心臟磁共振心肌應變技術用于正常男性吸煙人群左心房的初步研究

田迪，李昕，趙文靜，宋清偉，劉愛連，李智勇

香煙煙霧是一種復雜的化學混合物，含有尼古丁以及一氧化碳(CO)和多環(huán)芳烴等有毒物質(zhì)。研究表明吸入這些物質(zhì)不僅對氣道有影響，而且對肺和心臟都有著不同的影響[1-3]。近年來，一些基礎及臨床方面的研究結果證實吸煙時產(chǎn)生的煙霧可以直接影響到肺血管微結構以及損害相應血流動力學。Ferrer等[4]研究香煙煙霧對豚鼠的肺動脈內(nèi)皮功能的影響結果發(fā)現(xiàn)：暴露于香煙煙霧可誘導肺動脈內(nèi)皮功能障礙、小血管平滑肌細胞增殖和肺內(nèi)皮型一氧化氮合酶(eNOS)表達降低，F(xiàn)errer等[4]從動物實驗中證實：吸煙可以直接損害肺動脈微結構。由此可見，在吸煙的早期階段可能就出現(xiàn)了肺血管微結構的重構。由于肺循環(huán)的特點是低壓、低阻、高速、高流量，并且肺循環(huán)與左心房(left atrial，LA)直接溝通，并無瓣膜阻擋，因此，肺循環(huán)的重構與變化，也會間接影響到LA的結構與功能改變，合理認識和精準評估吸煙對LA的結構與功能影響也具有重要的臨床意義。

心血管磁共振(cardiac magnetic resonance，CMR)是評估心臟結構和功能的“金標準”，已經(jīng)常規(guī)用于心血管疾病的臨床工作與科學研究中。通常使用LA容積(volume，V)和LA射血分數(shù)(ejection fraction，EF)等傳統(tǒng)測量方法來評估LA功能。然而，LA心肌應變(myocardial strain，MS)是指 LA 的變形能力，其參數(shù)能夠反映LA結構的改變、心肌纖維化以及LA的僵硬程度。一些研究表明，在高血壓早期患者[5]、糖尿病和高血壓患者[6]、左心肥厚型心肌病患者[7-8]中，即使左心房大小正常，應變參數(shù)也會出現(xiàn)異常。因此評估LA變形可以克服容積評估的局限性，可以更早地發(fā)現(xiàn)功能損害。目前一些研究[9-11]表明，LA MS還可以應用于臨床房顫患者的風險評估和預測中。

近年來，無論是超聲心動圖還是CMR，吸煙與左心室、右心室結構與功能的之間相關研究已經(jīng)取得一些初步成果。但是，利用CMR探索吸煙對LA影響的研究鮮有報道。本研究主要是使用CMR MS技術評估中國正常男性吸煙人群與非吸煙人群之間LA結構、功能參數(shù)、MS參數(shù)的差異性情況。

1 材料與方法

1.1 一般資料

本研究為回顧性研究，納入2019年5月到2020年1月期間在我院3.0 T MR完成心臟常規(guī)成像檢查的正常男性70名。根據(jù)吸煙與否分為：吸煙組與非吸煙組。納入標準：(1)生命體征穩(wěn)定，無交流、聽力障礙。(2)近期內(nèi)完成的超聲心動圖及心電圖檢查均顯示正常；(3)沒有心臟疾病及手術史；(4)近期檢查均沒有糖尿病、高血壓等病史；(5)沒有常見的心血管系統(tǒng)和呼吸系統(tǒng)的疾病；(6)沒有腫瘤病史；(7)沒有肝臟、腎臟、骨骼系統(tǒng)相關的疾病。排除標準：質(zhì)量差的CMR圖像。

行CMR檢查前，精準測量所有志愿者身高、體質(zhì)量的一般資料情況，計算相應的身體質(zhì)量指數(shù)(body mass index，BMI)、人體表面積(body surface area，BSA)，并詳細記錄血糖、血壓的臨床資料情況(作為排除標準)。并且與志愿者做好檢查前的告知與交流，安撫好情緒波動。采用調(diào)查問卷方式對患者的吸煙情況、職業(yè)史、既往病史等進行記錄。吸煙定義為每天吸煙≥5支且至少三年從未戒煙。煙齡≤20年為非重度吸煙組，煙齡＞20年為重度吸煙組。

