超声心动图新技术评估慢性肾脏病患者右心室收缩功能的应用进展

Application progress of new echocardiographic techniques in evaluating right ventricular systolic function in patients with chronic kidney disease

摘要

慢性肾脏病（Chronic kidney disease，CKD）是一种全球性公共卫生问题，易并发心血管疾病（Cardiovascular disease，CVD）、肾性贫血和电解质紊乱等，其中CVD是最常见且最严重的并发症之一。而CKD的进展会逐渐导致右心室（Right ventricle，RV）功能障碍，RV功能在多种CVD的临床进展监测和预后判断等方面发挥着至关重要的作用。因此尽早发现CKD患者RV功能改变对预防和治疗相关不良心脏病变显得尤为重要。相较于传统超声心动图技术，斑点追踪成像、实时三维和四维右室容积定量等超声心动图新技术能早期发现并定量评估RV结构和收缩功能，为CKD患者的临床诊断、治疗和预后评估提供强有力支持。

Abstract

Chronic kidney disease （CKD） is a global public health problem， which is prone to cardiovascular disease（CVD）， renal anemia and electrolyte disorders. Among them， CVD is one of the most common and serious complications. Right ventricle （RV） function plays an important role in the clinical manifestations and prognosis of various CVD. The progression of CKD will gradually lead to RV dysfunction， and early detection of RV function changes in CKD patients is particularly important for the prevention and treatment of related adverse cardiac lesions. Compared with traditional echocardiographic techniques， new echocardiographic techniques such as speckle tracking imaging， real-time three-dimensional and four-dimensional right ventricular volume quantification can early detect and quantitatively evaluate RV structural and functional changes， and provide strong support for clinical diagnosis， treatment and prognosis evaluation of CKD patients.

关键词

慢性肾脏病 / 右心室 / 超声心动图

Key words

Chronic kidney disease / Right ventricle / Echocardiography

慢性肾脏病（Chronic kidney disease，CKD）是一种复杂的全球性公共卫生问题，并且也是唯一一种年龄标准化死亡率持续上升的非传染性疾病。据统计，全球慢性肾脏疾病患病人数约8.5亿^［1］。研究发现，CKD与冠心病、卒中、外周动脉疾病、心律失常、心力衰竭等多种心血管疾病（Cardiovascular disease，CVD）的不良结局相关，CKD是CVD的独立风险因素^［2］。有研究^［3］发现心脏的结构和功能在CKD早期就已经开始改变，即诱发以左心室肥厚为特征的心脏重构，通过心室间力学及结构的相互依赖性机制，该病理表现将传导至右心系统，导致右心室（Right ventricle，RV）的重构及功能改变。因此，评估CKD患者RV结构及功能变化至关重要，不仅能早期发现RV功能异常，及时进行干预治疗，且有助于预测心血管不良事件。由于RV功能障碍是预后不良的重要标志，评估RV能辅助临床科室决策，从而改善CKD患者预后和生活质量。传统超声心动图多基于组织多普勒，易受角度依赖限制，且RV解剖结构复杂，二维超声测量往往不够准确。超声心动图新技术可避免这些缺点，提供更准确的参数，动态及多维地观察RV，其对细微病变和功能早期变化更加敏感，有助于早期发现CKD患者RV异常。本文对超声心动图新技术评估CKD患者RV收缩功能的应用进展进行综述。

1 右心室的结构与功能

RV位于胸骨正后方，几何形状复杂，侧面呈三角形，冠状面呈新月形。包括3部分：入口，由腱索、三尖瓣和乳头肌构成；心尖部的肌小梁；漏斗或圆锥。RV游离壁由平行于房室沟的浅表心肌和从房室沟向心尖部的深层心肌构成，该结构决定RV心肌主要收缩力来自心肌纵向运动^［4］。RV主要功能是通过收缩活动将体循环回流的静脉血泵入肺动脉，从而驱动血液进入肺循环完成氧合过程^［5］。研究证实，RV功能在各种CVD的临床表现和预后等方面发挥着至关重要的作用^［6］。然而，由于RV复杂的解剖结构和胸骨后位置的特点，评估其功能的准确性受到限制。

