肺动脉高压中左心室收缩力增强对心室动能的影响及其交感调控机制

本文通过4D血流心血管磁共振（CMR）技术，深入探讨了前毛细血管性肺动脉高压（PH）患者左右心室动能（KE）的生理学机制。研究发现，尽管患者右心室收缩期KE与健康对照组无显著差异，但左心室收缩期KE指数化值、左心室收缩力及心率均显著升高，提示交感神经上调可能是驱动机制。此外，双心室晚期充盈KE增加，凸显心房收缩对心室充盈的重要性。本研究为理解PH患者心室血流动力学改变提供了新的影像学生物标志物。

　　

引言

前毛细血管性肺动脉高压（PH）以肺血管重塑和肺循环血流梗阻为特征，与右心衰竭导致的预后不良密切相关。虽然右心室（RV）容积增大、射血分数（EF）降低以及左心室（LV）容积减小是PH预后的重要标志，但传统EF指标的预测价值存在争议，且LV纵向功能可能在EF保留的情况下已受损。这表明双心室功能障碍的存在超出了EF所能指示的范围，因此需要更精细的方法来检测这种功能障碍。

动能（KE）作为血液因运动而具有的能量，可能成为双心室功能障碍的指标。通过四维（4D）血流心血管磁共振成像（CMR）可以计算心室内血流的KE，该方法已证明KE受年龄和性别影响，并在多种疾病状态中发生改变。尽管此前已在PH中量化了心室KE，但其生理学决定因素尚不明确。本研究旨在探讨PH患者与健康对照之间血流动力学状态与RV-KE及LV-KE的关联。

研究方法

这项前瞻性、观察性、病例对照研究按照STROBE指南进行报告。研究连续纳入了2016年至2021年间转诊至三级PH中心的疑似或确诊PH患者。纳入标准为年龄≥16岁、确诊为特发性或遗传性肺动脉高压（PAH）、结缔组织病相关PAH或慢性血栓栓塞性肺动脉高压（CTEPH）的患者。排除标准包括心房颤动、心脏分流和/或CMR图像质量不佳。

健康对照组由年龄和性别匹配的志愿者组成，均为从不吸烟、无已知心血管或系统性疾病（包括系统性高血压）、未接受心血管治疗、心电图和CMR无病理发现的个体。

所有参与者均签署书面知情同意书。研究获得隆德地区伦理委员会批准，并符合赫尔辛基宣言。

右心导管术用于确认PH诊断，测量右心房压、肺动脉压和肺动脉楔压，并计算肺血管阻力（PVR）。CMR图像在1.5T扫描仪上获取，包括平衡稳态自由进动电影图像和4D血流图像。图像分析使用Segment软件进行，包括心室内膜勾画、KE计算以及通过无创压力-容积（PV）环计算LV收缩力。

研究结果

最终分析包括20例PH患者（中位年龄69岁，16例女性）和12例健康对照（中位年龄62岁，9例女性）。患者中65%为PAH，35%为CTEPH，多数为新诊断且未治疗。患者具有典型的心血管合并症，30%伴有慢性阻塞性肺疾病（COPD）或肺气肿。

CMR显示，患者的RV容积和质量更大，三尖瓣反流分数更高，RVEF更低。LV指数化容积较对照组小，但LVEF和心脏指数无组间差异。患者心率更高。

无创LV压力-容积环分析显示，患者的LV收缩力高于对照组。收缩期LV-KE与LV卒中容积（SV）呈正相关，但与LV收缩力呈负相关。PVR与收缩期RV-KE、RV-SV或无显著关联，表明RV可能仍能代偿增加的后负荷。

动能分析表明，患者收缩期LV-KE指数化值、LV收缩力和心率均高于对照组，提示交感上调可能是收缩期LV-KE增加的驱动机制。双心室晚期充盈KE增加，表明心房收缩对心室充盈的重要性增强。

讨论

本研究发现PH患者收缩期LV-KE在给定SV下高于对照组，同时心率和LV收缩力升高，表明交感神经上调可能是增加收缩期LV-KE的潜在机制。PVR与收缩期RV-KE无关联，提示RV可能仍能代偿增加的后负荷。晚期舒张期KE的增加表明PH患者心室充盈更依赖心房收缩。

生理因素 contributing to altered KE

PH患者通常具有较小的LV-SV。为考虑血液质量效应，我们将LV-KE指数化至LV-SV。研究发现，绝对值的收缩期LV-KE组间相似，但指数化值在患者中更高，表明收缩期速度增加伴SV减少。速度增加可能由于心率较高导致血液从舒张期到收缩期减速时间更短，或LV每搏容积加速更大。更高的加速度可能表明LV收缩力增加。无创LV压力-容积环确实显示PH患者收缩力更高。LV end-systolic容积与压力的关系也可能因空间弯曲而加剧，这进一步减少了LV end-systolic容积。目前尚不清楚异常空间运动在多大程度上影响无创收缩力分析。

