心肌綜合指數評價結直腸癌化療患者左心室功能的變化

劉奎燦 王臻 秦文娟 翟子敬 黃磊 馮佳 董珊珊 張彩云 郭雪婷 蘆桂林

石河子大學，石河子大學醫學院第一附屬醫院超聲醫學科（新疆石河子832008）

結直腸癌已嚴重威脅到人類的健康，由于飲食習慣及結構的改變、運動量的減少、肥胖、吸煙等不利因素，增加了結直腸癌的發病風險［1］。目前，基于氟嘧啶的輔助化學療法可改善部分Ⅱ期及Ⅲ期結腸癌患者的生存率［1］。本院常用的化療方案是：mFOLFOX6（奧沙利鉑+5-氟尿嘧啶+亞葉酸鈣），此方案所致心臟毒性的報道并不少見［2-4］，但是心臟功能受損會影響結直腸癌患者的預后，因此很有必要在用藥期間及時評估并監測心臟功能的變化。斑點跟蹤成像技術（speckle tracking imaging，STI）可以實時且獨立于角度跟蹤斑點的運動，因此可以更全面，更準確地評估左心室的功能［5］。新指標心肌綜合指數（myocardial composite index，MCI），結合了左心室心肌整體縱向應變（global longitudinal strain，GLS）和左心室扭轉角度（left ventricular twist，LVtw），較全面地反映心肌力學的改變［6］。目前，尚未報道有關mFOLFOX6 化療方案致早期心臟功能改變的研究，故本研究旨在通過STI 及MCI 評價以mFOLOFX6 方案化療的患者化療前后心臟功能的變化。

1 資料與方法

1.1 一般資料收集在石河子大學醫學院第一附屬醫院病理確診為結直腸癌并接受mFOLFOX6方案化療的患者30 例，年齡37 ～64 歲，患者均知情同意并配合采集圖像，預計生存周期＞1 年，倫理號：2019-124-01，臨床試驗注冊號：ChiCTR-2000035226。mFOLFOX6 方案：第一天：奧沙利鉑100 mg/m2靜脈滴注2 h；第一天：亞葉酸鈣400 mg/m2靜脈滴注2 h；第一天：氟尿嘧啶400 mg/m2靜脈滴注2 h；上述藥物靜脈滴注結束后，氟尿嘧啶2 400 ～3 000 mg/m2持續靜脈輸注44 ～46 h。每14 天重復1 次，共化療12 次。

1.2 納入標準患者需滿足以下所有標準：（1）心電圖未發現明顯異常；（2）未同期接受過放療；（3）肝腎功能、生化指標未見明顯異常；（4）能夠堅持整個化療周期。

1.3 排除標準（1）年齡超過65 歲者；（2）有先天性心臟病、瓣膜?。挥懈哐獕?、冠心病、心衰等影響心功能的患者；LVEF ＜50 的患者；（3）化療藥物過敏；（4）之前使用過心臟毒性藥物的患者；（5）二維超聲、三維超聲圖像不清楚者。

1.4 儀器與方法

1.4.1 儀器羅氏combas601電化學發光免疫分析儀（上海）；GE Vivid E9 型超聲心動圖儀器（美國），配備二維探頭（M5S），三維探頭（4 V），擁有EchoPAC工作站，探頭頻率范圍約1.7 ～3.3 MHz，掃查深度：14 ～22 cm。

1.4.2 方法各受檢者分別于化療前（T0）、化療第1周期后（T1）、化療第6周期后（T6）和化療第12周期后（T12）的24 ～48 h 內，靜脈采集血，采用電化學發光法cTnT測定含量，cTnT ＞14 pg/mL 為異常。

采血后讓患者進行超聲心動圖的檢查，連接心電圖并取左側臥位，使用M5S 探頭，60 ～80 幀/s，通過M 型超聲心動圖在胸骨旁左心室長軸切面測量并記錄相關數值：左心室射血分數（LVEF）、左心室短軸縮短分數（LVFS）、左心室舒張末期內徑（LVEDd）、室間隔舒張末期厚度（IVSd）、左心室后壁舒張末期厚度（LVPWd）。

然后使用4V 探頭，進入4D 模式，將幀頻調至患者最大心率的40%后，囑患者在呼氣末屏氣時采集心尖四腔切面水平的動態圖像（至少5 個心動周期），將動態圖像導出后進行脫機分析。打開EchoPAC 工作站，將左心室心尖四腔切面的動態圖片導入工作站，進入4D auto LVQ 模式，軟件會自動勾畫ROI 區，必要時手動調節勾畫心內膜面，然后分析得出左心室各相關參數：整體面積應變（GAS）、整體徑向應變（GRS）、整體縱向應變（GLS）、整體圓周應變（GCS），左心室扭轉（LVtw）的參數值后，計算心肌綜合指數MCI=GLS×LVtw（單位：%×°）。所有數據均需測量2 次，取得均值。一位心臟超聲高年資醫生采集圖像，分別由另外兩名心臟超聲醫生獨立分析圖像，在不同時間對同一圖像進行分析，結果取平均值進行統計學分析。通過計算一名觀察者兩次與第二位觀察者測量的10 例隨機選擇患者的值之間的差異來評估觀察者之間的可重復性。

