范靖东 李 敏 孙 阳

超声心动图是心脏疾病首选及重要的筛查方法，其中左室射血分数（left ventricular ejection fraction，LVEF）是评估左室收缩功能的常用参数，但当左室容量负荷或心肌形态结构发生改变时，其诊断灵敏度会下降。应用二维斑点追踪（twodimensional speckle tracking imaging，2D-STI）技术可获取左室整体纵向应变（global longitudinal strain，GLS）为主的一系列应变参数，较LVEF能更早发现左室心肌的细微变化。与二维应变参数相比，三维应变参数测量不受空间限制，能提供更准确、客观的参考。然而，这些常规应变参数的测量方法均具有负荷依赖性［1］，后负荷的增加会导致应变参数降低，可能无法真实反映心肌收缩功能。超声心肌做功技术是在二维斑点追踪技术基础上，结合左室后负荷，利用构建的无创左室压力-应变环定量评估心肌功能的新方法，克服了负荷依赖性的限制，可更为准确地评估左室整体和局部心肌力学功能。高血压、冠状动脉粥样硬化性心脏病（以下简称冠心病）、心肌病、糖尿病等通过不同的病因、机制和病理过程均可导致左室收缩功能障碍，甚至发展为慢性心力衰竭。尽早识别左室收缩功能障碍，能有效阻止心力衰竭的发生、发展和恶化，降低其病死率。本文就超声心肌做功技术评价不同病因致左室功能受损的应用进展进行综述。

一、超声心肌做功技术原理及主要参数

1.超声心肌做功技术原理：了解左室与体循环动脉之间的相互作用是评估左室功能的关键因素。生理条件下，心肌收缩提供了将血液从心室排出和在全身循环所消耗的机械能。在此过程中，压力-容积环（pressure-volume loop，PVL）可作为心脏耗氧量指标，提供有关心肌能量学和功效的信息，并通过侵入性操作了解左室心肌做功情况，但因其有创临床应用受限。Russell等［2］将斑点追踪应变分析和无创左室压力曲线相结合形成左室压力-应变环（pressure-strain loop，PSL），以应变表示距离，室壁压力代表力，分析整个心动周期内心肌做功（力×距离）的连续性变化。其中心肌做功参数反映了心动周期内心肌应变和左室压力变化的所有改变，为评估左室功能提供更全面的信息。超声心肌做功技术获取的左室压曲线由无创的肱动脉袖带压推导而来，并根据等容期和射血期的持续时间调整参考左室压曲线的剖面而生成，与侵入式检查、MRI［3］、PET等均呈良好的一致性。

2.主要参数：按照欧洲协会心血管影像协会（EACVI）及ASE指南采集标准图像，导入EchoPAC软件，输入血压，获得心肌做功相关参数，包括：①整体做功指数（global work index，GWI），指从二尖瓣关闭到二尖瓣开放心肌做功的总和，即PSL面积；②整体有效功（global constructive work，GCW），指有助左室射血的功，即收缩期心肌缩短和等容舒张期心肌延长所做正功；③整体无效功（global wasted work，GWW），指对抗左室射血的功，即收缩期心肌延长和等容舒张期心肌缩短所做负功；④整体做功效率（global work efficiency，GWE），反映机械能在整个心动周期中做功的效率，公式：GWE=GCW/（GCW+GWW）×100%。

