糖尿病心肌病的CMR診斷及研究進展

　　糖尿病心肌病（diabetic cardiomyopathy，DbCM）是一種發生于糖尿病病人，且不能用高血壓、冠狀動脈粥樣硬化、心臟瓣膜病及其他心臟病變來解釋病因的心肌疾病。DbCM繼發于代謝性損傷，能夠導致心肌的結構和功能異常，最終引起心力衰竭。目前認為糖尿病病人高血糖和高脂血癥的代謝環境，可導致心肌細胞肥大、壞死、凋亡、肌纖維減少、膠原沉積、心肌間質彌漫性纖維化、微小血管基膜肥厚、基質增加、心肌內微小血管損傷和微小動脈瘤等一系列病理變化，其發病機制反映了該病的多因素性和復雜性，心肌纖維化和心肌細胞肥大是該病最重要的機制。

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　　在疾病的早期階段，病人常無臨床癥狀；晚期會出現心力衰竭、心律失常、心源性休克，嚴重者甚至猝死。因此，對DbCM早期診斷、危險分級及預后評估十分重要。心臟磁共振（cardiovascular magnetic resonance,CMR）檢查能夠提供詳細的心臟解剖、功能和組織特性，對心臟疾病的診斷、預后及風險評估具有重要價值。本文就DbCM的MR診斷應用及研究進展作一綜述。

　　評價糖尿病心肌損害的影像學方法包括超聲心動圖、CMR、多層CT（MSCT）和核素顯像。相比于其他成像方法，CMR穩定性及可重復性較高，具有良好的空間分辨力，可以直接觀察心肌的組織學特征，且沒有X線輻射等副作用。另外，CMR還可以鑒別高危糖尿病病人，特別是超聲心動圖顯示舒張功能異常以及由于回聲不良而影響診斷的病人。CMR主要檢測方法包括常規CMR掃描、CMR特征性追蹤（CMR feature tracking,CMR-FT）、MR心肌灌注成像（magnetic resonance myocardial perfusion imaging，MRMPI）與釓延遲強化（lateg adolinium enhancement,LGE）、T1-mapping技術及磁共振波譜成像（MRS）。

　　由于DbCM缺乏特異有效的診斷方法，基于多種成像技術與相關血漿生物標志物檢測的組合成為了診斷DbCM的新方法。目前應用CMR評價糖尿病病人左心室（leftventricle，LV）功能和結構改變是診斷DbCM的最佳方法，并可排除導致其改變的其他心臟疾病，DbCM主要表現為心臟舒張功能障礙、心室肥大、能量代謝紊亂和心肌纖維化。

　　1.常規CMR

　　常規CMR掃描序列主要用于評估DbCM病人LV結構和功能。系列臨床研究發現前驅糖尿病、糖尿病、2型糖尿病（T2DM）、DbCM病人與對照組（健康對照組或非糖尿病病人）相比，病人LV存在不同程度的同心重塑（LV質量與體積比值增加），而且還發現病人LV舒張末期容積減少或容積指數降低。如Storz等研究發現，與前驅糖尿病病人相比，糖尿病病人LV重塑有升高趨勢。

　　Shang等進一步研究發現舒張末期容積與糖尿病病史的長度呈正相關。Larghat等發現糖尿病病人的LV質量高于前驅糖尿病病人[分別為（112.8±39.7）g和（90.3±18.7）g]。而Levelt等系列研究卻發現T2DM病人與對照組LV質量或質量指數沒有明顯差異，可能是由于T2DM病人處于疾病早期，還未出現心肌肥大及質量增加。此外，Loganathan等研究還發現晚期糖尿病小鼠的LV壁變薄，可能是由于LV失代償，LV體積增加，且合并收縮功能異常所致。

　　上述研究表明DbCM病人LV質量可不同程度增加，伴LV舒張末期容積減少，LV壁可有增厚，晚期由于失代償LV壁可變薄，收縮功能出現障礙。有研究者將DbCM的心臟結構、功能重塑分早期、中期和晚期3個主要階段：早期階段無癥狀，LV略微肥厚，可有舒張功能障礙；中期表現為進行性心肌細胞肥大，LV大小、壁厚和心肌質量增加，導致舒張功能障礙和輕度收縮功能障礙（射血分數＜50%）；晚期LV大小、壁厚和質量進一步增大，出現明顯的舒張和收縮異常等相關功能障礙。因此，CMR常規序列能夠準確評價DbCM病人LV的解剖結構重塑及功能障礙程度，從而評估DbCM疾病的發展階段。

