《Physiological Reports》：RV-LV volumetric relationship during graded supine exercise in healthy adults assessed by cardiovascular magnetic resonance
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运动心血管磁共振成像（exCMR）可对生理应激状态下的双心室反应进行定量评估。本研究旨在利用exCMR表征健康成人右心室（RV）-左心室（LV）容积关系。18名健康成人（9名男性，9名女性）接受了exCMR检查。在静息状态、目标心率100次/分（Ex1）以及心
运动心血管磁共振成像（exCMR）可对生理应激状态下的双心室反应进行定量评估。本研究旨在利用exCMR表征健康成人右心室（RV）-左心室（LV）容积关系。18名健康成人（9名男性，9名女性）接受了exCMR检查。在静息状态、目标心率100次/分（Ex1）以及心肺运动试验确定的40%峰值功率（Ex2）条件下，采集心电门控短轴电影和相位对比血流图像。RV-LV容积关系通过同步电影容积测定法得出的RV/LV舒张末期和收缩末期容积比进行操作性表征。所有受试者均完成方案，所有电影和相位对比数据集均被分析。运动期间，双心室每搏输出量（SV）增加，主要通过收缩末期容积（ESV）的减少实现，而舒张末期容积（EDV）变化不大。电影推导的LV和RV每搏输出量与相位对比血流推导的测量值显示内部一致性。RV/LV EDV比（静息、Ex1和Ex2分别为1.03、1.03和1.03）和RV/LV ESV比（静息、Ex1和Ex2分别为1.09、1.09和1.08）在各阶段保持稳定。健康成人在低至中等强度仰卧位运动期间维持稳定的相对RV-LV容积关系。这些发现为未来以疾病为重点的研究提供了定量生理参考数据。
**研究背景**：左心室（LV）与右心室（RV）在解剖和功能上相互连接，维持充分循环需要双心室的协调反应。心室间相互作用是指由于心肌连续性、共享的室间隔和心包约束而产生的RV与LV之间的机械和功能相互依赖。运动时骨骼肌氧需求显著增加，需要心输出量增加。在维持串联循环前向血流的同时增加每搏输出量，需要肺循环和体循环的协调适应。运动应激时LV充盈压升高可能导致继发性肺动脉高压，进一步加剧不良心室相互作用。相反，RV压力升高（如急性肺栓塞或肺动脉高压模型）通过室间隔移位损害RV与LV的心室相互作用，降低LV前负荷和每搏输出量。因此，运动期间同时评估双心室容积可提供生理应激下协调双心室适应的定量视角。超声心动图仍是评估运动应激下心血管功能最常用的影像模态，但准确同时评估RV和LV容积具有挑战性，尤其对于几何结构复杂的RV。运动心血管磁共振（exCMR）能够在生理应激下进行双心室容积评估。既往exCMR研究已表征了分级运动强度下的双心室容积反应。基于这些先前研究，本研究聚焦于使用心电门控exCMR在标准化次极量仰卧位运动期间的相对RV-LV容积关系。本研究旨在利用exCMR量化健康成人的双心室容积适应，通过RV/LV EDV和RV/LV ESV比操作性表征RV-LV容积关系，假设健康成人在运动期间维持稳定的RV-LV容积关系。
**研究方法**：本研究为单中心、前瞻性、观察性研究，经九州大学机构伦理委员会批准（编号23427），符合《赫尔辛基宣言》。2023年8月至2024年7月间招募19名无心肺疾病的健康志愿者（10名男性，9名女性），1名参与者因筛查超声心动图发现卵圆孔未闭被排除，最终纳入18名健康志愿者进行分析。筛查时由经验丰富的超声技师进行标准经胸超声心动图检查，并由心脏科医师审核确认心脏结构和功能正常。运动耐量通过仰卧CMR前2周进行的直立位自行车测力计心肺运动试验（CPX）评估。运动负荷采用MRI兼容自行车测力计（Lode-BV，荷兰）进行仰卧位测力计应激试验。在三个时间点采集图像：静息、目标心率（HR）100次/分（Ex1）和CPX达到的40%峰值功率（Ex2）。CMR图像使用3.0 T MRI（Ingenia 3.0 T或Ingenia Elition X 3.0 T；Philips Healthcare，荷兰）采集。短轴电影用于评估LV和RV容积，采用单次激发平衡快速场回波进行电影成像。相位对比（PC）成像采用涡轮场回波平面成像确定主动脉和肺动脉血流。电影和PC图像使用心电门控和自由呼吸获取。图像分析由心脏科医师使用Aquarius iNtuition 4.4.14软件（TeraRecon，美国）进行。LV和RV舒张末期和收缩末期由视觉评估确定。统计分析采用重复测量单因素方差分析及Tukey事后检验比较静息和运动阶段的影像分析值，计算RV/LV EDV和ESV比的配对平均差异、95%置信区间和标准化效应量（Cohen's dz）。p<0.05认为有统计学意义。
**研究结果**：
- **双心室容积反应**：运动期间双心室每搏输出量增加，主要通过ESV减少实现，而EDV在研究范围内变化不大。电影容积每搏输出量与升主动脉和主肺动脉PC成像推导的每搏输出量估计值一致。LVEDV从静息133.5±21.8 mL变化至Ex1 135.7±21.8 mL和Ex2 133.6±22.4 mL（p=0.043）；LVESV从54.5±11.7 mL降至48.8±11.0 mL和44.0±9.5 mL（p<0.0001）；LVSV从79.1±12.8 mL增至86.8±13.6 mL和89.6±15.8 mL（p<0.0001）；LVEF从59±4%增至64±4%和67±4%（p<0.0001）。RVEDV从137.6±19.9 mL变化至139.3±20.0 mL和137.2±20.8 mL（p=0.017）；RVESV从58.2±10.4 mL降至52.2±9.2 mL和46.7±7.9 mL（p<0.0001）；RVSV从79.3±11.3 mL增至87.1±12.7 mL和90.7±14.7 mL（p<0.0001）；RVEF从58±3%增至63±3%和66±3%（p<0.0001）。