二、超声心肌做功技术评价不同病因致左室功能受损的应用进展

1.高血压：是心血管事件的独立危险因素，持续进展会导致心脏后负荷增加，可引起左室重构甚至诱发心力衰竭。Chan等［4］研究发现，高血压患者（高血压组）GLS和LVEF与无心血管疾病者（正常对照组）比较差异均无统计学意义；但与正常对照组GWI［（1900±165）mm Hg%］及GCW［（2184±192）mm Hg%］比较，2～3级高血压组GWI［（2590±435）mm Hg%］及GCW［（3057±403）mm Hg%］均显著升高（均P＜0.05）；1级高血压组GWI［（2052±374）mm Hg%］及GCW［（2361±377）mm Hg%］略升高，差异均无统计学意义；推测高血压患者GWI及GCW升高可能作为一种代偿机制来维持左室收缩功能以对抗后负荷的增加。Mansour等［5］研究发现，运动后诱发后负荷异常增高者（收缩压峰值＞180 mm Hg，1 mm Hg=0.133 kPa）在静息时GLS和心肌做功参数与运动后未诱发后负荷异常增高者（对照组，收缩压峰值≤180 mm Hg）相似，但其在峰值运动负荷下GWI、GCW和GWW均随着收缩压升高而增加，与对照组比较差异均有统计学意义（均P＜0.05）；当GWW＞96.5 mm Hg%提示预后不佳，此时GLS仍无明显变化（P=0.49），说明在后负荷异常增高情况下心肌做功参数评价左室力学改变优于GLS。此外，有研究［6］发现，正常血压者（收缩压＜120 mm Hg及舒张压＜80 mm Hg）、高血压前期者（收缩压120～140 mm Hg和/或舒张压80～90 mm Hg）和高血压者（收缩压≥140 mm Hg和/或舒张压≥90 mm Hg）脉压与GWI、GCW及GWW均呈正相关（均P＜0.001），与GWW均呈负相关（均P＜0.001），表明脉压是GWI、GWE、GCW和GWW的独立预测因子。综上，心肌做功参数克服了负荷依赖性，对预测高血压患者早期左室心肌功能异常较GLS更加敏感。

2.冠心病：是由于冠状动脉不同程度的狭窄或闭塞，导致供血心肌缺血、缺氧甚至坏死，引起左室功能受损。既往研究［7］认为，GLS对心内膜下心肌灌注减少更加敏感；但在非ST段抬高型心肌梗死（non ST-segment elevation myocardial infarction，NSTEMI）中，局部心肌做功参数已被证实较GLS能更敏感地识别急性冠状动脉闭塞，有利于指导早期介入干预。Lustosa等［8］研究表明，ST段抬高型心肌梗死（ST-segment elevation myocardial infarction，STEMI）左室重塑者GWI、GCW、GWE明显降低，GWW明显升高，与未出现左室重塑者比较差异均有统计学意义（均P＜0.001）。另一项研究［9］发现心肌做功参数在评估急性STEMI经皮冠状动脉介入术后左室功能恢复及急性并发症方面均优于GLS；其中GCW与LVEF、GLS均呈显著相关（r=0.58、-0.67，均P＜0.01）。多因素Logistic回归分析显示，GCW是STEMI患者左室节段性及整体心肌功能恢复的独立预测因子［O R=1.17（95%可信区间1.13～1.20）、1.43（95%可信区间1.18～1.68），均P＜0.001］。Borrie等［10］选取20例具有冠状动脉缺血临床指标的受试者（诱发性缺血组）和40例无该项指标者（正常对照组），应用超声心肌做功技术分析两组负荷前后心肌做功参数变化，研究发现负荷前诱发性缺血组GWI低于正常对照组（P=0.02），GLS比较差异无统计学意义；负荷后，正常对照组GWI较负荷前升高了54%（2296 mm Hg%vs.3523 mm Hg%），GWE保持96%不变；但诱发性缺血组由于局部GWI在缺血受累节段下降，负荷前后GWI变化不明显（2069 mm Hg%vs.2070 mm Hg%），GWE下降（93%vs.87%，P＜0.05）；受试者工作特征曲线分析显示，GWI预测心肌缺血的曲线下面积为0.94。初步证实心肌做功参数可应用于负荷超声心动图以识别心肌缺血，有助于临床早期发现疑似冠心病者。

