無創左室壓力應變曲線評價血液透析對左室心肌做功的影響

郭瑤 邢雨蒙 曹 學森 潘翠珍 舒先紅 孫敏敏△

（1復旦大學附屬中山醫院心臟超聲診斷科，4腎內科 上海 200032；2上海市心血管病研究所 上海 200032；3上海市影像醫學研究所 上海 200032）

終末期腎臟疾病（end-stage renal disease，ESRD）患者在維持性血液透析（maintenance hemodialysis，MHD）時發生心肌頓抑，導致心血管疾病的發生率和死亡率均較高［1-2］，早期發現和干預對預防不良心血管事件（cardiovascular events，CVE）至關重要。基于二維斑點追蹤技術的心肌應變指標可為該類患者左心室亞臨床心肌功能損傷提供敏感的檢測方 法［3］，左 室 整 體 縱 向 應 變（global longitudinal strain，GLS）是MHD患者CVE的獨立預測因子［4］，但其主要局限性為負荷依賴性，后負荷的增加可使應變降低，因而影響心肌功能評估的準確性［5］。近年來基于無創左室壓力應變曲線（pressure strain loops，PSLs）的心肌做功（myocardial work，MW）指標結合血壓和應變，是評估左室心肌性能的新方法［6-7］。研究表明，在鑒別急性冠脈綜合征時，MW參數優于左室射血分數（left ventricular ejection fraction，LVEF）和GLS，是 室 壁 運 動 無 異 常 和LVEF正常的冠心病患者最敏感的預測因子，同時也為糾正心室收縮不同步和預測心臟再同步化治療的療效提供了額外信息［6，8-10］。本研究旨在探討MW指標評估ESRD患者長期透析及單次透析對心肌做功的影響。

資料和方法

研究對象2015年4月至2016年6月連續入組92例于復旦大學附屬中山醫院進行血液透析的ESRD患者（MHD組），血液透析時間≥6個月，平均（30±12）個月。其中男性57例，女性35例，平均年齡為（57.2±12.3）歲。排除標準：先天性心臟病；嚴重的瓣膜狹窄或關閉不全；室壁運動異常；LVEF＜50%；心律失常；中度以上肺動脈高壓；中等量以上心包積液；無法獲得滿意的超聲二維圖像。在92例入組患者中，72例為慢性腎小球腎炎，6例為IgA腎病，4例為多囊腎病，10例為糖尿病腎病。對照組為同期40例健康志愿者，與MHD組年齡、性別相匹配，男性24例，女性16例，平均年齡為（53.9±12.1）歲。無心臟癥狀、高血壓、糖尿病史，體檢正常，心電圖、超聲心動圖及血生化指標正常，無用藥史。本研究為前瞻性研究，經復旦大學附屬中山醫院倫理委員會批準（批件號：B2013-139），所有受試者均簽署知情同意書。

儀器和方法

臨床資料采集采集患者的身高、體重、心率、計算體表面積（body surface area，BSA）：BSA（m2）=0.006 1×身高（cm）+0.012 4×體重（kg）-0.009 9。查閱病史資料，獲得高血壓、糖尿病、高脂血癥病史、吸煙史，用藥及檢驗數據。采用臂式電子血壓計于常規二維圖像采集前后分別采集患者血壓，患者取坐位，右手肘與心臟齊平，套入袖帶，袖帶下緣距肘窩寬2～3 cm，袖帶松緊以放入一指為宜，在平靜呼吸狀態下記錄舒張壓與收縮壓，取兩次血壓平均值。

