三维斑点追踪超声心动图早期识别家族性肥厚型心肌病无症状突变基因携带者的临床价值

崔丽萍 段奕全 梁青青 吴 楠 纳丽莎

肥厚型心肌病（hypertrophic cardiomyopathy，HCM）是成人最常见的常染色体显性遗传性心肌病，其中50%以上HCM具有明显的家族聚集倾向，称为家族 性 肥 厚 型 心 肌 病（familial hypertrophic cardiomyopathy，FHCM）［1］。FHCM 无症状突变基因携带（G+P-）者是指无明显临床症状、携带FHCM 突变基因且经各种影像学检查均未发现明显室壁增厚的FHCM 患者直系亲属，此类人群随时可能发生症状的外显、室壁逐渐增厚，最终发展为FHCM，并出现一系列临床症状［2］。因此，及时识别G+P-者对临床早期诊断和定期随访均有重要的临床意义。本研究应用三维斑点追踪超声心动图（three-dimensional speckle tracking echocardiography，3D-STE）检测FHCM 患者直系亲属心功能参数，并采用二元Logistic回归分析筛选鉴别G+P-者与未携带突变基因（G-P-）者的独立危险因素，旨在探索一种临床早期识别FHCM 无症状G+P-者的新方法。

资料与方法

一、研究对象

选取2017 年11 月至2019 年9 月于我院就诊的FHCM 患者（8 例）及其直系亲属（56 例），均通过采集外周血进行基因检测，其中对FHCM 患者应用全外显子测序技术进行基因检测，对其直系亲属进行Sanger测序来验证相关突变基因。根据基因检测结果将56例FHCM 患者直系亲属分为病例组（G+P-者22 例）和对照组（G-P-者34 例）。病例组中男9 例，女13 例，年龄23～66 岁，平均（41±14）岁，其中7 例携带肌联蛋白基因，6例携带肌球蛋白结合蛋白C基因（MYBPC3），5例携带人骨骼肌快肌肌钙蛋白Ⅰ基因（TNNⅠ2），3例携带β 肌球蛋白重链基因，1 例同时携带MYBPC3和TNNⅠ2；对照组中男14 例，女20 例，年龄19～66 岁，平均（39±15）岁。诊断标准依据《中国肥厚型心肌病指南2022》［3］，G+P-者为携带FHCM 突变基因且经超声心动图检查发现室壁最大厚度＜13 mm 的FHCM 患者直系亲属。排除标准：①合并高血压等其他导致心室壁肥厚相关疾病；②超声心动图检查提示主动脉瓣中至重度反流及狭窄；③先天性心脏病；④合并心肌致密化不全、心肌淀粉样变、肺部疾病、肾源性疾病或其他系统性疾病和代谢性疾病等；⑤超声图像质量差；⑥年龄＜18 岁。本研究经我院医学伦理委员会批准（伦审号：2020-720），所有受试者均签署知情同意书。

二、仪器与方法

1.仪器：使用Philips iE 33 彩色多普勒超声诊断仪，S5-1 相控阵探头，频率1.0～5.0 MHz；X5-1 矩阵容积探头，频率1.0～5.0 MHz；配备TomTec工作站。

2.超声心动图检查：嘱受试者取左侧卧位且平静呼吸，同步记录心电图。首先应用S5-1探头于左室长轴及短轴观测量左室壁16节段厚度，记录左室最大室壁厚度（LVMWT），然后测量并记录左室舒张末期内径（LVEDD）和收缩末期内径（LVESD）。于心尖四腔观使用Simpson 法测量左房容积、左室舒张末期容积（LVEDV）和收缩末期容积（LVESV），计算左房容积指数（LAVI）、左室质量、左室质量指数（LVMI）、左室射血分数（LVEF）；使用脉冲多普勒测量二尖瓣口舒张早期及舒张晚期血流速度峰值（E、A）、E 峰减速时间（EDT），并计算E/A；使用组织多普勒分别测量二尖瓣环室间隔及侧壁舒张早期及舒张晚期运动速度峰值，取平均值为e’、a’，并计算e’/a’、E/e’；使用组织多普勒获得等容舒张时间（IVRT）、等容收缩时间（IVCT）。于心尖五腔观应用频谱多普勒采集静息状态下左室流出道血流频谱，获得左室流出道最大速度（LVOT-V）、左室流出道压力阶差（LVOT-PG）、左室流出道速度时间积分（LVOT-VTI）。然后切换为X5-1 探头，取心尖四腔观，进入全容积模式，调节图像质量以清晰显示心内膜边界，嘱受试者呼气后屏住呼吸，连续采集4个完整心动周期左室全容积图像并储存。以上操作均由经验丰富的高年资超声医师完成，所有参数均重复测量3次取平均值。

