新型冠状病毒肺炎心血管并发症的影像学研究进展

张天悦 吴兴强 陈天武 李睿

新型冠状病毒肺炎（COVID-19）可直接侵犯心血管系统，造成危重病人的心肌生物标志物水平增加，加重心脏病病人的心力衰竭，进而病死率升高[1]。COVID-19 病人发生心血管并发症往往与预后不良有关，早期诊断、早期干预有望改善病人预后。心脏 MR（cardiovascular magnetic resonance， CMR）、超声心动图、CT 血管成像等无创性影像检查在诊断病人心肌损害、评估心血管损害程度和判断预后方面发挥着重要的作用。本文就COVID-19 引起的心血管并发症的病理机制及影像学表现予以综述。

1 COVID-19 心血管并发症的病理机制

相对于其他病毒感染，COVID-19 心血管并发症的死亡风险高，但具体病理生理机制尚不明确[2]。目前研究[1-3]认为心血管系统损伤潜在发病机制主要包括：①病毒直接损伤。新型冠状病毒（SARSCoV-2）通过刺突蛋白与人体内血管紧张素转换酶-2 受体结合，由此进入心肌细胞并破坏心肌细胞。同时，心脏产生的肝细胞生长因子（hepatocyte growth factor，HGF）与c-Me（tT 淋巴细胞上的一种HGF 受体）相结合可引发初始T 淋巴细胞移至心脏，随后病毒抗原通过抗原呈递细胞激活T 淋巴细胞。这一过程引发CD8+T 淋巴细胞移至心肌细胞，并通过细胞介导的细胞毒性引起心肌炎症，直接导致心肌损伤。②细胞因子风暴。病毒感染会使病人免疫反应失调，引起促炎性细胞因子的过度释放、巨噬细胞和粒细胞的聚集，从而发生全身性的严重炎症，导致心肌损伤；而全身炎症诱导的细胞因子释放也是导致COVID-19 相关的严重并发症和高死亡率的主要原因之一。COVID-19 病人的心肌生物标志物水平、C 反应蛋白和降钙素原水平较高，也表明心肌损伤与炎症反应相关。③缺氧介导及心肌氧供需失衡。病毒还可引起低氧血症和血管收缩，导致心肌供氧不足。机体感染SARS-CoV-2 后，代谢增加，心脏负荷加大，心肌氧需求量存在供需不匹配，亦会导致病人持续性的心肌缺血，加重心肌损伤。④凝血异常。由COVID-19 触发的凝血异常也可能导致深静脉血栓形成、肺栓塞等。

此外，使用较高的呼气末正压引起肺动脉压力和肺血管阻力增加，导致右心室后负荷增大、低氧性肺血管收缩和肺栓塞的叠加，也可能进一步加重病人心脏损伤[4]。

2 COVID-19 心血管并发症的影像学表现

2.1 心肌炎 CMR 能直观地观察到心肌的病理改变及组织学特性，是目前无创性检测和诊断心肌炎的金标准，能够动态追踪心肌充血、水肿、坏死和纤维化全过程。以T2WI 为代表的水成像序列能够观察心肌水肿的变化，增强后的T1WI 能够反映心肌充血的变化，心肌延迟强化（late gadolinium enhancement，LGE）能够检测急性心肌细胞坏死、局灶性纤维化和瘢痕形成。2018 年，路易斯湖标准纳入的CMR mapping 技术能够量化局灶性和弥漫性心肌改变，在心肌病和心肌炎评价方面有很大优势；T2mapping 可以识别急性心肌水肿，排除活动性炎症的敏感度可达89%，而平扫T1值增加则提示急性心肌炎症、血管扩张、心肌充血和心肌间质间隙的增大，其阴性预测值高达92%；细胞外容积分数（extracellular volume，ECV）也能检测到细胞外间隙的扩张，与LGE 成像相比，ECV 可以检测到整体较轻的病变过程，如弥漫性水肿和纤维化[5]。