儀器GE Vivid E9彩色多普勒超聲儀，M5S探頭，頻率1.7～3.3 MHz，幀頻50～80幀/s，配 以EchoPAC 203工作站。

常規二維圖像采集和分析在非透析日采集92例患者二維長軸及短軸圖像，其中28例患者另在透析當天透析前后30 min再次采集圖像。于胸骨旁長軸切面測量左室舒張末內徑（left ventricular end diastolic dimension，LVEDD）、左室收縮末內徑（left ventricular end systolic dimension，LVESD）、室間隔厚度（inter-ventricular septal thickness，IVST）和后壁厚度（post wall thickness，PWT），計算左心室質量指數（left ventricular mass index，LVMI）。于心尖四腔心切面，采用脈沖多普勒獲取二尖瓣口血流舒張早期峰值速度（E）、舒張晚期峰值速度（A），計算E/A值；在組織多普勒（tissue Doppler imaging，TDI）模式下，將取樣容積置于左室側壁，獲取舒張早期組織運動速度（e′），計算E/e′值。于心尖四腔及二腔切面使用Simpson′s法測量左室舒張 末 容 積（left ventricular end diastolic volume，LVEDV）、收縮末容積（left ventricular end systolic volume，LVESV），計算LVEF。囑受檢者平靜呼吸后屏氣，留取清晰的左室心尖四腔、三腔、兩腔切面動態圖像，連續5個心動周期，存儲圖像以待后期分析。所有切面采集及參數測量方法均參考2019年美國超聲心動圖學會成人經胸超聲心動圖指南［11］。

脫機圖像分析將原始數據導入EchoPAC 203工作站中，進入Q-Analysis模式，首先點擊Event Timing，設定二尖瓣和主動脈瓣的開放和關閉時間。分別在左室心尖四腔、三腔、兩腔切面依次手動勾畫心內膜面，軟件自動生成環狀感興趣區，手動調整心內膜、心外膜邊緣使其與心肌厚度一致，追蹤滿意后點擊Approve，自動獲得左心室相應切面的應變曲線，讀取數據并記錄整體GLS。輸入收縮壓及舒張壓，獲取左室整體做功指數（global work index，GWI）、整體有效功（global constructive work，GCW）、整體無效功（global wasted work，GWW）及整 體 做 功效 率（global work effificiency，GWE）［10，12］（圖1～3）。GWI是從二尖瓣關閉到二尖瓣開放期間PSLs下的總做功。GCW是左室收縮期心肌縮短或等容舒張期心肌延長期間的做功。GWW是收縮期心肌伸長或等容舒張期心肌縮短所做的功。GWE是GCW與GCW和GWW之和的百分比［8］。

圖1 對照組和MHD組左室壓力應變曲線及做功效率牛眼圖Fig 1 Left ventricular PSLs and segmental bull’s-eye GWE plot from control subjects and MHD patients

重復性檢驗對20例患者的左室做功指標及GLS進行重復性檢驗。觀察者內差異為同一觀察者間隔24 h以上兩次測量的結果比較，觀察者間差異為兩位獨立的觀察者各自測量的結果比較。觀察者內和觀察者間的變量通過組內相關系數（intraclass correlation coefficient，ICC）分析計算。

統計學方法采用SPSS 22.0軟件進行統計分析，計量數據用表示，正態分布數據組間比較采用獨立樣本t檢驗，非正態分布數據組間比較采用秩和檢驗。血透前后數據比較采用配對樣本t檢驗。各變量間相關性采用Pearson線性相關分析。P＜0.05為差異有統計學意義。

結 果

臨床數據及常規超聲心動圖參數比較對照組與MHD組的臨床基本數據比較見表1。與對照組相比，MHD組心率、收縮壓和舒張壓均較高（P均＜0.05）。MHD組高血壓、糖尿病等慢性病史及用藥史的比例明顯高于對照組。MHD組LVEDD、LVESD、IVST、PWT、LVMI、LVEDV、LVESV及E/e′均高于對照組（P均＜0.05），而E/A和e′低于對照組（P均＜0.05）。兩組間LVEF和S差異無統計學意義（表2）。

表1 對照組和MHD組一般臨床資料比較Tab 1 Baseline patient characteristics between control and MHD groups ［n（%）or（±s）］

表1 對照組和MHD組一般臨床資料比較Tab 1 Baseline patient characteristics between control and MHD groups ［n（%）or（±s）］

MHD：Mintenance hemodialysis；BSA：Body surface area；BP：Blood pressure；CV：Cardiovascular；ACEI：Angiotensin-converting enzyme inhibitors；ARB：Angiotensin receptor blockers；CCB：Calcium channel blocker；BUN：Blood urea nitrogen；Cr：Creatinine；BNP：Brain natriuretic peptide.