該研究是根據(jù)《赫爾辛基宣言》的原則進行的，并得到我院醫(yī)學倫理委員會批準(批準文號：PJ-KS-KY-2021-169)，免除受試者知情同意。

1.2 研究設備與方法

所有志愿者均于3.0 T MR儀(HDxt；General Electric Medical Systems，Waukesha，WI，USA)上完成心臟常規(guī)掃描，使用心臟專用的8通道線圈(HDxt；General Electric Medical Systems，Waukesha，WI，USA)。所有受試者均在心電和呼吸門控下完成掃描，并在接受檢查前接受磁共振相關安全知識宣教及進行呼吸訓練，以保持膈肌位置相對恒定，保證每次屏氣時心臟位置的一致性。常規(guī)掃描層面主要包括：左心室長軸、流入流出道、四腔心、左心室短軸(從心尖到基底部)電影圖像，快速穩(wěn)態(tài)進動平衡序列(fast imaging employing steady state acquisition，F(xiàn)IESTA)電影序列成像掃描參數(shù)如下：TR 3.6 ms；TE 1.6 ms；FOV 350 mm×350 mm；翻轉(zhuǎn)角50°；帶寬125 kHz；矩陣192×224；層厚10 mm；層間距0。

1.3 數(shù)據(jù)測量與分析

采用Medis Suite 3.2(Medis Medical Imaging Systems，Leiden，the Netherlands)軟件測量獲取LA結構功能及MS參數(shù)。具體方法如下：以拖拽的方式選取心臟四腔心層面，手動勾勒LA心內(nèi)膜輪廓，以獲得感興趣區(qū)域(region of interest，ROI)(圖1，2)。得到LA舒張末期容積，LA收縮末期容積，LA收縮前容積，分別對應著LA最大容積(maximum left atrial volume，LAVmax)、LA 最小容積(minimum left atrial volume，LAVmin)、LA收縮前容積(left atrial volume prior to atrial contraction，LAVp-ac)。并根據(jù) LA各個容積參數(shù)計算LA射血分數(shù)(left atrial ejection fraction，LAEF)，計算公式如下。

圖1 52歲非吸煙男性志愿者。A：心臟磁共振四腔電影序列上左心房心內(nèi)膜輪廓勾畫圖。B：黃色曲線為左心房整體縱向應變曲線，紅色曲線為左心房容積-時間曲線，藍色曲線代表左心房容積變化速率曲線。該志愿者左心房結構功能及MS參數(shù)：左心房最大容積：81.39 mL；左心房最小容積：32.34 mL；左心房收縮前容積：52.83 mL；左心房總射血分數(shù)：60.26%；左心房總射血分數(shù)：35.09%；左心房主動脈射血分數(shù)：38.78%；總整體縱向應變：35.76%；被動整體縱向應變：22.46%；主動整體縱向應變：13.30%；整體圓周應變：40.19%；整體徑向應變：-36.90% 圖2 53歲吸煙男性志愿者。A：心臟磁共振四腔電影序列上左心房心內(nèi)膜輪廓勾畫圖。B：黃色曲線為左心房整體縱向應變曲線，紅色曲線為左心房容積-時間曲線，藍色曲線代表左心房容積變化速率曲線。該志愿者左心房結構功能及MS參數(shù)：左心房最大容積：72.1 mL；左心房最小容積：34.31 mL；左心房收縮前容積：51.2 mL；左心房總射血分數(shù)：52.42%；左心房被動射血分數(shù)：28.98%；左心房主動脈射血分數(shù)：32.99%；總整體縱向應變：11.72%；被動整體縱向應變：6.52%；主動整體縱向應變：5.20%；整體圓周應變：34.53%；整體徑向應變：-21.98%Fig.1 A 52-year-old male non-smoking volunteer.A:The contours of the left atrial endocardium in a cardiac magnetic resonance four-chamber cine sequence.The yellow curve shows the global longitudinal strain curve of the left atrium,the red curve shows the left atrial volume-time curve,and the blue curve represents the left atrial volume change rate curve.LAVmax:81.39 mL;LAVmin:32.34 mL;LAVp-ac:52.83 mL;LAEFtota:60.26%;LAEFpassive:35.09%;LAEFactive:38.78%;GLSs:35.76%;GLSe:22.46%;GLSa:13.30%;GCS:40.19%;GRS:-36.90%.Fig.2 A 53-year-old male smoking volunteer.A:The contours of the left atrial endocardium in a cardiac magnetic resonance four-chamber cine sequence.The yellow curve shows the global longitudinal strain curve of the left atrium,the red curve shows the left atrial volume-time curve,and the blue curve represents the left atrial volume change rate curve.LAVmax:72.1 mL;LAVmin:34.31 mL;LAVp-ac:51.2 mL;LAEFtotal:52.42%;LAEFpassive:28.98%;LAEFactive:32.99%;GLSs:11.72%;GLSe:6.52%;GLSa:5.20%;GCS:34.53%;GRS:-21.98%.

