高继康 陈晓冰 黄文凡 张雨濛 马芳花 何海生

糖尿病患病率近年来呈不断升高的趋势，糖代谢紊乱会引起心血管改变，导致不良心血管病事件发生[1]。糖尿病心肌病在病变早期即可表现为心室舒张功能明显异常，可导致左心房排血阻力增加，继而可引起心房颤动、心力衰竭、中风及死亡等危险事件发生[2]。笔者采用四维斑点追踪显像观察糖尿病患者左心房心肌功能的变化，探讨该方法对左心房储备与排血功能变化的诊断价值，旨在为减少糖尿病患者心血管并发症的发生、监测糖尿病治疗疗效提供参考。

1 对象和方法

1.1 对象 选取2021年1至12月杭州市临平区第一人民医院收治入院的2型糖尿病患者95例，其中男57例，女36例，年龄21～86（59.56±14.51）岁；糖尿病病史为1～600个月，中位病史为149.57（45.00，222.00）个月。排除标准：（1）慢性阻塞性肺疾病、肝硬化、血液系统疾病等病史患者；（2）常规心电图检查提示心肌梗死及房颤等严重心律失常；（3）肾功能不全患者（血肌酐＞130 μmol/L）。选取本院健康体检人群65名作为正常对照组，其中男37名，女28名，年龄20～79（58.34±13.25）岁；均无高血压、冠心病、肺心病、慢性肾病、糖尿病等病史，静息状态下常规心电图检查未见明显心肌梗死及心律失常表现。糖尿病组与正常对照组体重、BMI比较差异均有统计学意义（均P＜0.05），其余年龄、性别、身高、体表面积（body surface area,BSA）、心率、收缩压、舒张压等比较差异均无统计学意义（均P＞0.05），见表1。本研究经本院医学伦理委员会批准，所有受试者均知情同意。

表1 两组对象一般资料的比较

1.2 方法

1.2.1 超声心动图检查 采用美国GE Vivid E9型彩色多普勒超声诊断仪，4V型心脏四维容积探头，脱机分析采用EchoPac V203型软件。受检者取左侧卧位，平静呼吸，同步连接心电图，先取胸骨旁左心室长轴切面，利用M型超声测量左心室舒张末期内径（left ventricular end diastolic diameter,LVDd）、室间隔舒张末期厚度（interventricular septum end diastolic thickness,IVSd）、左心室后壁舒张末期厚度（left ventricular posterior wall end diastolic thickness,LVPWd），左心室质量（left ventricular mass,LVM）；获取二维心尖四腔切面后，切换进入四维模式，显示左心房四维全容积动态图像，选择6个心动周期，帧频范围大于心率的30%，动态存储左心房四维全容积图像。

1.2.2 脱机分析 将存储资料导入EchoPac工作站，进行脱机分析。打开左心房四维全容积动态图像，进入测量菜单，选择四维自动左心房定量（4D Auto LAQ）模式，软件自动同时显示心尖部左心室二腔、三腔、四腔切面的二维动态图像，先微旋矫正左心室心尖二腔、三腔、四腔切面于纵向状态；再锚定各切面的二尖瓣环中点；然后分别回顾心室舒张末期（R波顶点处）、收缩末期（T波结束点处）和心房收缩前期（P波起始点）时的左心房容积图像，软件自动勾画心室舒张末期、心室收缩末期和心房收缩前期的左心房壁心内膜线，手动微调校正各切面心内膜线边界位置；最后软件自动显示左心房舒张末期容积（left atrial end diastolic volume,LAVd）、左心房收缩末期容积（left atrial end systolic volume,LAVs）、左心房射血前期容积（left atrial pre ejection volume,LAVp）、左心房排血分数（left atrial ejection fraction,LAEF）、左心房排血容积（left atrial ejection volume,LAEV）、左心房储备期纵向应变（left atrial longitudinal strain during reservoir phase,LALSr）、左心房储备期圆周应变（left atrial circumferential strain during reservoir phase,LACSr）（储备期即心室舒张末期至心室收缩末期，心电图上为R波顶点至T波结束点这一时期）；左心房管道期纵向应变（left atrial longitudinal strain during conduit phase,LALScd）、左心房管道期圆周应 变（left atrial circumferential strain during conduit phase,LACScd）（管道期为心室收缩末期至心房收缩前期，心电图上为T波结束点至P波起始点处这一时期）；左心房收缩期纵向应变（left atrial longitudinal strain during contraction phase,LALSct）、左心房收缩期圆周应变（left atrial circumferential strain during contraction phase,LACSct）（心房收缩期为心房收缩前期至心室收缩末期，心电图上为P波起始点处至R波顶点处这一时期）；上述参数测量3次，取平均值，见图1-6。

