心肌疾病的系统性超声诊断-基础与临床研究再认识

作者:尹立雪[1] 
单位:四川省人民医院[1]

  心脏由纤维综合体支架系统、传导系统、冠脉循环系统、瓣膜导流系统和做工心肌系统等部分组成,其中做工心肌系统占心脏总质量的95%以上, 是实现心脏泵血功能的主要构件。任何心脏疾病的发生和发展均有可能对上述各系统造成不同程度的损伤,而上述损伤的直接病理生理学后果就是做工心肌系统结构和功能的丧失或减低。


一、心肌疾病的病因学分类

  心肌疾病是心脏心肌结构和功能在各种遗传致病基因异常表达和/或受到后天病理损伤导致心肌结构和功能异常的一组心血管疾病。临床通常将其分类为缺血性心肌疾病和非缺血性心肌疾病两大类。


  在病因学分类构成比中,缺血性心肌疾病占绝大部分。通常缺血性心肌疾病的主要病理改变为冠状动脉疾病导致的做功心肌缺血损伤、坏死和纤维化,上述病理改变将导致一系列的与缺血损伤部位和严重程度相关的心脏解剖结构和功能异常。已有研究表明不同的遗传背景及其相关基因表达调控过程将导致不同的心肌缺血结果和不同的药物和非药物治疗效果。


  非缺血性心肌疾病的发病率和患病率相对较低。在美国,已有研究表明肥厚型心肌病的患病率为1/500-5000之间, 扩张型心肌病在心力衰竭人群中的患病率为1/25-50之间。与缺血性心肌疾病相同,不同年龄段、不同性别和种族人群非缺血性心肌疾病的发病率和患病率存在明显差异。尽管2006年美国AHA将心肌病分为三大类:遗传性心肌病、混合性心肌病和获得性心肌病,但是此后心脏病学界对于以上分类仍然存在较大的争议。


二、心肌疾病复杂的临床表型

  从现有基础研究结果看,在遗传性心肌疾病中致病基因的多样性和基因功能表达过程中调控环节的复杂性导致其临床表型出现两种趋势:其一是多种致病基因导致了类似或相同的一组心脏病理解剖和病理生理改变,或称为“拟表型”或遗传综合症;其二是同一种或同一类致病基因导致了不同的心脏病理解剖和病理生理改变。


  这两种临床表型趋势始终不同程度的存在于各种心肌疾病的发生和发展演变过程中,导致缺血和非缺血性心肌疾病的临床诊断和治疗面临极为复杂的局面,有心脏病学家称其为“诊断泥潭”。


  现有研究表明,无论是缺血性心肌疾病或是非缺血性心肌疾病均存在着从完全正常到完全异常的极为宽广的表型谱系和与之相对应的极为复杂的病理解剖和病理生理相关改变。在所有心肌疾病的临床诊断中始终面临以下挑战:确定正常和异常的边界,提供亚临床病理异常改变的诊断依据;在疾病的不同阶段,提供基因及其功能表达、心肌形态学和功能学等全面系统的诊断信息并确定危险分层,在此基础上确定个体化治疗方案;在疾病治疗过程中,评价不同个体的各种治疗方法疗效和并发症,确定治疗终点;预测治疗前景和疾病预后。


三、心肌疾病所面临的临床诊断挑战

  在此方面, 现阶段基础研究所建立的心肌疾病理论认知水平已经明显超越了实际的各种先进诊断技术方法的临床应用水平,心肌疾病诊断技术方法滞后明显滞后。在此方面要获得突破性进展,就必须要在心血管病临床创新心肌疾病早期和全面完整的系统性诊断评价技术方法,在此基础上建立精确干预治疗方法。因此,紧密结合致病基因和心肌损伤标志物检测技术,建立可视化的心血管疾病病理解剖和病理生理变化及其机制的早期观测和量化评价、有效监控和精确治疗关键技术平台,是实现上述突破的重要理论和实践基础。


四、心肌疾病致病基因与临床表型之间的鸿沟

  部分心脏病学家期盼出现一种单纯基于基因分析和/或心肌损伤标志物检测的“终极诊断”方法。但是非常遗憾的是, 这一设想与现实的复杂多变的心肌疾病发生现状之间存在较大的差距。


  现有的研究结果表明,缺血性心肌疾病和非缺血性心肌疾病中基因异常与最终的临床表达之间存在巨大鸿沟,致病基因和心肌损伤标志物检测并不能可靠完整有效的诊断心肌疾病,只有紧密结合各种可视化和非可视化诊断技术手段才有可能建立心肌疾病完整系统的正确诊断。


五、跨越心肌疾病诊断鸿沟的基本策略

  紧密结合致病基因和心肌损伤标志物检测技术,建立可视化的心血管疾病病理解剖和病理生理变化及其机制的早期观测和量化评价、有效监控和精确治疗关键技术平台,是跨越上述鸿沟地重要理论和实践基础。


  在心肌疾病早期发现和疾病完整解剖功能可视化描述的基础上,超声心动图能够为心肌疾病的治疗决策制定以及有效引导现有的或将要建立的药物和非药物干预治疗技术方法进行更为有效的个体化治疗并对相关的干预治疗进行有效监控和可靠完整的评价,进而协助不断修正心肌功能异常的矫治和/或重建心肌结构和功能,最大限度地优化治疗效果。对心肌“功能结构”和心腔内相关血流动力学进行全面系统性的超声心动图可视化评价,将有助于对心肌疾病的治疗前景和临床预后做出更为有效的判断。


