陈 璐 陈红敏 张秉宜

摘 要 目的:运用三维斑点追踪技术(3D-STI)评价动静脉内瘘(AVF)对尿毒症患者左心室收缩功能的影响。方法:纳入符合标准且需要建立前臂AVF的尿毒症患者41例,分别比较患者AVF术前与术后1 d、1月、3月常规超声心动图指标以及3D-STI左心室整体纵向应变(LVGLS)、左心室整体圆周应变(LVGCS)、左心室整体面积应变(LVGAS)、左心室整体径向应变(LVGRS)指标的差异;分析AVF术后1 d肱动脉流量变化值、瘘口直径与3D-STI左心室各应变变化值的相关性;探讨AVF术前与术后3D-STI和常规超声心动图评价尿毒症患者左心室收缩功能的敏感性。结果:(1)常规超声心动图显示:反映左心室收缩功能的指标左心室射血分数(LVEF)及二尖瓣环收缩期峰值速度(Sm)在AVF术后1 d、1月、3月与术前比较均无明显变化(P>0.05)。(2)3D-STI显示:反映左心室收缩功能的指标LVGLS、LVGCS、LVGAS、LVGRS在AVF术后1 d与术前比较差异均具有统计学意义(P<0.05),术后1月、3月与术前比较均无显著变化(P>0.05)。(3)Pearson相关性分析结果显示:AVF术后1 d肱动脉流量变化值与LVGLS变化值呈正相关(r=0.34,P<0.05),AVF术后1 d肱动脉流量变化值与LVGCS、LVGAS、LVGRS变化值无相关性(r=0.23、r=0.27、r=-0.22,P>0.05);AVF术后瘘口直径与LVGLS、LVGCS、LVGAS、LVGRS变化值无相关性(r=0.09、r=-0.03、r=0.00、r=0.10,P>0.05);(4)受试者工作曲线(ROC)分析显示:LVGLS的曲线下面积为 0.727(P<0.001,95%CI 0.61～0.84),以LVGLS=-11.5%为截断值,其预测AVF术后早期左心室收缩功能的敏感度为78%、特异度为68%。结论:3D-STI评价尿毒症患者AVF术后1 d左心室收缩功能较常规超声心动图更敏感,且LVGLS可成为早期检测AVF术后心肌功能损害的敏感指标。AVF术后1 d肱动脉流量变化程度是影响尿毒症患者左心室收缩功能的因素。

关键词 三维斑点追踪技术 动静脉内瘘 尿毒症 左心室功能

3D-STI evaluates the effect of arteriovenous fistula on the left ventricular systolic function in uremia patients

CHEN Lu, CHEN Hongmin, ZHANG Bingyi

The First College of Clinical Medical Science, China Three Gorges University·Yichang Central People’s Hospital,Department of Ultrasonography,Yichang 443003,China

Corresponding author：ZHANG Bingyi(E-mail:10978649@qq.com)

ABSTRACT Objective:To use 3D-STI evaluates the effect of arteriovenous fistula on the left ventricular systolic function in patients with uremia. Methodology:A total of 41 patients with uremia who met the criteria and needed to undergo fistula(internal forearm fistula) were included. The differences of conventional echocardiographic indexes and 3D-STI indexes including left ventricular global longitudinal strain(LVGLS), left ventricular global circumferential strain(LVGCS), left ventricular global area strain(LVGAS), left ventricular global radial strain (LVGRS), left ventricular end-diastolic volume(LVEDV), left ventricular end-systolic volume (LVESV) before AVF, and 1 day, 1 month and 3 months after AVF were compared respectively. The correlation between brachial artery flow change, fistula diameter and left ventricular strain change of 3D-STI was analyzed at 1 day after AVF. To explore whether 3D-STI before and after AVF is more sensitive than conventional echocardiography in evaluating left ventricular systolic function in uremic patients.Results:(1) Conventional echocardiography showed that the left ventricular ejection fraction(LVEF) and Sm, two indexs reflecting left ventricular systolic function, had no significant differences at 1 day, 1 month and 3 months after AVF compared with that before AVF(P<0.05). (2) 3D-STI showed that LVGLS, LVGCS, LVGAS and LVGRS, which reflect the left ventricular systolic function, were significantly different at 1 day after AVF compared with before AVF(P<0.05), but had no significant differences at 1 month and 3 months after AVF compared with before AVF(P<0.05). (3) Pearson correlation analysis results showed that brachial artery flow at 1 day after AVF was positively correlated with LVGLS(r=0.34, P<0.05), while brachial artery flow at 1 day after AVF was not correlated with LVGCS, LVGAS and LVGRS(r=0.23, 0.27,-0.22, P>0.05). There was no correlation between fistula diameter and LVGLS, LVGCS, LVGAS and LVGRS (r=0.09,-0.03, 0.00, 0.10, P>0.05). (4) Receiver operating curve (ROC) analysis showed that the area under the curve of LVGLS was 0.727(P<0.001, 95%CI 0.61-0.84). With LVGLS=-11.5% as the cut-off value, the sensitivity and specificity of LVGLS in predicting early left ventricular systolic function after AVF were 78% and 68%.Conclusion:3D-STI is more sensitive than conventional echocardiography in early assessment of left ventricular systolic function in patients with uremia at 1 day after AVF, and LVGLS can be a sensitive index for early detection of myocardial function after AVF. The degree of change in brachial artery flow 1 day after AVF is a factor affecting the left ventricular systolic function in uremic patients.

