高 含 马 勇 于海迪

苏北人民医院，江苏省扬州市 225001

动脉导管未闭(Patent ductus arteriosus，PDA)是常见的先天性心脏病之一，病程初期表现为左心容量负荷增加，左心增大，随着病程进展，肺动脉压力逐渐增高，则出现肺动脉高压。心脏容量负荷的增加有可能出现心力衰竭,甚至发展到艾森曼格综合征。超声斑点追踪显像技术(Speckle tracing imaging,STI)可实时追踪不同帧频间同一位置心肌回声斑点的运动轨迹，计算心脏的旋转角度及扭转参数，为进一步研究心肌力学与心脏形变之间的联系提供了一种全新的定量评价方法[1-3]，故本研究旨在应用超声斑点追踪成像技术定量分析动脉导管未闭患者的左室扭转并探讨其运动同步性。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2009年12月—2010年6月本院门诊及住院部确诊的PDA患者35例，其中男10例，女25例，年龄1～60岁，平均年龄(16.1±17.5)岁。纳入标准：临床表现、病史及超声心动图确诊为单纯PDA的患者，排除PDA合并房间隔缺损、室间隔缺损或其他先天性心脏病以及心内膜炎、心包炎、瓣膜病变、心律失常、高血压、糖尿病等。并根据肺动脉收缩压≥35mmHg(肺动脉收缩压=三尖瓣反流压差+右房压，1mmHg=0.133kPa)为标准分为合并肺动脉高压(PAH)组12例[男6例，女6例，年龄1～60岁，平均年龄(24.5±18.69)岁]和单纯PDA组23例[男5例，女18例，年龄1～60岁，平均年龄(11.75±15.85)岁][2]。正常对照组(NOR组)：健康志愿者37例，男19例，女18例，年龄1～45岁，平均年龄(15.8±10.5)岁，经体格检查、心电图、胸片及超声心动图等检查，均无心血管及肺脏疾病。

1.2 仪器与方法 采用GE Vivid 7彩色多普勒超声诊断仪，M3S及M7S探头。受检者取左侧卧位，平静呼吸，并同步监测心电图。采集胸骨旁左室短轴二尖瓣水平及心尖水平切面至少连续3个心动周期的二维灰阶动态图像,待脱机行EchoPAC分析。应用超声斑点追踪成像技术的二维应变分析软件，将图像定帧于收缩末期手动勾勒左室心内膜，并调节感兴趣区的宽度使之与室壁厚度一致，软件则自动得出左室心底部、心尖部旋转角度随心动周期变化的曲线图，从左室心尖至心底部方向观察, 定义逆时针旋转为正值, 顺时针旋转为负值。左室扭转角度等于心尖部旋转角度与基底部旋转角度的差值。将曲线上的所有原始数据导入Excel计算心底部及心尖部旋转角度峰值及达峰时间、左室扭转角度峰值及达峰时间、主动脉瓣关闭时间点扭转角度及时间。

1.3 统计学方法 采用SPSS17.0统计软件处理所得数据。计量资料用均数±标准差表示，三组间的比较用单因素方差分析，组间的两两比较用LSD法。

2 结果

2.1 左室旋转及扭转比较 PAH组患者左室心尖部旋转角度峰值、左室扭转角度峰值及AVC点扭转角度均低于单纯PDA组和正常对照组(P<0.01),而PAH组患者左室心底部旋转角度峰值与另两组无统计学差异(P>0.05)；而单纯PDA组患者与正常对照组各指标之间的差异均无统计学意义(P>0.05)。见表1。

表1 单纯PDA组、PAH组与NOR组左室各指标比较

2.2 左室同步性比较 PAH组患者左室心底部旋转角度达峰时间早于主动脉瓣关闭时间，而心尖部旋转角度达峰时间及左室扭转角度达峰时间均迟于主动脉瓣关闭时间(P<0.01)；而单纯PDA组患者与正常对照组上述各指标之间的差异均无统计学意义(P>0.05)。见表1。

