0 前言

       近年来，全球超重和肥胖的患病率显著增加^[1]。据最新数据显示，我国已有超过一半的成人处于超重或肥胖状态^[2]，肥胖已成为中国公共健康的主要问题和重大挑战之一^[3]。肥胖是一种复杂的代谢性疾病，会增加心血管疾病和心力衰竭的风险。肥胖的合并症，如高血压、糖尿病等，是导致肥胖相关的心力衰竭的主要因素^{[4, 5, 6]}。即使单纯性肥胖患者也可能存在心脏结构及亚临床功能的改变^{[7, 8, 9]}，有发展为心力衰竭的可能。因此，评估肥胖患者的心脏结构及功能的早期改变，对于减少心血管疾病的发生、提高生活质量至关重要。

       射血分数（ejection fraction, EF）是心室整体功能评价的常用指标，但其无法评估早期心室功能受损。而心肌应变反映的是心肌的形变能力，可以定量评价整体及局部心肌运动功能，早期检测心室运动功能受损情况^{[10, 11]}。斑点追踪超声心动图（speckle tracking echocardiography, STE）是评估肥胖患者心肌形变的常用检查方法^[4,7]。但STE技术在很大程度上依赖于图像质量^[12]，而肥胖患者往往具有较多的皮下脂肪及心脏周围脂肪，在临床检查中可能干扰成像，降低图像质量，影响测量结果的准确性。

       心脏磁共振（cardiac magnetic resonance, CMR）是评价心脏结构及功能的金标准，具有良好的准确性和重复性^[13]。CMR特征追踪（CMR feature tracking, CMR-FT）技术是近年来兴起的一种应变分析技术，其基于常规的自由稳态进动序列电影图像，且具有良好的可重复性和可推广性^{[14, 15]}。目前CMR-FT对于单纯性肥胖患者的心室功能评价的研究仍较少，且现有的研究主要集中于中老年人群或仅评价单一心室功能^{[16, 17, 18, 19]}，对单纯性肥胖患者左、右心室功能的认识还不够全面。因此本研究的目的是探讨CMR-FT技术在单纯性肥胖患者左、右心室功能评价中的价值。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       前瞻性连续纳入2020年1月至2022年7月于四川大学华西医院就诊的单纯性肥胖患者，同时纳入性别及年龄匹配的正常体质量健康对照者，并行CMR检查及完善的病史询问。纳入标准：肥胖患者体质量指数（body mass index, BMI）≥28.0 kg/m²；正常体质量健康对照者BMI＞18.5且＜24.0 kg/m^{2 [20]}。排除标准：（1）存在心血管病史，如冠心病、心脏瓣膜病、原发性心肌病、先天性心脏病、严重心律失常等；（2）合并高血压、糖尿病、睡眠呼吸暂停综合征、高脂血症、高胰岛素血症等疾病；（3）合并恶性肿瘤、血液系统疾病、甲状腺疾病及重大肝、肾疾病等可能影响心血管系统的疾病；（4）服用精神类疾病治疗药物；（5）磁共振检查禁忌者；（6）CMR图像伪影严重无法测量。

       经严格的纳入排除标准后共纳入肥胖者[BMI（36.21±5.80）kg/m²] 35例（肥胖组），其中男7例，女28例，年龄18～38岁；同时纳入正常体质量健康对照者[BMI（20.73±1.88）kg/m²] 35例（对照组），男7例，女28例，年龄18～40岁（表1）。本研究遵守《赫尔辛基宣言》，由四川大学华西医院伦理审查委员会审批通过（批准号：2016335），患者均签署书面知情同意书。

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表1  肥胖组与对照组的一般资料
Tab. 1  The general information of obese patients and controls

