四维斑点追踪显像定量评价糖尿病患者左心室心肌功能的研究

高继康 何海生 马芳花 黄洁晟

文献报道心血管疾病是糖尿病患者主要的死亡原因，其发生率是非糖尿病患者的2～3倍[1]。糖尿病可演变成糖尿病性心肌病，这种损害日益受到临床医生的重视。前期已有学者对糖尿病患者的心肌功能通过一系列心肌定量技术，如组织多普勒显像技术、二维斑点追踪显像技术等进行了初步研究[2]，但这两种技术存在一定的局限性，诊断准确性和重复性较差。近年来出现的四维斑点追踪显像技术是目前最精确的心肌运动定量技术，但用于评估糖尿病患者左心室心肌收缩功能方面研究的报道较少。本研究应用这一技术分别测定糖尿病患者左心室心肌的整体纵向、径向、环向运动功能，了解糖尿病患者的左心室心肌病变程度及整体心功能，以期对糖尿病性心肌病的早期诊断、早期治疗及早期预防提供一定的帮助。

1 对象和方法

1.1 对象 选取2018年1至7月我院收治入院并进行超声心动图检查的2型糖尿病患者82例。根据相关实验室检查结果，将患者分为微血管病变组41例和非微血管病变组41例。微血管病变组纳入标准（至少符合以下一种条件）：24 h尿蛋白定量＞150 mg/L，尿微量白蛋白＞15 mg/L，尿白蛋白/尿肌酐＞150 mg/g；非微血管病组纳入标准（需满足以下全部条件）：24 h尿蛋白定量＜150 mg/L，尿微量白蛋白＜15 mg/L，尿白蛋白/尿肌酐＜150 mg/g。两组患者均无慢性阻塞性肺部疾病、肝硬化、血液系统疾病等病史，常规心电图检查均排除心肌梗死及房颤等严重心律失常，排除肾功能不全患者（血肌酐＞130 μmol/L）。另外选取我院健康体检者45例作为正常对照组，均无高血压、冠心病、肺心病、慢性肾病、糖尿病等病史，静息状态下常规心电图检查未见明显心肌梗死及心律失常表现。糖尿病非微血管病变组与正常对照组的体重、糖尿病微血管病变组与非微血管病变组和正常对照组的收缩压以及微血管病变组与非微血管病变组的糖尿病病史比较差异均有统计学意义（均P＜0.05）；3组对象性别、年龄、身高、心率、舒张压等差异均无统计学意义（均P＞0.05），见表1。

1.2 实验室检查 所有糖尿病患者超声心动图检查当天上午空腹抽取静脉血3～5 ml，采用己糖激酶法测空腹血糖，高效液相阳离子交换色谱法测定糖化血红蛋白，肌氨酸氧化酶法测血肌酐，尿酶-谷氨酸脱氢酶法测血尿素氮，化学发光法测血C肽和餐后2 h C肽；入院1 d后收集24 h尿，用邻苯三酚红钼法测24 h尿蛋白定量；住院期间取晨尿3～5 ml，用免疫比浊法测定尿微量白蛋白浓度、尿白蛋白/尿肌酐、尿总蛋白浓度。

表1 糖尿病患者与正常对照组一般临床资料的比较

1.3 超声心动图检查 采用美国GE Vivid E9型彩色多普勒超声诊断仪，4V型心脏四维容积探头，脱机分析采用EchoPac V113型软件。所有受检者取左侧卧位，平静呼吸，同步连接心电图，获取二维心尖四腔切面后，切换进入四维模式，显示左心室四维全容积动态图像，选择6个心动周期，帧频范围大于心率的30%，动态存储四维全容积图像。

1.4 超声心动图脱机分析 将存储资料导入EchoPac工作站进行脱机分析。打开左心室四维全容积动态图像，进入测量菜单，选择容积模式，软件自动同时显示心尖部左心室二腔、三腔、四腔切面的二维动态图像，于舒张期及收缩期分别在二尖瓣环水平中点及左心室心尖部心内膜面标记2点，软件自动勾画左心室心内膜线，手动校正心内膜位置后，系统自动计算显示左心室舒张末期容积（LVEDV）、左心室收缩末期容积（LVESV）、左心室射血分数（LVEF）、左心室每搏输出量（LVSV）、心输出量（CO）、左心室舒张末期质量（LVEDMass）；继续选择四维应变模式后，系统新添收缩期左心室心外膜线，手动修正心外膜线后，软件自动进行四维应变分析，显示左心室整体纵向应变、圆周应变、面积应变、径向应变曲线，测量左心室心肌收缩期整体峰值纵向应变（GPLS）、整体峰值圆周应变（GPCS）、整体峰值面积应变（GPAS）和整体峰值径向应变（GPRS）。