3 讨论

3.1 左室收缩功能的超声评价新指标—扭转及同步性 由于左室由三层心肌构成，即纵向走行的深肌层(呈右手螺旋)、环形包绕的中肌层和斜行走行的浅肌层(呈左手螺旋)[4],心肌纤维这种特殊的螺旋状排列决定了左室的运动不仅仅包括纵向运动、径向运动和圆周运动，还包括了扭转运动。有研究发现，左室心肌的旋转及扭转在空间上和时间上的改变与心肌病变也是相互关联的，例如国内熊莉等应用斑点追踪技术研究心肌梗死患者的左室扭转角度变化，结果发现心肌梗死患者左室射血分数减低组心尖部旋转角度和整体扭转角度均低于对照组(P均<0.001)，且左室扭转角度与左室射血分数有显著相关性(r=0.63,P<0.001)[5],韩伟等同样用该技术评价左室前壁心肌梗死血运重建术前后左室整体和局部扭转运动特征时发现，该患者术前的扭转非同步性指标即扭转达峰时间标准差和任意两节段间最大扭转达峰时间差值均较正常对照组增高，重建术后任意两节段间最大扭转达峰时间差值下降(P<0.001)[6]，Notomi等用组织多普勒成像技术研究肥厚性心肌病患者左室扭转运动时发现其在静息状态下左室扭转角度比正常对照组高，而经运动耐力试验后，正常对照组的左室扭转角度和解旋速度均会增高，但肥厚性心肌病患者的左室扭转并未增强，而解旋速度反而降低[7]。正是因为左室心肌运动的多面性，使得对左室功能的研究冲破了仅研究长轴及短轴方向的局限性，而更能从立体空间的旋转、扭转及同步性上进一步全面评价左室收缩功能，为心脏疾病的诊断及治疗提供更有用的临床价值。

3.2 斑点追踪成像技术评价正常人左室旋转及扭转特征 本研究结果显示：(1)正常人心底部为顺时针旋转，心尖部为逆时针旋转，左室整体扭转主要表现为,以逆时针方向为主的扭转运动。(2)左室心底部与心尖部旋转角度达峰时间差异无统计学意义，左室扭转达峰时间与AVC点差异无统计学意义(P>0.05)，说明左室心肌运动是同步的，以往研究也表明，从心尖至心底方向观察，正常人左室心底部呈顺时针方向旋转，心尖部呈逆时针方向旋转，左室整体扭转则表现为逆时针方向，且均于收缩末期达到各角度峰值[1,8-10]，这种达峰时间的差异无统计学意义，也说明了在正常情况下，左室心肌在收缩期保持着高度的同步性，本研究结果与其一致。

3.3 斑点追踪成像技术评价单纯PDA患者左室旋转及扭转特征 本研究结果显示单纯PDA患者心底部顺时针旋转为主，心尖部以逆时针旋转为主，左室整体扭转则以逆时针方向为主的扭转运动，这和正常人的旋转、扭转运动方向是一致的，与正常对照组相比，单纯PDA组左室旋转及扭转的各指标之间差异无统计学意义(P>0.05)。出现这种运动方向上和强度上无改变的情况原因可能在于，动脉导管构成了主动脉和肺动脉间的异常通路，血液自主动脉经动脉导管向肺动脉分流。若分流量不大，肺循环阻力低于体循环，主动脉压力高于肺动脉压，只出现左向右分流现象，左室仅表现为容量负荷的增加，根据Frank-starling定律，肌纤维的收缩力在一定范围内随初长度的增加而增加，当达到最适初长度时，粗细肌丝处于最佳重叠状态，肌纤维的收缩力最大，但超过此长度后，肌收缩力就会出现下降的趋势，即心肌的收缩期初长度(心脏前负荷) 取决于舒张末容量。在本研究单纯PDA患者中可能左心容量负荷的增加仅引起心肌纤维的收缩力小于等于其最大值，即此时容量负荷的改变主要机制为肌纤维的延长是可恢复性的，肌纤维的收缩能力尚未受损，因此，左室旋转及扭转的运动与正常对照组方向一致，反映左室心肌收缩功能的指标即左室心底部及心尖部旋转角度峰值、左室扭转角度峰值、主动脉瓣关闭时间点扭转角度与正常对照组相比无统计学差异，且反映左室收缩运动同步性的指标即左室心底部及心尖部旋转角度达峰时间，左室扭转角度达峰时间、主动脉瓣关闭时间点与正常对照组相比亦无统计学差异，表明左室壁心肌运动同步性也未受到影响，左室壁运动协调一致。此外，由于心肌细胞不可分裂增生，属于永久性细胞，故当容量负荷增加时，只能通过心肌细胞的肥大来适应心脏的扩大，产生平行排列的横向肌小节，这种微管结构的重排在心肌负荷增加的初期是可逆转的[11]，因此在病程早期，单纯PDA组患者左室容量负荷对左室收缩功能的影响较小，即反映左室心肌收缩功能的指标和收缩运动同步性的指标与正常人对比差异均无统计学意义。

3.4 斑点追踪成像技术评价合并PAH的PDA患者旋转及扭转特征 本研究结果显示：(1)PAH组患者左室心尖部旋转角度峰值、左室扭转角度峰值及AVC点扭转角度均低于单纯PDA组和正常对照组，体现了该组患者左室旋转及扭转在收缩强度上发生了改变，收缩能力减低(P<0.01)。(2)PAH组患者左室心底部旋转角度峰值与另两组无统计学差异(P>0.05)。(3)PAH组患者左室心底部旋转角度达峰时间早于主动脉瓣关闭时间，而心尖部旋转角度达峰时间及左室扭转角度达峰时间均迟于主动脉瓣关闭时间，体现了在左室扭转方式上亦发生了改变，心肌运动存在了非同步性(P<0.01)。

