超聲新技術評估甲狀腺功能亢進患者左心室心肌功能研究進展

張 莉，尹立雪,2Δ，王 銳

(1.西南醫(yī)科大學，四川 瀘州 646000；2.四川省醫(yī)學科學院·四川省人民醫(yī)院超聲醫(yī)學研究所,超聲心臟電生理學與生物力學四川省重點實驗室，四川 成都 610072；3.遵義醫(yī)科大學，貴州 遵義 563006)

甲狀腺功能亢進(甲亢)是甲狀腺激素分泌增加并導致高血流動力學狀態(tài)為主要病理特征的內分泌疾病。甲狀腺激素可以通過基因組和非基因組途徑影響心臟結構和功能，可導致心動過速、心肌收縮增強、代償性心肌肥厚、房顫、充血性心力衰竭、收縮期高血壓和動脈血管硬化等心血管系統(tǒng)損傷[1，2]。已有研究揭示甲亢會增加缺血性心臟病、中風和心血管疾病死亡率[3]。早期準確評估甲亢患者心臟功能并實施干預可降低甲亢患者心血管事件的發(fā)生風險。

近年來超聲醫(yī)學不斷發(fā)展，采用超聲速度向量成像(velocity vector imaging，VVI)、二維斑點追蹤成像技術(two-dimensional speckle tracking imaging,2D-STI)、三維斑點追蹤成像技術(Three-dimensional speckle tracking imaging,3D-STI)、超聲向量血流標測技術(vector flow mapping,VFM)和無創(chuàng)左室壓力-應力環(huán)技術(left ventricular pressure-strain loops，LVPSL)等創(chuàng)新性超聲成像技術有可能對心肌的形變、心腔內血流動力學和心肌做功量進行評估。本文綜述超聲新技術評估甲亢患者左心室心肌功能進展，旨在比較各種技術的優(yōu)勢和不足，為臨床早期評估甲亢患者心肌功能改變提供新的思路。

1 甲亢心臟結構和功能損傷的病理機制

過量甲狀腺激素對心臟有正性變時、變肌力性和促進左心室舒張充盈等作用。短期主要表現(xiàn)為心率、心肌收縮力、心排除量增加和外周血管阻力降低等高動力循環(huán)狀態(tài)，長期可導致心律失常、心臟結構改變、舒張功能障礙甚至引發(fā)心力衰竭，此外甲狀腺激素損傷血管內皮細胞，加速動脈血管硬化[2]，可間接影響心臟功能。這些表現(xiàn)主要通過基因組和非基因組效應的結合作用于心臟，影響心臟的結構和功能。

1.1 基因組效應甲狀腺激素為脂溶性激素，可在心肌細胞中通過與核受體結合的基因組途徑影響心臟功能。正性肌力作用是由核受體參與調控靶基因表達從而調節(jié)細胞內鈣離子濃度和肌絲收縮功能來實現(xiàn)，例：甲狀腺激素可上調α肌球蛋白重鏈基因表達，下調β肌凝蛋白重鏈表達顯著增強心肌乳頭肌的收縮功能[4]。而心肌正性變時效應主要源于三碘甲狀腺氨酸(T3)在基因轉錄上調控膜離子轉運體和電壓門控鉀通道的直接作用[5]。

1.2 非基因組效應甲狀腺激素對心肌細胞的非基因組效應由甲狀腺激素與核外受體或整合素結合后激活體內信號通路介導，如：甲狀腺激素與位于線粒體或細胞膜上的整合素αVβ3結合可觸發(fā)激活細胞內信號級聯(lián)反應，并迅速調節(jié)離子通道的活性，然后導致心動過速[4，6]。另一方面，T3可直接作用于血管平滑肌細胞促進一氧化氮產(chǎn)生，從而降低外周血管阻力，同時此改變能激活腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)，增加心臟前負荷[7,8]。

2 超聲新技術評估甲亢心臟結構和功能損傷

常規(guī)超聲心動圖可以對左心室結構以及基本功能進行評估，可視化觀察心腔大小、室壁厚度、有無瓣膜反流等。應用組織多普勒技術可以直接測量心肌和瓣環(huán)的速度，并以不同的彩色可視化反應心肌運動的速度和方向。通常應用左室射血分數(shù)、Tei指數(shù)等參數(shù)能夠評估心室收縮功能，利用舒張早期血流峰值(E峰)、舒張晚期血流峰值(A峰)及其比值(E/A)、舒張早期速度(e)及晚期速度(a)等參數(shù)反映心臟舒張功能病理改變。但常規(guī)超聲心動圖發(fā)現(xiàn)細微心臟受損的敏感性較低 ，且參數(shù)指標易受心臟幾何形狀、心率和負荷的影響。

隨著超聲醫(yī)學的不斷發(fā)展，超聲成像新技術有可能更敏感地發(fā)現(xiàn)甲亢患者心肌功能障礙，為臨床提供更多心臟結構和功能的信息，便于臨床早期了解心臟功能受損情況并及時給予干預治療，以減少甲亢患者心血管不良事件的發(fā)生[9]。

