脓毒症和脓毒症休克是急危重症医学面临的重要临床问题,全球每年脓毒症患病人数超过1 900万,病死率超过25%[1-2]。虽然国内外指南[1-2]给出了脓毒症及脓毒症休克的最新定义及相关诊疗策略,但指南中并未提及有关脓毒症心肌病的最新定义及相关诊疗。目前脓毒症心肌病定义尚未完全统一,因不同定义导致统计出的发病率及病死率差异较大,目前也缺乏脓毒症心肌病在大样本人群中的流行病学资料。有研究表明在已有脓毒症或脓毒症休克的患者中,其发病率可高达72%且这部分患者的预后更差[3]。脓毒症心肌病的早期诊断对于脓毒症心肌病的治疗至关重要,早期诊断及尽早治疗有助于改善疾病的转归,减少病死率。
斑点追踪超声心动图(speckle-tracking echocardiography,STE)主要基于心肌组织和产生特殊声学标记的超声束(即所谓的斑点)之间的相互作用,通过专门的软件,可以跟踪斑点在整个心脏周期内的位移,快速、准确的实现包括纵向、径向、周向、旋转及扭曲等应变的测量[4],这是常规超声心动图所不能观察到的,目前已被证明在各种环境下具有临床应用价值,包括:原发性高血压、冠状动脉疾病、心脏瓣膜疾病、心肌病、心脏移植等[5-6],而在脓毒症心肌病的诊疗过程中也具有重要的临床应用价值。本文对近年来STE在脓毒症心肌病的研究进展进行综述,旨在强调其在诊断方面的价值及局限性。
1 STE在脓毒症心肌病的临床应用价值脓毒症心肌病的描述最早可以追溯到1984年,由Parker等[7]首次提出,描述为脓毒症休克患者出现的可逆性的心肌抑制,主要有三个特点:①左心室扩张;②左室射血分数(left ventricular ejection fractions,LVEF)下降;③一般7~10 d后心功能可恢复到正常范围。但左室功能的早期改变和区域心肌变化可能不会在LVEF中反映出来,尤其在脓毒症休克早期,血流动力学呈“高排低阻型”,LVEF可能仍然是正常的,除此之外,几何假设、负荷依赖性、测量者间的差异、重测变异性等因素也会影响LVEF的测量[8-9],因此,LVEF不宜作为脓毒症心肌病早期诊断的唯一指标。最近,Beesley等[3]综合近年来心脏超声研究数据后将这种特异性的病理改变广义地定义为一种与脓毒症相关的且与心脏缺血无关的急性心功能障碍综合征,但其临床适用性需进一步验证。得益于STE技术的快速发展,近年来STE在脓毒症心肌病的诊疗价值愈发得到重视。
在脓毒症心肌病诊断方面上,STE可以客观地评价脓毒症患者心室的收缩功能异常以及同步性情况[10],便于早期发现脓毒症引起的心肌功能障碍[11]。Orde等[12]分别采用传统经胸超声心动图和STE评估了60例脓毒症患者心功能的差异,结果表明:与传统经胸超声心动图比较,无论是左心室功能障碍,还是右心室功能障碍,STE的检出率更高,并且发现右室游离壁收缩期纵向应变降低与住院死亡率的增加有关。随后Ng等[13]也证实了STE较传统经胸超声心动图能更加敏感地检测出脓毒症休克患者存在心肌损伤。Landesberg等[14]进一步通过比较106例高敏肌钙蛋白T升高的脓毒症及脓毒症休克患者的STE数据后表明:左室舒张功能障碍和右室收缩功能障碍与高敏肌钙蛋白T升高相关,且与住院病死率相关,但脓毒症及脓毒症休克患者心肌损伤的原因仍有待进一步阐明。除了诊断灵敏度更高外,STE在诊断脓毒症心肌病上也有着独特的评价指标及分析模式。早前的动物研究表明,周向应变是评价脂多糖(lipopolysaccharide,LPS)致小鼠心功能障碍的特异性可靠指标[15],此外,周向应变率(circumferential strain rate, SRcirc)也是严重脓毒症时LPS诱导心肌损伤的敏感指标[16]。由于整体应变比节段应变具有更好的再现性,目前指南[17-18]推荐使用GLS作为描述左室收缩功能的参数,然而关于GLS的最佳截断值尚未统一,在不同的研究中存活者和死亡者的GLS截断值各不相同,负值最大值为-17%,最小值为-13%[19]。整体纵向收缩期峰值应变(global longitudinal peak strain, GLPS)作为GLS衍生参数,被视为代表收缩功能的度量,De Geer等[20]的研究证明了GLPS不仅与LVEF有关,还与e’、E/e’、N端脑钠肽前体和心脏指数有关,而且与心脏收缩和舒张功能障碍有明显的重叠或相互作用。Zaky等[21]的研究表明:整体和节段性左室纵向应变和组织运动瓣环位移(tissue motion annular displacement,TMAD)的降低也与收缩期和舒张期功能障碍相关,且TMAD比左室纵向应变更具有可靠性。另外,在分析模式上,Mirea等[22]表示分段应变模式分析可能是一种更可靠的方法,但单节段应变值应谨慎在临床中使用;而Mora等[23]建议多参数联合分析心肌功能。
在疾病演变过程中,应用STE有助于及时监测脓毒症心肌病过程中心肌应变变化,给临床治疗带来了新的参考。一项研究比较了26例脓毒症患者入院时及治疗后的STE的变化,结果显示,脓毒症患者在治疗一周后,存活组患者的左室和右室纵向应变均较治疗前显著增加,而死亡组没有明显的变化,并且发现入院右室整体纵向应变(right ventricular global longitudinal stain, RV-GLS)可以作为脓毒症心肌病住院病死率的独立预测因子[24]。
