慢性高原病心脏损伤机制及心脏磁共振成像技术的应用进展

张晨红，孙艳秋通信作者)

（青海大学，青海 西宁 810000）

0 引言

慢性高原病(chronic mountain sickness,CMS) 是指长期居住在海拔2500m 以上的居民，对高原环境丧失习服（loss acclimatization）所致的独特临床综合征。体征主要包括其主要临床特征是体内红细过度增多（女性≥19 g/dL；男性≥21 g/dL）、血红蛋白值升高、显著的肺动脉高压和较重的低氧血症，临床上表现有头痛头晕、喘息或心悸、不同程度紫绀、睡眠异常、局部感觉障碍、耳鸣及记忆力减退等症状；CMS 分为：高原衰退症、高原红细胞增多症、高原性心脏病、慢性高原病或蒙赫病（即混合型慢性高原病）[1]。高原性心脏病（high altitude heart disease,HAHD）, 以慢性低压低氧引起肺动脉高压为基本特征，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种类型,可分为小儿和成人高原心脏病两种。本病易发生于海拔2500m 以上的高原,由于高原缺氧,肺小动脉持续收缩,从而引起肺小动脉肌层肥厚、管壁增厚、管腔狭窄、阻力增加,从而使肺动脉压持续升高,因而在国际上被命名为“高原性肺动脉高压”( high altitude pulmonary hypertension),但在国内一直习惯沿用高原心脏病(highaltitude heart disease))的说法。

本文以高原性心脏病的发病机制以及近年来心脏磁共振技术的发展及应用综述如下。

1 高原性心脏病流病学研究

根据我国学者在青海省进行的大规模人群调查，HAHD的流行病学有如下特点：（1）无论成年人还是小儿，男性患病率高于女性。儿童患病率男性为1.16%，女性0.75%。（2）儿童和成年人的患病率均随住地海拔高度的增加而增高，小儿HAHD 的总患病率明显高于成年人。小儿对HAHD 的易感性还表现在，成年人发病一般在海拔3050m 以上，小儿一般在3000m 以上发病，但是部分易感儿可在海拔低到2261～2801m 发病。有人指出，小儿易患HAHD 有其生理基础，儿童肺小动脉对低氧的收缩反应更为显著，部分高原小儿可能保持其肺动脉的胎儿型结构，而使其肺血管阻抗保持较高水平。（3）小儿HAHD 发病率依高原暴露的方式不同而有差异。（4）HAHD 以移居高原的汉族最多见，但亦可有世居少数民族患病。

2 高原性心脏病的发病机制

高原性心脏病的发病机制较为复杂，现就高原性心脏病发病机制较为重要的几个环节进行分述。

2.1 低氧对肺的影响

高原地区单位体积气体中的氧含量低于海平面，低氧使肺血管收缩，血流阻力增大，同时肺泡气氧分压下降，缺氧性肺动脉高压的早期阶段，肺血管的收缩是主要因素。随时间的延长，长时间持续缺氧使肺动脉压长期处于较高水平， 进而致肺血管发生重构[2]，重构后的肺血管壁增厚，管腔狭窄，进而导致肺动脉压的进一步升高；同时缺氧刺激交感神经兴奋、缩血管物质增多，体循环的血管收缩，将部分血液挤入肺循环，使肺循环的血容量增加；以上改变均可增加肺动脉压力，而增加右心后负荷。

2.2 缺氧对血液系统的影响

低氧刺激促红细胞生成素合成和释放增加，促进红细胞增生，虽然增多的红细胞在一定程度上有助于提高在高海拔条件下的血液的携氧能力，但是过度的红细胞会导致血液粘滞度升高，血流阻力增加，血流速度减低。此外，低氧使机体线粒体功能受损，三磷酸腺苷(adenosine triphosphate，ATP)形成减少，引起细胞膜离子转运功能障碍，红细胞变形能力降低，以上均可增加肺血流阻力，增加右心后负荷，促进右心肥大，最终导致CMS 的发生[3]。

3 高原性心脏病的心脏损伤机制

3.1 长期生活在高原低氧环境中的移居者和世居者，左右心室的舒张功能和顺应性不同程度的减低，原因是低氧时对线粒体的结构和功能有不同程度的影响，表现为线粒体数量增多 及合成ATP 的能力减低[4]，同时心肌细胞中的肌红蛋白含量也相应增多，但心肌ATP 生成减少，能量供应不足，心肌Ca2+转运和分布异常，心肌收缩蛋白破坏，心肌挛缩或断裂。