目前，CKD导致RV功能受损机制暂不明确，研究认为以下途径可能对其产生影响：①CKD主要表现为肾功能逐渐衰竭，尿毒症毒素在组织和循环中蓄积，使CKD进一步进展而影响心脏，如硫酸吲哚酚（Indoxyl sulfate，IS）会增加活性氧自由基（Reactive oxygen species，ROS）的产生从而损伤抗氧化机制并增加氧化应激^［7］。此外，IS对心肌细胞和心脏成纤维细胞可直接促肥大、促炎症及促纤维化，从而导致心脏重塑^［8］；②CKD通过诱导内皮细胞损伤导致内皮功能障碍，从而促进动脉粥样硬化和冠心病（Coronary artery disease，CAD）^［9］。而CKD对血管壁的影响主要体现在血管钙化（Vascular calcification，VC），冠状动脉VC会损害其血流储备，与不良心脏事件和心血管事件密切相关^［10］；③11-β-羟基类固醇脱氢酶活性的失调可导致盐皮质激素受体被糖皮质激素激活，而过度激活盐皮质激素受体会驱动心脏、肾脏等靶器官炎症和纤维化进程，进而致使CKD和CVD进展^［11-12］。

在上述机制的长期刺激下，CKD加剧了心脏肥大、毛细血管丢失和弥漫性间质纤维化等心脏病理变化，进而导致收缩和舒张功能障碍^［13］。

2 不同超声心动图技术评估右心室收缩功能

众所周知，RV形态和功能评估的金标准为心脏核磁共振（Cardiac magnetic resonance，CMR）检查^［14］。除此之外，右心导管插入术（Right heart catheterization，RHC）、心脏CT检查和超声心动图等也常用于RV检查。由于CMR成本高、有禁忌证及相关技术限制，RHC为侵入性检查，心脏CT检查有电离辐射且图像采集不及时等原因，这些技术在临床推广均受到限制。虽然应用超声心动图测量心脏是基于几何假设且对操作者有较强的依赖性，但超声心动图由于其无放射性、低成本、操作便捷且可重复性好的有利因素而被普遍应用于临床心脏功能的检查和评价，是评估CKD患者RV功能和形态的有力工具。

2.1　常规超声心动图

心肌功能指数，又称Tei指数，是衡量收缩期和舒张期心室整体功能的指标^［15］。Tei指数受前、后负荷及心率影响小，可避免RV复杂结构的局限性，且对于检测RV功能不全灵敏度更高，尤其在收缩功能中是极为可靠的RV功能指标^［16］。ASKIN L等^［17］证明Tei指数是评估CAD、肺动脉高压（Pulmonary artery hypertension，PAH）及先天性心脏病等多种临床疾病心功能及严重程度的有用参数。但Tei指数存在局限性：仅能提示RV整体功能障碍，无法准确识别是收缩功能还是舒张功能障碍。

三尖瓣环收缩期位移（Tricuspid annular plane systolic excurtion，TAPSE），是指三尖瓣环在心脏收缩期向心尖的位移距离，可评估RV的纵向运动及收缩功能^［18］。当TAPSE＜16 mm时提示RV收缩功能障碍^［19］。有研究^［20］证明TAPSE已成为PAH诊断和预后评估的关键指标。虽然TAPSE易获取、可重复性好，与评估RV整体收缩功能的指标具有良好相关性，但该指标高度依赖于角度和负荷，仅能在某一节段水平评估RV的纵向收缩功能，而不能评估RV整体收缩性能^［21］。

右心室面积变化分数（Right ventricular area change fraction，RVFAC）是评价RV纵向和桡侧（靠近心脏一侧）收缩功能指标^［22］。当RVFAC＞35%时为正常，其降低提示RV无法进行有效收缩，即RV收缩功能障碍^［23］。RVFAC是反映RV收缩功能的敏感指标且能预测患者预后。研究表明，RVFAC与CMR获取的右心室射血分数（Right ventricular ejection fraction，RVEF）有较好相关性^［24］。但RVFAC过于依赖负荷和高质量图像、耗时、可重复性差，且RV内许多粗大的肌小梁组织使心内膜边缘的识别较困难，影响心内膜描记，可能限制其精准测量。