LAMS參數(shù)包括：整體縱向應變(global longitudinal strain，GLS)、整體徑向應變(global radial strain，GRS)、整體圓周應變(global circumferential strain，GCS)、總整體縱向應變(the sum of passive and active GLS，GLSs)、被動整體縱向應變(passive GLS，GLSe)、主動整體縱向應變(active GLS，GLSa)。

從研究組中隨機選取15名志愿者，由2名心血管影像醫(yī)師在不知志愿者吸煙具體信息情況下進行LA MS參數(shù)測量1次；此外，由其中1名醫(yī)師對相同資料再次進行測量，間隔時間為1個月。

1.4 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 21.0(SPSS Inc.，Chicago，IL，USA)軟件，使用組內(nèi)相關系數(shù)(intraclass correlation coefficient，ICC)檢驗對LA MS參數(shù)進行組內(nèi)、組間一致性分析，ICC值大于等于0.75表示重復性好。計量資料采用shapiro-wilk正態(tài)性檢驗和方差性檢驗，符合正態(tài)分布資料以±s表示，非正態(tài)分布資料以中位數(shù)(第一個四分位數(shù)，第三個四分位數(shù))表示。對吸煙組與非吸煙組之間一般資料、LA結構功能、MS參數(shù)進行t檢驗或Mann-Whitney檢驗。并在MedCalc 20.009(Medcalc Software bvba,Ostend,Belgium)軟件，進行Bland-Altman檢驗。P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 所有吸煙志愿者的一般情況、臨床資料

本研究總計收集70名正常健康志愿者，均為男性，且均無高血壓、糖尿病史。其中，吸煙組志愿者44名，年齡(45.39±9.73)歲，BMI(25.95±3.43)kg/m2，BSA(2.07±0.19)m2；非吸煙組志愿者 26名，年齡(44.38±12.79)歲、BMI(25.94±2.56)kg/m2、BSA(2.01±0.12)m2(表1)。

表1 所有正常志愿者的一般資料情況(±s)Tab.1 General information of all normal volunteers(±s)

表1 所有正常志愿者的一般資料情況(±s)Tab.1 General information of all normal volunteers(±s)

注：BMI：體質(zhì)量指數(shù)；BSA：人體表面積。

參數(shù)年齡(歲)BMI(kg/m2)BSA(m2)糖尿病或高血壓吸煙組(44名)45.39±9.73 25.95±3.43 2.07±0.19 0非吸煙組(26名)44.38±12.79 25.94±2.56 2.01±0.12 0 P值0.732 0.992 0.184—

2.2 15名志愿者LA結構功能及MS參數(shù)的一致性研究

從研究組中隨機選取15名志愿者，評估觀察者內(nèi)、觀察者間的一致性，結果表明LA結構及功能、MS參數(shù)的組內(nèi)ICCs為0.817～0.948，組間ICCs為0.752～0.969(ICC均≥0.75)。使用Bland-Altman分析，LA MS參數(shù)有較好的組間、組內(nèi)一致性。本研究結果顯示無論是ICCs試驗還是Bland-Altman檢驗，LA結構及功能、MS參數(shù)均具有良好的組內(nèi)、組間一致性，其中LA GCS、GRS參數(shù)組內(nèi)ICCs為0.817～0.829，組間ICCs為0.852～0.864。

