心肌应变分析在围手术期心功能评估中的临床应用进展

谢军1,2 孙玉娥1,2 郝静2 朱蓓蓓2 王小雨2 于嘉诚3

1江苏大学鼓楼临床医学院，南京 210008；2南京大学医学院附属鼓楼医院麻醉科，南京 210008；3南京医科大学鼓楼临床医学院，南京 210008

国际麻醉学与复苏杂志,2023,44(06:642-647.

DOI：10.3760/cma.j.cn321761-20230216‑00824

基金项目 

国家自然科学基金（82071229，81870871）；南京市卫生科技发展专项基金（YKK22089）；南京鼓楼医院新技术发展基金（XJSFZJJ202016）

REVIEW ARTICLES

【综述】

围手术期心功能的快速准确评估至关重要，直接影响患者预后。其中，心脏收缩功能障碍与心脏手术和非心脏手术后死亡风险增加有关。左室射血分数（left ventricular ejection fraction, LVEF）是目前常用评价左心室收缩功能的指标，但检测亚临床左心室收缩功能障碍时存在一定限制。心肌应变分析是一种新型测量心功能的方法，可以在整个心脏周期内对心肌力学进行全局和局部分析，量化心脏收缩和舒张功能。围手术期测量心肌应变可用于危险分层、预后和术后结果预测。然而，心肌应变分析在围手术期心功能的确切效能和早期预警作用尚未完全阐明。本文就心肌应变分析的基本特征以及其在围手术期心功能评估效果方面的研究进展进行综述，以期为围手术期患者麻醉管理提供理论依据。

1、概 念

心肌应变可以通过以下三种方法进行测量：组织多普勒成像、二维斑点追踪技术（two‑dimensional speckle tracking imaging, 2D‑STI）、三维斑点追踪技术，2D‑STI是目前心肌应变测量的常用方法。2D‑STI以二维超声成像为基础，通过描记心内膜、心肌中层、心外膜边界，动态追踪心内膜、心肌中层、心外膜边界斑点运动及其在心动周期各个时刻所处的位置变化，能够准确反映心肌的运动速度及变形程度，可以早期、客观且量化地评估心脏整体及局部的心肌功能。

应变是心肌阶段位移的分数，主要可沿3个轴测量：纵向、周向、径向；纵向轴从心脏底部到心尖，周向轴环绕心肌的短轴，径向轴代表心肌的厚度（图1）。在心脏收缩期时，纵向轴和周向轴心肌缩短，径向轴心肌变厚；纵向和周向应变为负，径向应变为正。因此，纵向和周向收缩应变越大，负性越强，径向收缩应变越大，正性越强。

心肌应变分析可以测量局部心肌组织发生的极小形变，更加早期准确地评价局部心肌功能及室壁运动。心肌应变分析是无创指标，可从心肌组织形变角度定量室壁运动，其结果不受心脏整体运动、旋转和室壁运动正常节段对室壁运动异常节段拖带效应的影响。目前已广泛应用于心血管疾病各个领域（心脏力学、缺血性心脏病、心肌病、左心室舒张功能不全、癌症化疗患者或心脏瓣膜疾病患者）中检测亚临床心肌功能障碍等。心肌应变的测量也受到许多因素的影响，包括图像质量、选择的区域、分析软件、时间点的选取、ECG信号、围手术期负荷条件等。

2、心房、心室应变     

2.1左心室应变

整体纵向应变（global longitudinal strain，GLS）是最常用的左心室收缩功能测量值。欧洲心血管成像协会（European Association of Cardiovascular Imaging, EACVI）/美国超声心动学会（American Society of Echocardiography, ASE）发布的最新指南中建议选取3个标准顶点视图（包括心尖三腔视图、四腔视图、两腔视图）进行GLS测量并取平均值；测量从心尖三腔视图开始，设置3个感兴趣区（2个二尖瓣联合部、1个心尖部），手动调整感兴趣区的厚度，保证最大程度追踪到心肌，依次处理心尖四腔视图和心尖两腔视图，得出牛眼图；并且提出健康人的左心室GLS>−20%。女性GLS的绝对值略高于男性，并且应变值随着年龄的增长而降低。GLS已被证实可以识别亚临床早期左心室功能不全，可以在各种心脏疾病和围手术期提供比LVEF更多的额外信息。GLS还在肥厚性梗阻型心肌病、癌症治疗相关的心功能不全、淀粉样变性、瓣膜性心脏病、缺血性心肌病、心力衰竭、顽固性高血压等疾病中发挥重要作用。

2.2右心室应变

右心室功能障碍的诊断是心脏手术围手术期预后的重要预测因素。EACVI/ASE发布的最新指南建议选取右心室聚焦心尖四腔视图测量，而默认情况下，右心室GLS常为右心室游离壁纵向应变；推荐的右心室游离壁纵向应变正常值为（−29±4.5）%（正常值可能因供应商和软件版本而异）。右心室游离壁纵向应变在各种疾病状态（如心力衰竭、急性心肌梗死、肺动脉高压和淀粉样变性）下具有预后价值，并可预测左心室辅助装置植入后的右心室衰竭。