在评估脓毒症心肌病与疾病预后的关系上,STE是一种新手段。尽管传统超声也可评估脓毒症心肌病的发生率及与预后关系,但似乎不能很好地评估脓毒症心肌病患者的左室功能障碍与预后的关系。Vallabhajosyula等[25-27]进行的一项为期8年的队列研究显示:与心功能正常的患者相比,采用传统超声心动图评估脓毒症心肌病患者右室功能障碍的发生率为55%,并与住院时间、心血管疾病再发病率及病死率相关;而左室功能障碍的发生率为48%,然而在对新发的左室功能障碍患者和未出现左室功能障碍的脓毒症及脓毒症休克患者进行两年的随访后发现:两组患者在短期和长期结局方面均差异无统计学意义,因为传统超声心动图主要以LVEF来评价左室功能。而基于应变成像技术的STE能够提供更多有关左室功能和力学的相关信息,这是传统超声心动图无法实现的。Zaky等[21]回顾性分析了55例脓毒症休克患者STE的资料后发现,基底前段纵向应变的减少与住院病死率的增加有关,然而由于样本量过小、研究设计不足等因素,左室整体纵向应变(left ventricular global longitudinal stain, LV-GLS)与病死率无关。最近,Sanfilippo等[28]进行了一项系统性评价及荟萃分析,在这项研究中共纳入了8项研究,包含了794例脓毒症及脓毒症休克患者,结果表明:左室整体纵向应变和最长达半年随访期的病死率相关,负值越小病死率越高,而这种相关性对LVEF无效。
STE除了对脓毒症心肌病的早期诊断、治疗监测及评估预后具有重要的临床应用价值,有研究还表明STE在缩短脓毒症休克住院时间[29]及对临床未预料到情况的发现[30]也具有一定价值。
2 STE在脓毒症心肌病诊断中的局限性尽管STE有着传统超声无法比拟的优点,但也存在诸多缺点[31-34],一定程度上限制了STE在临床上推广进程(如表 1所示)。STE在脓毒性心肌病诊断的局限性主要有以下几个方面。
模式 | 优点 | 缺点 |
二维STE | (1) 可实现节段或整体心肌应变的测量 | (1) 时间分辨率低于TDI |
(2) 可以实现对预设点的半自动或全自动追踪 | (2) 图像质量依赖性大 | |
(3) 不需要专门的图像采集 | (3) 供应商间存在差异 | |
(4) 相较于组织多普勒噪音更少 | (4) 后处理算法影响大 | |
(5) 不依赖角度 | ||
三维STE | (1) 心肌变形的测量不受方向影响 | (1) 时间和空间分辨率非常低 |
(2) 不需要复杂的几何假设 | (2) 严重受到图像质量低的限制 | |
(3) 不需要多平面采集 | (3) 供应商间的差异 | |
(4) 可评估旋转变形和实现区域应变的测量 | (4) 没有实现标准化 | |
(5) 可行性低,目前尚未在临床上推广应用 | ||
(6) 附加临床价值不明确 |
第一,STE在脓毒症心肌病中各测量参数的参考值范围目前尚未实现标准化。STE各参数在人群中参考范围的制定是推动STE在临床推广和应用中必不可少的。在左心室上应用后,STE也被广泛应用于其他心脏腔室的应变分析,尽管EACVI/ASE提出了相应的共识文件[35],但其余房室应变评估的软件仍在进一步开发和完善中。值得注意的是,各参数的正常范围并不固定,受到人种、年龄、性别、BMI、心率、血压及厂商和软件平台等因素影响[36-37]。
第二,STE还很大程度上依赖于专业人员的专业知识。Chan等[38]的一项关于二维STE学习曲线的研究表明,相较于GRS、GCS等其他参数,GLS最容易学习,此外,径向应变的再现性最弱,测量的一致性最低,作者建议至少进行50例以达到GLS分析水平的一致性,因为超过这个数字后,学习曲线显示为平台期,但未推荐一个具体的时间框架,尽管研究中限定时间为3个月。
第三,STE在评估各房室的标准化和规范化尚未完善。尽管在2016年,欧洲心血管成像协会(the European Association of Cardiovascular Imaging, EACVI)和美国超声心动图学会(the American Society of Echocardiography, ASE)就建立标准化工作组试图通过标准化和质量保证来解决供应商间的不同产生的误差,工作组内部的共识是:10%以下的相对误差是可以接受的,但两个不同的软件包测量的整体纵向应变的绝对值误差仍可能高达4%~5%[39]。此外,纵向及周向应变测量在心内膜处最高,在心外膜处最低[40],但是,目前没有足够的证据来确定心内膜下心肌、中层心肌或心外膜下心肌应变中哪个是最佳选择[22]。
第四,目前尚不明确STE在指导脓毒症液体复苏和判断液体反应的应用价值。García-López等[36]通过抬腿试验改变前负荷来观察对心肌应变的变化,这种变化是否在脓毒症休克液体复苏时具有一致性有待明确,因为在健康人中也观察到心肌应变的改变[41]。另外,在高前负荷的脓毒症患者中,心动过速与异常的左心室张力有关,这种相关性在低或中前负荷患者中不明显[42],心肌应变的改变在二维STE检测是敏感的,而这种敏感性在指导脓毒症心肌病治疗中是否可靠,以及是否有助于鉴别心肌应变的发生是由于脓毒症心肌病自身病理改变所致还是脓毒症或脓毒症休克一系列治疗,包括液体复苏、血管活性药物应用等引起心肌被动性改变引起的,也有待进一步阐明。
最后,心肌应变的解读需要谨慎,因为心脏是弹性器官,而脓毒症患者通常存在血流动力学障碍,根据Frank-starling理论,心肌应变在一定程度内受到负荷容量的影响,脓毒症液体复苏时,心脏功能障碍的评估可以通过容积负荷对其的增强作用来掩盖[43],也有可能加重心功能损害[44-45]。这种因容量负荷改变后引起超声下心肌应变的改变是否能正确反映心肌本身功能障碍,且心脏为一整体,部分心肌抑制也可能并不一定能在超声下检测出来。
3 结语尽管目前STE存在一些不足之处,但是不可否认STE在脓毒症心肌病的早期诊断、治疗监测、评估预后等方面具有重要的临床应用价值。未来,在算法优化、成像技术改进、行业标准化等瓶颈被突破后,相信STE能够更好地服务于临床。
利益冲突 所有作者均声明不存在利益冲突
[1] | 中国医师协会急诊医师分会, 中国研究型医院学会休克与脓毒症专业委员会, 解放军总医院第四医学中心创伤研究中心, 等. 中国脓毒症/脓毒性休克急诊治疗指南(2018)[J]. 临床急诊杂志, 2018, 19(9): 567-588. DOI:10.13201/j.issn.1009-5918.2018.09.001 |