Key words three-dimensional speckle-tracking echocardiography arteriovenous fistula uremia left ventricular function

心血管疾病是导致终末期肾病(ESKD)患者死亡的主要原因,左心功能衰竭是引起心血管疾病的主要因素,因此,早期发现尿毒症患者左心功能异常具有重要意义。血液透析(HD)是目前治疗ESKD最常用的有效手段之一,通常采用动静脉内瘘 (AVF)作为长期血管通路。目前国内外评价尿毒症患者AVF术对左心室功能影响的研究多基于常规超声心动图,而常规超声心动图对AVF术后早期左心室收缩功能变化不敏感,且目前关于比较AVF前后患者左心室收缩功能的报道较少。本研究应用三维斑点追踪技术(3D-STI)研究AVF对尿毒症患者左心室收缩功能的影响及其动态变化,为提示早期心力衰竭及临床疗效评估提供有效手段。

研究对象   本研究为前瞻性研究。选取2021年11月至2022年11月在宜昌市中心人民医院西陵院区肾病内科符合尿毒症诊断标准且需要建立前臂AVF的患者50例,分别对AVF术前、术后1 d、1月、3月进行常规超声心动图及3D-STI各指标检测。

排除标准:(1)LVEF<50%;(2)合并其他心脏疾病,如急性或陈旧性心肌梗死、先天性心脏病、肺源性心脏病、中度及以上瓣膜狭窄或反流、中等量以上的心包积液等;(3)既往有心脏瓣膜手术史、AVF手术史;(4)不能顺利完成随访的患者及随访过程中AVF失功能患者;(5)超声检查图像不清晰、不完整。

由于图像质量差排除3例,后期失访排除5例,左心室射血分数(LVEF)<50%排除1例,最终纳入符合标准的研究对象共41例。本研究已获得宜昌市中心人民医院伦理委员会的批准(批件号:PJ-KY2022-10),所有研究对象在检查前均充分告知,并签署知情同意书。

资料收集   所有入选研究对象均在AVF术前询问其病史并记录年龄、性别、身高、体重、血压、心率。

常规超声心动图检查   采用GE Vivid E9彩色多普勒超声诊断仪,M5S二维心脏探头(1.7～3.3 MHz)。扫描角度<60°,帧频60～90帧/s,所有受检者均采取左侧卧位,同步心电图显示。图像采集的过程中,嘱受检者平稳呼吸,按照美国超声心动图指南进行测量。测量指标包括左心室舒张末期内径(LVDD)、左心室质量指数(LVMI),应用Simpson法计算LVEF,多普勒组织成像(TDI)模式下,测量二尖瓣环收缩期峰值速度(Sm)。所有数据均连续测量3次并获取平均值。

3D-STI左心室各应变值测量   切换4V-D探头(1.5～4.0 MHz)。在心尖四腔心切面,调节深度和声束角度使心内膜显示清晰。调整至4D模式采集左心室三维全容积图像,导出至EchoPac工作站,选取清晰的左心室三维成像图,分别于舒张末期及收缩末期手动勾选二尖瓣环和心尖平面,软件自动描记心内膜边界,手动调整描记曲线,运行程序可计算出3D-STI指标:左心室整体纵向收缩期峰值应变(LVGLS)、左心室整体圆周收缩期峰值应变(LVGCS)、左心室整体面积收缩期峰值应变(LVGAS)、左心室整体径向收缩期峰值应变(LVGRS)。所有图像的采集和数据分析均由同一个操作者完成。

肱动脉流量及瘘口直径测量   运用9L-D探头(频率2.4～10.0 MHz)选取所有研究对象肘部近端的肱动脉,测量其直径及该处的流速,计算肱动脉流量(mL/min)=π×(肱动脉直径/2)2×肱动脉流速;于研究对象瘘口处测量其瘘口直径(均测量其横径)。

统计学分析   采用《SPSS 25.0》统计软件进行数据分析,所有计量资料均为正态分布,均用均数±标准差表示,造瘘前后各指标比较采用单因素重复测量方差分析,两两比较均经Bonferroni法校正。对3D-STI左心室各应变变化值与肱动脉血流量变化值、瘘口直径进行Pearson相关性分析。因左室收缩功能为二分类变量,采用受试者工作曲线(ROC)确定LVGLS截断值。P<0.05为差异具有统计学意义。

