的参数主要有:(1)PSS幅度:为全心动周期最大应变与收缩期峰值应变的差值;(2)收缩后时间(the time to post-systolic shorting,PST),即从主动脉瓣关闭到收缩后峰值应变的时间;(3)收缩后指数(post-systolic strain index,PSI),为PSS幅度与全心动周期最大应变的比值(图1)。

二、ESL和PSS在冠心病中的临床应用

心肌ESL和PSS能够准确揭示左心室机械力学变化,对冠心病患者的诊断、随访及预后具有重要的临床应用价值,主要体现在以下几个方面:

(一)评价心肌缺血

早期识别心肌缺血并评估严重程度对冠心病的诊疗至关重要。Smedsrud等7对88例拟行冠状动脉造影的可疑稳定性冠心病患者进行STI分析,结果发现DESL对冠状动脉脉显著狭窄的诊断准确性优于左心室整体纵向应变(global longitudinal strain,GLS),DESL和GLS的ROC曲线下面积(area under the curve,AUC)分别为0.83、0.68。胡倩等8-9进一步研究发现冠心病患者的DESL延长,并随着冠状动脉狭窄程度加重而进一步延长;相比于整体纵向、径向和圆周应变,DESL对高危冠心病的诊断效能最高。以上研究表明,DESL为冠心病的早期诊断提供了强有力的工具,可筛选出需要侵入性干预的高风险患者。但有研究10指出,冠心病患者左心室各层心肌的ESL幅度随着冠状动脉病变加重而降低,与上述研究结果不一致。另外,Minamisawa等11研究显示静息ESL与冠心病患者的血流储备分数无关,其不能对冠状动脉血流动力学进行功能性评估。由于ESL在早期冠心病诊断方面的研究较少且尚有争议,未来需要更多相关研究探索其在心肌缺血评价中的应用价值。
目前已有大量研究支持PSS在识别缺血心肌中的作用3。Uusitalo等12发现多巴酚丁胺负荷试验恢复早期的PSI与正电子发射断层灌注成像显示的心肌缺血范围、定位及严重程度有关;综合分析PSI和WMS预测梗阻性冠心病较单独应用WMS具有增量诊断价值。这说明PSS不仅能识别冠状动脉狭窄程度,还能对功能性血流异常进行评价。Weng等13应用STI自动功能成像技术对143例室壁运动正常的可疑稳定性冠心病患者进行研究,结果发现PSI识别左主干或3支冠状动脉病变的准确性优于LVEF(AUC:0.68 vs 0.55);联合区域PSI与区域收缩期应变能够提高检测左前降支和右冠状动脉狭窄的诊断效能。相关研究也证实了PSS对稳定性心绞痛患者的冠状动脉病变情况具有独立预测价值14-15。另一研究对LVEF和室壁运动正常的不稳定型心绞痛患者进行分析,发现PSS对冠状动脉狭窄≥70%的评估具有适中敏感度及良好的特异度16。综上,PSS为早期客观评估冠心病患者的心肌缺血提供了无创、准确的新途径。
考虑到ESL和PSS均为心肌细微异常形变,代表了心肌的矛盾运动,而且ESL可能通过增加前负荷或被动弹性回缩导致PSS,因此综合分析可能获得更全面、准确的结果。最近有文献报道,心肌功能障碍指数(myocardial dysfunction index,MDI)作为ESL与PSS的综合参数,在识别缺血性记忆方面比单独ESI或PSI的准确性更好,有望用于检测患者心绞痛发作后的短暂缺血性损伤17。此外,Ishigaki等5研究发现综合评估DESL、PST和GLS能明显改善诊断单支左前降支狭窄的准确性,但是对多支血管狭窄并无增量诊断价值。因此,是否有必要同时评估这两种心肌矛盾形变以及ESL是否总与PSS共存还有待进一步确定。

(二)评价心肌梗死

心肌梗死范围是预测心血管事件和死亡率的有力指标,心脏磁共振(cardiac magnetic resonance,CMR)是鉴别透壁性梗死的金标准,但价格昂贵且适用性有限。心肌矛盾形变在评估心肌梗死范围方面可能具有潜在价值。研究表明,ESI、PSI及MDI与由CMR确定的心肌梗死范围相关18。Vartdal等19对前壁急性心肌梗死患者进行研究,发现DESL、ESI及PSI与梗死范围呈正相关,其中DESL的相关性最好,另外DESL区分透壁性梗死的准确性最高(AUC=0.97),敏感度和特异度高达90%以上。Zahid等20进一步研究发现DESL能够准确检测非ST段抬高型心肌梗死患者的微小心肌损害,效能优于LVEF、WMS及GLS。上述研究均表明心肌矛盾形变可作为评价心肌梗死范围的良好指标。
正确判断冠心病患者有无存活心肌对进一步选择治疗方案及预后评估具有重要意义。已有研究证实DESL能够可靠区分急性心肌梗死患者的存活和非存活节段19。Kahyaoglu等21有类似发现,认为DESL可识别慢性冠状动脉完全闭塞患者的缺血存活心肌,从而选择可能受益于血运重建的患者。但一项关于ST段抬高型心肌梗死患者的研究却指出ESI评判存活心肌的敏感度低,诊断效能不如PSI;基线时联合PSI、ESI与GLS对预测晚期存活心肌具有增量价值22。因此,尽管ESL在心肌梗死评估方面具有优越性,但综合评估其他参数可能提供更准确信息。另外,Terkelsen等23和Lim等24研究认为PSS并不能识别存活心肌。因此,PSS能否有效评估心肌存活性存在一定争议,有待未来研究进一步探索。