3.图像分析：将采集的原始三维动态图像导入TomTec 工作站，选取图像质量较好的图像，启动4D LV-Analysis 分析软件。分别于心尖两腔、三腔、四腔观调整左室心尖和二尖瓣环水平基线，使基线一端位于左室心尖位置，另一端位于二尖瓣环中点水平位置。进入Beutel Revision 界面，软件自动追踪左室收缩、舒张末期心内膜边界，动态观察并调整需要优化的心内膜位置。软件自动分析获得左室整体纵向应变（GLS）、圆周应变（GCS）、径向应变（GRS），将数据导出以供后续分析。以上操作均由同一经验丰富的超声医师完成。

4.重复性检验：随机抽取20 例受试者图像，由同一超声医师间隔2 周测量GLS，分析其观察者内重复性；由另一具有相同检查经验的超声医师测量GLS，分析其观察者间重复性。

5.一般资料收集：采集图像前记录受试者性别、年龄、身高、体质量、体表面积、心率、血压等。

三、统计学处理

应用SPSS 23.0统计软件，符合正态分布或近似正态分布的计量资料以表示，若方差齐采用独立样本t检验，方差不齐采用非参数检验；计数资料以频数或率表示，采用χ2检验。采用二元Logistic回归分析鉴别G+P-者与G-P-者的影响因素，建立回归方程。采用似然比检验评价模型是否构建成功；拟合优度检验评价模型的拟合情况。绘制受试者工作特征（ROC）曲线评估模型的预测效能，取约登指数最大值确定其截断值。采用组内相关系数（ICC）分析GLS 在观察者内及观察者间的重复性。P＜0.05为差异有统计学意义。

结果

一、两组一般资料比较

两组性别、年龄、身高、体质量、体表面积、心率、收缩压及舒张压比较差异均无统计学意义。见表1。

二、两组常规超声心动图和3D-STE参数比较

与对照组比较，病例组LVMWT、LVOT-V、LVOTPG、LVOT-VTI、EDT、E/e’均增大，GLS 减低，差异均有统计学意义（均P＜0.05）。见表2和图1，2。

表2 两组常规超声心动图和3D-STE参数比较（）

表2 两组常规超声心动图和3D-STE参数比较（）

LVMWT：左室最大室壁厚度；LVEDD：左室舒张末期内径；LVESD：左室收缩末期内径；LVEDV：左室舒张末期容积；LVESV：左室收缩末期容积；LVEF：左室射血分数；LVMI：左室质量指数；LAVI：左房容积指数；LVOT-V：左室流出道速度；LVOT-PG：左室流出道压力阶差；LVOT-VTI：左室流出道速度时间积分；IVRT：左室等容舒张时间；IVCT：左室等容收缩时间；E、A：二尖瓣口舒张早期、舒张晚期血流速度峰值；e’、a’：二尖瓣环室间隔和侧壁舒张早期、舒张晚期运动速度峰值平均值；EDT：E 峰减速时间；GCS：左室整体圆周应变；GLS：左室整体纵向应变；GRS：左室整体径向应变。1 mm Hg=0.133 kPa

组别病例组对照组t值P值LVMWT（mm）0.96±0.16 0.86±0.11 2.698＜0.05 LVEDD（cm）4.54±0.47 4.66±0.31-1.115 0.270 LVESD（cm）2.72±0.40 2.85±0.31-1.345 0.184 LVEDV（ml）92.23±24.76 96.89±18.26-0.811 0.421 LVESV（ml）26.64±9.32 30.43±9.00-1.521 0.134 LVEF（%）71.26±4.74 68.86±5.24 1.733 0.089 LVMI（g/m2）77.93±24.79 69.74±12.91 1.622 0.111 LAVI（ml/m2）24.11±8.07 22.99±5.38 0.625 0.535 LVOT-V（cm/s）107.36±19.67 92.13±13.70 3.419＜0.05 LVOT-PG（mm Hg）4.73±1.88 3.47±1.08 3.177＜0.05 GRS（%）45.81±5.62 48.02±6.59-1.295 0.201组别病例组对照组t值P值LVOT-VTI（cm）21.80±4.54 17.21±2.57 4.832＜0.05 IVRT（ms）93.41±24.42 83.85±19.87 1.605 0.114 IVCT（ms）70.27±20.02 73.00±13.99-0.600 0.551 E/A 1.24±0.36 1.26±0.42-0.186 0.853 e’/a’1.20±0.56 1.24±0.44-0.300 0.765 E/e’8.55±3.15 7.28±1.57 2.011＜0.05 EDT（ms）154.32±24.49 135.12±20.59 3.163＜0.05 GCS（%）-33.18±5.36-35.00±6.44 1.106 0.274 GLS（%）-20.04±3.12-23.67±2.35 4.961＜0.05