图1 左心房四维全容积四维图及心尖二腔、三腔、四腔切面二维图

图2 软件自动勾画的心室舒张末期左心房心内膜线

图3 软件自动勾画的心室收缩末期左心房心内膜线

图4 软件自动勾画的心房收缩前期左心房心内膜线

图5 左心房壁四维纵向应变曲线（箭头所示为LALSr范围）

图6 左心房壁四维圆周应变曲线（箭头所示为LACSr范围）

另外计算左心房收缩期末期容积指数（left atrial end systolic volume index,LAVsI）、左心房舒张末期容积指数（left atrial end diastolic volume index,LAVdI）、左心房射血前容积指数（left atrial pre ejection volume index,LAVpI）、左心房每分排血量（left atrial output per minute,LAOM）、左心房被动排血容积（left atrial passive ejection volume,LAPV）、左心房主动排血容积（left atrial active ejection volume,LAAV）、左心房被动排血分数（left atrial passive ejection fraction,LAPEF）、左心房主动排血分数（left atrial active ejection fraction,LAAEF）、左心房被动排空率（left atrial passive emptying rate,LAPER）、左心房主动排空率（left atrial active emptying rate,LAAEF）、左心房管道期与心房收缩期纵向应变之比（the rate of LALScd and LALSct,LALScd/LSct）和圆周应变之比（the rate of LACScd and LACSct,LACScd/CSct）。计算公式：LAVdI=LAVd/BSA；LAVpI=LAVp/BSA；LAVsI=LAVs/BSA；LAEV＝LAVs-LAVd；LAOM=LAEV×HR（心率）；LAPV＝LAVs-LAVp；LAAV＝LAVp-LAVd； LAEF=LAEV/LAVs； LAPEF=LAPEV/LAVs；LAAEF＝LAAV/LAVp；LAPER＝LAPEV/LAEV；LAAER＝LAAEV/LAEV。

1.3 重复性检验 随机抽取30例糖尿病患者，间隔1个月后由同1位检查者再次分析左心房四维全容积图像，用于观察者内的重复性检验；由另1位有相同经验的检查者，在不知分析结果的情况下，分析相同图像，用于观察者间的重复性检验。通过观察者内及观察者间组内相关系数（intraclass correlation coefficient,ICC）检验测量的重复性，若ICC＞0.75，重复性较好。

1.4 统计学处理 采用SPSS 24.0统计软件。正态分布的计量资料以表示,组间比较采用两独立样本t检验；计数资料组间比较采用χ2检验。参照正常对照组，绘制左心房心肌四维应变参数预测糖尿病患者存在左心房心肌功能不全的ROC曲线，以明确其诊断价值。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组对象左心室结构参数测值的比较 糖尿病组IVSd、LVPWd、LVM均大于正常对照组，差异均有统计学意义（均P＜0.05）；LVDd与正常对照组比较差异均无统计学意义（均P＞0.05），见表2。

表2 两组对象左心室结构参数测值的比较

2.2 两组对象左心房容积与功能参数测值的比较糖尿病组 LAVd、LAVdI、LAVs、LAVsI、LAVp、LAVpI、LAAV、LAAER大于正常对照组，LAPV、LAEF、LAPEF、LAPER均小于正常对照组（均P＜0.05）；LAEV、LAOM、LAAEF与正常对照组差异均无统计学意义（均P＞0.05），见表3。

表3 两组对象左心房容积与功能参数测值的比较

2.3 两组对象左心房心肌四维应变参数测值的比较糖尿病组的LALSr、LALScd、LALScd/LSct、LACSr、LACScd、LACScd/CSct均小于正常对照组（均P＜0.05）；LALSct、LACSct与正常对照组比较差异均无统计学意义（均P＞0.05），见表4。

