3.0 T MRI對高原與平原地區健康正常人心臟結構及功能的對比研究

顏春龍，馬金鳳，齊先龍*，唐桂波，楊國財，鄭寧，徐輝

高原地區由于其特殊的地理環境，具有低氧、低氣壓、低溫等特點，會引起機體一系列功能、代謝及結構的改變[1-2]。長期居住在高原地區的世居及移居人群通過調動一系列代償性低氧調節反應，逐漸高原習服，在呼吸系統及心血管系統方面會產生適應性改變[3]。目前，心臟磁共振成像(cardiac magnetic resonance imaging，CMRI)可提供心臟一站式檢查，具有重要的臨床應用價值，在測量心功能方面被譽為金標準[4]。相對于平原地區，高原地區(海拔高度大于3000 m)是否對健康正常人心臟結構及功能方面造成影響在磁共振評價方面相關報道較少，故本研究通過CMRI搜集高原及平原地區健康正常人心臟結構及功能指標，對比分析高原對健康正常人心臟結構及功能方面的影響。

1 材料與方法

1.1 一般資料

搜集兩代或以上均出生并長期居住在高原地區(海拔高度＞3000 m)健康正常人50名，定義為高原組，同期搜集平原地區(海拔高度約0～50 m)健康正常人50名，定義為平原組，兩組均行CMRI檢查。高原組男25名，女25名，年齡30～55歲，平均年齡(39.64±4.03)歲，身高(169.00±3.97) cm，體重(68.50±3.64) kg，紅細胞計數(5.42±0.79)×1012/L，血紅蛋白濃度(161.1±5.15) g/L，動脈血氧飽和度(97.7±4.01)%；平原組男25名，女25名，年齡30～55歲，平均年齡(40.57±6.02)歲，身高(171.33±3.80) cm，體重(70.42±3.09) kg，紅細胞計數(4.69±2.67)×1012/L，血紅蛋白濃度(138.2±8.88) g/L，動脈血氧飽和度(99.1±1.79) % (表1)。

納入標準：(1)無心、腦、肺部等疾病；(2)常規查血常規、心電圖、心臟彩超及胸部X線片無異常者；(3)無吸煙史；(4)無心臟磁共振檢查禁忌證；(5)一般體格檢查無陽性體征。排除標準：(1)有心臟器質性病變者；(2)有幽閉恐懼癥等不能配合檢查者；(3)有心臟磁共振檢查禁忌證者。

本研究經青海省人民醫院及濟寧市第一人民醫院倫理委員會批準，所有檢查者均簽署關于CMRI檢查知情同意書。

1.2 檢查方法

1.2.1 MR檢查儀器

高原組采用德國西門子skyra 3.0 T磁共振成像儀，梯度場45 mT/m，切換率每秒200 mT/m，采用心臟專用相控線圈，并應用呼吸門控技術及前瞻性心電向量門控技術。平原組采用德國西門子Magnetom trio 3.0 T磁共振成像儀，梯度場45 mT/m，切換率每秒200 mT/m，采用心臟專用相控線圈，并應用呼吸門控技術及前瞻性心電向量門控技術。

1.2.2 檢查體位及成像體位

在掃描前對受檢者反復進行屏氣訓練，囑受檢者靜息仰臥于檢查床上，取頭先進，雙手置于身體兩旁。橫軸位上，沿左室心尖平行室間隔定位兩腔心平面，在兩腔心層面上，沿左室心尖至二尖瓣中點連線定位四腔心平面，在四腔心層面上，沿垂直于室間隔方向定位標準短軸位(圖1～8)。

1.2.3 檢查序列

心臟形態檢查序列：(1)黑血序列：單次激發快速自旋回波序列(圖1，5)；(2)亮血序列：真實穩態快速梯度回波序列。

1.2.4 結果處理

心臟結構評價：采用美國心臟協會2002年心臟標準解剖平面命名方式劃分心臟各節段[5]，通過做黑血序列和亮血序列測量高原組與平原組前室間隔厚度(anterior wall thickness of interventricular septum，AWOIVS)、左房內徑(left atrial diameter，LAD)、左室舒張末期內徑(left ventricular end diastolic diameter，LVEDD)、主動脈根部內徑(aortic diameter，AOD)、主肺動脈內徑(main pulmonary artery diameter，MPAD)、右房橫徑(right atrial transverse diameter，RATD)、右房長徑(right atrium long diameter，RALD)、右室橫徑(right ventricular transaction diameter，RVTD)、右室長徑(right ventricular long diameter，RVLD)。由3名有經驗的診斷醫師獨立測量3次，取平均值。