- **RV/LV容积比稳定性**：RV/LV EDV比在静息、Ex1和Ex2均保持1.03±0.04（p=0.677）；RV/LV ESV比分别为1.09±0.14、1.09±0.12和1.08±0.13（p=0.842）。两个比值在各阶段均无显著差异，配对变化均值小。
**讨论部分总结**：本研究证明了三项主要发现。第一，RV/LV容积比在舒张末期和收缩末期从静息到运动均保持稳定，支持健康成人在所检查运动阶段中RV-LV容积关系得以保留。第二，在低至中等强度运动期间，双心室每搏输出量增加主要通过ESV减少而非EDV增大实现。第三，心电门控exCMR能够在健康成人低至中等强度仰卧位运动期间同时评估RV和LV容积，同时保持所有参与者的诊断图像质量以及容积与PC推导每搏输出量估计值之间的内部一致性。既往运动期间心室功能评估主要依赖超声心动图，运动应激超声心动图研究主要关注LV功能，评估RV功能的尝试依赖替代指标而非直接容积测量。在exCMR研究中，既往研究或比较运动员双心室肥厚但未检查动态运动反应，或研究呼吸对静息和运动时右左心室容积的影响，或使用实时CMR表征分级和高强度运动下的双心室容积反应。基于这些先前研究，本研究提供了标准化次极量仰卧位运动期间舒张末期和收缩末期相对RV-LV容积适应的心电门控定量描述。本研究使用心电门控电影CMR在运动期间量化舒张末期和收缩末期双心室容积，与先前建立的实时运动CMR方法相比提供互补的方法学特征。运动期间RV/LV容积比恒定反映了血管后负荷和心室性能的协调适应。RV和LV容积反应受肺血管和体血管负荷影响，稳定的RV/LV容积比可能部分反映肺血管阻力（PVR）和体血管阻力（SVR）的比例变化。然而，心室容积反应不能仅归因于血管负荷，因为它们反映了前负荷、后负荷、收缩力、心率和心包约束的综合效应。在此整合生理框架内，运动相关的肺血管和体血管负荷变化可能促进健康成人RV和LV腔室适应。在此设置中，双心室每搏输出量增加主要通过ESV减少而非EDV显著增加实现，这一反应模式表明增强的收缩力连同血管适应在支持运动期间心输出量增加中发挥重要作用。同时，应激血容量增加升高静脉回流，使静脉回流曲线和Frank-Starling关系向上/向右移动，操作点沿改善的心功能曲线向右和向上移动。Schweitzer等报道仰卧位运动后每搏输出量增加主要由ESV减少介导，EDV增加较小，与本研究的反应模式基本一致，尽管本研究中EDV在工作负荷范围内变化不大。他们研究中EDV的适度增加可能部分反映运动强度高于本研究的低至中等强度方案，尽管图像采集时机差异（运动停止后立即 versus 运动进行中）也限制了直接比较。本研究中有限的EDV反应也可能反映仰卧位增加静息中心前负荷并可能限制运动期间进一步前负荷增加。最近的概念验证工作表明，仰卧位exCMR期间的下体负压通过重新引入直立应激恢复更大的运动相关EDV和每搏输出量反应。在这些条件下RV/LV比的保留表明室间隔几何和位置保持相对恒定，允许双心室平等受益于运动诱导的正性肌力增强。这种平衡的双心室反应代表健康状态下协调的心血管效率。然而，本研究未直接评估室间隔几何、呼吸相位、心室压力或心包约束，因此这些发现不应被解释为收缩或舒张心室相互作用的直接机制证明。尽管如此，心室相互依赖的改变可能在以RV容积或压力超负荷为特征的病理条件下具有临床相关性。肺动脉高压中已有RV增大和室间隔力学改变的描述，可能破坏舒张期心室相互作用。相反，本研究证明健康成人在所检查运动阶段中相对RV-LV容积关系得以保留。这些发现应主要被解释为健康成人在低至中等强度仰卧位运动期间研究的生理参考数据，可能为未来肺血管疾病或射血分数保留的心力衰竭研究提供信息，在这些疾病中运动相关的RV-LV适应改变具有生物学合理性。然而，疾病特异性相关性仍需通过直接患者研究确定。本研究存在一些局限性：样本量适中（n=18），但检测RV/LV比无变化的统计功效充分（β误差<0.20）；运动阶段限于次极量低至中等范围，低于某些先前实时运动CMR研究达到的强度；缺乏侵入性血流动力学测量，无法直接将容积比与PVR/SVR比关联；未评估心肌变形参数，因为方案优先考虑连续运动和自由呼吸图像采集以保持生理运动条件；研究了相对年轻健康成人队列，年龄相关的心脏结构和心血管储备变化可能影响双心室容积反应，因此这些发现对老年人的适用性仍需专门研究确定。
**研究结论翻译**：在健康成人中，心电门控exCMR证明在低至中等强度仰卧位运动期间RV/LV EDV和ESV比保持稳定，每搏输出量增加主要通过ESV减少实现。这些发现支持在本方案所检查的运动阶段中相对RV-LV容积关系得以保留，并为未来以疾病为重点的研究提供定量生理参考数据。