2.3左心房应变

心房形变时存在一个循环过程，可分为3个阶段：① 储存期，从心室舒张末期（二尖瓣关闭）开始，持续到二尖瓣打开；② 导管期，发生在窦性心律患者二尖瓣打开、分离至左心房收缩开始时，对于心房颤动患者，会持续到心室舒张末期（二尖瓣关闭）；③ 收缩期，发生在窦性心律患者左心室收缩开始至心室舒张末期（二尖瓣关闭）。EACVI/ASE发布的最新指南建议选择心尖四腔心、两腔心视图来测量，主要包括3个方面：心房纵向应变峰值（peak atrial longitudinal strain, PALS）、心房收缩应变峰值、导管阶段的左心房应变。Nielsen等提出在健康队列中的左心房应变正常值：PALS 39.4%（23.0%~67.6%）、心房收缩应变峰值15.5%（6.4%~28.0%）、导管阶段的左心房应变值23.7%（8.8%~44.8%），并且提出左心房应变值的正常下限有助于识别未来可能发展为心房颤动的高危患者。左心房应变被证明可独立预测二尖瓣和主动脉瓣术后的心房颤动和二尖瓣环成形术后二尖瓣关闭不全的复发。左心房应变是心房颤动有价值的预测因子，对卒中危险分层、风湿性二尖瓣狭窄、经导管主动脉置换术、心房非同步的心血管手术等具有预测价值。

2.4右心房应变

右心房形变同左心房形变一样具有一个循环过程。EACVI/ASE提出的最新指南建议在右心室聚焦心尖四腔视图测量，而应变参数选择除了另外规定，均使用纵向应变。Krittanawong等提出右心房应变的正常值：平均储存应变44%（95%CI 25%~63%）、收缩应变17%（95%CI 2%~32%）、导管应变18%（95%CI 7%~28%）。右心房应变已被证明可以用于慢性肺血栓、栓塞性肺动脉高压患者术后右心功能改善的评估。右心房应变还在肺动脉高压、射血分数保留的心力衰竭、早期肝硬化等疾病中发挥着重要作用。

3、心肌应变分析在围手术期的临床应用

3.1在左心室心功能不全手术患者中的应用

GLS降低已被证明是长期左心室功能障碍、心脏不良事件和病死率的独立预测因子。心肌应变的测量与二尖瓣修复或替换术后左心功能障碍的发展相关，且是术后预后的预测因子。在一项针对506例接受二尖瓣修复的二尖瓣狭窄患者的研究中，GLS受损与全因死亡率相关，与常规参数相比，GLS能更好地预测心脏事件的全因死亡率。在一项针对593例接受二尖瓣修复的原发性二尖瓣狭窄患者的研究中，左心室GLS与二尖瓣置换术后的全因死亡率和心血管事件独立相关。两份研究都表明术前测量GLS有助于确定二尖瓣狭窄患者的术后预后和最佳手术时机。在预测术后左心室功能障碍上，左心室心肌应变值比术前LVEF有更高的预测价值。在一项针对223例接受二尖瓣修复的严重二尖瓣狭窄患者的研究中，左心室GLS>−19.9%与术后LVEF<50%有关，然而术前LVEF<60%并不能预测术后LVEF<50%。

3.2在围手术期心房颤动（postoperative atrial fibrillation, POAF）患者中的应用

POAF使15%~40%的心血管手术复杂化，且随着年龄的增长，其发病率逐渐增加，在80岁人群中达到50%。这种心律失常通常是短暂的，但它增加了栓塞性脑卒中、住院时间延长和心血管病死率增高的风险。心房储备和泵功能的特定改变，以及超声心动图心房应变确定的心房不同步，可以预测POAF。心肌应变可以预测术后早期POAF的发生。在一项针对LVEF保留并接受单纯主动脉瓣置换术患者的前瞻性研究中，术中GLS对主动脉置换术后心房颤动的发展具有预测价值。Egbe等证明在接受了体外循环手术的冠心病患者心房功能障碍（右心房和左心房应变降低）与术后心房颤动、迟发性心房颤动和全因死亡率的高风险相关。Kislitsina等发现降低术前左心房应变测量值，尤其是左心房储存应变,在确定冠状动脉旁路移植术（coronary artery bypass graft, CABG）术后是否发生POAF方面具有更优的特异性和敏感性，术前心肌应变的测量对于CABG术后可能发生POAF患者的预防治疗提供了基础。

3.3在移植手术患者中的应用

心肌应变分析在心肺移植中作用有限。在心脏移植中，GLS被证明是一种重要的无创方法，用于识别急性细胞排斥反应的早期功能障碍和恢复。Clemmensen等证明，在接受心脏移植的患者中检测到的术后GLS降低与主要不良心脏事件和病死率相关，与射血分数没有相关关系。Lisi等证明48例晚期心力衰竭患者接受心脏移植治疗时，PALS是左心房纤维化的预测因子，且有助于优化不可逆左心房结构损伤患者的治疗策略。在心脏移植患者术后随访过程中，心肌应变分析可以为监测心脏移植后发生不良纤维化提供一种非侵入性工具。在肝移植中，Kakar等证明了在终末期肝病需要进行肝移植的患者中，心肌应变分析可以更好地评估这类患者的心脏风险和预测肝移植患者围手术期并发症。