1.5 統計學方法使用SPSS 22.0 的統計分析軟件，連續計量資料用（）的方式表示，多組計量資料比較時使用單因素方差分析法，組間兩兩比較采用兩樣本t檢驗；使用GraphPad Prism8.0 并繪制散點圖后應用Spearman 相關分析各參數之間的相關性；使用MedCalculate 繪制Bland-Altman spot及ROC 曲線，并計算了每個參數在ROC 曲線下的最大面積（AUC），并確定最佳截斷點，以P＜0.05為差異有統計學意義。使用組內相關系數（ICC）評估觀察者之間和觀察者內部的可重復性。

2 結果

2.1 患者特征符合本研究納入標準和排除標準的患者共42 例，其中2 例因無法堅持整個化療周期而退出，7 例因圖像不清晰排除，3 例因嚴重的化療副作用而改變了化療方案，最終30例患者納入統計分析，年齡（50.2 ± 7.45）歲（范圍39 ～46 歲），男女比例為19∶11，所有患者未出現臨床心臟毒性。

2.2 常規超聲參數結果比較化療后與化療前組相比：IVSd、LVPWd 之間差異性均無統計學意義（P＞0.05），LVEDd 在T12 發生減低。與化療前組相比：結直腸癌患者化療末期LVEF、LVFS 略有降低，差異有統計學意義（P＜0.05），但數值仍都處于正常范圍內。見表1。

表1 mFOLFOX6 化療前后左心室常規超聲心動圖測量參數比較Tab.1 Comparison of conventional echocardiography parameters of left ventricle before and after mFOLFOX6 chemotherapy x±s

2.3 各組3D-STE 參數結果比較（結果均為絕對值）各化療組的MCI、GAS、GLS 、LVtw 及GCS、GRS 的絕對值隨著化療藥物累積劑量的增加而隨之越來越低，尤其MCI 降低的非常顯著，差異有統計學意義（P＜0.01）；與T0相比T1的GLS、GAS、、LVtw、MCI出現下降，差異有統計學意義（P＜0.05），T12的GCS、GRS 發生減低，差異有統計學意義（P＜0.05）。見表2、圖1、2。

表2 FOLFOX 藥物化療前后左室收縮期三維參數比較Tab.2 Comparison of three-dimensional parameters of left ventricular systolic phase before and after FOLFOX drug chemotherapy±s

表2 FOLFOX 藥物化療前后左室收縮期三維參數比較Tab.2 Comparison of three-dimensional parameters of left ventricular systolic phase before and after FOLFOX drug chemotherapy±s

注：LVGLS（左室整體縱向應變）；LVGAS（左室整體面積應變）；LVGCS（左室整體圓周應變）；LVGRS（左室整體徑向應變）；LVtw（左心室扭轉角度）；MCI（心肌綜合指數）。與化療前比較，*P ＜0.05；與T1 比較；#P ＜0.05；與T6 比較；&P ＜0.05

分組LVGLS（%）LVGAS（%）LVGCS（%）LVGRS（%）LVtw（°）MCI（%×°）T0 21.23±2.01 31.00±2.50 22.00±2.69 44.16±6.27 14.35±1.89 303.36±40.14 T1 19.40±1.22*28.40±2.95*21.50±2.62 43.46±6.37 13.27±1.60*257.94±37.27*T6 18.36±1.60*#27.03±3.22*20.56±2.68*41.40±6.66 12.85±1.26*236.52±37.27*#T12 17.26±2.30*#&25.60±3.47*#19.50±2.86*#38.80±6.41*#11.46±1.31*#&198.73±38.96*#&F 值25.42 16.94 4.93 4.21 18.00 40.76 P 值＜0.001＜0.001 0.003 0.007＜0.001＜0.001

圖1 結直腸癌化療前、化療1 周期后、化療6 周期后、化療12 周期后牛眼圖GLS 變化對比Fig.1 Comparison of GLS changes in cattle′s eye chart before chemotherapy，after 1 cycle of chemotherapy，after 6 cycles of chemotherapy，and after 12 cycles of chemotherapy

圖2 結直腸癌化療前、化療1 周期后、化療6 周期后、化療12 周期后牛眼圖LVtw 變化對比Fig.2 Comparison of changes in LVtw before chemotherapy，after 1 cycle of chemotherapy，after 6 cycles of chemotherapy，and after 12 cycles of chemotherapy