2.2　二维斑点追踪超声心动图（Two-dimensional speckle tracking echocardiography，2D-STE）

2D-STE是一种非多普勒新型无创超声技术，在二维灰阶图像基础上通过识别心肌内斑点信号，跟踪室壁所感兴趣心肌组织的形变和运动轨迹，得出心肌应变参数。RV心肌应变可灵敏地检测早期RV功能的变化并精确评估心肌功能^［25］。LI Y等^［26］应用2D-STE获取的RV纵向应变（Right ventricular longitudinal strain，RVLS）等RV功能参数评估120例新型冠状病毒感染患者，证实RVLS是量化各种CVD的RV功能的敏感指标。研究表明，斑点追踪超声心动图和CMR测得的RV应变数据高度一致，即二者具有良好的相关性。且与其他评估RV收缩功能的参数相比，RV应变对于心血管疾病结局预后能力更好，且能检测出心功能的亚临床损伤^［27］。此外，2D-STE也可应用于辅助冠心病及心律失常诊断、评估肥厚性梗阻型心肌病患者经皮心肌间隔射频消融的治疗效果等领域。虽然2D-STE克服了角度依赖性，可重复性良好，有广泛适用性，但其对图像质量要求较高且该技术仍局限在二维平面的观察，而心肌运动实质是三维的，因此会在一定程度上影响其精确性。

2.3　实时三维超声心动图（Real-time three-dimensional echocardiogrophy，RT-3DE）

RT-3DE是一种非侵入性新型成像方法，可在三维空间中重建心脏腔室结构，从而实时、精确且全面评估RV容量和功能，不受几何形态的假设限制。多用于诊断心脏结构异常、指导心脏手术、检测胎儿心脏发育情况、评估心脏功能变化等^［28］。研究表明，经RT-3DE获取的评估心室质量容量和射血分数与经CMR所得结果有较高一致性及准确性，可准确量化RV容积和每搏输出量^［29］。有研究^［30］发现经RT-3DE重构后得到的RV图像完整、清晰且逼真，由此获取的RV收缩末期内径等相关参数对于评价终末期慢性肾衰竭患者RV的整体和节段收缩功能变化较为准确可靠。乔荞等^［31］证实，RT-3DE能可靠地评估早期CKD患者RV功能变化。总之，RT-3DE具有操作简便、无创、精准成像、便宜和重复性好等优势，RT-3DE的局限性：高度依赖于图像质量，易受被检者呼吸或心脏移位所影响，探头扇扫角度较小，可见视野受限，且探头分辨力不高。

2.4　三维斑点追踪超声心动图（Three-dimensional speckle tracking echocardiography，3D-STE）

3D-STE结合了RT-3DE和2D-STE，利用三维空间逐帧追踪心肌内斑点回声的位移轨迹直接反映RV心肌收缩能力^［32］。可提供以下指标：①RV主要应变指标：RVLS、RV游离壁应变（Right ventricular free wall strain，RVFWS）；②RV容积指标：RV收缩末期容积（Right ventricular end-systolic volume，RVESV）；③其他相关性指标：RVEF。其中，3D-STE获得的RVEF与CMR的金标准RVEF相关性良好，且前者已被证实可作为不良CVD结局的有效预测因子^［33］。赵睿等^［34］研究发现RV应变参数尤其是右心室游离壁纵向应变（Right ventricular longitudinal free-wall strain，RVLFS）在早期检测患者RV收缩功能减退方面更为可靠。有研究^［35］应用3D-STE与CMR评估195例肺动脉高压患者的RV功能发现3D-RVLS与CMR相关性良好且高于2D-RVLS。此外，3D-STE测得数据与CMR获取的数据密切相关，但前者比后者更加经济便捷，且可实时动态监测。因此，3D-STE可作为CMR的替代方案，尤其是无法接受CMR和需要随访评价的患者。不仅如此，3D-STE还可应用于诊断心肌病、评估心脏再同步化治疗患者的疗效和先天性心脏病患者术前术后心肌功能变化等方面。3D-STE无角度依赖性，能更精确、敏感且全面地反映RV心肌收缩功能。3D-STE的局限性：对图像质量和技能操作有较高要求，且不同超声设备平台采用的算法不同，可能致使测量结果有差异而影响其准确性和可比性。

2.5　四维右室容积定量技术（Four-dimensional technique of right ventricular volume，4D-RV-Volume）