3.心肌病：是由不同病因引起心室不适当肥厚或扩张，伴有心功能障碍的一组异质性心肌疾病，通常指原发性心肌病，包括肥厚型心肌病、淀粉样变心肌病、扩张型心肌病等。Galli等［11］研究发现，肥厚型心肌病组GCW较正常对照组明显下降［（1599±423）mm Hg%vs.（2248±249）mm Hg%，P＜0.001］；在多变量分析中，评估心肺运动试验的峰值摄氧量下降与GCW密切相关（β=0.65，P=0.007）。心脏MRI证实，GCW也是心肌纤维化唯一的预测因子，当GCW＜1623 mm Hg%时提示预后不良。此后，Hiemstra等［12］研究进一步证实，肥厚型心肌病组GCW、GWE、GWI均降低，GWW则升高，与正常对照组比较差异均有统计学意义（均P＜0.001）。Clemmensen等［13］研究发现，淀粉样变心肌病组GWI、GWE均较正常对照组明显下降（均P＜0.001），且以基底段下降更明显；运动状态下，淀粉样变心肌病组GWI较正常对照组明显降低（P＜0.001），表明淀粉样变心肌病患者心肌运动储备能力明显下降。此外，Clemmensen等［14］研究还发现，GWI在预测淀粉样变心肌病患者主要心脏不良事件发生方面优于GLS，GWI＜1043 mm Hg%者主要心脏不良事件发生风险高于GWI＞1043 mm Hg%者（HR=2.3，95%可信区间1.2～4.3，P=0.01）。Schrub等［15］对扩张型心肌病患者心肌做功参数与运动耐量之间的关系进行了研究，51例扩张型心肌病患者行心肺运动试验后，16例患者出现了左室不同步运动（室间隔或心尖摆动）；在多变量分析中，室间隔GWE是运动能力的唯一预测因素（β=0.68，P=0.03）。而扩张型心肌病经治疗后，其步行距离与GWI呈正相关［16］。

4.心脏瓣膜病：近年来，超声心肌做功技术在评价心脏瓣膜病致左室功能受损中也有新的进展。由于心肌做功参数是基于袖带压力计测量而来，在严重主动脉瓣狭窄患者中，收缩压并不能代表左室收缩压峰值。而GLS由于负荷依赖性，在该类患者左心功能评估方面应用也有限。Jain等［17］使用主动脉平均压差和收缩压之和计算严重主动脉瓣狭窄患者左室收缩压峰值，发现有创测量的左室收缩压与无创测量的左室收缩压呈高度正相关（r=0.92，P＜0.01）；该研究还发现与术前比较，经导管主动脉瓣植入术后GWI及GCW均显著降低［（1815.8±441.6）mm Hg%vs.（2102.1±797.4）mm Hg%，P=0.012；（1534.8±385.0）mm Hg%vs.（1856.2±704.6）mm Hg%，P＜0.001］，这可能是由于主动脉瓣狭窄改善后，后负荷、左室做功均降低。近年经导管二尖瓣夹合术已成为新的治疗严重二尖瓣反流临床热点，Papadopoulos等［18］研究发现，基线GCW是经导管二尖瓣夹合术后反映左室逆重构者左室收缩末期容积减小的唯一预测因子，GCW＞846 mm Hg%与左室收缩末期容积减小＞10%密切相关，灵敏度和特异度分别为79%和74%，这对于确定行经导管二尖瓣夹合术患者的临床疗效是非常重要的。然而该研究样本量较小，后续仍需大量临床研究的进一步证实。

5.肿瘤心脏病：肿瘤心脏病学重点关注恶性肿瘤治疗期间由化学药物、靶向生物制剂及放射治疗引起的心脏毒性的预防、诊疗和监测。蒽环类药物作为临床常用的抗肿瘤药，在延长患者生存时间的同时，治疗相关毒性所致的心血管疾病患病率也随之升高，成为肿瘤患者治疗后死亡的重要原因之一。GLS是公认的化疗致左室功能障碍的早期标志物，较LVEF能更早期预测后续心脏毒性。但GLS具有负荷依赖性，在评估肿瘤化疗后早期心肌功能受损方面可能不太准确。Zhan等［19］选取598例接受蒽环类化疗的儿童及青少年患者，均仅接受了包括蒽环类药物在内的典型化疗方案，所有患者分别在化疗前及第1次化疗后1～6个月、6个月～1年、1～2年、2～5年、5～10年及10年以上接受了2～5次超声心动图检查，共计2036份检查结果；研究发现，化疗后各时间段GWI、GCW均下降，与化疗前比较差异均有统计学意义（均P＜0.05），GWE保留；且GWI和GCW的变化先于GLS，这可能与化疗药物导致功能性心肌细胞的丧失有关。然而Guan等［20］应用超声心肌做功技术检测79例接受不同肿瘤治疗方案的乳腺癌患者，研究发现与未接受蒽环类或靶向药治疗者比较，接受蒽环类或靶向药治疗者GWI和GWE在化疗T6周期后均发生显著变化，GLS在T4周期后发生显著变化，差异均有统计学意义（均P＜0.05），推测GLS在预测血压变化较小的肿瘤患者心功能方面优于心肌做功参数。分析原因可能为该研究样本量较小，部分患者在接受化疗后出现高血压，而心肌做功参数是根据施加于应变的左室压力积分进行计算，应变的减少被平衡所致。