Variable Demographic data Age（y）Male BSA（m2）Heart rate（beats/min）Systolic BP（mm Hg）Diastolic BP（mm Hg）CV risk factors Hypertension Diabetes mellitus Hypercholesterolemia Coronary heart disease Current smoking Cardiovascular event Medications ACEI/ARB β-blocker CCB Statin Laboratory index BUN（mmol/L）Cr（μmol/L）BNP（pg/mL）Control group（n=40）MHD group（n=92）t/χ2 P 53.9±12.1 24（60.0）1.77±0.18 66.1±9.0 118.4±15.9 76.0±9.0 57.2±12.3 57（61.9）1.74±0.19 77.0±11.4 145.8±20.4 82.3±11.8 1.195 0.045-0.776 4.404 6.181 2.453 0.235 0.832 0.439＜0.001＜0.001 0.016 0 0 4（10.0）0 5（12.5）0 0 0 0 0 85（92.4）17（18.5）18（19.6）12（13.0）24（26.1）27（29.3）103.793 8.484 1.837 5.739 3.002 14.758＜0.001＜0.001 0.159 0.002 0.071＜0.001 36（39.1）49（53.3）14（15.2）12（13.0）21.522 33.882 6.809 5.739＜0.001＜0.001 0.001 0.002＜0.001＜0.001＜0.001 4.4±1.6 66.1±12.1 28.8±19.4 28.6±5.7 1115.6±267.8 350.4±48.8 20.359 19.131 33.674

表2 對照組和MHD組常規心超參數比較Tab 2 Conventional echocardiographic parameters between control and MHD groups （±s）

表2 對照組和MHD組常規心超參數比較Tab 2 Conventional echocardiographic parameters between control and MHD groups （±s）

LVEDD/ESD：Left ventricular end-diastolic dimension/endsystolic dimension；IVST：Interventricular septum thickness；PWT：Posterior wall thickness；LVMI：Left ventricular mass index；LVEDV/ESV：Left ventricular end diastolic volume/end systolic volume；LVEF：Left ventricular ejection fraction；E：Early transmitral flow velocity；A：Late transmitral flow velocity；e′：Mean peak early diastolic myocardial annular velocity.

P Parameters t Control group（n=40）45.5±3.8 28.5±2.8 8.6±1.0 8.3±1.0 80.1±16.7 39.3±8.1 12.9±3.7 67.7±4.9 1.2±0.5 10.3±3.2 11.2±3.6 6.7±1.4 MHD group（n=92）48.8±5.5 31.0±4.8 10.9±1.5 10.6±1.5 131.8±37.6 55.6±15.0 19.7±8.4 65.1±6.8 0.8±0.3 9.7±1.8 8.3±2.2 8.8±3.1 0.005 0.013＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001 0.075＜0.001 0.403＜0.001＜0.001 LVEDD（mm）LVESD（mm）IVST（mm）PWT（mm）LVMI（g/m2）LVEDV（mL/m2）LVESV（mL/m2）LVEF（%）E/A S（cm/s）e′（cm/s）E/e′2.872 2.519 7.297 7.119 6.669 5.181 3.937-1.800-5.903-0.850-4.998 3.283

二維斑點追蹤顯像做功參數比較MHD組GWE、GLS顯 著 低 于 對 照 組（P＜0.001，圖1），GWW顯著高于對照組（P＜0.001），GWI和GCW差異無統計學意義（表3，圖2）。透析前后比較，透析后GWI（P＜0.001）、GCW（P=0.002）、GWE（P=0.037）及GLS（P＜0.001）均顯著降低，GWW（P=0.892）的差異無統計學意義（表4，圖3）。