[2] | Rhodes A, Evans LE, Alhazzani W, et al. Surviving sepsis campaign: international guidelines for management of sepsis and septic shock: 2016[J]. Intensive Care Med, 2017, 43(3): 304-377. DOI:10.1007/s00134-017-4683-6 |
[3] | Beesley SJ, Weber G, Sarge T, et al. Septic cardiomyopathy[J]. Crit Care Med, 2018, 46(4): 625-634. DOI:10.1097/ccm.0000000000002851 |
[4] | Ehrman RR, Sullivan AN, Favot MJ, et al. Pathophysiology, echocardiographic evaluation, biomarker findings, and prognostic implications of septic cardiomyopathy: a review of the literature[J]. Crit Care, 2018, 22(1): 112. DOI:10.1186/s13054-018-2043-8 |
[5] | 赵盈洁, 潘翠珍. 斑点追踪成像技术在心肌病中的应用进展[J/CD]. 中华医学超声杂志(电子版), 2015, 12(7): 510-513. DOI: 10.3877/cma.j.issn.1672-6448.2015.07.003. |
[6] | Cameli M, Mandoli GE, Sciaccaluga C, et al. More than 10 years of speckle tracking echocardiography: Still a novel technique or a definite tool for clinical practice?[J]. Echocardiography, 2019, 36(5): 958-970. DOI:10.1111/echo.14339 |
[7] | Parker MM, Shelhamer JH, Bacharach SL, et al. Profound but reversible myocardial depression in patients with septic shock[J]. Ann Intern Med, 1984, 100(4): 483-490. DOI:10.7326/0003-4819-100-4-483 |
[8] | Vieillard-Baron A. Septic cardiomyopathy[J]. Ann Intensive Care, 2011, 1(1): 6. DOI:10.1186/2110-5820-1-6 |
[9] | Trivedi SJ, Altman M, Stanton T, et al. Echocardiographic strain in clinical practice[J]. Heart Lung Circ, 2019, 28(9): 1320-1330. DOI:10.1016/j.hlc.2019.03.012 |
[10] | 葛伟东, 任定远, 李锋之, 等. 二维斑点追踪成像技术对脓毒症患者左心功能的研究[J]. 中华危重症医学杂志(电子版), 2019, 12(1): 20-24. DOI:10.3877/cma.j.issn.1674-6880.2019.01.004 |
[11] | Dalla K, Hallman C, Bech-Hanssen O, et al. Strain echocardiography identifies impaired longitudinal systolic function in patients with septic shock and preserved ejection fraction[J]. Cardiovasc Ultrasound, 2015, 13: 30. DOI:10.1186/s12947-015-0025-4 |
[12] | Orde SR, Pulido JN, Masaki M, et al. Outcome prediction in sepsis: speckle tracking echocardiography based assessment of myocardial function[J]. Crit Care, 2014, 18(4): R149. DOI:10.1186/cc13987 |
[13] | Ng PY, Sin WC, Ng AK, et al. Speckle tracking echocardiography in patients with septic shock: a case control study (SPECKSS)[J]. Crit Care, 2016, 20(1): 145. DOI:10.1186/s13054-016-1327-0 |
[14] | Landesberg G, Jaffe AS, Gilon D, et al. Troponin elevation in severe sepsis and septic shock: the role of left ventricular diastolic dysfunction and right ventricular dilatation[J]. Crit Care Med, 2014, 42(4): 790-800. DOI:10.1097/ccm.0000000000000107 |