一般资料   本研究41例尿毒症患者年龄在25～75岁,平均年龄为56.66±12.36岁,男性21例,女性20例。

常规超声心动图参数比较   常规超声心动图显示:反映左心室收缩功能的指标LVEF在AVF术后1 d、1月、3月与术前比较均无明显变化。AVF术后1 d患者LVDD、LVMI与术前比较差异均无统计学意义,术后1月、3月与术前比较差异均具有统计学意义。TDI显示:反映左心室收缩功能的指标Sm在AVF术后1 d、1月、3月与术前比较差异均无统计学意义(表1)。

表1 41例尿毒症患者AVF术前、后常规超声心动图结果比较

AVF:动静脉内瘘;LVDD:左心室舒张末期内径;LVMI:左心室心肌质量指数;LVEF:左心室射血分数;Sm:二尖瓣环收缩期峰值速度;与AVF术前相比,*P<0.05,**P<0.01

3D-STI应变值比较   3D-STI显示:反映左心室收缩功能的指标LVGLS、LVGCS、LVGAS、LVGRS在AVF术后1 d与术前比较差异均具有统计学意义(P<0.05),术后1月、3月与术前比较均无显著变化(表2)。

表2 41例尿毒症患者AVF术前、后3D-STI结果比较

AVF:动静脉内瘘;LVGLS:左心室整体纵向应变;LVGCS:左心室整体圆周应变;LVGAS:左心室整体面积应变;LVGRS:左心室整体径向应变;与AVF术前相比,**P<0.01

AVF术后肱动脉流量变化值与3D-STI应变变化值相关性分析   AVF术后1 d肱动脉流量变化值与LVGLS变化值呈正相关(r=0.34,P<0.05),AVF术后1 d肱动脉流量变化值与LVGCS、LVGAS、LVGRS变化值无相关性(r=0.23、r=0.27、r=-0.22,P>0.05);术后1月、3月肱动脉流量变化值与3D-STI应变变化值均无相关性(r=0.10、r=0.04、r=0.25、r=0.00,P>0.05;r=0.29、r=0.11、r=0.16、r=-0.02,P>0.05)(表3、图1)。

图1 AVF术后1 d肱动脉流量变化值与ΔLVGLS的相关性分析
AVF:动静脉内瘘;ΔLVGLS:左心室整体纵向应变变化值

表3 AVF术后肱动脉流量变化值与3D-STI应变变化值相关性分析

AVF:动静脉内瘘;3D-STI:三维斑点追踪技术;ΔLVGLS:左心室整体纵向应变变化值;ΔLVGCS:左心室整体圆周应变变化值;ΔLVGAS:左心室整体面积应变变化值;ΔLVGRS;左心室整体径向应变变化值;*:与AVF术前相比,P<0.05

AVF术后瘘口直径与3D-STI应变变化值相关性分析   AVF术后瘘口直径与LVGLS、LVGCS、LVGAS、LVGRS变化值均无相关性(P>0.05)(表4)。

表4 AVF术后1 d瘘口直径与3D-STI应变变化值的相关性分析

AVF:动静脉内瘘;3D-STI:三维斑点追踪技术;ΔLVGLS:左心室整体纵向应变变化值;ΔLVGCS:左心室整体圆周应变变化值;ΔLVGAS:左心室整体面积应变变化值;ΔLVGRS;左心室整体径向应变变化值

受试者工作曲线(ROC)分析   将LVGLS进行ROC分析显示,LVGLS的曲线下面积为 0.727(P<0.001,95%CI 0.61～0.84),以LVGLS=-11.5%为截断值,其预测AVF术后早期尿毒症患者左心室收缩功能的敏感度为78%、特异度为68%(图2)。

图2 LVGLS对尿毒症患者早期左心室收缩功能预测ROC曲线
LVGLS:左心室整体纵向应变;ROC曲线:受试者工作曲线

尿毒症患者最主要的发病原因和死亡原因是心血管疾病。研究显示,约4/5的尿毒症患者存在心血管并发症,心血管疾病的死亡率占ESKD患者死亡率的2/3[1-2],而左心功能衰竭是引起心血管疾病的主要因素。HD是目前临床上用来治疗ESKD患者的最常用的有效手段,AVF可为HD提供长期而有效的能进行体外循环的血管通路[3],但AVF患者最终会出现左心室收缩功能损害[4],超声心动图是临床评价左心室收缩功能最常用的方法,而临床常用的评价左心室收缩功能的指标LVEF并不能发现早期左心室收缩功能的变化[5]。新近发展的3D-STI能利用实时三维超声数据通过不同应变的“牛眼图”分析心肌各个方向上的运动,定量分析整体与局部左心室运动,较2D-STI更敏感、准确。