圖2 對照組和MHD組左室PSLs及做功指數牛眼圖Fig 2 Left ventricular PSLs and segmental bull’s-eye GWI plot from control subjects and MHD patients

圖3 透析前后左室壓力應變曲線及做功指數牛眼圖Fig 3 Left ventricular PSLs and segmental bull’s-eye GWI plot in MHD patients before and after one session of hemodialysis

表3 對照組和MHD組做功參數及GLS比較Tab 3 MW and GLS parameters between control and MHD groups （±s）

表3 對照組和MHD組做功參數及GLS比較Tab 3 MW and GLS parameters between control and MHD groups （±s）

GWI：Global work index；GCW：Global constructive work；GWE：Global work efficiency；GWW：Global wasted work；GLS：Global longitudinal strain.

Parameters GWI（mmHg%）GCW（mmHg%）GWE（%）GWW（mmHg%）GLS（%）Control group（n=40）1 999.7±310.5 2 176.5±308.7 94±2.3 110.3±58.3-20.1±2.4 MHD group（n=92）2 118.9±463.5 2 290.6±441.7 91±4.2 163.1±88.2-16.2±3.2 t P 0.109 0.116＜0.001＜0.001＜0.001-1.618-1.590 4.226-3.792-7.268

表4 MHD組透析前后做功參數及GLS比較Tab 4 Comparison of MW and GLS in MHD group before and after one session of hemodialysis （±s）

表4 MHD組透析前后做功參數及GLS比較Tab 4 Comparison of MW and GLS in MHD group before and after one session of hemodialysis （±s）

GWI：Global work index；GCW：Global constructive work；GWE：Global work efficiency；GWW：Global wasted work；GLS：Global longitudinal strain.

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相關性研究結果顯示，MHD患者GWW、GLS與LVMI呈 正 相 關（GWW：r=0.438；GLS：r=0.559，P均＜0.001），GWE與LVMI呈負相關（r=-0.546，P＜0.001）。透析前后GWI及GCW差值與患者超濾量呈正相關（GWI差值：r=0.524，P=0.005；GCW差值：r=0.544，P=0.004；圖4）。

圖4 做功參數與左室質量指數及超濾量相關性的散點圖Fig 4 Scatter plot of MW parameters with LVMI and ultrafiltration volume

做功參數重復性檢驗左室做功指標GWI、GCW、GWE、GWW和GLS的觀察者內ICC值分別為0.93、0.90、0.85、0.90和0.89，觀察者間ICC值分別為0.96、0.96、0.83、0.77和0.95，提示由PSLs估測的做功指標重復性良好。

討 論

血液透析作為一項重要的腎臟替代治療手段，能清除ESRD患者體內的腎臟毒素和多余體液，降低心臟負荷，使患者的死亡率顯著降低；但透析后患者心血管疾病的發病率較高，也是造成患者死亡的主要原因［13］。研究顯示，GLS作為預測MHD患者心血管事件的敏感指標之一，即使在LVEF正常的患者中也會顯著降低［4］。然而，MHD患者后負荷的變化會影響左室收縮和心肌張力，削弱了GLS評估其收縮功能的能力［14］；另一方面，MHD患者GLS的普遍改善將減少個體間的差異［7］。因此不同階段ESRD患者心肌細微形變異常的差異可能會減小，對應變的預后價值產生不利影響。Russel等［10］通過對應變曲線進行微分計算節段縮短率，并與左室瞬時壓力相乘來量化心肌做功，能夠更直觀及準確地反映心肌運動和代謝情況［15］。研究表明，對于心臟再同步化治療者，PSLs可提供更多關于左室收縮不同步、節段性運動和心肌收縮力的額外信息［16］。MW也被證明在非ST段抬高的急性冠狀動脈綜合征患者中可識別急性冠脈閉塞［17］。