COVID-19 在大多数情况下会累及心肌，引起心肌细胞和间质水肿、心肌血管床扩张，导致心肌充血和毛细血管渗漏、心肌细胞膜损伤和坏死、炎性细胞浸润，最终胶原蛋白沉积形成间质纤维化和替代性瘢痕[2]。研究[6-7]表明COVID-19 病人主要的CMR 表现为弥漫性心肌炎，也与实验室检查结果相符。Esposito 等[6]分析 10 例 COVID-19 病人发现，COVID-19 心肌炎症的典型特征为弥漫性心肌水肿，主要表现为左心室心肌T2信号弥漫性升高。Ojha 等[7]对 199 例 COVID-19 病人研究分析发现，心肌炎（40.2%）是病人最常见的CMR 表现，主要表现为心肌 T2mapping 值升高。Chen 等[8]纳入 25 例COVID-19 病人，发现22 例病人的平扫T1值和24例病人的T2值均高于正常对照组，并且所有病人的ECV 高于正常对照组，提示心肌水肿是COVID-19病人的常见心血管并发症。此外，CMR 也可监测到COVID-19 病人的心肌纤维化，主要表现为心肌LGE 阳性，最常见于心外膜下（81%）和左室下壁的基底部和心中部[8]。

CMR 检查也可检测康复的COVID-19 病人的心肌损伤。Rajpal 等[9]纳入26 例已康复的COVID-19 运动员病人，发现8 例表现为心肌LGE 阳性但不伴T2值升高，提示陈旧性心肌瘢痕形成。Kotecha等[10]纳入148 例恢复期的重症COVID-19 病人，均伴有肌钙蛋白升高，其中40 例表现为心外膜或肌壁间LGE，且近三分之一病人与活动期心肌炎表现一致，近三分之二者与心肌炎治愈后的表现相符。Huang 等[11]研究发现康复后COVID-19 病人平扫T1、T2值和 ECV 值均显著升高，T2高信号多位于室间隔基底部和肌壁间、前壁、前外侧壁和下壁；研究还发现，与急性病毒性心肌炎相比，COVID-19 病人心肌水肿的范围更广，并且右室功能障碍也可能与右室心肌炎症有关。Puntmann 等[12]纳入100 例康复后的COVID-19 病人，CMR 显示60 例病人出现持续的心肌炎症（平扫T1、T2值异常），并且与既往病情、急性疾病的严重程度和总体病程以及最初诊断的时间无关。Li 等[13]发现中度及重度COVID-19 病人康复后ECV 分别为29.7%、31.4%，均高于健康对照组 ECV（25.0%）。Wang 等[14]报道了 44 例康复后的COVID-19 病人，其中13 例病人出现LGE，并且LGE 病变均分布在心肌中层和心外膜下。

2.2 心脏结构及功能改变 COVID-19 可引起心脏的结构及功能改变，常累及右心，表现为右心室的异常扩张及功能障碍。Fox 等[15]对10 例COVID-19 病人进行尸检，发现这些病人均存在心脏肥大，且右心室扩张程度大于左心室。Li 等[16]在一项纳入120 例COVID-19 病人的研究中，利用超声心动图检测出18 例病人存在右心室扩张。Pagnesi 等[17]分析了200 例COVID-19 病人的超声心动图，结果显示COVID-19 病人多表现为右心室扩张，其中29 例发生了右室功能障碍。右室功能障碍也是病人预后不良的预测因子之一。Moody 等[18]对164 例COVID-19 病人进行超声随访（中位随访时间为31 d），发现66 例病人死亡，其中30 例右心室功能降低。Szekely 等[19]纳入 100 例 COVID-19 病人行超声心动图检查发现，病人右室功能随着病情的恶化而恶化，其中包括右室舒张及收缩末期面积增加。另外，在肌钙蛋白升高的重症COVID-19 病人中，右室收缩功能下降与全因死亡率存在独立关联[18]。

COVID-19 也可累及左心，引起左心室形态及功能改变。Barman 等[20]分析 90 例 COVID-19 病人的超声心动图特征，结果显示COVID-19 病人左室内径较对照组明显增大 [分别为（47.30±5.8）mm、（44.9±3.8）mm]。Xu 等[21]分析 102 例 COVID-19 病人的超声心动图发现，42 例病人合并左室舒张功能障碍。Puntmann 等[12]发现COVID-19 病人左室射血分数较健康对照组降低（分别为56%、60%），左室容量及左室质量增大。