心臟功能評價：采用心臟專用后處理軟件(Argus)，對左室功能測量。在覆蓋整個心室的短軸兩腔心圖像上，在心室中間段調節窗寬、窗位至心肌與心腔間對比度最佳，然后推廣至所有層面(圖8)。根據心室腔大小結合瓣膜舒縮情況確定心動周期時相，室腔最大的一幅為舒張末期，最小的一幅為收縮末期。采用半自動軟件逐層手工描記左心室心內膜輪廓，得出心功能參數：左室舒張末期容積(left ventricular end diastolic volume，LVEDV)、左室收縮末期容積(left ventricular end systolic volume，LVESV)及左室射血分數(left ventricular ejection fraction，LVEF)，其中不包括心室流出道層面，將乳頭肌計入心室血池內。

表1 高原組與平原組一般情況比較(±s)Tab. 1 Comparison of the general situation of the plateau group and the plain group (±s)

表1 高原組與平原組一般情況比較(±s)Tab. 1 Comparison of the general situation of the plateau group and the plain group (±s)

一般資料高原組(50名)平原組(50名)t值P值年齡(歲)39.35±3.9140.33±6.12-0.560.58身高(cm)169.00±3.97171.33±3.80-1.630.11體重(kg)68.50±3.6470.42±3.09-1.520.14紅細胞計數(×1012/L) 5.42±0.794.69±2.678.250.07血紅蛋白濃度(g/L)161.1±5.15138.2±8.887.050.01動脈血氧飽和度(%)97.7±4.0199.1±1.79-9.500.18

表2 高原組與平原組心臟結構指標比較(mm，±s)Tab. 2 Comparison of cardiac structural indexes between the plateau group and the plain group (mm, ±s)

表2 高原組與平原組心臟結構指標比較(mm，±s)Tab. 2 Comparison of cardiac structural indexes between the plateau group and the plain group (mm, ±s)

參數高原組(50名)平原組(50名)t值P值AWOIVS11.62±1.389.27±1.572.130.04 LAD37.24±4.5338.51±6.98-0.550.59 LVEDD48.88±5.1955.77±6.76-2.890.01 AOD30.14±4.2130.57±3.61-0.270.79 MPAD30.48±4.7623.76±1.755.03＜0.001 RATD43.91±6.1739.87±6.051.640.12 RALD49.11±3.2450.87±5.26-1.030.31 RVTD37.06±4.8533.84±4.381.710.10 RVLD78.21±7.3482.37±10.36-1.180.25

1.2.5 統計學方法

采用SPSS 17.0統計學軟件進行統計學分析，所有數據采用±s表示，采用獨立樣本t檢驗進行兩組比較，評價高原組與平原組心臟結構及功能參數差異是否有統計學意義，P＜0.05為差異有統計學意義。

表3 高原組與平原組左心功能指標比較(±s)Tab. 3 Comparison of left ventricular function indexes between the plateau group and the plain group (±s)

表3 高原組與平原組左心功能指標比較(±s)Tab. 3 Comparison of left ventricular function indexes between the plateau group and the plain group (±s)

參數高原組(50名)平原組(50名)t值P值LVEDV (ml)75.34±16.33107.53±42.44-2.540.02 LVESV (ml)36.05±11.1854.20±32.04-1.940.07 LVEF (%)52.65±8.8152.00±9.710.150.88

2 結果

2.1 一般情況

高原組血紅蛋白濃度顯著高于平原組，差異有統計學意義；高原組與平原組在年齡、身高、體重、紅細胞計數及動脈血氧飽和度指標間無統計學差異(表1)。

2.2 高原組與平原組心臟結構指標比較

高原組測定AWOIVS、MPAD、RATD、RVTD指標大于平原組，測定LAD、LVEDD、AOD、RALD和RVLD指標小于平原組，其中兩組間測定AWOIVS、MPAD和LVEDD指標差異有統計學意義(P＜0.05)(表2)。