本研究結果顯示，與對照組相比，MHD組GWW顯著升 高，GWE降 低，GWI和GCW無明 顯變化。ERSD患者腎素-血管緊張素系統活性增高，血管舒張物質減少，導致后負荷增加。因此，雖然ESRD患者GLS降低，但由于克服后負荷做功更多，MHD組GWI和GCW無明顯變化。雖然本研究納入的患者LVEF均≥50%，但ESRD本身對心肌的損害使左室心肌收縮不同步，長期透析又使左室收縮及舒張功能均減退，增加了心肌代償運動能量的損耗，且透析過程中可能由于間斷性血容量減少而產生一過性低血壓［18］，患者血壓狀態波動較大，心臟后負荷增加和不穩定的血流動力學狀態均可致GWW明顯增加。ESRD患者長期透析后，左室收縮不同步程度加重，GLS進一步降低，GWW升高，此結果與文獻［19］一致。研究顯示，心梗后患者和心衰患者的GWE顯著降低［20］。Vander等［9］研究發現，心衰患者心臟再同步化治療前的低GWE與良好長期預后獨立相關。

與透析前相比，透析后30 min內GWI、GCW、GWE、GLS均顯著降低。單次血液透析對心臟功能的影響存在爭議。有研究顯示單次透析后左室應變顯著改善，也有研究證實反復透析后心肌整體和節段性收縮功能減退。對于個體而言，在體內代謝機制正常的情況下，血透可移除體內多余的液體，前負荷降低可能使左室收縮增強、應變增加，同時血透也可清除大量腎毒素，對心肌細胞有益。然而腎功能不全患者在早期即可發生心肌損害，心肌的代償能力較弱，短期內大量液體快速移除可使血壓波動、心輸出量降低、心肌血流灌注下降，造成心肌細胞損傷和頓抑，導致左室收縮功能和應變降低。應變和血壓的雙重下降使GWI和GCW較透析前顯著降低。GCW降低，GWW維持穩定，因此透析后患者GWE降低，這提示單次透析本身對ESRD患者心肌細胞的損傷可能大于獲益。Ingec等［21］也證實，在65%的患者中單次血液透析后心肌損傷標志物cTnI增加。另外，透析過程中維持血壓穩定，既需要心臟泵血功能的調整，也需要外周血管的舒縮調節，血壓大幅度波動說明患者的心臟和外周血管的代償調節能力下降，同時也對心臟和血管本身產生更明顯的損傷作用，兩者互為因果造成惡性循環。

ESRD患者由于長期容量及壓力負荷過重，導致心肌發生重構，包括心腔增大、室壁肥厚、心肌纖維化及左室質量增加。本研究結果提示，LVMI越大，患者所作無用功越多，做功效能及應變越低，提示做功指標或能反映心室重構的嚴重程度。透析前后GWI及GCW差值與MHD患者超濾量呈正相關，說明透析量越大，透析后心肌整體做功減少越多，這提示單次透析后患者可產生一過性心肌頓抑，減少超濾量可能會有保護心肌細胞的作用。

本研究的局限性在于：（1）透析前后病例數較少；（2）未對患者跟蹤隨訪，以充分探討做功參數的預測價值；（3）僅限于左室心肌整體做功研究，各節段做功的差異有待進一步探討。

綜上所述，無創左室PSLs同時將后負荷和應變指標納入計算，或能更準確敏感地評估MHD患者透析后心肌性能的變化，為量化心肌收縮功能和研究心肌力學提供了更客觀的指標。

作者貢獻聲明郭瑤實驗設計和實施，數據采集和分析，論文撰寫，圖表制作。邢雨蒙實驗實施，數據采集和分析。曹學森數據采集，材料準備。潘翠珍，舒先紅材料準備，實驗指導。孫敏敏實驗設計，數據采集，論文修訂。

利益沖突聲明所有作者均聲明不存在利益沖突。