扩张型心肌病患者左心室涡流特征研究

张 瑾，王 晶，童 锴，周 肖，徐 勇，智 光

1解放军总医院 心内科，北京 100853；2天津市第一中心医院，天津 300192

扩张型心肌病(dilated cardiomyopathy，DCM)是一种以心室扩大伴收缩功能受损为特征的心肌病变，临床表现为充血性心力衰竭，预后较差[1]。若能早期对高危人群做出预测，使其接受早期治疗，预防心力衰竭的发生，可以达到改善预后的目的[2]。既往研究表明涡流这种流体动力学状态与心脏功能之间存在密切的关系[3]。左室涡流的形成机制非常复杂，对维持正常的心室舒张充盈及收缩射血等血流动力学状态发挥着重要作用，它的形态、大小、位置的改变均可能影响正常的心脏功能[4-6]。本研究拟运用血流向量成像技术(vector flow mapping，VFM)评价DCM患者左心室涡流特征，从流体动力学角度探索临床评价心功能的新方法。

资料和方法

1 研究对象 DCM组：2011年6-10月在解放军总医院就诊的DCM患者，共22例。男12例，女10例，年龄13~68(41.25±17.86)岁。纳入标准：心脏明显扩大，根据美国纽约心脏协会(New York heart association，NYHA)标准划分心功能III-IV级，左室射血分数＜40%。排除标准：合并有高血压、心脏瓣膜病、冠心病、肺心病和严重肝肾功能不全等疾病；超声图像显示不满意；不能配合检查。对照组：2011年6-10月解放军总医院体检健康志愿者40例，男22例，女18例，年龄21~75(47.51±12.17)岁。经病史采集、体格检查、心电图、超声心动图检查及实验室检查等已排除高血压、DCM、其他心肺疾病及严重肝肾功能不全者。排除标准为超声图像显示不满意及不能配合检查。

2 方法 采用日本Aloka公司ProSound α10彩色多普勒超声诊断仪，UST-52101超声探头，频率1.88~5.00 MHz。图像脱机分析采用2.0版DAS-RSI超声工作站。嘱患者左侧卧位，平静呼吸，并记录心电信号。行常规超声检查，记录左室内径及容积等基本参数，应用Simpson's双平面法测量左室射血分数。而后行VFM检查。选取能够同时较好显示左室流入道和流出道的心尖三腔切面作为观测平面，在确保二维图像清晰且彩色多普勒血流信号色彩饱和的基础上，始终保持帧频高于30帧/s。嘱患者屏气，由心电信号触发记录并存储连续三个心动周期的动态图像。将存储的VFM图像资料导入DAS-RSI工作站进行脱机分析。进入工作站VFM分析界面后，选取感兴趣区，校正色彩混叠现象，进行流线、涡流、向量等模式分析。观察心动周期各时相左心室涡流的演变规律，以涡流的最大流量、半值面积、半径及涡强等参数作为检测指标，比较DCM组与对照组之间左心室涡流特征的差异。3 统计学处理 使用SPSS17.0统计学软件进行分析。计量资料以-x±s表达，进行正态性及方差齐性检验；满足正态分布且方差齐时，组间比较采用独立样本t检验；若不满足正态分布时，采用Mann -Whitney U秩和检验。涡流参数与常规超声指标的相关性采用Spearman相关分析。P＜0.05为差异有统计学意义。

结 果

1 两组一般资料及超声参数比较 两组一般资料差异无统计学意义(P＞0.05)。超声参数DCM组左室射血分数显著减低(P＜0.01)，左室内径及容量明显增大(P＜0.01)，跨二尖瓣舒张早期血流峰值速度E及E/A比值有统计学差异(P＜0.05)，见表1。2 DCM患者心动周期各时相左心室涡流演变规律

两组左心室涡流的演变规律大致相同，但DCM组形态和位置变化更多。两组等容舒张期左室均未出现明显涡流；舒张早期，二尖瓣开放后左室快速充盈，血流主要以层流形式从左房迅速冲入左室，在二尖瓣瓣叶附近出现小涡流，主要以二尖瓣前叶为主；舒张中期，即减慢充盈期，左室内形成一个持续的较大涡流，横向位置在左室中轴偏向流出道侧，纵向位置位于左室中上部，DCM组涡流位置更靠近心尖；左房收缩进入舒张晚期，血流再次以层流方式冲入左室，涡流位置仍以二尖瓣前叶下方为主，DCM组涡流位置更靠近心尖，形态不规则，有时可能出现多个涡流套叠的现象；等容收缩期，二尖瓣关闭，左室内形成一个布满整个室腔的大涡流，DCM组涡流更加不规则；主动脉瓣开放进入射血期，左室内涡流逐渐消散，由心尖流向左室流出道的层流代替，见图1。