表4 两组对象左心房容积与功能参数测值的比较

2.4 左心房心肌四维应变参数的诊断价值 参照正常对照组，根据ROC曲线分析不同左心房心肌四维应变参数诊断糖尿患者存在心肌功能不全的诊断价值，见表5。心室收缩期（即储备期）：LALSr的诊断价值较高，其AUC为0.717,当最佳截断值为21.50%时，其灵敏度和特异度分别为0.76和0.60，见图7。心室舒张期（包括管道期与心房收缩期）：LALScd的诊断价值较高，其AUC为0.794,当最佳截断值为-11.50%时（负号代表心肌运动方向），其灵敏度和特异度分别为0.83和0.62，见图8。

图7 LALSr预测糖尿病患者左房心肌储备期舒张功能不全的ROC曲线

图8 LALScd预测糖尿病患者左房心肌管道期被动收缩功能不全的ROC曲线

表5 糖尿病患者左心房功能ROC曲线分析结果

2.5 重复性研究 左心房四维心功能参数（LAVd、LAVs、LAVp、LAEF、LAEV）的观察者内 ICC 分别为0.88、0.94、0.94、0.74、0.90（均P＜0.05），平均 0.88±0.08；观察者间ICC 分别为 0.92、0.96、0.95、0.83、0.93（均P＜0.05），平均0.92±0.05。

左心房心肌四维应变参数（LALSr、LALScd、LALSct、LACSr、LACScd、LACSct）的观察者内ICC分别为 0.72、0.76、0.76、0.85、0.82、0.79（均P＜0.05），平均0.78±0.04；观察者间ICC分别为0.73、0.77、0.73、0.87、0.84、0.83（均P＜0.05），平均0.79±0.06。

3 讨论

四维斑点追踪显像是近年来超声技术领域的重大进展，是实时三维超声心动图与斑点追踪技术结合发展起来的一项新技术[3]。该技术可通过在心动周期内对左心房壁上感兴趣的心肌斑点回声自动逐帧追踪，程序运行后，通过软件获得心脏容积-时间改变曲线，可反映左心房在不同心动周期左心房容积动态的变化，从而计算出左心房功能参数[4]；同时通过软件追踪左心房不同方向上两个斑点之间的心肌，自动计算出相应的应变值，其公式为S=ΔL/L(tref)×100%，S为应变，ΔL为斑点间心肌长度变化值，L(tref)为斑点间心肌心室舒张末期线长；储备期ΔL为心室收缩末期时刻线长减去心室舒张末期时刻线长；管道期ΔL为心房收缩前期时刻线长减去心室收缩末期时刻线长；左心房收缩期ΔL为心室舒张末期时刻线长减去心房收缩前期时刻线长，从而分别可得到左心房纵向和圆周方向储备期、管道期和收缩期应变。由上述公式可知，左心房储备期应变等于管道期和心房收缩期应变之和，左心房应变其实反映的是相对于心室舒张末期，心肌的膨胀与缩短程度反映的是心肌的整体收缩与舒张功能[5]。由于左心房心肌绝大多数呈斜行走行[6]，所以左心房心肌运动也具有纵向、环向和径向运动[7]。目前纵向和圆周应变参数通过四维斑点追赶踪显像追踪左心房壁心内膜斑点可测得；但是左心房心肌细胞小于心室肌细胞，且心肌纤维数量少于心室肌[8]，因而推测该技术不能自动准确追踪心外膜斑点，不能准确测得心肌径向应变参数。徐丽芳等[4]认为通过四维斑点追踪显像所测得的左心房容积、功能及心肌应变值的准确性与重复性较好，Ran等[9]通过应用四维斑点追踪显像比较分析肥厚性梗阻性与非梗阻性心肌病左心房储备期、管道期和心房收缩期心肌的应变，认为该工具能较早识别肥厚性心肌病患者的左心房功能障碍程度。

糖尿病患者的心脏病理上表现为心肌间质中有大量糖蛋白沉积浸润，心肌内有弥漫性纤维化和肌纤维肥大，心肌细胞内肌丝减少，大量肌原纤维蛋白消失[1]。糖尿病患者在心动周期的不同阶段，左心房心肌功能可受到其前负荷、后负荷和心肌收缩特性等方面的不同程度的影响[1-10]。