导致上述结果的原因可从以下四个方面解释：(1)心肌收缩功能方面：当PDA分流量很大，左心回心血量太大而引起左室超容而衰竭，左房和肺静脉压力上升，产生后向性肺动脉压升高，一旦肺循环阻力高于体循环，则出现肺动脉高压，根据Frank-starling定律，当肌纤维超过最适初长度时，肌收缩力就会出现下降的趋势[8]。使得心室在舒张时每个肌纤维变长、变细，而相邻的肌纤维被推挤在一起，从而心肌纤维的层次相对减少，每层内的肌纤维数相对增多，心室收缩时则相反，每个肌纤维变短、变粗，心肌纤维的层次变多，每层内的肌纤维数相对减少。左心室这种长期的扩张主要机制为肌纤维排列结构发生了改变。(2)心室形态重构方面：肺动脉高压早期表现为右室舒张末期容积的增加，能改善心脏的排血量，但随着时间的延长，右室发生重构，在形态学上表现为舒张末期容积的增大，在心肌力学上表现为右室壁心肌细胞不可逆性的肥厚[12-13]。左、右心室是个连续的整体，两者具有共同的室间隔，右室心肌细胞受损时，必然影响到左室心肌细胞。当发生心室慢性舒张末容积增大或心肌细胞受损坏时，体内的神经体液因素发生适应性变化，对左室产生机械性影响，甚至发生心肌纤维化[14]。(3)分子水平方面：据以往研究报道，合并肺高压的先天性心脏病患者中心肌血管紧张素Ⅱ(AngⅡ)呈高表达[15]，而AngⅡ不但能激活心肌细胞核内钙离子依赖的内源性酸内切酶，导致DNA的片段化发生裂解，引起细胞凋亡[16]，还能通过其受体刺激心肌细胞肥大，使其表型发生改变，同时亦刺激成纤维细胞的有丝分裂，促进成纤维细胞胶原的合成，导致成纤维细胞的增殖。以上三点均表明肌纤维的收缩能力受到损害，使得反映左室收缩功能的指标左室心尖部旋转角度峰值、左室扭转角度峰值及AVC点扭转角度均低于单纯PDA组和正常对照组，且表明了左室壁心肌运动存在了非同步性，使得反映左室收缩运动同步性的指标即左室心底部旋转角度达峰时间早于主动脉瓣关闭时间，而心尖部旋转角度达峰时间及左室扭转角度达峰时间均迟于主动脉瓣关闭时间。(4)心室血供方面：根据心脏的脉管解剖结构分布，发现冠状动脉及其分支的走行越往远端(即心尖部)管腔内径越细，心尖部大部分均由末梢血管围绕，另外，心尖部的血供来源主要包括左冠状动脉前降支的斜支、左室前支、室间隔前支和左冠状动脉旋支的左缘支，而心底部的血供来源除了包括上述血管外，还包括左冠状动脉旋支的左室前支、左室后支。故不管从冠脉的内径还是数量方面，左室心底部血供均较心尖部丰富。当伴发肺动脉高压时，PAH组患者的左室已处于长期容量负荷过重的状态，引起容量超负荷性的心肌肥大，但微血管数目并未随着心肌肥大而增加，因而导致了氧的弥散距离增加而使得循环灌注不足，此时心尖部缺血缺氧的环境则较心底部更为严重。因此左室心底部旋转角度未发生明显改变，而心尖部旋转角度明显减低。

3.5 本研究的临床意义、局限性及展望 本研究初步显示，对于早期未发生肺动脉高压的PDA患者，左室旋转、扭转以及同步性均无显著改变，晚期合并肺动脉高压的动脉导管未闭患者，左室心尖部旋转、整体扭转角度峰值均降低，且存在非同步性运动，超声斑点追踪成像技术可实时量化动脉导管未闭患者的左室扭转运动信息，并能从扭转角度评估其左室运动的协调性，为先天性心脏病心肌力学实验和临床研究方面提供了新的无创的检测方法及广阔的应用前景。然而斑点追踪技术也存在其局限性，如要求有高清的图像质量才不会影响到追踪测量的效果，但对于一些肥胖或肺气遮挡程度重的病例则会使图像采集受限，另外心脏毕竟是个三维立体的结构，斑点追踪技术仍局限于二维平面的分析，故对心功能的研究仍有待进一步的完善和提高。随着超声心动图的飞速发展，以及其无创性、简便性、可重复性等众多优点越来越被临床医师和患者所接受，三维斑点追踪技术、实时三维超声技术等更多快速、简便、无创、准确的检测新方法将在心脏疾病的诊断和治疗上发挥更大的作用。