1.2 图像采集

       采用西门子3.0 T扫描仪（Magnetom Skyra, Siemens Healthcare, Germany）、18通道体部相控阵线圈进行扫描。图像采集参考“2020标准心脏磁共振成像协议”^[21]。检查前对所有参与者进行呼气末屏气训练，取仰卧位。应用回顾性心电门控，采用自由稳态进动序列进行电影成像，扫描获得二、三、四腔长轴位及由心脏基底部到心尖的连续短轴位电影图像。电影序列的扫描参数为：TR 3.4 ms；TE 1.3 ms；FOV 340～380 mm²；翻转角40°～50°；矩阵256×144；层厚8 mm；层间距0 mm；时间分辨率37～42 ms；重建25个期相。

1.3 图像分析

1.3.1 常规心功能分析

       心功能分析使用CVI 42后处理软件（version 5.13.5, Circle Cardiovascular Imaging, Canada）。在短轴电影图像上逐层手动勾画舒张末期及收缩末期左、右心室的心肌内、外膜轮廓，肌小梁和乳头肌被包括在心腔容积内。软件自动计算获得常规心功能参数：左、右心室的舒张末期容积（end-diastolic volume, EDV）、收缩末期容积（end-systolic volume, ESV）、EF及左心室心肌质量（left ventricular mass, LVmass）、心率（heart rate, HR）；以及其经体表面积（body surface area, BSA）进行指数化校正后的参数：左、右心室的舒张末期容积指数（end-diastolic volume index, EDVi）、收缩末期容积指数（end-systolic volume index, ESVi)及左心室心肌质量指数（left ventricular mass index, LVmassi）。

1.3.2 心肌应变分析

       应用CVI 42软件进行应变分析（图1）。在由心底到心尖的短轴电影图像上手动逐层勾画舒张末期的左、右心室的心内、外膜轮廓，软件自动分析得到左、右心室周向及径向应变参数，包括整体及基底部、中间部、心尖部的周向（circumferential）及径向（radial）的峰值应变（peak strain，分别为PCS、PRS）、峰值舒张期应变率（peak diastolic strain rate，分别为PCSR-D、PRSR-D）、峰值收缩期应变率（peak systolic strain rate，分别为PCSR-S、PRSR-S）。若在短轴电影图像舒张和/或收缩末期见左心室流出道或右心室流出道，则该层面被排除。在二、三腔电影图像上勾画左心室心内、外膜轮廓，在四腔电影图像上勾画左、右心室心内、外膜轮廓，软件自动分析得到左、右心室纵向应变参数，包括整体及基底部、中间部、心尖部的纵向（longitudinal）的峰值应变（PLS）、峰值舒张期应变率（PLSR-D）、峰值收缩期应变率（PLSR-S）。在电影图像中，同一受试者的所有短轴和长轴层面选择的舒张末期时相相同。肌小梁、乳头肌、心包和心外膜脂肪被排除在轮廓外。

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图1  心肌应变分析示意图。在舒张末期勾画左、右心室的心内膜和心外膜轮廓。1A：分析二、三、四腔电影图像获得纵向应变参数。1B：分析由基底部到心尖部的短轴电影图像获得周向及径向应变参数。1C：短轴收缩末期图像：若在收缩末期见左、右心室流出道，则不用于应变分析（红色轮廓标记）；第一层用于心肌应变分析基底部图像，在收缩末期未见左、右心室流出道（绿色轮廓标记）。图2　肥胖者和健康对照者的心外膜脂肪测量。在四腔心电影图像舒张末期进行心外膜脂肪面积的测量。2A：肥胖者；2B：健康对照者。
Fig. 1  Schematic diagram of myocardial strain analysis. Endo- and epicardial contours of the left and right ventricles are drawn in end-diastole phase. 1A: Longitudinal strain parameters are obtained by analyzing two-, three-and four-cavity cine images. 1B: The circumferential and radial strain parameters are obtained by analyzing the short-axis cine images from the base to the apex of the ventricular. 1C: End-systolic short-axis cine images. If the left ventricular or right ventricular outflow tract is visible in end-systolic phase (marked red), slices are excluded. The first slice used for analysis is chosen as the most basal slice that don't show left ventricular or right ventricular outflow tract in any end-systolic phase (marked green).
Fig. 2  Epicardial adipose tissue measurements in obese patients and healthy controls. The epicardial adipose tissue area is measured at the end of diastole in 4-chamber cine image view. 2A: Obese patient; 2B: Healthy control.