  深入了解和把握各种心肌疾病在不同的疾病阶段可能发生的病理解剖和病理生理改变,充分运用现有的各种先进可视诊断技术系统性的发掘和揭示上述异常改变,是建立正确的各种心肌疾病完整系统性诊断的必由之路。


六、心肌疾病的系统性超声诊断

  已经建立并广泛应用于临床的各种超声心动图诊断技术(实时动态M型和二维灰阶成像、心肌超声造影、药物和运动负荷试验、组织多普勒成像和二维三维斑点跟踪成像、心腔内血流标测成像)能够较其它传统方法提供更为早期的精确完整心脏病理解剖和病理生理学异常动态变化可视化信息并能够进行可靠的量化评价,例如:能够在心肌构造、心肌血流灌注、心肌缺血和存活心肌、心肌电机械兴奋和力学功能、心腔内血流动力学和流体状态以及心肌血流流固偶合评价等方面提供实时在体同步动态的系统性观测信息,有助于更为精确的心肌疾病危险分层。


  毫无疑问,心肌功能的异常改变必将带来心脏房室壁解剖结构形态及其功能和瓣膜导流系统结构形态及其功能发生异常变化,最终导致泵功能减低结果:心腔内血流动能(Kinetic Energy, KE)损耗增加和心脏房室壁心肌收缩动能补给不足。在此过程中,由心肌病变导致的心腔内膜的位置和形态异常动态变化对血液流体形态和动能的维持也发挥了决定性的作用, 采用全新的超声可视化心腔内血液流场观测技术将有助于心肌疾病的病理生理机制的深入揭示。


  现有研究表明流体在正常心脏心腔内流动过程中能量损耗(Energy Lose,EL)通常小于10%。从理论上推导,当心脏存在结构和功能异常改变时,心腔内流体能量损耗将会明显增大;不同的心脏病变对心腔内流体能量的损耗机制及其大小是完全不同的;流体状态与流体能量损耗密切相关。如何对上述能量损耗进行可靠量化评价,同时阐明能量损耗的不同病理生理学机制,指导临床对流体能量损耗的主要环节进行有针对性的更为有效的矫正,是心脏流体力学研究的又一前沿方向。


  血流在收缩期进入心房和在舒张期进入心室,期间流体状态将经历再次调制(Modulation)和重新组织(Re-organization)的动态变化过程,其主要表现形式就是:心动周期不同时相流体内部涡旋运动的产生和消弭以及流体方向和速度的变化。由心脏结构和功能异常导致的不恰当的流体角度方向和路径以及流体形态必将产生额外不恰当的涡旋运动,亦即:涡旋运动发生的时相、位置、数量、大小、形态、涡强异常及其各个环节的能量损耗过程。心腔内血流的各种状态, 包括:直流、弯流、不同方向和速度流体间相互作用,流体和心脏房室壁间相互作用等综合效应将有助于产生与涡旋运动密切相关的水锤效应、推挤效应和Venturi效应诱导产生复杂异常的涡旋流体状态和明显的流体能量损耗。


  现有基础研究已经表明正常心脏收缩期和舒张期心肌做功所产生的能量和心腔内流体能量损耗处于一个适当匹配的水平。在心肌病变发生后的代偿期,收缩期和舒张期心肌做功所产生的能量和心腔内流体能量损耗均将处于一个较高的水平。一旦心肌病变发展至失代偿期,收缩期和舒张期心肌做功所产生的能量将会较正常心脏明显减低,而心腔内流体能量损耗仍将处于一个较正常状态稍高的水平。对这一变化过程的准确可视化量化评价必将有助于深入理解和描绘心肌病变与血液流体状态的关联关系,有助于临床更为准确的把握心力衰竭的真实状态,为临床寻找可靠有效的心力衰竭治疗方法提供更为丰富的病理生理学信息。


  已有的关于心腔内流体动能及其能量损耗的研究结果多来源于MRI观测。已知此类MRI观测时间分辨率较低进而有可能影响观测结果准确性,耗时较长费用高,距离临床实际应用还有较大距离。近年来建立的基于超声心动图PIV成像技术和基于多普勒原理的VFM成像技术等其它心腔内流体可视化观测技术,有可能为建立临床实用的心腔内流体能量损耗可视化观测提供全新的技术平台。近期的初步研究表明VFM成像技术对正常人以及部分心脏疾病的能量损耗观测结果与MRI观测结果具有较好的相关性,能够较为准确地反映部分心脏疾病的能量损耗在心动周期不同时相的动态变化过程。


七、心肌疾病系统性超声诊断的价值

  对心肌“功能结构”全面的超声心动图评价,将有助于对心肌疾病的治疗前景和临床预后做出更为准确和有效的判断。


  在心肌疾病早期发现和疾病完整解剖功能可视化描述的基础上,超声心动图能够为心肌疾病的治疗决策制定以及有效引导现有的或将要建立的药物和非药物干预治疗技术方法进行更为有效的个体化治疗并对相关的干预治疗进行有效监控和可靠完整的评价,进而协助不断修正心肌功能异常的矫治和/或重建心肌结构和功能,最大限度地优化治疗效果。


    2019/10/9 16:29:17     访问数:141
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