3.4在心肌缺血患者中的应用

在冠状动脉疾病患者中，有大量的证据表明，冠状动脉造影诊断的冠状动脉狭窄的数量和严重程度与心肌应变的减少有很强的相关性。Chaichuum等证明心肌应变分析与冠状动脉造影诊断的冠状动脉狭窄程度具有很强的相关性，可以用于冠心病的早期评估和诊断。Dahlslett等证明，在ECG不确定和心肌标志物正常疑似非ST段抬高急性冠状动脉综合征患者中，心肌应变分析有助于排除明显冠状动脉狭窄。心肌应变分析评估心肌缺血患者CABG术后早期和长期的预后。Gozdzik等发现，GLS是CABG术后插管时间、血管活性药物使用和ICU住院时间的预测指标；在术后的长期随访过程中，与术前相比，术后第6个月时GLS显著下降，而术后第1年和第2年时GLS未见明显变化。

3.5在脓毒症患者中的应用

脓毒性心肌病在感染性休克患者中高达40%。现有研究表明，左心室GLS比LVEF在测量收缩功能时更敏感。在一项前瞻性研究中，Bazalgette等提出左心室GLS在感染性休克的早期阶段出现降低，但随着时间的推移显著改善，且左心室GLS的早期变化值比LVEF更能早期反映患者的心肌损伤。Chang等提出在感染性休克患者中，左心室GLS≥−13%的患者ICU和住院病死率较高，并且可能有助于早期识别ICU中的高危感染性休克患者。Dalla等发现脓毒症患者左心室GLS和右心室外侧游离壁应变均减少。与保留LVEF的非脓毒性患者相比，保留LVEF的脓毒性患者左心室纵向应变和右心室外侧游离壁应变均降低。在一项病例对照研究中，33例感染性休克患者组和29例匹配的脓毒症但无休克患者组，两组GLS均降低，并且在两组的常规超声心动图测量结果中LVEF差异无统计学意义。此外，左心室应变的减少与ICU住院期间机械通气时间的延长、发生低心排血量综合征的风险增加、心脏手术后总病死率的升高有关。

3.6在麻醉引起心功能降低患者中的应用

麻醉诱导和正压通气已被证实可显著降低左心室GLS和右心室游离壁应变。Dalla等证实了全身麻醉联合正压通气可以减少非心脏病患者的左心室GLS和右心室游离壁应变，其中左心室GLS值由（−19.1%±2.3%）降至（−17.3%±4.2%）（P<0.001），右心室游离壁应变由（−26.5%±3.9%）降至（−24.1%±4.2%）（P<0.001），LVEF无明显改变，与常规超声心动图技术比较，心肌应变分析可以更早发现麻醉药物与临床操作对心肌的损伤。罗超等也证实在全身麻醉状态下的患者，麻醉诱导和正压通气会诱使左心室收缩功能降低、右心室舒张和收缩功能降低，在低血容量患者中尤为显著。Franchi等证实在进行呼气末正压通气的危重患者中，左心房PALS、右心房PALS、右心室GLS随呼气末正压水平的升高而降低。心肌应变改变的机制可能是：由麻醉诱导引起的静脉血管扩张和正压通气导致回心血量减少引起心室前负荷减少，以及丙泊酚的负性肌力作用。对于吸入麻醉药物对心肌的影响，吴皎卿等证明在CABG患者中，心肺转流后吸入呼气末浓度1 MAC的七氟醚会抑制左心室心肌的纵向运动及环向运动。

3.7在肺动脉高压患者中的应用

在接受肺内膜切除术的慢性血栓栓塞性肺动脉高压患者中，右心室游离壁应变、右心房储存和导管应变得到改善。Yamasaki等证明在接受球囊肺血管成形术的慢性血栓栓塞性肺动脉高压患者中已测量到右心房应变，术后右心功能的改善可以通过右心房应变进行评估。右心房应变已被证明可用于研究右心房功能，是肺动脉高压的预测指标。Theres等发现在毛细血管后肺动脉高压患者中，右心房应变参数与有创评估的平均肺动脉压和肺毛细血管楔压显著相关。Hasselberg等证明右心房应变参数对于肺动脉高压患者具有预后价值。

4、总结和展望

心肌应变分析是新近评估心功能的一种无创、高效、简便的评估方法，可以实现整体和局部心脏运动和功能的评估，早期发现亚临床心肌功能异常，识别术后不良结局的高风险患者。然而，目前心肌应变分析在围手术期不同疾病进程中（如临床感染性休克、过敏性休克大剂量血管活性药物使用对心肌的损伤、长时间正压通气对心功能的影响等）评价心功能的确切效能和作用机制研究较少且不够深入，有待进一步深入研究。但心肌应变分析可评估心室整体和局部功能，可早期评估围手术期急危重患者的心功能变化，为临床围手术期更加快速、精准地诊断，预防并发症，制订管理方案提供有力依据。