1.3.3 心外膜脂肪的测量

       应用CVI 42软件在四腔心电影图像的舒张末期进行心外膜脂肪组织（epicardial adipose tissue, EAT）面积的测量（图2）。EAT为心外膜和心包壁层之间的高信号区。手动勾画心室区域的心外膜和心包壁层，软件自动计算获得EAT面积。

1.4 一致性分析

       由2位具有3年以上CMR图像后处理经验的技师完成图像分析，图像中所有与检查有关的信息被隐去。由其中1位操作者完成所有的图像分析；另随机选择20名参与者，该操作者间隔1个月左右对其进行组内一致性分析；另一名操作者对这20例图像进行组间一致性分析。两名操作者互不知晓对方的测量结果。

1.5 统计学方法

       计量资料的正态性检验采用Shapiro-Wilk检验进行，以均数±标准差（x¯±s）表示服从正态分布的数据，不符合的以中位数（四分位距）表示。计数资料以频数表示。根据正态性检验结果，两组间计量变量的比较选用独立样本t检验或Mann-Whitney U检验。采用Spearman秩相关分析进行CMR参数的绝对值与BMI、EAT面积之间的相关性分析。采用组内相关系数（intra-class correlation, ICC）进行组间及组内的一致性分析，ICC值＞0.75表示重复性好。采用SPSS 23.0软件进行统计学处理。P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 左、右心室常规心功能参数的比较

       肥胖组与对照组的左、右心室常规心功能参数的比较结果详见表2。与对照组相比，肥胖组的LVEDV、LVESV、LVmass、RVEDV、RVESV均明显增大，差异具有统计学意义（P＜0.001）；经BSA进行指数化校正后，两组LVEDVi、LVESVi、RVEDVi、RVESVi差异无统计学意义（P＞0.05），但肥胖组LVmassi仍明显高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05）。两组间LVEF及RVEF差异无统计学意义（P＞0.05）。

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表2  肥胖组与对照组常规心功能参数的比较
Tab. 2  Comparison of traditional cardiac function parameters between obese patients and controls

2.2 左心室心肌应变参数的比较

       肥胖组与对照组左心室心肌应变参数的比较结果详见表3。与对照组相比，肥胖组左心室整体PRS、PCS、PLS、PRSR-S、PLSR-S、PRSR-D、PCSR-D、PLSR-D明显降低（P＜0.05）。肥胖组左心室基底部PRS、PCS、PLS、PRSR-S、PLSR-S、PRSR-D、PCSR-D、PLSR-D明显降低（P＜0.05）；左心室中间部PRS、PCS、PLSR-S、PRSR-D、PCSR-D、PLSR-D明显降低（P＜0.05）；左心室心尖部PRS、PCS、PLS、PRSR-D明显降低（P＜0.05），差异具有统计学意义。

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表3  肥胖组与对照组左心室心肌应变参数的比较
Tab. 3  Comparison of left ventricular myocardial strain parameters between obese patients and controls

2.3 右心室心肌应变参数的比较

       肥胖组与对照组右心室心肌应变的比较结果详见表4。与对照组相比，肥胖组右心室整体PRS、PCS、PRSR-S、PRSR-D、PCSR-D、PLSR-D较对照组明显降低（P＜0.05）。肥胖组右心室基底部和中间部PRS、PCS、PLS、PRSR-S、PRSR-D、PCSR-D较对照组明显降低（P＜0.05）；右心室心尖部PCS、PRSR-D、PCSR-D较对照组明显降低（P＜0.05），差异具有统计学意义。

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表4  肥胖组与对照组右心室心肌应变参数的比较
Tab. 4  Comparison of right ventricular myocardial strain parameters between obese patients and controls