(三)评估治疗效果

心肌矛盾形变可作为冠心病患者再血管化治疗后心肌功能恢复的有效指标。Smedsrud等7研究发现,稳定性冠心病患者血运重建术后1年的LVEF及GLS与术前相比无明显变化,而DESL较术前显著改善,表明DESL在评价心肌功能恢复方面,较其他参数更敏感。另外,有研究对陈旧性心肌梗死患者进行负荷超声心动图检查,发现峰值负荷ESI预测患者6个月心肌局部功能恢复的准确性优于WMS(AUC:0.89 vs 0.78)25。此外,Eek等26和Hsiao等27研究指出,PSS与急性心肌梗死患者经皮冠状动脉介入治疗(percutaneous coronary intervention,PCI)术后心肌功能恢复有关,表明 PSS在评价治疗效果方面亦有潜在应用价值。然而,Meimoun等28应用STI预测急性心肌梗死患者PCI术后6个月的心肌功能恢复情况,结果显示ESL预测功能恢复的准确性最高,优于LVEF、WMS、GLS及PSS,并且只有ESL与左心室整体及节段功能恢复独立相关。由此可见,心肌矛盾形变,特别是ESL,对冠心病患者血运重建术后的疗效评估具有潜在应用前景。

(四)预测不良事件

ESL与PSS还能为冠心病患者发生不良事件提供有价值的预后信息。研究表明,DESL与急性心肌梗死患者PCI术后发生院内心脏事件独立相关28。Brainin等29对373例行直接PCI的ST段抬高型心肌梗死患者平均随访5.3年,以新发心力衰竭、再发心肌梗死、全因死亡作为观察终点,发现DESL和ESI具有阳性预测价值(HR=1.49、1.27,P<0.05)。另一项研究表明,ESL为冠状动脉搭桥术后患者发生心血管死亡事件、全因死亡率提供独立和增量预后信息,而且ESL幅度对女性患者的预后评估价值更大30。总之,ESL对心血管事件风险预测具有较高的临床价值。
Brainin等14研究发现,稳定性心绞痛患者的PSS为心血管不良事件及血运重建提供独立的长期预后信息。Lu等31再次证实了PSS在稳定性冠心病的不良事件监测中具有应用价值,而且优于GLS。Hsiao等27发现心肌梗死后3个月的PSS是预测梗死相关动脉血运重建和主要不良心血管事件的独立因素。此外,PSS在预测ST段抬高型心肌梗死32、急性冠脉综合征33患者PCI术后发生心力衰竭方面也有重要价值。以上研究均表明PSS是评估冠心病患者预后的有效指标。然而,最新研究却指出PSI不能为冠心病心力衰竭患者提供预后信息,但ESI与全因死亡率的增加显著相关,显示了ESL评估预后的优越性34。鉴于目前关于ESL预后评价的研究相对较少,未来研究需进一步探索其预后评估价值。

三、局限性

目前,ESL和PSS的临床应用仍存在一定局限性:(1)高度依赖图像质量,需要良好的灰阶图像和帧频才能实现细微形变的精确检测。(2)正常人群也可能出现心肌矛盾形变35-36,因此,区分生理性和病理性ESL、PSS是临床亟待解决的问题。Voigt等37提出区分生理性与病理性PSS的标准,另一研究在大量普通人群中确定了PSS幅度、PST及PSI的正常参考值38。在未来的研究中,可采用类似方法区分生理性与病理性ESL。(3)描述ESL和PSS的参数较多,在临床应用中,需要进行多参数的比较并进行简化,或者联合分析以进一步提高其评估准确性。(4)有关ESL和PSS的研究多局限于二维平面的观察,未来有待应用实时三维斑点追踪技术评估心肌矛盾形变的临床应用价值。

四、小结

综上所述,ESL和PSS作为心肌矛盾形变,准确揭示着冠心病患者左心室机械力学的异常变化,其在早期检测心肌缺血及心肌梗死评估方面具有诊断高效性和临床实用性。另外,ESL和PSS可作为冠心病患者治疗效果及不良事件的有效预后评价指标,具有较好的应用前景。
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