2.4 各組患者血清cTnT 值的比較隨著mFOLFOX6 藥物累計劑量的增加，患者血清cTnT 的數值逐漸增大，差異具有統計學意義（P＜0.05），但所有數值均在正常范圍內（各位患者的血清cTnT 均＜14 pg/mL）。血清cTnT 指標經過12 個mFOLFOX6 循環后，從（3.67 ± 0.59）pg/mL 升至（8.73 ±0.54）pg/mL（P＜0.01）。見圖3。

圖3 各組患者血清cTnT 數值Fig.3 Serum cTnT values of patients in each group

圖4 結直腸癌化療患者左心室收縮期各參數ROC 曲線Fig.4 ROC curve of each parameter of left ventricular systolic period in colorectal cancer chemotherapy patients

表3 SD-STI 各應變參數及MCI 的ROC 分析結果Tab.3 Strain parameters of SD-STI and ROC analysis results of MCI

2.5 化療患者左心室收縮期各參數ROC 曲線分析及對比患者左心室LVEF、GLS、GAS、GCS、MCI 及LVtw 的ROC 曲線見圖4，其中MCI、LVtw 及GLS、GAS 的AUC 均＞0.7。其中MCI 取261 為截斷值時，診斷mFOLFOX6 化療方案對結直腸癌患者左室心肌的隱匿性毒性的靈敏度為87.78%，特異度為83.33%，見表3。

2.6 結直腸癌化療患者血清cTnT 與LVEF、LVGLS、MCI之間的相關性分析LVEF與cTnT之間呈負相關（r=-0.233 6，P= 0.007 9），LVGLS 與cTnT之間呈負相關（r=-0.600 8，P＜0.000 1），MCI與cTnT之間呈負相關（r=-0.722 8，P＜0.000 1），其中MCI 與cTnT 之間的相關性更高（圖5）。

圖5 化療患者血清cTnT 與LVEF、LVGLS、MCI 之間的散點圖Fig.5 Scatter plots between serum cTnT and LVEF，LVGLS and MCI in chemotherapy patients

2.7 觀察者之間和觀察者內部的差異觀察者之間的測量結果表明，GLS 的ICC = 0.897，LVtw 的ICC = 0.976；觀察者內部測量顯示GLS 的ICC =0.955，LVtw 的ICC = 0.987。均具有良好的重復性（圖6）。

圖6 3D 參數中觀察者內和觀察者間可靠性的Bland-Altman 分析Fig.6 Bland-Altman analysis of intra-observer and inter-observer reliability in 3D parameters

3 討論

氟尿嘧啶是與mFOLFOX6 方案的心臟毒性有關的抗代謝物，目前，已提出冠狀血管痙攣，內皮損傷和心肌缺血是基于氟尿嘧啶類化療方案發生心臟毒性的機制［2］。其心臟毒性包括：冠脈血管痙攣，急性冠脈綜合征，心律不齊，心肌炎和心力衰竭［7］，在化療過程中患者自述出現了心悸以及胸悶、甚至心前區的突發疼痛［3］。所以，mFOLFOX6方案化療過程中的心臟毒性不可忽視，而且，有研究建議接受基于氟尿嘧啶的化療的患者密切監測心臟毒性并增強心臟管理［8，21］，所以，應及早的監測心臟功能的變化，可為臨床用藥或更改化療方案提供一些有價值的建議。超聲心動圖所提供左心室射血分數（LVEF）被廣泛用于識別癌癥治療相關的心臟功能障礙，LVEF 的降低主要是檢測出明顯的左心室功能不全［9］，但是，這為時已晚，而且無法逆轉正在進行的變化的臨床過程，提示需要更敏感的參數來早期發現心臟損害［10］，如今，斑點跟蹤成像技術已用于觀察心臟功能障礙和化療相關的心肌損害，而且3D-STE 應變參數具有潛在的診斷優勢，3D-STE 在定量應變和左心室體積方面可能具有更高的準確性，盡管時間分辨率和圖像質量可能會限制3D STE 的可行性，但已注意到3D STE 的測量可重復性［11］。同樣的，在本研究中發現3D-STE 各參數之間的可重復性較為良好。

在本研究中，三維應變參數GLS、GAS、MCI、LVTw 在首個化療周期后便發生了降低，隨著mFOLFOX6 藥物累積劑量的增加，左心室MCI、GLS、GAS、GCS、GRS、LVtw 參數下降的更加明顯，差異具有統計學意義（P＜0.01），其中MCI 的下降程度最為顯著。而常規超聲參數LVEF 在化療后期才發生了降低，差異具有統計學意義（P＜0.05），但數值仍處于正常范圍內。LVEF 是基于體積的測量與通過心肌變形直接測量心肌運動存在根本的區別，并且這些測量的可靠性和準確性也有所不同［12］。與其他研究一樣［13］，本研究已經顯示了從STE 衍生出的應變參數在識別癌癥治療后具有正常LVEF 的患者的心肌變化中的潛在價值［6，12］。

