慢性高原病心臟損傷機制及心臟磁共振成像技術的應用進展

張晨紅，孫艷秋通信作者)

（青海大學，青海 西寧 810000）

0 引言

慢性高原病(chronic mountain sickness,CMS) 是指長期居住在海拔2500m 以上的居民，對高原環(huán)境喪失習服（loss acclimatization）所致的獨特臨床綜合征。體征主要包括其主要臨床特征是體內(nèi)紅細過度增多（女性≥19 g/dL；男性≥21 g/dL）、血紅蛋白值升高、顯著的肺動脈高壓和較重的低氧血癥，臨床上表現(xiàn)有頭痛頭暈、喘息或心悸、不同程度紫紺、睡眠異常、局部感覺障礙、耳鳴及記憶力減退等癥狀；CMS 分為：高原衰退癥、高原紅細胞增多癥、高原性心臟病、慢性高原病或蒙赫?。椿旌闲吐愿咴。1]。高原性心臟?。╤igh altitude heart disease,HAHD）, 以慢性低壓低氧引起肺動脈高壓為基本特征，并伴有右心室肥厚或右心功能不全,它是慢性高原病的另一種類型,可分為小兒和成人高原心臟病兩種。本病易發(fā)生于海拔2500m 以上的高原,由于高原缺氧,肺小動脈持續(xù)收縮,從而引起肺小動脈肌層肥厚、管壁增厚、管腔狹窄、阻力增加,從而使肺動脈壓持續(xù)升高,因而在國際上被命名為“高原性肺動脈高壓”( high altitude pulmonary hypertension),但在國內(nèi)一直習慣沿用高原心臟病(highaltitude heart disease))的說法。

本文以高原性心臟病的發(fā)病機制以及近年來心臟磁共振技術的發(fā)展及應用綜述如下。

1 高原性心臟病流病學研究

根據(jù)我國學者在青海省進行的大規(guī)模人群調(diào)查，HAHD的流行病學有如下特點：（1）無論成年人還是小兒，男性患病率高于女性。兒童患病率男性為1.16%，女性0.75%。（2）兒童和成年人的患病率均隨住地海拔高度的增加而增高，小兒HAHD 的總患病率明顯高于成年人。小兒對HAHD 的易感性還表現(xiàn)在，成年人發(fā)病一般在海拔3050m 以上，小兒一般在3000m 以上發(fā)病，但是部分易感兒可在海拔低到2261～2801m 發(fā)病。有人指出，小兒易患HAHD 有其生理基礎，兒童肺小動脈對低氧的收縮反應更為顯著，部分高原小兒可能保持其肺動脈的胎兒型結構，而使其肺血管阻抗保持較高水平。（3）小兒HAHD 發(fā)病率依高原暴露的方式不同而有差異。（4）HAHD 以移居高原的漢族最多見，但亦可有世居少數(shù)民族患病。

2 高原性心臟病的發(fā)病機制

高原性心臟病的發(fā)病機制較為復雜，現(xiàn)就高原性心臟病發(fā)病機制較為重要的幾個環(huán)節(jié)進行分述。

2.1 低氧對肺的影響

高原地區(qū)單位體積氣體中的氧含量低于海平面，低氧使肺血管收縮，血流阻力增大，同時肺泡氣氧分壓下降，缺氧性肺動脈高壓的早期階段，肺血管的收縮是主要因素。隨時間的延長，長時間持續(xù)缺氧使肺動脈壓長期處于較高水平， 進而致肺血管發(fā)生重構[2]，重構后的肺血管壁增厚，管腔狹窄，進而導致肺動脈壓的進一步升高；同時缺氧刺激交感神經(jīng)興奮、縮血管物質(zhì)增多，體循環(huán)的血管收縮，將部分血液擠入肺循環(huán)，使肺循環(huán)的血容量增加；以上改變均可增加肺動脈壓力，而增加右心后負荷。

2.2 缺氧對血液系統(tǒng)的影響

低氧刺激促紅細胞生成素合成和釋放增加，促進紅細胞增生，雖然增多的紅細胞在一定程度上有助于提高在高海拔條件下的血液的攜氧能力，但是過度的紅細胞會導致血液粘滯度升高，血流阻力增加，血流速度減低。此外，低氧使機體線粒體功能受損，三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)形成減少，引起細胞膜離子轉運功能障礙，紅細胞變形能力降低，以上均可增加肺血流阻力，增加右心后負荷，促進右心肥大，最終導致CMS 的發(fā)生[3]。

3 高原性心臟病的心臟損傷機制

3.1 長期生活在高原低氧環(huán)境中的移居者和世居者，左右心室的舒張功能和順應性不同程度的減低，原因是低氧時對線粒體的結構和功能有不同程度的影響，表現(xiàn)為線粒體數(shù)量增多 及合成ATP 的能力減低[4]，同時心肌細胞中的肌紅蛋白含量也相應增多，但心肌ATP 生成減少，能量供應不足，心肌Ca2+轉運和分布異常，心肌收縮蛋白破壞，心肌攣縮或斷裂。