2.4 心外膜脂肪的比较

       肥胖组EAT面积较对照组明显增加[（701.17±279.40）mm² vs.（409.20±158.61）mm²，P＜0.01]。

2.5 一致性分析

       所有CMR参数的组内ICC值为0.769～0.998，组间ICC值为0.753～0.997，均大于0.75，一致性良好。

2.6 CMR参数与BMI、EAT面积的相关性分析

       CMR参数的绝对值与BMI、EAT面积相关性分析的结果详见表5。LVEDV、LVESV、LVmass、RVEDV、RVESV与BMI呈正相关（r=0.611～0.688，P＜0.001）。左心室整体PRS、PCS、PLS、PRSR-S、PLSR-S、PRSR-D、PCSR-D、PLSR-D与BMI呈负相关（r=-0.290～-0.501，P＜0.05）；右心室整体PRS、PCS、PRSR-S、PRSR-D、PCSR-D、PLSR-D与BMI呈负相关（r=-0.274～-0.444，P＜0.05）。EAT面积与BMI呈正相关（r=0.607，P＜0.001）。

       LVEDV、LVESV、LVmass、RVEDV、RVESV与EAT面积呈正相关（r=0.475～0.544，P＜0.001）。左心室整体PRS、PCS、PLS、PRSR-S、PLSR-S、PRSR-D、PCSR-D、PLSR-D与EAT面积呈负相关（r=-0.244～-0.419，P＜0.05）；右心室整体PCS、PLSR-S、PRSR-D、PCSR-D与EAT面积呈负相关（r=-0.240～-0.272，P＜0.05）。

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表5  心脏磁共振参数的绝对值与BMI和EAT面积的相关性分析
Tab. 5  Correlation analysis of cardiac magnetic resonance parameters with BMI and EAT area

3 讨论

       本研究应用CMR-FT技术研究发现，与对照组相比，单纯性肥胖患者左、右心室容积增大，左心室质量增加；校正BSA后，左心室质量指数仍增大，而左、右心室容积指数未见明显差异。尽管肥胖患者左、右心室EF在正常范围内，其左、右心室的周向、径向及纵向的应变及应变率已明显降低。左、右心室结构与亚临床功能的改变与BMI和EAT面积有关。

3.1 肥胖患者左、右心室结构的改变

       我们的研究发现单纯性肥胖患者左、右心室心腔增大，左心室心肌质量增加，这与以往的超声心动图和CMR研究结果一致^{[16,22, 23, 24]}。但在IACOBELLIS等^[25]和ÜNLÜ等^[7]的超声心动图研究中，单纯性肥胖者左、右心室内径较正常对照组无明显差异。但他们的研究通过测量舒张末期及收缩末期的内径来衡量心腔大小，易受操作者影响；而CMR具有更好的重现性和成像质量，且我们的研究测量左右心室容积来比较心腔大小，较内径测量更全面、准确。但我们观察到，经BSA校正后，肥胖组左、右心室容积指数与对照组无明显差异，与以往的研究结果一致^[7,19]，提示由于体质量的增加，肥胖者心室早期可能会出现代偿性心腔增大。我们的相关性分析发现左、右心室腔大小及左心室心肌质量与BMI正相关，提示肥胖者血容量的增加会使得流向左、右心室的血液增加，最终导致心室腔的扩张，心脏开始进行重构，出现左心室肥厚。而心室腔的肥大可能会进一步导致心室功能异常。

3.2 肥胖患者左心室心肌运动功能的改变

       在我们的研究中，肥胖患者较健康对照者左心室周向、径向、纵向应变及应变率明显降低，提示单纯性肥胖患者左心室舒张期及收缩期心肌运动功能改变。心肌应变是比EF更敏感的反映心室功能早期改变的指标。HOMSI等^[17]的研究同样发现，在LVEF正常的情况下，肥胖者左心室收缩期心肌运动功能也可能受损，表现为周向及纵向应变的降低；ZHU等^[19]发现健康肥胖成年男性左心室舒张期应变率降低。张艳梅等^[22]利用二维斑点追踪技术测量的肥胖者左心室应变降低，二尖瓣舒张早期前向血流速度与左心室整体舒张早期峰值应变率的比值（E/e'SR）明显降低，肥胖者收缩及舒张功能受损。这与我们的发现一致，单纯性肥胖患者存在左心室亚临床功能受损。然而，在ÜNLÜ等^[7]的超声心动图研究中，没有观察到肥胖者左心室舒张功能的改变，笔者推测这可能是因为他们的研究人群更为年轻（23.4±3.5岁）。