6.糖尿病：微血管病变作为糖尿病最常见的并发症，当累及心脏时，会导致心肌微循环障碍，出现心肌细胞肥大及纤维化，甚至造成局部或者广泛性坏死，成为糖尿病患者死亡的主要原因。Liao等［21］研究发现，2型糖尿病组GWI和GWE均降低，GWW升高，与正常对照组比较差异均有统计学意义（均P＜0.05）；且2型糖尿病患者年龄、体质量指数、收缩压、吸烟史与GWI、GWW和GWE均呈良好的相关性（均P＜0.05）。Huang等［22］进一步研究发现，糖化血红蛋白A1c与GWI、GCW均独立相关（β=-0.452、-0.393，均P＜0.05），糖尿病病程与GCW独立相关（β=-0.298，P＜0.05）。此外，Ikonomidis等［23］将160例2型糖尿病患者按照用药方式分为胰岛素组、胰高血糖素样肽-1受体激动剂（GLP-1RA）组、钠-葡萄糖共转运体-2抑制剂（SGLT-2i）组及GLP-1RA+SGLT-2i联合组，每组各40例，研究发现与胰岛素组和SGLT-2i组比较，GLP-1RA组和GLP-1RA+SGLT-2i联合组GWI升高更显著，差异均有统计学意义（均P＜0.05）。由此可见，超声心肌做功技术可以更敏感地发现常规超声心动图未能检出的早期糖尿病心肌功能障碍，并对该类患者后期临床治疗用药等提供有价值的参考依据。

7.其他：超声心肌做功技术在评价其他疾病致心肌功能受损方面也有较好的应用价值。一项纳入1216例新型冠状病毒肺炎（COVID-19）患者的前瞻性国际调查［24］显示，超声心肌做功技术在检测COVID-19患者心脏并发症方面灵敏度较高。此外有报道［25］显示，部分COVID-19患者初期LVEF和GLS均正常，室壁运动也无异常，但GWI显著降低；在后续随访中又出现GWI明显上升至接近正常水平，表明GWI可能是COVID-19诱导的急性心肌功能障碍更敏感的指标。Sabatino等［26］研究发现，川崎病患儿GWI降低，当川崎病合并冠状动脉扩张时，GWI降低更显著，与健康儿比较差异均有统计学意义（均P＜0.001），说明GWI可能是评估川崎病心肌功能障碍更敏感的指标。Oberhoffer等［27］研究发现，特纳综合征患者GWI升高，且与心率升高呈良好的一致性。肖武平等［28］研究发现，类风湿性关节炎中、高疾病活动度组GWI、GCW均较正常对照组显著降低（均P＜0.05），说明超声心肌做功技术能早期反映类风湿性关节炎心功能受损情况。陈慧赟等［29］研究发现，与无严重妊娠期并发症孕妇分娩的早产儿比较，重度子痫前期孕妇分娩的早产儿在出生后24 h内GWE和GCW均降低，出生后48～72 h GWE降低，GWW增加，在出生后14～28 d GWE仍降低，差异均有统计学意义（均P＜0.05），提示重度子痫前期孕妇分娩的新生儿存在持续的亚临床心肌损伤。

三、总结与展望

超声心肌做功技术作为一种将后负荷因素纳入评估左室整体和局部心肌力学功能的新方法，克服了既往应变参数不能准确反映心肌氧耗的局限，同时也具备操作简单、重复性强等常规超声心动图所具有的独特优势。随着近年对该技术的深入探索，超声心肌做功技术已被广泛应用于评价多种疾病，如高血压、冠心病、心肌病等对左室心肌力学的影响。但该技术目前在临床的应用也存在一定局限性，如对图像质量要求较高、存在左室流出道和主动脉瓣压差时估测左室收缩压无效、未包括来自动脉硬化等因素所致的后负荷等。尽管如此，超声心肌做功技术为临床探究疾病所致心肌力学改变及疗效评估等提供了一种新思路，有望为评估心肌功能提供更全面有力的指标，具有广阔的应用前景。