3.2 對心臟結構的影響，慢性缺氧對移居者和世居者的心臟大小有一定的影響，海拔越高，肺動脈圓錐突出和右室肥大的發(fā)生率越高，用X 線測量心臟大小，結果示高原居民的心臟面積均大于平原居民，重量也較平原人重。西藏地區(qū)少量尸體解剖資料表明：右心室肥大，顯微鏡下可見心肌細胞內(nèi)徑增寬、細胞 腫脹，毛細血管密度增加，線粒體增多或體積增大[5]，肌漿網(wǎng)擴張并呈囊泡性變化。

3.3 對心臟代謝的影響，正常情況下，心肌以脂肪酸為主要能源物質(zhì)，占心肌耗氧量的60%～70%，葡萄糖代謝占30%左右；慢性缺氧心肌組織糖原含量減少；葡萄糖攝取、利用增強，脂肪酸氧化降低。過重的右室負荷對左室功能的影響 缺氧所致肺動脈高壓，增加右室后負荷，右室肥厚擴張體積增大，右室充盈壓增大，厚度和僵硬度增加的室間隔向左室膨出，使左室形狀改變，左室容積變小，舒張時受限，順應性降低，左心室充盈減少，舒張末期容積減少，舒張末期壓力增加，最終導致左室心搏出量降低[6]。以上對心臟間接或直接影響，最終導致心臟右心功能的改變。

4 心臟磁共振成像技術在高原性心臟病中的應用及進展

目前CMR 成像技術包括反轉恢復、磁共振血管造影 (magnetic resonance angiography，MRA)、心臟電影成像、心肌灌注與延遲增強、擴散張量成像、磁共振波譜、T1 mapping、T2 mapping 等。

4.1 心臟電影磁共振成像

心臟電影磁共振成像（Cardiac cine magnetic resonance image CCMRI）除了具有無電離輻射、可任意方位成像、軟組織對比度好等特點外，還能以連續(xù)幀的形式反映心臟周期運動，常用于臨床心室、心肌的結構觀察和心功能評估[7]。

4.2 LGE、T1 mapping、T2 Mapping、ECV

纖維化是諸多心臟疾病的共同病理過程，是疾病預后的重要指標。磁共振對比劑延遲強化(late gadolinium enhancement，LGE)技術可以在體無創(chuàng)識別心肌纖維化，這一點是其他影像檢查方法不可比擬的。但LGE 依賴于纖維與正常心肌之間的對比，對彌散間質(zhì)性纖維化不敏感，不能定量評估纖維化程度。高分辨率縱向弛豫時間定量成像(T1 mapping) 技術彌補了這一缺陷。T1 mapping 技術是基于反轉或飽和脈沖激發(fā)，在縱向磁化矢量恢復的不同時間采集信號，后處理定量心肌T1 值，無創(chuàng)評估心肌纖維化程度[8]。T1 mapping 序列包括基于反轉恢復脈沖技術(Look-Locker、MOLLI、ShMOLLI) 或基于飽和恢復脈沖技術(SASHA、MLLSR、 SAPPHIRE)兩種。心肌水腫或鐵沉積可誘發(fā)橫向弛豫時間改變，橫向弛豫時間定量成像(T2 mapping)技術能夠量化組織T2 值從而對疾病診斷起到積極作用。T2 mapping成像方法有三種，即多回波自旋回波序列(multi echo spin echo，MESE)、穩(wěn)態(tài)自由進動序列(steady-state free precession sequence，SSFP) 以及梯度自旋回波序列(gradient spin echo sequence， GraSE)。其中GraSE 方法結合了前兩者優(yōu)點，成像最快最穩(wěn)定[9]。

4.3 Feature tracking imaging

心肌標記技術(tagging) 是在每個RR 間期早期施加條紋狀網(wǎng)格狀射頻脈沖鏈，舒張期心肌被飽和的條紋發(fā)生形變，根據(jù)形變能夠定量評估室壁運動。但當患者室壁變薄，再加上心肌纖維化使T1 值降低時，標記線分辨率下降，使得tagging 技術在此類患者中的應用受到限制。組織追蹤成像技術(feature tracking imaging，F(xiàn)TI)基于SSFP 能夠在心動周期中追蹤心內(nèi)膜及心外膜固有的解剖點，通過計算解剖點之間的相對運動可以得出室壁應變性[10]。

4.4 心臟動脈自旋標記(arterial spin labeling， ASL)

ASL 成像是一種反映心肌灌注的非對比劑增強技術[11]。ASL 利用選擇性反轉脈沖標記供血動脈中的氫質(zhì)子，使其成為內(nèi)源性對比劑，標記血流入成像平面后進行成像，所得圖像稱“標記像”， 包括流入標記血流信號及流入?yún)^(qū)原組織靜態(tài)信號；另對成像平面再進行一次未標記的靜態(tài)組織成像，稱“控制像”。標記像與控制像減影，所得的差值像只與流入成像平面的標記血有關，即得到了灌注信息。

心臟磁共振為近十年新興的心血管系統(tǒng)磁共振影像學檢測技術，因其具有無創(chuàng)、安全、可評估多種心功能指標、圖像高分辨率等優(yōu)點，目前廣泛應用于臨床患者心血管影像學診斷以及動物基礎心血管影像研究[12]，同時也能更好地為慢性高原病患者疾病的診斷及治療提供影像學幫助。