[15] | Chu M, Gao Y, Zhou B, et al. Circumferential strain can be used to detect lipopolysaccharide-induced myocardial dysfunction and predict the mortality of severe Sepsis in mice[J]. PLoS One, 2016, 11(5): e0155346. DOI:10.1371/journal.pone.0155346 |
[16] | Chu M, Qian LJ, Zhu ML, et al. Circumferential strain rate to detect lipopolysaccharide-induced cardiac dysfunction: a speckle tracking echocardiography study[J]. Quant Imaging Med Surg, 2019, 9(2): 151-159. DOI:10.21037/qims.2018.11.03 |
[17] | Lang RM, Badano LP, Mor-Avi V, et al. Recommendations for cardiac chamber quantification by echocardiography in adults: an update from the American Society of Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging[J]. J Am Soc Echocardiogr, 2015, 28(1): 1-39. DOI:10.1016/j.echo.2014.10.003 |
[18] | Nagueh SF, Smiseth OA, Appleton CP, et al. Recommendations for the evaluation of left ventricular diastolic function by echocardiography: an update from the American society of echocardiography and the European association of cardiovascular imaging[J]. Eur Heart J Cardiovasc Imaging, 2016, 17(12): 1321-1360. DOI:10.1093/ehjci/jew082 |
[19] | Velagapudi VM, Pidikiti R, Tighe DA. Is left ventricular global longitudinal strain by two-dimensional speckle tracking echocardiography in sepsis cardiomyopathy ready for prime time use in the ICU?[J]. Healthcare, 2019, 7(1): 5. DOI:10.3390/healthcare7010005 |
[20] | De Geer L, Engvall J, Oscarsson A. Strain echocardiography in septic shock-a comparison with systolic and diastolic function parameters, cardiac biomarkers and outcome[J]. Crit Care, 2015, 19: 122. DOI:10.1186/s13054-015-0857-1 |
[21] | Zaky A, Gill EA, Lin CP, et al. Characteristics of sepsis-induced cardiac dysfunction using speckle-tracking echocardiography: a feasibility study[J]. Anaesth Intensive Care, 2016, 44(1): 65-76. DOI:10.1177/0310057x1604400111 |
[22] | Mirea O, Pagourelias ED, Duchenne J, et al. Variability and reproducibility of segmental longitudinal strain measurement: a report from the EACVI-ASE strain standardization task force[J]. JACC Cardiovasc Imaging, 2018, 11(1): 15-24. DOI:10.1016/j.jcmg.2017.01.027 |
[23] | Mora V, Roldán I, Romero E, et al. Comprehensive assessment of left ventricular myocardial function by two-dimensional speckle-tracking echocardiography[J]. Cardiovasc Ultrasound, 2018, 16(1): 16. DOI:10.1186/s12947-018-0135-x |
[24] | de Braga Lima Carvalho Canesso M, Borges IN, de Deus Queiroz Santos TA, et al. Value of speckle-tracking echocardiography changes in monitoring myocardial dysfunction during treatment of sepsis: potential prognostic implications[J]. Int J Cardiovasc Imaging, 2019, 35(5): 855-859. DOI:10.1007/s10554-018-01525-1 |