　　2.CMR-FT技術

　　CMR-FT基于快速平衡穩態進動（steady state free procession,SSFP）序列，可追蹤整體和局部心肌節段的心內膜和心外膜邊界，通過后處理軟件計算邊界之間的相對運動得出室壁的應變性來評估整體和局部心肌節段的應變，從而定量分析LV整體和局部功能，該技術不需要特殊掃描序列和對比劑，且不受心臟旋轉運動和束縛效應的影響。糖尿病病人的應變及應變率（strain rate，SR）的異常均可反映心臟整體和局部功能障礙。Khan等研究發現，T2DM年輕病人（平均年齡31.8歲）相比非糖尿病病人，其LV舒張早期峰值SR顯著降低，且與糖尿病病史長度呈負相關；而Larghat等卻發現糖尿病病人LV舒張早期SR高于非糖尿病病人[分別為（0.52±0.25）s-1和（0.40±0.20）s-1]。上述研究結果存在差異的原因可能是Khan等的研究中所納入病人的糖尿病狀態及研究對象為非單純糖尿病。

　　在局部心功能研究方面，Chen等研究發現糖尿病病人舒張早期與舒張晚期峰值速度比與LV整體舒張峰值應變呈負相關，與SR呈正相關；且發現糖尿病病人心臟功能障礙基底部受累較為明顯（基底部SR較低），從基底部到心尖部受累程度逐漸降低。通過上述對心肌整體及局部研究表明糖尿病病人不僅合并LV整體功能受損，而且局部心肌也有明顯功能障礙，以心基底部功能障礙尤為明顯。

　　綜上，通過CMR-FT技術能同時觀察、評估病人整體及局部的LV心肌的活性，可通過早期明確心臟功能是否失調，避免心室重構給病人帶來的風險。

　　3.MRMPI與LGE

　　由于存在病變的冠狀動脈供血區的心肌血流灌注少于正常冠狀動脈供血區，導致局部心肌血流分布不平衡，由此可以反映局部心肌血流灌注情況及相應心肌功能。多項研究采用MRMPI對糖尿病病人分析，發現其不僅可以早期發現冠狀動脈微循環障礙，還可以定量評估微循環損傷的程度。Liu等發現與健康對照組比較，T2DM病人的亞臨床心肌功能障礙和心肌微血管灌注受損，且這些異常隨著時間的推移逐漸加重。

　　Korosoglou等研究也發現T2DM病人存在血管功能受損和心肌舒張功能障礙，但心肌舒張功能障礙與心肌灌注儲備受損無關。Levelt等研究發現T2DM病人組的平均心肌灌注儲備指數比對照組低24%；但Khan等研究顯示年輕T2DM病人的平均心肌灌注儲備指數與心肌灌注儲備無顯著異常。上述研究結果差異可能是由于心肌微血管功能障礙在T2DM的早期階段開始并隨著疾病持續時間的增加而累積所致。

　　LGE成像技術是基于膠原纖維代替壞死的心肌而形成瘢痕，其間隙較正常細胞外間隙擴大，導致對比劑在細胞外間隙停留時間延長，延遲掃描時纖維瘢痕組織較正常心肌信號增高，因此可用于評估局限性纖維化或瘢痕組織的范圍和程度。LGE對心肌損傷程度及預后評估具有重要價值。多項研究發現與對照組（健康對照組或非糖尿病對照組）比較，前驅糖尿病或糖尿病病人心肌局灶性LGE陽性率高于對照組，但各研究間的糖尿病病人心肌LGE陽性率差異較大。

　　Storz等研究中前驅糖尿病和糖尿病病人的總體LGE陽性率均較低（分別為7%和5%），而Giusca等研究中糖尿病病人的總體LGE陽性率高達41.2%。Bamberg等研究發現糖尿病病人LGE上大多（65%）表現為心內膜下和壁間強化，少數（18%）為透壁性強化。Storz等與Giusca等研究中LGE陽性率明顯不同，可能與研究對象有關，后者研究對象的年齡較大，且未嚴格排除心血管疾病病人；也可能是病人處于糖尿病不同階段。由此可見前驅糖尿病、糖尿病病人心肌LGE陽性率較正常人有所增加，且LGE主要發生于心內膜下及心肌壁間。

　　研究證實，LGE能夠診斷糖尿病病人心電圖和常規CMR無法識別的隱匿性心肌梗死（即心內膜下LGE），且出現LGE常提示嚴重預后不良。Schelbert等研究發現LGE能檢測到包括糖尿病病人在內的隱匿性心肌梗死，檢出率明顯高于心電圖；且這類病人的心肌梗死死亡風險增加。Acharya等研究還發現CMR檢測到合并隱匿性心肌梗死的糖尿病病人，其3、5、10年死亡率逐漸升高，且10年后死亡率與明確心肌梗死病人的死亡率沒有明顯差異。

　　4.T1mapping技術與細胞外容積

　　基于改良Look-Locker反轉恢復（modified Look-Locker inversion recovery,MOLLI）序列的T1mapping技術可以反映CMR中各像素的T1值，通過分析T1值對心肌進行定量評價。T1mapping包括平掃T1mapping及增強T1mapping，可量化DbCM心肌間質彌漫性纖維化的程度，并反映DbCM心肌細胞外基質的擴張情況。新近出現的釓對比劑聯合T1mapping技術定量分析的細胞外容積（extracellular volume,ECV）分數可反映細胞外間質容積占整個心肌組織容積的百分比，在無水腫、淀粉樣變及其他形式浸潤性疾病的情況下，ECV分數可作為反映心肌纖維化的生物學指標。