本研究发现,3D-STI各应变值在AVF术后1 d与术前比较均出现显著降低。这说明在LVEF无明显变化的情况下,尿毒症患者在AVF术后已出现左心室收缩功能的异常,3D-STI可发现早期左心室收缩功能异常,且较常规心动图更敏感。STI是一种应用应变原理发展而来的超声影像新技术,有研究发现,应变是检测早期心室功能障碍的敏感工具,可检测出心肌功能的细微变化[6]。尽管有研究[7-8]发现2D-STI可作为早期检测尿毒症患者左心室收缩功能变化的敏感方法,但心肌运动是三维空间的运动,局限于二维平面的斑点跟踪不能完全跟踪斑点运动的空间位置,而3D-STI能避免二维应变测量产生的误差[9]。本研究发现AVF术后1 d LVGLS较术前显著降低,分析其原因可能是由于心肌纵向纤维存在于心内膜,根据Frank-starling机制,当尿毒症患者AVF术后,前负荷增加,导致左心室容量增加,而AVF建立后形成的动静脉短路可引起动脉收缩压及舒张压降低,导致后负荷降低,引起冠状动脉血流量减少,但后负荷的影响可能大于前负荷的影响,使心内膜下心肌供血不足出现缺血,进而导致GLS降低。国内外均有学者研究发现,在AVF建立早期LVEF正常时,尿毒症患者整体纵向应变(GLS)已出现降低[10-11]。此外,本研究还得出AVF术后1 d患者LVGCS、LVGAS、LVGRS较术前也显著降低。整体圆周应变(GCS)主要为中层环形心肌作用的结果;整体面积应变(GAS)综合了纵向应变和圆周应变,可反映所分析节段或整体的心内膜面积随心肌运动而改变的程度。有研究表明[12],GAS是量化左心室收缩功能,识别早期、微小的心肌收缩功能损伤的敏感和可重复的指标;整体径向应变(GRS)为心肌在短轴上的局部增厚程度。已有学者研究[13]发现,当尿毒症患者合并左心室心肌肥厚时,GCS、GAS、GRS均会出现不同程度的降低。AVF术后1月、3月3D-STI各应变值较术前均无明显变化,这说明早期变化可能是由于AVF术后尿毒症患者血流动力学发生了改变,在短时间内造成其心功能降低,但经过适应、代偿,尿毒症患者的心功能得以改善。

本研究得出AVF术后1 d肱动脉流量变化值与LVGLS变化值呈正相关。本研究发现在AVF术后1 d LVGLS较术前显著降低,说明LVGLS作为一个敏感参数,与左心室容积增加或LVEF相比,它的改变发生在心肌改变过程的早期[14],而本研究结果显示AVF术后早期肱动脉流量变化值与LVGLS变化值具有显著相关性,这表明肱动脉流量可作为早期影响尿毒症患者AVF术后左心室收缩功能的因素之一。国外也有研究表明[15],GLS与血管通路流量具有良好的相关性,且随血管通路流量增加,GLS会发生变化。本研究得出两者相关系数较低,这可能与本研究样本量较小有一定的关系。

本研究发现,AVF术后瘘口直径与LVGLS、LVGCS、LVGAS、LVGRS变化值无相关性。分析其原因可能是由于目前国内外对于瘘口直径大小对尿毒症患者心功能的影响还没有明确的标准,但总结相关文献大部分学者认为瘘口直径在3.0～5.0 mm时对尿毒症患者的心功能影响较小[16],而在本研究中,几乎所有研究对象的瘘口直径均位于此范围内。

本研究将LVGLS进行ROC曲线分析得出,以LVGLS=-11.5%为截断值,其预测AVF术后早期左心室收缩功能的敏感度为78%、特异度为68%。这表明3D-STI在评价尿毒症患者AVF术后早期左心室收缩功能较常规超声心动图更敏感。目前,已有学者做了相关研究并得出一定结论。程锐等[17]研究发现,常规超声心动图参数LVEF难以发现尿毒症患者早期左心室收缩功能的变化,而3D-STI可准确测量其局部及整体心肌应变。国外也有研究表明,GLS在识别早期尿毒症患者心肌亚损害敏感度较高[18]。这与本研究的结果一致。

综上所述,3D-STI技术可早期、敏感地反映AVF术后尿毒症患者左心室整体收缩功能的变化,使得亚临床心肌功能障碍得以检出,可帮助患者达到最佳治疗效果,提高生存率,为提示早期心力衰竭及临床评估治疗效果提供一种有效手段。但本研究局限性在于样本量小,且为单中心研究,后期需联合多中心扩大样本使研究结果具有更高的可信性以服务临床。

来源：肾脏病与透析肾移植杂志订阅号