3.3 肥胖患者右心室心肌运动功能的改变

       我们的研究发现，肥胖患者右心室收缩期整体周向及径向心肌运动功能明显改变，舒张期整体周向、径向及纵向心肌运动功能明显改变。然而，在KALISZ等^[18]的研究中，无已知心血管危险因素的肥胖患者的右心室心肌应变与健康对照没有明显差异。推测不一致的原因可能是我们的研究与KALISZ等的研究人群年龄（平均55岁）不一致，且该研究仅纳入了14例肥胖患者，样本量较小，可能存在一定的偏倚。LIU等^[16]在肥胖程度较轻的人群[BMI（29.9±2.0）kg/m²]中也发现其右心室纵向应变、舒张期纵向及周向应变率的降低。我们的研究还发现，尽管RVEF未见明显差异，肥胖患者右心室基底部、中部及心尖部均存在心肌运动功能降低，提示即使肥胖患者RVEF正常，其心室腔的肥大可能已经进一步导致了亚临床右心室心肌功能受损。

3.4 左、右心室功能的改变与BMI的相关性

       我们的研究结果显示，左、右心室应变及应变率与BMI呈负相关。MONTE等^[26]研究发现左心室心肌应变的降低与BMI显著相关；ROZENBAUM等^[23]研究大队列人群也发现，即使在代谢健康的肥胖患者中，更高的BMI也与左心室舒张功能障碍的风险增加有关。这些研究提示肥胖会导致左心室亚临床收缩及舒张功能改变。LIU等^[16]和李昕等^[27]发现BMI与右心室心肌应变的改变也有关。我们的研究也发现左、右心室周向、径向、纵向的心肌应变及应变率的降低与BMI的增加有关，提示肥胖程度较重的人群可能会存在更明显的心室功能受损，BMI的增加可能会增加心血管疾病的患病风险。因此，早期发现肥胖者的心室功能改变，对减少心血管疾病的发生具有重要意义。最近也有研究发现，体质量减轻可以改善严重肥胖患者的心脏结构及功能^{[28, 29, 30, 31]}，提示早期干预肥胖状态有利于减少心血管疾病的发生，预防心衰。

       同时，我们发现心外膜脂肪组织的增加也与左、右心室亚临床心肌功能受损有关。EAT是一种独特的内脏脂肪沉积，其位于心脏的心外膜表面，EAT的含量变化与BMI的增加有关^[32]，这在我们的研究中也得到了证实。EAT是血管活性分子、促炎和抗炎脂肪因子、生长因子和其他可以对心肌发挥旁分泌和血管分泌作用的因子的丰富局部来源，由EAT释放的炎症介质可能作用于心肌^[33]，影响心脏的结构及功能。

3.5 局限性

       本研究仍具有一定的局限性：（1）单中心研究，样本量较小，男性比例偏低，未来还需大样本量的多中心研究进行进一步分析；（2）本研究仅纳入了中青年人群，以后还需纳入年龄更为广泛的人群以探究年龄对肥胖者心室功能的影响；（3）本研究为横断面研究，没有进行纵向研究以观察肥胖患者心室重构和亚临床心肌运动功能改变是否会导致心血管疾病的发生或者是否可逆转。

4 结论

       综上所述，单纯性肥胖者存在左心室心肌质量增加、双心室心腔增大及亚临床心肌运动功能改变，且左、右心室结构及功能的改变与BMI和EAT面积的增加有关。CMR-FT技术可以评价单纯性肥胖患者早期心室心肌运动功能的改变。