储备期，即心室收缩期，左心房起到储备血液的作用[11]，其心肌表现为舒张；而心肌的舒张功能取决于前负荷——肺静脉自舒张末期至收缩末期回流入左心房的血流量以及心肌本身的舒张特性。本研究中糖尿病组前负荷血容量以LAEV与LAOM来反映，两者与正常对照组比较差异均无统计学意义（均P＞0.05），说明前负荷对糖尿病患者的左心房心肌舒张的促进作用是不明显的；而糖尿病患者左心房心肌纤维化，僵硬度增高，可造成左心房心肌的舒张障碍[12]，故储备期左心房纵向和圆周应变（LALSr、LACSr）指标测值减低，说明糖尿病患者左心房心肌在纵向和环向方向舒张功能存在不全。

管道期，即左心室舒张早期，此时左心房起到传导血流的作用[11]，心肌表现为被动收缩。从前负荷来说，本研究中糖尿病组LAVsI大于正常对照组（P＞0.05），即说明糖尿病患者的左心房心肌初长度较正常对照组要长，但结果也显示，至管道期结束，糖尿病组LAVpI也大于正常对照组（P＞0.05），说明至管道期结束，左心房的心肌长度仍然长于正常对照组，且其LAPV小于正常对照组（P＜0.05），说明了左心房心肌弹性回缩的程度小于正常对照组。因此，虽然根据Frank-Staring机制[13]，心肌初长度越长，心肌收缩力越强，但实际上心肌弹性回缩所发挥的增强作用是弱于正常人群；从后负荷来说，糖尿病患者左心室心肌间质纤维化，僵硬度增高，可导致其心肌舒张障碍，左心房排血入左心室的阻力增加[14]，因此其对左心房心肌的收缩排血具有负性作用；另外左心房本身的心肌也可因糖尿病病变肌丝减少[1]，可使其自身的收缩性能也减低。故本研究糖尿病患者的管道期左心房纵向和圆周应变（LALScd、LACScd）测值均表现为减低，说明糖尿病患者的左心房心肌在纵向和环向方向管道期被动收缩功能存在不全。

心房收缩期，即左心室舒张晚期，其心肌主动收缩，将心房内血液进一步泵入左心室[11]。从前负荷来说，糖尿病组LAVpI、LAAV以及LAAER均大于正常对照组（均P＜0.05），这说明该期糖尿病患者的心肌收缩前的初长度以及其弹性收缩的长度均大于正常对照组，因此，前负荷对心肌主动收缩具有正性促进作用；从后负荷来说，心肌收缩前为管道期刚结束，房室间压力梯度差消失，左心房与左心室的压力相等，但随着左心房泵血入左心室，而左心室心肌僵硬度增加，扩张性和延伸性下降，后负荷对心肌的收缩具有阻碍作用[15]；而心肌本身的收缩特性，如上所述，因糖尿病可导致左心房心肌其收缩性能下降。故正负作用相抵，左心房心肌收缩功能（包括纵向和环向主动收缩功能）改变不明显。故糖尿病患者LALSct、LACSct测值与正常对照组比较差异均无统计学意义（均P＞0.05）。

另外，本研究还发现糖尿病患者因左心房管道期应变减低，心房收缩期应变变化不明显，LALScd/LSct和LACScd/CSct值均小于正常对照组（均P＜0.05），这两个指标也间接说明了糖尿病患者左心房心肌的被动收缩功能存在不全。

对于糖尿病患者的左心房心肌在储备期和管道期的功能不全可定量分析，笔者初步制定了以下诊断标准，仅供参考：LALSr＜21.50%时说明储备期纵向心肌舒张功能不全；LACSr＜40.50%时说明储备期环向心肌舒张功能不全；当LALScd＜-11.50%（负号代表方向）或LALScd/LSct＜0.711时，说明管道期心肌纵向被动收缩功能不全；当LACScd＜-18.50%或LACScd/CSct＜0.873管道期心肌环向被动收缩功能不全。

本研究仍存在以下不足。首先，四维斑点追踪显像评价左心房还是受到声像图局限，对于声窗较差患者，测量准确性与重复性降低[16]；其次，本研究局限于肾功能功能正常的糖尿病患者，对于糖尿病合并肾病的患者的左心房功能情况还有待定进一步研究。

综上所述，糖尿病患者左心房心肌储备期舒张功能和管道期被动收缩功能存在不全，而收缩期主动收缩功能改变不明显，且心肌功能不全的程度可定量分析。