2.3 吸煙組與非吸煙組志愿者之間LA結構、功能、MS各參數(shù)比較

吸煙組志愿者的GCS、GRS(33.81%±11.23%、-28.99%±4.95%)較非吸煙組志愿者(40.21%±11.84%、-31.66%±4.75%)均有不同程度的降低(P＜0.05)，而其他LA的相關參數(shù)在兩組之間均差異無統(tǒng)計學意義(表2)。

表2 所有正常志愿者的左心房結構、功能及心肌應變參數(shù)情況Tab.2 Left atrial structure,function and myocardial strain parameters of all normal volunteers

2.4 非重度吸煙組與重度吸煙者志愿者之間LA結構、功能、MS各參數(shù)比較

考慮到年齡及煙齡的影響，本研究主要針對吸煙組志愿者年齡比較集中的39～50歲(共24名)這個年齡段的志愿者，進一步按照煙齡又分成兩組：非重度吸煙組(12名)與重度吸煙組(12名)。非重度吸煙組與重度吸煙組之間的LA結構、功能以及MS各參數(shù)均無統(tǒng)計學意義(P均＞0.05)(表 3)。

表3 39～50歲非重度吸煙組和重度吸煙組健康志愿者左心房結構、功能和心肌應變參數(shù)情況Tab.3 LA structure,function and MS parameters of healthy volunteers in non-heavy smoking and heavy smoking groups aged 39 to 50

3 討論

本研究主要是基于CMR探討正常吸煙與非吸煙人群LA的結構、功能及MS情況，并且嚴格按照納入標準以確保研究的準確性。我們的研究結果表明：CMR MS技術能夠用于評估正常男性的LA結構、功能及MS參數(shù)，對比非吸煙者，吸煙志愿者的LA GCS、GRS存在一定程度受損，且早于LA結構、功能參數(shù)的改變。

3.1 非吸煙志愿者LA結構及功能、MS參數(shù)

本研究中非吸煙組志愿者LA的LAVmin、LAVmax、LAEFtotal值與Peng等[12]研究結果大致相同，其75名正常中國男性 LAVmin值 27.4%±9.3%、LAVmax值 60.3%±18.0%、LAEFtotal值58%±8%，除了本研究LAVmax值略高一些之外，其他參數(shù)值均極其相近。若就兩組資料精細分析，本研究中非吸煙組志愿者年齡(44.38±12.79)歲，而Peng等[12]就45～59歲年齡組的正常國人男性LA結果而言，各種參數(shù)值就更加貼近。同時，本研究結果與楊映霞等[13]的34名中國健康男性LA參數(shù)值比較，其LAVmin值25.5%±5.7%、LAVmax值69.8%±12.6%、LAEFtotal值63.3%±6.9%，這些LA參數(shù)值也是基本相符合的。這充分說明本研究結果基本符合中國人群正常男性的基本情況。

本研究中非吸煙組志愿者GCS、GLSs值與Peng等[12]同一測量軟件的情況下，其75名正常中國男性LA的GCS值39.5%±12.1%，兩者結果極其相近，但是，其GLS值32.3%±9.5%，略高于本研究結果，這也說明LA的GCS值相對更加穩(wěn)定。與Truong等[14]對45名正常歐美男性志愿者LA的MS參數(shù)對比顯示，其GLSs、GLSe值(37.6%±10.2%、23.79%±9.4%)均略高于本研究中非吸煙組志愿者，而LAEF、GLSa數(shù)值與本研究結果近似，這推測可能是歐美國家人群與國人在生理結構上存在差異。與楊映霞等[13]34名健康男性LA的GLSs、GLSe、GLSa值相比，均高于本研究的非吸煙組志愿者，這可能由于兩者測量選擇的LA圖像不一樣，楊映霞等選擇的左心室長軸二腔心層面，而本研究傾向于多數(shù)超聲測量方法，選擇標準四腔心層面，當然，也可能存在入組志愿者的異質(zhì)性影響。