三、Logistic回归分析

将上述差异有统计学意义超声的心动图参数（LVMWT、LVOT-V、LVOT-PG、LVOT-VTI、EDT、E/e’、GLS）设为自变量，以是否携带突变基因为因变量，进行多因素二元Logistic 回归分析，结果显示LVOT-VTI和GLS 均为鉴别G+P-者与G-P-者的独立危险因素。见表3。建立的回归方程为：Logi（tP）=7.777+0.681X1+0.738X（2X1：LVOT-VTI；X2：GLS）。

表3 二元Logistic回归分析结果

四、模型效能评价

对该模型进行似然比检验（χ2=41.047，P＜0.001）和拟合优度检验（χ2=1.496，P＞0.05），结果表明该模型构建成功且拟合良好。

绘制的ROC 曲线图见图3。该回归模型早期识别G+P-者的曲线下面积为0.906（95%可信区间：0.830～0.983），以3.450 为截断值，其灵敏度为0.909，特异度为0.735，准确率为80.4%。

图3 回归模型早期识别G+P-者的ROC 曲线图

五、重复性检验

重复性检验显示，3D-STE 所测GLS 在观察者内及观察者间一致性均较好（ICC=0.876、0.858）。

讨论

研究［4］表明，约60%的HCM 发病原因为基因突变，而携带突变基因的FHCM 患者直系亲属中约有50%的概率与先证者携带相同的突变基因。既往研究［5-6］表明，FHCM 家系成员突变基因的外显率随着年龄增长而增加，即无症状G+P-者随着年龄增长可能发生症状外显、室壁增厚，并出现一系列临床症状，如晕厥、心力衰竭、心房颤动、心源性猝死等不良心血管事件。基因检测是诊断基因突变的“金标准”［7］，但具有检查周期长、费用高、测序结果解读及评估难度大、基因数据库仍不完整等缺点，致使对大范围人群开展筛查较为困难。超声心动图可无创、准确、直观地显示心肌形态、结构及运动情况，通过观察容积变化评估心室收缩功能、通过观察血流及组织多普勒变化评估心室舒张功能，以及通过观察组织斑点追踪变化评估房室的心肌应变等，是目前诊断HCM的首选影像学检查方法。相关指南［3］也推荐当先证者未进行基因检测时，成年后的直系亲属应进行超声心动图的临床筛查。

本研究结果显示，病例组EDT、E/e’均较对照组增大，差异均有统计学意义（均P＜0.05），表明无症状G+P-者在早期阶段虽然尚未出现左室肥厚，但其左室舒张功能已出现异常。既往研究［8］通过比较携带5 种不同肌小节突变的G+P-组与对照组受试者的超声心动图参数，发现肌小节突变的早期效应可导致心脏舒张功能障碍，而收缩功能障碍则是由突变和随后发生的病理重塑引起，通过舒张功能障碍可以预测HCM 患者的亲属是否存在肌小节突变，但敏感性较低。Gandjbakhch 等［9］研究表明E 与二尖瓣环室间隔舒张早期运动速度峰值比值增大与左室充盈压力升高具有良好的一致性，是识别FHCM 的早期指标。研究［10-11］通过对肌小节突变蛋白的生物物理分析，认为基因突变导致了肌动蛋白-肌球蛋白解离动力学缓慢，这可能是肌小节基因突变损害心脏舒张功能的分子学机制。但从病理生理学改变分析，微循环障碍导致心肌局灶性缺血、心肌缺血后异常重构、心肌广泛纤维化，心肌逐渐僵硬而限制左室舒张运动，致使充盈受限［12］。