　　前驅糖尿病和糖尿病均可引起病人心肌ECV分數改變。一些研究發現與健康或非糖尿病病人對照組比較，前驅糖尿病和糖尿病病人（T1DM、T2DM）的心肌ECV分數增加，也有的會出現心肌平掃T1值增大。Shang等研究發現ECV與糖尿病病程呈正相關。而Storz等研究發現與健康對照ECV分數（24.2%±2.8%）相比，前驅糖尿病和糖尿病病人ECV分數（23.1%±2.4%和22.8%±3.0%）均降低，且ECV分數與糖尿病狀態呈負相關，可能是由于其研究對象糖尿病狀態不同。

　　有研究者認為糖尿病心肌病早期階段ECV分數下降，而在疾病晚期常出現ECV分數增加及纖維化改變。通過前驅糖尿病和糖尿病病人心肌ECV分數及平掃T1值的準確測量，可量化病人心臟彌漫性纖維化及纖維化程度，對DbCM病人心臟功能障礙程度及疾病發展階段的評估具有重要價值。

　　5.MRS

　　MRS能夠對特定原子核及化合物進行定量分析，具有無輻射和無需示蹤劑的優點。1H-MRS和31P-MRS常用于識別心肌代謝的細微改變。心肌細胞內脂質和細胞外脂質在1H-MRS上表現為頻率不同的2個波峰，共振峰的峰高和峰下面積可反映化合物的濃度，從而可定量分析心肌細胞內脂質含量。31P-MRS可通過檢測磷酸肌酸（phosphocreatine，PCr）/三磷酸腺苷（adenosine triphosphate,ATP）比值評估心肌高能磷酸鹽的代謝變化。脂質在肥胖病人和T2DM病人心臟中累積，隨后的代謝失衡和脂毒性可導致與糖尿病相關的心室功能障礙。因此，評估DbCM病人的心肌能量代謝及脂肪變性對疾病的診斷具有重要價值。

　　DbCM病人心肌細胞中三酰甘油（hepatictriglyceride,TG）儲存量增多，且心肌脂肪變性可能是DbCM的早期征兆。PCr/ATP比值是心臟能量儲備和代謝效率的重要指標，比值增加與舒張和收縮功能障礙有關。Scheuermann-Freestone等發現，T2DM病人PCr/ATP比值（1.50±0.11）顯著低于健康志愿者（2.30±0.12）。在對T2DM病人的心肌脂肪含量研究中，Rijzewijk等發現，T2DM病人心肌TG含量顯著高于健康志愿者[分別為（0.96±0.07）%和（0.65±0.05）%]。

　　Levelt等的系列研究也發現，與對照組相比，糖尿病病人心肌PCr/ATP比值降低，糖尿病病人心肌TG含量明顯增加；在運動期間PCr/ATP比值進一步降低；而TG含量跟T2DM病人有無肥胖沒有明顯關系，且心肌TG與收縮應變呈負相關。上述系列研究表明糖尿病病人心肌PCr/ATP比值降低，TG含量顯著增加。

　　6.小結

　　運用CMR多模態成像可對DbCM病人心臟結構、功能及代謝等改變做出準確的診斷及評估。結合Miki等整理的DbCM診斷線索，DbCM的CMR特點主要表現可歸納為：①LV存在不同程度同心重塑，隨疾病進展LV壁逐漸增厚，晚期可因失代償而變薄；早期即可發生LV舒張功能障礙，且逐漸加重并出現收縮功能障礙。②CMR-FT可發現LV整體或局部功能障礙，以心基底部功能障礙較常見。③MRMPI可見隨時間逐漸加重的心肌微血管灌注受損和心肌功能障礙；LGE掃描可觀察到心肌異常高信號。④T1mapping可發現疾病早期ECV分數下降，晚期增加，同時平掃T1值增加。⑤31P-MRS可檢測到心肌PCr/ATP降低；1H-MRS可檢測到心肌TG含量升高。

　　總之，CMR不僅能觀察DbCM病人心臟的解剖形態、LV壁異常增厚等改變，對病人心肌能量代謝、心肌纖維化程度及心肌整體及局部早期功能改變進行評估，還可對DbCM的危險因素進行分層，從而及早對病人預后進行評估及干預治療。然而，目前對于DbCM各項監測指標尚缺乏統一標準，還需要結合臨床資料進行綜合判斷。隨著CMR新技術在臨床實踐中的廣泛應用，輔以功能更為強大后期處理工作站及更為先進的自動化軟件算法等可以更加全面地識別DbCM心臟結構、功能及代謝異常，CMR有望在DbCM疾病診斷、療效判斷、危險分層及預后評估等方面發揮更重要作用。