3.2 对心脏结构的影响，慢性缺氧对移居者和世居者的心脏大小有一定的影响，海拔越高，肺动脉圆锥突出和右室肥大的发生率越高，用X 线测量心脏大小，结果示高原居民的心脏面积均大于平原居民，重量也较平原人重。西藏地区少量尸体解剖资料表明：右心室肥大，显微镜下可见心肌细胞内径增宽、细胞 肿胀，毛细血管密度增加，线粒体增多或体积增大[5]，肌浆网扩张并呈囊泡性变化。

3.3 对心脏代谢的影响，正常情况下，心肌以脂肪酸为主要能源物质，占心肌耗氧量的60%～70%，葡萄糖代谢占30%左右；慢性缺氧心肌组织糖原含量减少；葡萄糖摄取、利用增强，脂肪酸氧化降低。过重的右室负荷对左室功能的影响 缺氧所致肺动脉高压，增加右室后负荷，右室肥厚扩张体积增大，右室充盈压增大，厚度和僵硬度增加的室间隔向左室膨出，使左室形状改变，左室容积变小，舒张时受限，顺应性降低，左心室充盈减少，舒张末期容积减少，舒张末期压力增加，最终导致左室心搏出量降低[6]。以上对心脏间接或直接影响，最终导致心脏右心功能的改变。

4 心脏磁共振成像技术在高原性心脏病中的应用及进展

目前CMR 成像技术包括反转恢复、磁共振血管造影 (magnetic resonance angiography，MRA)、心脏电影成像、心肌灌注与延迟增强、扩散张量成像、磁共振波谱、T1 mapping、T2 mapping 等。

4.1 心脏电影磁共振成像

心脏电影磁共振成像（Cardiac cine magnetic resonance image CCMRI）除了具有无电离辐射、可任意方位成像、软组织对比度好等特点外，还能以连续帧的形式反映心脏周期运动，常用于临床心室、心肌的结构观察和心功能评估[7]。

4.2 LGE、T1 mapping、T2 Mapping、ECV

纤维化是诸多心脏疾病的共同病理过程，是疾病预后的重要指标。磁共振对比剂延迟强化(late gadolinium enhancement，LGE)技术可以在体无创识别心肌纤维化，这一点是其他影像检查方法不可比拟的。但LGE 依赖于纤维与正常心肌之间的对比，对弥散间质性纤维化不敏感，不能定量评估纤维化程度。高分辨率纵向弛豫时间定量成像(T1 mapping) 技术弥补了这一缺陷。T1 mapping 技术是基于反转或饱和脉冲激发，在纵向磁化矢量恢复的不同时间采集信号，后处理定量心肌T1 值，无创评估心肌纤维化程度[8]。T1 mapping 序列包括基于反转恢复脉冲技术(Look-Locker、MOLLI、ShMOLLI) 或基于饱和恢复脉冲技术(SASHA、MLLSR、 SAPPHIRE)两种。心肌水肿或铁沉积可诱发横向弛豫时间改变，横向弛豫时间定量成像(T2 mapping)技术能够量化组织T2 值从而对疾病诊断起到积极作用。T2 mapping成像方法有三种，即多回波自旋回波序列(multi echo spin echo，MESE)、稳态自由进动序列(steady-state free precession sequence，SSFP) 以及梯度自旋回波序列(gradient spin echo sequence， GraSE)。其中GraSE 方法结合了前两者优点，成像最快最稳定[9]。

4.3 Feature tracking imaging

心肌标记技术(tagging) 是在每个RR 间期早期施加条纹状网格状射频脉冲链，舒张期心肌被饱和的条纹发生形变，根据形变能够定量评估室壁运动。但当患者室壁变薄，再加上心肌纤维化使T1 值降低时，标记线分辨率下降，使得tagging 技术在此类患者中的应用受到限制。组织追踪成像技术(feature tracking imaging，FTI)基于SSFP 能够在心动周期中追踪心内膜及心外膜固有的解剖点，通过计算解剖点之间的相对运动可以得出室壁应变性[10]。

4.4 心脏动脉自旋标记(arterial spin labeling， ASL)

ASL 成像是一种反映心肌灌注的非对比剂增强技术[11]。ASL 利用选择性反转脉冲标记供血动脉中的氢质子，使其成为内源性对比剂，标记血流入成像平面后进行成像，所得图像称“标记像”， 包括流入标记血流信号及流入区原组织静态信号；另对成像平面再进行一次未标记的静态组织成像，称“控制像”。标记像与控制像减影，所得的差值像只与流入成像平面的标记血有关，即得到了灌注信息。

心脏磁共振为近十年新兴的心血管系统磁共振影像学检测技术，因其具有无创、安全、可评估多种心功能指标、图像高分辨率等优点，目前广泛应用于临床患者心血管影像学诊断以及动物基础心血管影像研究[12]，同时也能更好地为慢性高原病患者疾病的诊断及治疗提供影像学帮助。