[25] | Vallabhajosyula S, Kumar M, Pandompatam G, et al. Prognostic impact of isolated right ventricular dysfunction in sepsis and septic shock: an 8-year historical cohort study[J]. Ann Intensive Care, 2017, 7(1): 94. DOI:10.1186/s13613-017-0319-9 |
[26] | Vallabhajosyula S, Sakhuja A, Geske JB, et al. Role of admission troponin-T and serial troponin-T testing in predicting outcomes in severe sepsis and septic shock[J]. J Am Heart Assoc, 2017, 6(9). DOI:10.1161/jaha.117.005930.DOI:10.1161/jaha.117.005930 |
[27] | Vallabhajosyula S, Jentzer JC, Geske JB, et al. New-onset heart failure and mortality in hospital survivors of sepsis-related left ventricular dysfunction[J]. Shock Augusta Ga, 2018, 49(2): 144-149. DOI:10.1097/SHK.0000000000000952 |
[28] | Sanfilippo F, Corredor C, Fletcher N, et al. Left ventricular systolic function evaluated by strain echocardiography and relationship with mortality in patients with severe sepsis or septic shock: a systematic review and meta-analysis[J]. Crit Care, 2018, 22(1): 183. DOI:10.1186/s13054-018-2113-y |
[29] | El-Nawawy AA, Abdelmohsen AM, Hassouna HM. Role of echocardiography in reducing shock reversal time in pediatric septic shock: a randomized controlled trial[J]. J Pediatr (Rio J), 2018, 94(1): 31-39. DOI:10.1016/j.jped.2017.02.005 |
[30] | Beesley SJ, Egan E, Lanspa MJ, et al. Unanticipated critical findings on echocardiography in septic patients[J]. Ultrasound J, 2020, 12(1): 12. DOI:10.1186/s13089-020-00162-x |
[31] | Voigt JU, Cvijic M. 2-and 3-dimensional myocardial strain in cardiac health and disease[J]. JACC Cardiovasc Imaging, 2019, 12(9): 1849-1863. DOI:10.1016/j.jcmg.2019.01.044 |
[32] | 唐磊, 尹立雪. 超声斑点追踪显像的临床应用进展[J]. 中华超声影像学杂志, 2011, 20(8): 722-725. DOI:10.3760/cma.j.issn.1004-4477.2011.08.02 |
[33] | 王建华. 超声斑点追踪成像: 从二维到三维[J]. 中华医学超声杂志(电子版), 2014, 11(3): 1-4. DOI:10.3877/cma.j.issn.1672-6448.2014.03.001 |
[34] | Orde S, Huang SJ, McLean AS. Speckle tracking echocardiography in the critically ill: enticing research with minimal clinical practicality or the answer to non-invasive cardiac assessment?[J]. Anaesth Intensive Care, 2016, 44(5): 542-551. DOI:10.1177/0310057x1604400518 |
[35] | Badano LP, Kolias TJ, Muraru D, et al. Standardization of left atrial, right ventricular, and right atrial deformation imaging using two-dimensional speckle tracking echocardiography: a consensus document of the EACVI/ASE/Industry Task Force to standardize deformation imaging[J]. Eur Heart J Cardiovasc Imaging, 2018, 19(6): 591-600. DOI:10.1093/ehjci/jey042 |