3.2 吸煙志愿者LA結構及功能、MS參數(shù)

目前，CMR具有很高的準確度和可重復性，是心臟形態(tài)和功能評價的“金標準”，CMR能從多角度全面評價左心房結構[15-16]。近年來，關于吸煙人群與不吸煙人群LA結構、功能、MS差異性研究多集中于超聲的研究報道中[17-18]，本研究是首次利用CMR技術進行吸煙相關方面的初步研究文章。本研究結果顯示，對比非吸煙志愿者，吸煙志愿者在LA結構、功能參數(shù)尚沒有變化的時候，LA的GCS、GRS就呈現(xiàn)出一定程度的受損。就吸煙志愿者LA結構與功能參數(shù)結果而言，與部分文獻不符。Akcay等[19]研究顯示：吸煙者的LAEFactive值顯著高于非吸煙者(P=0.003)。Yaman等[20]研究顯示：吸煙者的LAVmin顯著高于非吸煙者(P=0.043)。兩篇文獻均說明吸煙引起了LA結構或功能參數(shù)的顯著變化，這與本研究結果不符，這可能與不同研究的志愿者入組樣本異質(zhì)性有關。盡管本研究入組志愿者可能尚沒有引起LA的結構和功能各個參數(shù)顯著的變化，但是，本研究還是觀察到吸煙組的LAVmin還是高于非吸煙組，盡管差異無統(tǒng)計學意義(P=0.086)。就吸煙志愿者LA的MS參數(shù)結果而言，本研究與部分文獻相仿。本研究結果顯示：吸煙組志愿者LA的GCS、GRS較非吸煙組志愿者均有不同程度的降低(P＜0.05)，而GLSs、GLSe、GLSa差異均無統(tǒng)計學意義(P＞0.05)，這說明吸煙可能伴隨著LA的GCS、GRS的受損發(fā)生。Yaman等[20]研究顯示：健康吸煙者與健康非吸煙者之間LA的GLSs、GLSe、GLSa值相仿(P＞0.05)，這一結果與本研究結果部分內(nèi)容相似，縱向應變沒有顯著的受損改變。但是，Bostan等[17]研究結果表明：健康吸煙者LA的GLS顯著低于健康非吸煙者(P＜0.05)，這與本研究結果不同。本研究發(fā)現(xiàn)39～50歲年齡段非重度吸煙組志愿者與重度吸煙組志愿者之間LA各參數(shù)差異均無統(tǒng)計學意義，這可能與入組志愿者人數(shù)少有關。當然，這方面研究還是需要更多的深入探討。

3.3 局限性

(1)本研究的研究人群樣本量偏小，并且，僅限于大連地區(qū)的，可能存在數(shù)據(jù)的偏移，影響最終的結果分析。(2)本研究主要是測量LA的參數(shù)的測量與分析，未同時測量左心室功能參數(shù)以及肺部CT了解肺組織及肺氣腫情況，以及詳細的年齡分組，以減少更多的影響因素的干擾。(3)本研究未能進行這組吸煙人群的隨訪觀察，更加準確地評估隨著吸煙時間的延長，LA結構、功能及MS的變化情況，以便于更加準確地理解吸煙與LA變化的關聯(lián)性。(4)本研究沒有深入調(diào)查吸煙者的香煙類型、焦油量等情況。(5)本研究沒有更多地調(diào)查志愿者們的工作狀態(tài)、運動狀態(tài)等日常生活情況。(6)本研究中沒有進行左室或右房相關的測量，其參數(shù)對左心房參數(shù)的影響也非常重要，這也是我們的局限性之一，我們將在后續(xù)的研究中進一步探討。

綜上所述，CMR MS技術能夠用于評估中國正常男性吸煙人群與非吸煙人群LA結構功能、MS參數(shù)的差異性情況。對比非吸煙志愿者，吸煙志愿者的LA GCS、GRS存在一定程度的受損，且可能早于LA結構、功能參數(shù)的改變。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。