有研究［4］表明，氟尿嘧啶類藥物心臟毒性多發生于首個化療周期，通常在給藥后72 h 內，故本研究將患者第一個化療周期后的心臟超聲數值納入作為其中一個分組進行對比，而本研究結果證實，化療第一周期GLS、GAS、MCI、LVtw 相比于化療前數值便已經出現下降。由于mFOLFOX6 化療方案屬于短時間內高劑量持續灌注氟尿嘧啶類藥物的化療方案，上述參數的減低提示在大劑量輸注mFOLFOX6 藥物后，對心肌造成了損傷。原因可能是心內膜首先受到心內血液的沖擊，因此，在第一時間化療藥物的毒性作用會發生于心臟的心內膜面，而氟尿嘧啶類藥物能夠破壞內皮細胞，并直接對心肌細胞產生毒害作用，而且還會使冠狀動脈痙攣收縮，對冠狀動脈的微循環產生一定的影響［14］，心內膜下心肌主要為縱行心肌纖維，縱行纖維數量占優勢，因此心肌的縱向運動是左室收縮功能中起到主導作用，GLS 可反應心肌纖維的縱向運動，而心內膜下纖維被認為最容易因缺血或毒性而受損［15］，GAS 是基于縱向與環向應變參數導出的同一心動周期中心內膜面的面積變化率［16］，所以，在首個化療周期后患者的GLS、GAS出現小幅減低。但是此時GCS 雖低于化療前組，但差異無統計學意義（P＜0.05），可能是由于藥物造成心臟收縮功能損害局限于心內膜下還沒有侵及環形肌層。

隨著藥物累積劑量的增加，即便是LVEF 還在正常范圍內，三維應變數值均發生明顯的降低，其中MCI 的下降程度更加明顯。心肌綜合指數MCI作為一個新指標，其綜合了GLS 及LVtw，能夠更全面的反應心臟整體收縮功能的變化，心臟作為一個復雜的結構，每一次收縮伴隨著各層心肌的縱向、圓周的縮短，徑向的增厚，還包括基底部順時針及心尖逆時針方向的旋轉引起的心肌的扭轉，這種扭轉運動或扭轉歸因于心外膜和心內膜螺旋心肌纖維對之間的相互作用［17］，而心肌綜合指數恰好將心肌整體縱向的應變與心室扭轉的角度綜合起來，更全面的評估早期化療藥物對心肌的損害，這與MORNOS 的研究結果相似［6］。MEHTA等［18］建議將心肌應變與心臟生物標志物升高相結合，對心血管毒性的預測性比單獨使用更高。在本研究中，MCI 在LVEF 保持在正常范圍內的化療患者中下降明顯，隨著化療藥物累積劑量的增加，血清cTnT 的數值逐漸增加，差異具有統計學意義，即便是所有患者在整個化療過程中沒有明顯的心肌毒性的表現，可能慮心肌在損傷早期具有代償的能力，MCI 與血清cTnT 之間的相關性（r=-0.722 8）明顯高于LVEF 與cTnT 之間的相關性（r=-0.233 6），同樣也高于GLS 與cTnT 之間的相關性（r=-0.600 8）。本研究的各參數ROC 曲線結果顯示：MCI 的曲線下面積（0.903）最大，它超越了被認為是評估心臟早期損傷最敏感的指標GLS（0.838），因此，MCI 可以被用作一種更綜合的、更反應化療過程中左室心肌力學特征改變的參數，評估亞臨床心臟的損傷［19］。張艷等［20］研究表明：ROC 曲線中，MCI 的敏感度（98.3%）最高，LVtw 特異度（75.7%），在評價左心室功能時，MCI、LVtw 可以作為敏感參數。

本研究的局限性：（1）未進行長期隨訪，MCI是否能夠成為化療患者生存率的預測指標；（2）未分析mFOLFOX6 方案對心肌各節段的影響；（3）在進行圖像分析判讀時，人為主觀操作的準確性；（4）本研究的樣本量相對較??；（5）客觀影響因素：存在患者的個體差異；因追蹤技術要求高質量圖像，導致較多患者無法獲取清晰的圖像，可能會限制結果的外推性。

斑點追蹤能夠早期發現以mFOLFOX6 化療的結直腸癌患者未見明確臨床癥狀的隱匿性心肌損害，為臨床醫生及早的提供患者心功能變化的程度，其中MCI 是較為敏感的觀測指標。