[36] | García-López ZY, Vargas-Barrón J. Evaluation of the global longitudinal strain and segmental strain of the right ventricle with two-dimensional speckle-tracking echocardiography with elevation of the legs[J]. Arch Cardiol Mex (Eng), 2019, 89(1): 1-7. DOI:10.24875/acm.M19000001 |
[37] | Levy PT, Machefsky A, Sanchez AA, et al. Reference ranges of left ventricular strain measures by two-dimensional speckle-tracking echocardiography in children: a systematic review and meta-analysis[J]. J Am Soc Echocardiogr, 2016, 29(3): 209-225. DOI:10.1016/j.echo.2015.11.016 |
[38] | Chan J, Shiino K, Obonyo NG, et al. Left ventricular global strain analysis by two-dimensional speckle-tracking echocardiography: the learning curve[J]. J Am Soc Echocardiogr, 2017, 30(11): 1081-1090. DOI:10.1016/j.echo.2017.06.010 |
[39] | D'hooge J, Barbosa D, Gao H, et al. Two-dimensional speckle tracking echocardiography: standardization efforts based on synthetic ultrasound data[J]. Eur Heart J Cardiovasc Imaging, 2016, 17(6): 693-701. DOI:10.1093/ehjci/jev197 |
[40] | Nagata Y, Wu VC, Otsuji Y, et al. Normal range of myocardial layer-specific strain using two-dimensional speckle tracking echocardiography[J]. PLoS One, 2017, 12(6): e0180584. DOI:10.1371/journal.pone.0180584 |
[41] | García-López ZY, Vargas-Barrón J. Evaluation of the global longitudinal strain and segmental strain of the right ventricle with two-dimensional speckle-tracking echocardiography with elevation of the legs[J]. Arch Cardiol Mex (Eng), 2019, 89(1): 15-19. DOI:10.24875/acme.M19000003 |
[42] | Lanspa MJ, Shahul S, Hersh A, et al. Associations among left ventricular systolic function, tachycardia, and cardiac preload in septic patients[J]. Ann Intensive Care, 2017, 7(1): 17. DOI:10.1186/s13613-017-0240-2 |
[43] | Dermlim A, Osuga T, Nakamura K, et al. Effect of acute volume loading on left atrial strain values derived from two-dimensional speckle tracking echocardiography in dogs[J]. J Vet Med Sci, 2019, 81(7): 949-957. DOI:10.1292/jvms.19-0012 |
[44] | de Waal K, Phad N, Boyle A. Left atrium function and deformation in very preterm infants with and without volume load[J]. Echocardiography, 2018, 35(11): 1818-1826. DOI:10.1111/echo.14140 |
[45] | Genovese D, Singh A, Volpato V, et al. Load dependency of left atrial strain in normal subjects[J]. J Am Soc Echocardiogr, 2018, 31(11): 1221-1228. DOI:10.1016/j.echo.2018.07.016 |