2.1 VVI技術VVI技術是在二維圖像基礎上，對每幀圖像上的像素點進行定位跟蹤，通過計算局部心肌速度、應變率等定量反映心肌局部運動情況，且不受心臟整體運動和超聲聲束角度影響[10]。Hou等[11]一項動物實驗顯示甲狀腺亢進性心臟病組大鼠左心室收縮期峰值應變、收縮期峰值應變率、舒張期峰值應變率和運動速度均降低(P<0.05)，反映該組大鼠局部心肌收縮運動不協(xié)調，心臟功能持續(xù)受損，最后病理證實該組大鼠心肌細胞肥大，血管壁周圍正常肌纖維消失，部分心肌呈局灶性壞死和纖維化。以上研究說明心肌成分和幾何結構的變化可能導致心室形變的變化，并能通過應變、應變率表現(xiàn)出來。長期高水平甲狀腺激素會導致心臟收縮功能障礙，心臟運動同步性降低，持續(xù)功能受損會導致心室重構，心腔擴大等，最終發(fā)展成甲亢性心臟病。

VVI技術較常規(guī)超聲心動圖能更敏感觀察和量化心肌的運動，對心臟同步性進行準確評估。但局限性在于圖像質量要求高，難以對心內膜追蹤進行準確追蹤，且數(shù)據(jù)處理需要后期進行脫機處理。

2.2 斑點追蹤成像技術斑點追蹤成像技術的出現(xiàn)為心肌形變提供了新的量化參數(shù)，通過對心肌運動軌跡的追蹤，從多個方向對心肌節(jié)段應變進行評價。而3D-STI是在2D-STI基礎上結合三維超聲技術，可以同時獲取同一心動周期的心臟多切面圖像的信息，實現(xiàn)三維空間立體定位，更易反映心室的容積、整體運動、扭轉運動等。

Zhou等[12]研究發(fā)現(xiàn)初診甲亢患者的前室間隔、中室間隔、左室后壁和左室下壁的局部徑向應變低于對照組，二尖瓣和乳頭肌水平的整體環(huán)向應變值(global circumferential strain，GCS)較低。有研究發(fā)現(xiàn)亞臨床甲亢患者心尖各節(jié)段與前、中室間隔的收縮期峰值應變低于對照組[13]。這可能是由于室間隔和心尖節(jié)段對甲狀腺激素作用更敏感所致。以上研究說明發(fā)生在室壁不同節(jié)段的局部功能障礙可被視為甲亢患者的早期癥狀。

據(jù)報道，在運動負荷條件下評價心肌變形能力可進一步識別輕微心肌功能障礙或早期損傷[14]，Shojaeifard等[15]發(fā)現(xiàn)甲亢組靜息狀態(tài)和最大運動狀態(tài)左室整體縱向應變(global longitudinal strain，GLS)均顯著降低(P<0.001)，在最大運動狀態(tài)下，甲亢患者的左室收縮和舒張應變率顯著降低。甲亢組左室GLS降低這可能與心內膜下縱向心肌纖維更易受到缺血性損傷、水腫和纖維化的影響有關，而負荷狀態(tài)可見甲亢患者收縮期儲備功能降低。以上均能證實甲亢患者在早期就已經(jīng)出現(xiàn)心臟功能損害，2D-STI可成為檢測亞臨床心肌功能障礙的敏感工具。

另外，王英等[16]使用3D-STI對病程長短不同的甲亢患者進行心肌功能評估，與對照組比較，病程較短組的患者左室整體扭轉角度峰值、左室整體扭力值、GLS和GCS 增高(P<0.01)，而病程較長組的患者的相應參數(shù)值降低(P<0.01)。短期甲亢患者3D-STI參數(shù)值增加可能與甲狀腺激素的正性肌力作用有關，當長期高動力狀態(tài)致心內膜與心外膜下心肌纖維損害時，心肌纖維旋轉的能力下降，最終引起心肌旋轉及扭轉運動能力的降低。

STI技術比常規(guī)超聲能更客觀地量化左心室收縮功能和更靈敏地檢測左心室收縮異常。STI技術局限性在于有研究顯示GLS與左室射血分數(shù)類似，具有負荷依賴性，因此在前負荷或后負荷升高的情況下會受到影響[17]。此外，對于圖像質量差的患者，無法準確描繪心內膜邊界導致心室縮短，從而影響GLS的準確性。