3 两组涡流各参数比较 舒张中期涡流较明显，且位置相对固定，故本研究选取舒张中期涡流进行定量评估，同时进行组间比较。相较于对照组，DCM组左室涡流的最大流量增大(P＜0.05)，半值面积及半径明显增大(P＜0.01)，而涡流的涡强显著减小(P＜0.01)(图2，表2)。将涡强与左室射血分数进行相关性分析，r=0.417，P=0.000，涡强与左室射血分数呈正相关，见图3。

表1 两组一般资料及超声参数比较结果Tab. 1 General data and ultrasonographic parameters in two groups

表2 两组涡流参数比较Tab. 2 Vortex flow parameters in two groups

图1 心动周期各时相左心室涡流图A-F分别为DCM组等容舒张期、舒张早期、中期、晚期、等容收缩期、射血期；G-L分别为对照组等容舒张期、舒张早期、中期、晚期、等容收缩期、射血期Fig. 1 Left ventricle vortex flow at different phases of cardiac cycle A-F: represent isovolumic relaxation period, early diastole, mid-diastole, end-diastole, isovolumetric contraction period, ejection time in DCM group; G-L: represent isovolumic relaxation period, early diastole, mid-diastole, end-diastole, isovolumetric contraction period,ejection time in control group

图2 VFM测量涡流参数示意图A： DCM组涡流参数； B：对照组涡流参数Fig. 2 Vortex flow parameters in study group (A) and control group (B)

图3 涡强及左室射血分数的相关性分析(r=0.417， P=0.000)Fig. 3 Correlation between Qmax/S and LVEF(r=0.417， P=0.000)

讨 论

以往为了实现心脏功能的精确评估，研究者们在心肌力学状态及房室壁的整体、局部运动状态方面做了大量研究，并获得了丰富的研究成果[7-9]。近年来，心血管腔内血流动力学状态，尤其是对左心室涡流状态的研究成为热点。当心血管疾病发生时，非正常的涡流形成，改变血流动力学状态，会影响心脏的正常功能，尤其是左室功能[10-11]。

既往研究对心动周期各时相涡流产生的机制及发挥的作用进行了阐述。舒张早期，经二尖瓣口的高速血流与周围相对静止的血流之间形成剪切力使血流发生回转最终形成涡流[5]。舒张中期，流至心尖处的血流发生转向，与流入道的血流之间形成了较多的对流，形成二尖瓣前叶附近的大涡流[4,12]。舒张晚期，左房开始收缩使得血流再次高速射入左室，产生剪切力而形成涡流。与此结果一致，本研究发现DCM组与对照组左心室涡流均自舒张早期开始出现，并存在于整个舒张期，主要分布于二尖瓣前叶下方。涡流是流体能量储存和传递的主要方式，在舒张期时，涡流将左室流入血流的部分动能转化为势能形式贮存起来，为收缩期射血储备能量，并将流入左室的血流通过旋转运动导向流出道的方向[13]。在收缩期，除了储备能量及血流重定向之外还利用涡流的离心力推动二尖瓣瓣叶靠拢关闭[12,14-15]。此期的涡流并非即刻消散，其主要作用是维持二尖瓣的关闭状态[14,16]。

一项应用MRI的血流动力学研究显示左室内涡流反映了心室的结构和功能，不正常的涡流反映了左室功能减退时潜在欠佳的血流动力学状态[10,17]。DCM患者由于心肌细胞不同程度变性、坏死、纤维化，肌原纤维排列紊乱，心腔不规则扩大，收缩运动不协调，使得心腔内形成不稳定的血流动力学状态，左室内出现形态不规则的涡流。本研究中，DCM患者舒张中期涡流的流量及大小明显增大，是由于左心室不规则扩大，收缩功能明显受损，使得左室内残留的血流增多，血流之间相互作用更强烈而造成的[18]。涡流的这一变化反映了心功能明显受损的DCM患者左心室内血流动力学状态已发生了明显的变化，提示用左心室涡流的量化评估来评价心脏功能成为可能。

正常状态下，左室涡流可以将能量传递过程中的损耗减至最低，从而使舒张期血流动力学以及收缩期血流的射血效率达到最优[19]。当左心室涡流形成出现明显异常时会导致左室收缩功能下降[20]。DCM患者舒张期左心室涡流的流量及大小明显增大，但事实上为收缩期射血储备能量的能力已经减小。涡强可以用来反映涡流储存动能的能力。它是指涡流最大流量与半值面积的比值，与压强的概念类似，能够反映单位面积内涡流流量做功的大小。本研究发现舒张中期涡流的涡强在DCM组中明显小于对照组，且涡强与左室射血分数呈良好的正相关性(r=0.417，P=0.000)，提示涡强可能成为评价左心收缩功能的新指标。

本研究样本量较小，涡强作为定量评估涡流的新参数尚需要大样本量的研究进一步评价。VFM技术本身也存在局限性，仅从二维观测平面分析血流流场获得虚拟三维血流信息，不能真正全面反映复杂的三维心血管系统的血流流场。我们期待，随着超声及电子计算机技术的不断革新，VFM技术可以更加精准和全面地评价真实三维血流流场。

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