患者显示在给定LV收缩力下，收缩期LV-KE倾向于更高。具有低收缩期LV-KE和低LV-SV的患者也具有最高LV收缩力。高收缩力表明LV收缩功能本质正常，因为衰竭LV的收缩力预期会降低。收缩期LV-KE较低可能 due to LV underfilling。这可以解释收缩期LV-KE与收缩力之间反直觉的负相关关系——LV underfilling患者（LV-SV和收缩期LV-KE均减少）可能心输出量较低，导致交感上调 and increased contractility。因此，收缩期LV-KE与收缩力的负相关可能受LV-SV影响。确实，我们发现LV-SV差异与收缩期LV-KE和LV收缩力均强烈相关。

收缩期RV-KE与PVR无关联，RV-SV与PVR也无关联。后者表明RV仍能代偿增加的PVR，并可能解释患者与对照组之间相似的收缩期RV-KE。如果患者处于失代偿性RV衰竭，RV将屈服于增加的后负荷。在此情境下，血液前向运动将减少，导致——至少理论上——收缩期RV-KE降低。然而，评估PAH晚期RV-KE的研究仍有待进行。

RV-KE

我们发现PH患者舒张期RV-KE高于对照组，可能由RV stiffness增加和松弛受损驱动，这在PH中已有报道。随着RV松弛受损，心室充盈对心房收缩的依赖可能 substantial，从而增加右心房搏出功。

我们发现早期充盈RV-KE指数化至RV-EDV或RV-SV组间无差异。我们的结果与之前一项评估早期充盈KE的研究不同，该研究报道PH患者RV-KE指数化至RV-EDV低于对照组。然而，之前的研究包括分流患者，因此一些患者的EDV可能更大。由于我们排除了分流患者，EDV和血流动力学状态的差异可能解释结果的不一致。

早期和晚期充盈RV-KE仅能在60%的患者群体中分离；其余表现为两充盈期融合。早期和晚期充盈融合通常理解与心率增加相关，这在当前PH群体中可见。然而，25%的患者仅在RV出现E和A波融合，而LV仍保留舒张期。这表明在PH患者中，舒张期充盈在RV与LV中受影响不同，且心率增加不是舒张期融合的唯一解释。

我们的研究中，PH患者与对照组之间收缩期RV-KE相似，支持Zhao等人的结果。尽管患者与对照组之间舒张期RV-KE不同，但相似的收缩期RV-KE可能表明舒张功能在疾病更早阶段受影响，而收缩功能尚未受影响。

LV-KE

我们的研究中，晚期充盈LV-KE指数化至LV-SV在患者中高于对照组，可能 due to 患者 exhibiting 更高心率。更高心率导致舒张期持续时间更短，这可能潜在需要更高晚期充盈速度以确保足够体积在下次射血前进入小心室。此外，PH中LV早期充盈压力梯度降低，提示LV suction受损，且 potentially，LV preload减少的结果。随着由于preload减少导致的早期充盈受损，心房收缩可能对在PH中充分填充LV至关重要。

我们的研究中，早期充盈LV-KE组间相似，提示松弛未改变且LV无内在心肌疾病。相反，Zhao等人报道PH患者早期充盈LV-KE低于对照组，且组间LV-EDV指数化至体表面积无差异。我们的研究群体与Zhao等人不同，后者包括左心房充盈压≥15 mmHg和未治疗分流患者。因此，Zhao等人中的一些患者不能严格分类为前毛细血管性PH。我们的研究中，无患者有增加左心房充盈压或现存分流，且LV-EDV指数化至体表面积在PH中低于对照组。Zhao等人中患者所见较低早期充盈LV-KE可能 thus，部分地，通过指数化至LV-EDV、不同患者特征和血流动力学解释。

研究局限性

我们同时纳入了PAH和CTEPH患者，因为两组心内压力条件预期相似。然而，需要更大样本量以进一步评估任何亚组差异。总体而言，样本量相对较小，尤其是在PVR分析（仅14例患者可纳入）和将舒张期KE分离为早期与晚期充盈时。由于这是首项探讨PVR和LV收缩力如何影响KE的研究，未进行先验效能计算，因此我们的研究可能效能不足。然而，我们的探索性研究可能为未来更大规模研究提供框架，包括泵生理学子组分析和KE评估在PH患者中的预后效用。此外，更大研究允许调整其他生理学变量如心率和血压，这可能澄清独立关联。呼吸急促患者的图像可能有呼吸伪影，增加4D质量差及因此从研究排除的风险。无创PV环已在猪模型和健康受试者中验证，但未在PH患者中验证。心室间依赖和压力差异可能导致PH中空间弯曲，其中空间向左偏离。因此，空间弯曲可能改变end-systolic容积，从而潜在影响一些PH患者LV收缩力估计。

结论

PH患者 exhibited 更高收缩期LV-KE在给定SV下比对照组，以及更高心率和LV收缩力，提示交感上调作为可能驱动机制 behind 增加收缩期LV-KE。PVR与收缩期RV-KE无关联，提示RV可能仍能代偿增加的后负荷。增强的晚期舒张期KE表明PH患者心室充盈 increased reliance on 心房收缩。