1.5 一致性研究 随机抽取30例糖尿病患者，间隔1个月后由同一位超声医师再次分析图像，用于观察者内的一致性检验；由另一位有相同经验的超声医师，在不知分析结果的情况下，分析相同的图像，用于观察者间的一致性检验。通过观察者内及观察者间组内相关系数（ICC）检验测量的一致性，应用Bland-Altman图进行分析。

1.6 统计学处理 采用SPSS 24.0统计软件。计量资料以表示，多组间比较采用单因素方差分析，两两比较采用LSD-t检验；两组间比较采用t检验。计数资料组间比较采用χ2检验。参照正常对照组，绘制左心室四维应变参数预测糖尿病患者发生左心室心肌收缩功能不全的ROC曲线；参照糖尿病非微血管病变组,绘制左心室心肌四维应变参数预测糖尿病患者发生微血管病变的ROC曲线。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 糖尿病微血管病变组与非微血管病变组实验室检测指标比较 糖尿病微血管病变组与非微血管病变组患者间空腹血糖、餐后2 hC肽、24 h尿蛋白定量、尿微量白蛋白、尿白蛋白/尿肌酐、尿总蛋白浓度、血肌酐、血尿素氮差异均有统计学意义（均P＜0.01）；糖化血红蛋白和C肽的差异无统计学意义，见表2。

2.2 糖尿病患者与正常对照组间左心室四维心功能参数测值比较 糖尿病无论微血管病变组还是非微血管病变组患者，LVESV、LVEF、CO、LVEDMass与正常对照组比较差异均有统计学意义（均P＜0.01），但LVEDV差异无统计学意义。微血管病变组和非微血管病变组间LVEF、LVEDMass比较差异均有统计学意义（均 P＜0.05）；LVEDV、LVESV、CO 差异均无统计学意义（均 P＞0.05）。见表3。

2.3 糖尿病患者与正常对照组四维斑点追踪参数测值比较 左心室整体心肌应变参数 GPLS、GPCS、GPAS、GPRS在糖尿病微血管病变组、非微血管病变组和正常对照组间比较差异均有统计学意义（均P＜0.01）。见表 4。

2.4 ROC曲线分析 左心室整体心肌应变参数预测糖尿病患者存在左心室心肌收缩功能不全，GPLS价值较高，其AUC为0.980，界值为-16.50%时（负号代表心肌运动方向），其灵敏度及特异度分别为0.95和0.98。见表5、图1。左心室整体心肌应变参数预测糖尿病患者存在微血管病变，GPRS价值较高，其AUC为0.694；当界值38.50%时，其灵敏度及特异度分别为0.78、0.54。见表 6、图 2。

表2 糖尿病微血管病变患者与非微血管病变患者化验指标比较

表3 糖尿病患者与正常对照组左心室四维心功能参数测值比较

表4 糖尿病患者与正常对照组四维斑点追踪参数测值比较

表5 不同参数预测糖尿病患者存在左心室心肌收缩功能不全的价值

表6 不同参数预测糖尿病患者发生微血管病变的价值

2.5 一致性检验 通过由Bland-Altman图发现，30个点中观察者内组：GPLS、GPCS、GPAS、GPRS 分别有1、1、2、1个点在95%一致性界限范围之外，一致性大于 93.33%；观察者间组：GPLS、GPCS、GPAS、GPRS 分别有0、1、3、1个点在95%一致性界限范围之外,一致性大于 90.00%（图 3、4）。观察者内 ICC：GPLS、GPCS、GPAS、GPRS 分别为 0.872、0.884、0.923、0.890，均 P=0.000；观察者间 ICC：GPLS、GPCS、GPAS、GPRS 分别为0.802、0.808、0.812、0.801，均 P=0.000。

图1 左心室心肌整体峰值纵向应变预测糖尿病患者左心室心肌收缩功能不全ROC曲线

图2 左心室心肌整体峰值径向应变预测糖尿病患者微血管病变ROC曲线

图3 整体峰值纵向应变（GPLS）观察者内Bland-Altman图

图4 整体峰值纵向应变（GPLS）观察者间Bland-Altman图

3 讨论

四维斑点追踪显像又称实时三维斑点追踪显像，是近年来实时三维超声心动图与斑点追踪技术结合发展起来的一项新技术[3]，该技术通过采集高帧容积的心脏实时三维图像，能够快速地在三维空间上追踪回声斑点的运动轨迹，评估心肌运动模式及功能，其测值的准确性和重复性优于二维斑点追踪技术[4]。四维斑点追踪显像快速测定左心室心肌收缩运动参数包括纵向、圆周、径向、面积应变，纵向应变反映的是心肌长轴方向的纵向运动，圆周应变即心脏短轴方向的环形运动；径向应变即心脏短轴方向室壁收缩期的增厚程度；面积应变即为左心室内膜面积缩小的百分率[5]。本研究所测定的左心室心肌的GPLS、GPCS、GPRS及 GPAS等参数不仅可用来定量评价左心室心肌的收缩功能，还可反映早期左心室整体收缩功能的变化[6]。