2.3 高原組與平原組左室功能指標比較

高原組測定LVEDV和LVESV指標小于平原組，測定LVEF指標大于平原組，其中兩組間LVEDV指標差異有統計學意義(P＜0.05)(表3)。

3 討論

高原地區通常是指海拔在3000 m以上的地區，該地區地理環境特點為氣候干燥、低壓、低氧、高寒、強紫外線等，影響居住在該地區人類的生命活動，其中低氧為主要的關鍵影響因素[6-7]。海拔3000 m地區大氣氧含量約為海平面的60%～70%[8]，低氧造成肺泡氣氧分壓及肺靜脈內血氧分壓下降，人體各器官、組織、細胞獲得的氧氣減少，為滿足對氧氣的需求，機體會進行神經及體液調節[9]。長期居住在高原地區的世居及移居人群通過一系列代償性低氧調節反應，恢復穩態，維持其生存能力，逐漸高原習服[10]。

目前，CMRI可提供心臟一站式檢查，即從一次檢查可全面提供心臟形態、功能、心肌活性、瓣膜運動情況等方面信息，具有重要的臨床應用價值[11]。美國心臟病學會基金會(American College of Cardiology Foundation，ACCF)聯合美國放射學會(American College of Radiology，ACR)、美國醫院協會(the American Hospital Association，AHA)等多協會于 2010 年聯合制定并頒布了心血管磁共振專家共識[12]，從四個方面闡述了CMRI的優勢：(1)無電離輻射，不使用放射性同位素或碘對比劑，其創傷性最小，適合多次檢查進行療效隨訪評價；(2) MRI是三維成像，可根據不同要求在任何平面內成像；(3) CMR是多模式的成像設備，可評估包括心血管解剖結構及功能在內的多種參數，可形象的稱為一站式檢查；(4)空間和時間分辨率均較高，可進行定量分析，包括心功能分析、梗死面積測量，血流測定等等。經大量試驗和臨床研究證實，CMRI是測量心功能最準確的方法，被譽為金標準[5]。

本研究顯示，在心臟結構方面，高原組AWOIVS和MPAD顯著大于平原組(P＜0.05)，高原組LVEDD顯著小于平原組(P＜0.05)。分析其原因，一方面由于低氧造成肺泡氣氧分壓及肺靜脈內血氧分壓下降，會引起肺血管收縮，血流阻力增大，可引起低氧性肺動脈高壓，隨時間的延長，長期持續缺氧可使肺動脈壓長期處于較高水平，進而肺血管發生重構[13]，刺激肺小血管機化、閉塞，重構后的肺血管壁增厚、管腔狹窄，進一步加劇肺動脈高壓，引起主肺動脈內徑增寬；同時，低氧會刺激交感神經興奮、縮血管物質增多，體循環血管收縮，將部分血液擠入肺循環，使肺循環血容量增加，更進一步加劇肺動脈高壓，增加右心后負荷；另一方面低氧刺激機體內促紅細胞生成素合成及釋放增加，刺激骨髓造血增多，其中以紅細胞增多為主，隨著單位體積內紅細胞的不斷增多，血液粘滯度升高，血流阻力增加，進一步增加肺動脈高壓，增加右心后負荷，促進右心肥大，心臟結構改變[14]，即出現主肺動脈內徑增寬(圖1)，右心房橫徑及右心室橫徑數值上較平原地區增大，前室間隔厚度增大(圖4)。

在左心功能方面，高原組LVEDV顯著小于平原組(P＜0.05)，高原組LVEF大于平原組，差異無統計學意義(P＞0.05)。分析其原因，可能是由于低氧所致肺動脈高壓，增加右心室后負荷，使右心房橫徑及右心室橫徑增大，使室間隔向左室膨出，進而改變左室形態，出現左室容積變小，舒張時受限，順應性減低，左室舒張末期內徑減小，左室舒張末容積縮小，導致左室每搏輸出量減小，但高原習服健康志愿者LVEF數值大于平原組，一般情況中沒有出現肺動脈高壓或者心衰等表現，說明高原習服健康志愿者具有強大的心臟儲備能力和攝氧能力。

綜上所述，本研究通過CMRI搜集高原及平原地區健康正常人心臟結構及功能指標，明確了高原對健康正常人心臟結構及功能方面的影響，可以更好地為高原及平原地區患者服務。

利益沖突：無。