4D-RV-Volume是一种在三维超声心动图的基础上对RV容积和功能进行全面、准确量化评估的先进心脏超声技术，该技术在三维空间中半自动跟踪RV心内膜而不受RV形态影响^［36］。陈烨等^［37］研究发现利用4D-RV-Volume测得RVEF与TAPSE呈正相关，与Tei指数呈负相关，且数据分析结果显示其测得的RVEF和RVESV等指标在不同受检者间相关性良好。说明该技术在评估原发性高血压患者RV功能和结构极为可靠，可重复性好。此外，多项研究发现，4D-RV-Volume可有效评价系统性红斑狼疮、高血压、CKD等多种疾病RV形态和功能变化^［38-39］。4D-RV-Volume由于其智能化、实时性、全面性和高准确性的优势已应用于临床，为可靠评估各种疾病的RV功能及诊断治疗发挥举足轻重的作用。其局限性：图像质量易受干扰，时间和空间分辨率有限，对操作者技术要求高及设备维护成本高，且在临床实践中难以找到金标准验证该技术的准确性，不同研究的参考范围和测量标准难以统一。

2.6　压力-应变环技术（Pressure-strain loop，PSL）

PSL是一种基于动脉压和血管内径变化的关系构建的数字模型评估心血管功能的新技术，通过超声心动图测得心室心肌在心动周期中的压力和应变，结合血压值构建压力-应变环，从而评估心室整体及局部功能^［40］。多项研究证实无创PSL可量化评估PAH、CKD、系统性红斑狼疮等多种CVD患者的心肌做功，且该方法所得心肌做功参数是心功能的新兴标志物^［41-43］。此外，LIN M等^［44］应用PSL评估射血分数正常的心力衰竭（Heart failure with preserved ejection fraction，HFpEF）患者的肾功能与心肌功能变化，结果发现，估算的肾小球滤过率与HFpEF患者的整体无效功（Global wasted work，GWW）呈负相关（β=-0.32，P＜0.01），且该患者的心肌功能障碍较肾功能正常者更严重。PSL具有较好的敏感性，对早期RV细微变化检测更灵敏，可全面评估RV收缩及舒张功能改变，且该技术无创。其局限性：目前多应用于左心室研究，对RV研究较少，有待深入探究；受图像质量影响较大；对操作者技术要求高，由于其依赖于假设和数字模型，不能完全符合所有患者的生理状况。

2.7　血流向量成像技术（Vector flow mapping，VFM）

VFM是在彩色多普勒成像的基础上叠加的STE技术，用血流各质点的速度向量表示其速度大小及方向，从而可视化观察和量化评估心血管内流场状态和血流动力学的超声新技术^［45］。有研究^［46］证实，应用VFM所得RV流出道血液动能（Kinetic energy of right ventricular outflow tract，KERVOT）可反映患者RV整体功能，且其与公认的RV功能超声心动图指标高度相关。由此可见，VFM可以准确评估心力衰竭患者RV功能变化。CHEN X等^［47］应用VFM通过检测左心室能量损失（Energy loss，EL）评估1~3期CKD患者心功能变化，结果发现，左心室EL是评估早期CKD患者心室血流效率降低的可靠参数。除此之外，有研究^［48-49］发现，VFM还可应用于临床评估心脏瓣膜功能和颈动脉狭窄等方面，可为RV相关疾病的诊断及治疗方案提供依据。VFM的局限性：设备成本较高、操作相对复杂、成像过程易受患者心跳和呼吸影响等。

3 小结

随着CKD患者剧增，早期检测CKD患者心功能变化变得尤为重要，目前对于CKD患者左心室研究已逐渐全面，但RV相关研究较少。RV复杂的结构为评价临床CKD患者RV功能增加了困难，常规二维超声心动图或单独应用超声心动图某种新技术评价RV功能均各有局限性。而超声心动图多种新型成像技术的联合应用可更全面、有效评估CKD患者RV形态和收缩功能，为CKD相关心脏不良事件的早期诊断、干预治疗和预后评估提供强有力的支持。必要时可结合临床实验室指标及其他影像学检查如CMR等综合评估，为早期诊断和治疗CVD提供更可靠的依据。

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