糖尿病引起心脏的结构和功能损伤的机制为：（1）高胰岛素血症通过改变心肌细胞对葡萄糖的摄取间接通过激活交感神经系统与肾素-血管紧张素系统，从而引起心肌细胞的肥大；（2）高血糖增加了葡萄糖的氧化分解，使超氧化物与糖基化终末代谢物明显增多，从而增加心肌的僵硬度，最终造成心肌收缩与舒张功能的损伤；（3）高脂血症和低炎症反应状态促进了糖尿病性心肌病的发展[7]。糖尿病患者非微血管病变期，本文资料显示糖尿病非微血管病变组患者的GPLS、GPCS、GPAS、GPRS均低于正常对照组，说明该疾病阶段的心脏纵形肌、环形肌已存在病变，其纵向、环向、径向收缩运动功能已受损。其病理原因一方面可能为：糖尿病患者心肌间质中有大量糖蛋白沉积浸润，心肌弥漫性纤维化和肌纤维肥大，心肌细胞内肌丝减少，大量肌原纤维蛋白消失所所致[1]，本文资料显示非微血管病变组患者LVEDV较正常对照组差异无统计学意义，而其舒张末期左心室心肌重量较正常对照组大，说明其左心室壁心肌细胞出现了肥大，心肌纤维化，僵硬，从而使心肌收缩性能降低，心肌应变减低；另一方面，本研究显示该组患者的LVEF较正常对照组减低，说明其左心室整体收缩功能较正常对照组低。根据文献，影响心脏收缩功能的三因素为前负荷、后负荷及心肌收缩力[8]，而本研究又显示该组患者的前负荷-LVEDV、后负荷-收缩压较正常对照组差异无统计学意义，则可说明该组患者整体收缩功能减低是由其心肌自身收缩性能减低引起的，故其心肌应变参数测值减低。

糖尿病微血管病变阶段，本研究结果显示该组患者的参数GPLS、GPCS、GPAS、GPRS测值不仅均低于正常对照组，而且还均低于非微血管病变组，这说明左心室心肌无论纵行肌还是环行肌的功能，不但受损，而且程度较非微血管病变患者更重，其原因可能为：一方面，如上文所述相对于非微血管病变组，微血管病变组的糖尿病史更长，空腹血糖水平24 h尿蛋白定量、尿微量白蛋白、尿白蛋白/尿肌酐、尿总蛋白浓度等更高，餐后2 hC肽水平更低，说明其糖尿病病情更重，易引起其他脏器（包括心脏）的损害，同时其舒张期左心室重量较非微血管病变组更重，LVEF较非微血管病变组更低，说明其心肌弥漫性纤维化更重，心肌细胞更肥大，心肌收缩性能也更低，故心肌应变参数测值更低；另一方面，文献认为心肌发生微血管病变后，可造成心肌内毛细血管基底膜增厚，血管周围心肌间质纤维化，严重可造成心肌缺血甚至坏死[1]，心肌损害加重，故其左心室心肌收缩功能较非微血管病变组和正常对照组更低。

对于定量诊断糖尿病患者左心室心肌收缩功能不全，本研究应用四维斑点追踪显像指标，初步制定了以下诊断标准，可供参考：GPLS≤-16.50%、GPCS≤-18.50%、GPAS≤-29.50%、GPRS≤46.50%，其中有一项符合，说明糖尿病患者存在左心室心肌收缩功能不全。

另外，目前罕见文献报道利用左心室心肌四维应变参数来反映糖尿病患者心脏微血管病变程度，本文通过研究，初步制定以下参考标准,可供参考：GPLS≤-11.50%、GPCS≤-14.50%、GPAS≤-25.50%、GPRS≤38.50%，若符合其中一项，则说明糖尿病患者发生了心脏微血管病变。

综上所述，糖尿病患者存在左心室心肌收缩功能不全，随着微血管病变，其心肌收缩功能不全进一步加重；另外四维斑点追踪技术可定量诊断糖尿病患者发生左心室心肌收缩功能不全，以及预测其心脏发生微血管病变。本研究仍存在局限性：肥胖、胸廓畸形、肺气体干扰等因素会影响图像清晰度，一定程度上可影响4D-STI分析结果[8]；另外，本研究选择样本较少，希望今后开展针对更多病例的研究，进一步验证研究结果。