同时，COVID-19 病人也能发生心肌亚临床功能障碍。Li 等[13]分析40 例COVID-19 病人的CMR检查结果发现，28 例病人的左室整体纵向应变低于正常临界值。Krishnamoorthy 等[22]发现COVID-19病人的左室整体纵向应变（-11.93±4.2）、右室整体应变（-16.1±7.2）和游离壁应变（-16.6±8.2）均较正常降低。Wang 等[14]研究表明与LGE 阴性的COVID-19 病人相比，LGE 阳性病人的右室周向应变（9.4±3.4）和纵向应变（-7.8±4.0）均显著降低；与正常对照组相比，LGE 阳性病人的左室周向应变也降低（-15.1±10.3）。Baycan 等[23]对 100 例 COVID-19 病人的超声心动图结果评估发现，COVID-19 重症病人的左室整体纵向应变和右室纵向应变明显低于轻症病人和对照组，心肌损伤、左室整体纵向应变及右室纵向应变是COVID-19 病人死亡率的独立预测因素。Li 等[16]分析120 例COVID-19 病人的超声心动图结果，发现右室整体纵向应变＜23%是病人死亡的独立预测因子。

2.3 静脉血栓及肺栓塞 COVID-19 病人由于长时间卧床、高凝状态、活动性炎症和弥漫性血管内凝血倾向，发生深静脉血栓形成、肺栓塞等的风险明显增加，尤其以肺动脉高压及血栓形成最为常见[3]。Pagnesi 等[24]分析了 28 例 COVID-19 病人的超声心动图检查结果，发现重症病人的肺动脉高压发生率明显高于轻症病人，表明肺动脉收缩压与疾病严重程度存在相关性。Szekely 等[19]通过超声心动图检查发现COVID-19 病人肺动脉血流加速时间缩短，肺阻力增加。Pagnesi 等[17]也证实更严重的SARS-CoV-2 感染与肺动脉高压（收缩期肺动脉压＞35 mmHg）发生有关。此外，COVID-19 病人的肺栓塞发生率也显著增加，以肺动脉高压病人更为明显[25]。Scardapane 等[26]分析了 43 例 COVID-19 病人的CT 血管成像，发现15 例病人存在肺栓塞。Grillet等[27]分析了100 例COVID-19 病人的胸部增强CT检查结果，也发现肺栓塞的发生率显著增加（23%）。Poyiadji 等[28]报道COVID-19 病人的肺栓子多发生于肺部感染严重的区域，即大多发生在肺叶分支，而肺动脉中央很少发现。

COVID-19 感染也易发生深静脉血栓。Zhang等[29]发现在 143 例 COVID-19 住院病人中，66 例病人存在深静脉血栓。Alcoberro 等[30]通过CMR 检查发现窦性心律正常且双室功能正常的无症状病人存在由COVID-19 引起的右心房内大血栓。Afari等[31]也报道了1 例伴有Ⅱ型糖尿病、高血压和高脂血症的61 岁女性病人患COVID-19 后，其D-二聚体显著升高，超声心动图及CT 血管成像可见右室及主动脉内血栓形成。因此，心脏内血栓形成也可能是COVID-19 病人肺栓塞的原因之一。

2.4 冠状动脉改变 COVID-19 病人不仅可发生心肌炎、肺栓塞或深静脉血栓等并发症，也可因斑块破裂、冠状动脉痉挛或微血栓而引发急性心肌梗死[32-33]。Theocharis 等[34]对 20 例 COVID-19 病人的冠状动脉CT 血管成像结果的评估发现，12 例病人左冠状动脉系统受累，其中9 例病人左冠状动脉主干和前降支扩张。此外，COVID-19 病人也常发生非梗阻性冠状动脉心肌梗死，可能与病人发生冠状动脉微循环障碍有关[35]。

2.5 心包积液及心包炎 COVID-19 病人还可出现心外结构异常，如心包积液、心包炎等[14，18-19]。Brito等[36]分析54 例学生运动员的超声心动图和CMR 检查结果发现，有19 例病人发生心包延迟强化，并伴有心包积液。Blagojevic 等[37]报道了1 例心电图ST段升高、冠状动脉造影正常的51 岁COVID-19 病人，超声心动图显示其心包后外侧高回声，局部心包积液极少，最后诊断为急性心包炎。因此，尽管心包炎不是COVID-19 的常见并发症，但若出现典型临床症状时也应及时考虑。

3 小结

COVID-19 可累及心血管系统，而一旦发生心血管疾患，病人死亡率及远期不良事件发生率明显升高。无创性影像学检查在诊断COVID-19 心血管系统受累（尤其是心肌炎）和改善预后方面具有较大的潜在价值。超声心动图可用于快速评估心脏形态和功能异常；CMR 可以进一步评价心肌组织学改变，为判断预后提供额外的信息；CT 可以帮助准确识别冠状动脉及大血管异常。因此，合理使用影像学检查方法，及时、准确地评估病人心脏受累情况，制定合理的治疗策略，对改善病人预后至关重要。