本研究结果显示，与对照组比较，病例组LVOT-V、LVOT-PG、LVOT-VTI 均增大，差异均有统计学意义（均P＜0.05），且Logistic 回归分析也发现LVOT-VIT 是鉴别G+P-者与G-P-者的独立危险因素，与既往研究［13］结果相似。虽然LVOT-VTI测值远未达到诊断左室流出道梗阻的标准，但也表明G+P-者左室流出道压力出现增高趋势。基因突变不仅导致肌动蛋白-肌球蛋白解离动力学缓慢，还使其相互作用和结合增强，这可能是导致FHCM室壁不对称肥厚且以室间隔增厚为著的原因［14］，室壁肥厚导致左室流出道狭窄。既往研究［15］表明，HCM 存在心肌电-机械运动时间的异常，导致左室乳头肌收缩运动不协调，继而牵引二尖瓣前叶前移进入左室流出道产生梗阻。以上均可能为G+P-者左室流出道压力增高的原因，但其具体机制有待后续研究进一步探索。

LVEF 是临床常用的评价左室收缩功能的参数，但其测量易受检查者主观因素影响，并不能作为评估G+P-者左室心肌收缩功能的良好指标［16］。心肌应变指心肌在心动周期内的变形能力，能够客观反映心肌早期收缩功能［17］。目前临床常用的定量评价心肌应变的方法为3D-STE，通过测量左室长轴、短轴即圆周方向的纵向应变，可以更准确地评价左室整体和各节段的心肌力学变化［18］。本研究结果发现，与对照组比较，病例组GLS、GCS、GRS 均有所减低，且GLS 减低更明显（P＜0.05）。根据螺旋心肌带理论，左室心肌是由内层纵行、中间环形、外层反斜行的心肌纤维组成，且内层纵行心肌纤维约占总室壁厚度的58%［19］。其次，当出现微循环障碍发生低灌注时，心内膜下的血流量较心外膜下减少更为显著，故其收缩能力更早出现损害［20］。还有研究［21-22］表明内层心肌的节段缩短和室壁增厚程度均大于外侧心肌，需氧量更大，导致内层心肌对缺血耐受性更差。因此心肌肥厚累及GLS 减低较GRS 和GCS 更明显。许丹等［23］研究比较了G+P-组与对照组的应变参数，结果显示G+P-组GLS、GRS较对照组均减低（均P＜0.05），且GLS 对G+P-的诊断效能最佳，曲线下面积为0.835（95% 可信区间：0.747～0.924），本研究结果与其基本一致。分析本研究中病例组GRS 虽较对照组减低但差异无统计学意义的原因可能为样本量较小，且携带突变基因种类和比例与该研究有一定差异，有待后续研究进一步探索和验证。

目前Logistic 回归分析已成为探索疾病发病原因或影响因素的常用方法。宋光等［24］研究应用Logistic回归分析获得了早期超声诊断心尖HCM 的特征性指标并构建了区分度（曲线下面积为0.979±0.015）、准确率（94.20%）均优秀的预测模型。赵丹等［25］研究通过ROC 曲线和Logistic 回归对MYH7携带者与MYBPC3携带者的超声心动图参数进行分析，构建了早期识别MYH7携带者的多参数模型，但该研究仅应用了单因素Logistic 回归对超声心动图参数进行评价，并未进行多因素回归筛选独立危险因素。本研究应用二元Logistic 回归对单因素分析中差异有统计学意义的超声心动图参数进行分析和筛选，结果显示LVOT-VTI和GLS 均为早期识别G+P-者与G-P-者的独立危险因素，并建立了回归方程，经检验该方程拟合良好，早期识别G+P-者的曲线下面积为0.906、灵敏度为0.909、特异度为0.735、准确率为80.4%，有较好的预测效能。

本研究的局限性：①3D-STI 对图像质量要求高，本研究排除了图像质量差者，存在选择偏倚；②Logistic 回归在预测单个发生结果时，还需考虑样本对总体的代表性，本研究样本量较小，后续研究将进一步收集多中心数据，扩大样本量进行更深入的研究。

综上所述，3D-STE 测得的LVOT-VTI 和GLS 可作为鉴别G+P-者与G-P-者的可靠指标，为临床早期识别G+P-者提供了一种新的思路和方法。