2.3 VFM技術VFM技術為可視化心腔內血流動力學提供了新方法，運用數(shù)學公式計算心腔內血流參數(shù)等對心腔內流體動力學進行定量分析，評價左心室的能量損耗。謝苓等[18]研究發(fā)現(xiàn)甲亢組心尖段峰值流量、負向總流量、峰值流速均高于對照組。這與甲狀腺激素對心臟的正性變時性、肌力性和擴張外周血管，增加循環(huán)血容量有關。Zhou等[19]研究發(fā)現(xiàn)單純甲亢患者在舒張早期和中期心腔內的旋渦大小、強度、室壓梯度較高，而甲亢心臟病患者這些指標低于正常組，其舒張后期心腔內的旋渦大小、旋渦強度、室壓梯度均高于對照組。推測此流體力學的變化可能與舒張功能障礙有關。甲亢心臟病患者舒張早期產(chǎn)生的渦流太弱，不能保證完全的心室充盈，故旋渦在舒張末期表現(xiàn)為代償性增加，從渦流的位置和形態(tài)可以反映心臟異常結構和功能障礙。

VFM為心腔內血流動力學的能量評估提供新的技術途徑，但局限性在于其數(shù)據(jù)誤差受易時間和空間分辨率影響，這是VFM最重要的限制[20]。當左室壁運動出現(xiàn)異常時，通過平面流量可能會增加，由此引起的誤差也可能增加。且VFM對低速血流信號和高速分流和反流測量準確性較低。

2.4 LVPSL技術LVPSL是結合斑點追蹤技術與左心室壓力，通過壓力-應力環(huán)計算無創(chuàng)心肌做功的方法，最早由Russel等[21]提出。當左心室運動不同步或存在節(jié)段功能減低時，通過心肌做功可以量化左心室節(jié)段之間做功不平衡和能量損失的情況[22]。比起斑點追蹤技術，心肌做功能反映心肌做功量和耗氧量，并且克服了負荷對于參數(shù)測量的影響。目前雖然暫無LVPSL技術應用于甲亢患者心肌功能評估的文獻報道，但該技術已經(jīng)用于心力衰竭、急性心肌梗死、冠心病、心肌病、高血壓等心肌功能的評估，LVPSL技術對甲亢患者的心肌功能評估具有以下潛在臨床應用價值：

2.4.1甲亢患者左室收縮功能的早期評估 早期高甲狀腺激素可通過心肌細胞的直接作用和通過與其他內分泌系統(tǒng)(如交感神經(jīng)系統(tǒng)和腎素-血管緊張素系統(tǒng))相互作用，引起心腔內血流高動力狀態(tài)，可引起心肌收縮力增加、收縮期高血壓、代償性心肌肥厚等。有研究支持心肌做功作為一個心肌收縮性能參數(shù)的可靠作用，整體做功指數(shù)(global work index，GWI)、整體有用功(global constructive work，GCW)、與動脈收縮壓、GLS、左室射血分數(shù)有良好的相關性；整體無用功(global wasted work，GWW)與左室射血分數(shù)值成負相關[23]。Jaglan等[24]研究發(fā)現(xiàn)高血壓組與對照組相比GWI、GCW和GWW增加。這是因為隨著左室收縮壓的增加，后負荷增加，因此左心室需要更多的做功來進行機械收縮。李鵬歌等[25]使用LVPSL對不同心率青年力量型運動員左室收縮功能評估發(fā)現(xiàn)與對照組相比，運動員組GWW增加,整體做功效率(global work efficiency，GWE)降低，且心率較低組運動員GWI、GCW減低，而心率較高組運動員則相反。說明運動時高心率狀態(tài)與甲亢患者類似，心肌收縮力增高，從而使心室做功增加。

2.4.2甲亢患者左室舒張功能的早期評估 病理證實甲狀腺激素可以增加舒張期肌漿網(wǎng)對鈣的攝取，從而使舒張速度加快[4]。有研究發(fā)現(xiàn)在初診甲亢患者中左室舒張功能增強，認為可能與甲狀腺激素作用于心臟的早期狀態(tài)有關[26]。但目前對于甲亢患者舒張功能的研究存在爭議，還需要大量研究去觀察甲亢患者的舒張功能變化。心肌做功技術在舒張功能評估上也能提供一定的參考價值。Manganaro等[23]發(fā)現(xiàn)與常規(guī)舒張功能評估參數(shù)相比較,GWI和GCW與左房內徑和E/e′比值相關，GWW和GWE均與Tei指數(shù)明顯相關。

LVPSL的局限性是采用估測的左心室壓。使用袖帶測量的動脈收縮壓會出現(xiàn)誤差，特別是在存在主動脈瓣狹窄、肱動脈血管病變等[27]。另外，對于心律失常特別是心房顫動的患者，在顯著變異的情況下難以獲得準確的應變軌跡和心肌做功參數(shù)[28]，故LVPSL對于心律失?；颊咝募≡u估的可靠性有待更多研究來證實。

3 總結

超聲新技術可以從多方面彌補二維常規(guī)超聲的不足，提高對心肌受損診斷的敏感性，結合患者實際情況，選擇適合的技術對能提高對心肌功能評估的準確性，展望心肌做功新技術用于甲亢患者心肌功能評估，心肌做功技術能更深入了解節(jié)段性和整體性心肌能量學的能力，從而早期發(fā)現(xiàn)甲亢患者心肌受損并給予藥物干預，可以減少甲亢患者心血管不良事件的發(fā)生。