心室扭转的研究进展-李治安

心室扭转运动的研究进展李治安刘晓伟首都医科大学附属安贞医院1628年William Harvey 首次描述心脏扭转活动[1]。

心脏扭转主要指左室扭转（Left Ventricle Twisting），除以左室舒张末期长轴值标化后的左室扭转称为扭力（Torsion）[2]。

左室扭转即：由于心内膜和心外膜心肌纤维反向螺旋之间的交互力作用，从心尖水平观察，左室心尖部在收缩期呈逆时针旋转，而左室基底部呈顺时针旋转，这样就产生心肌扭转运动或称为扭转变形。

扭转发生于收缩期，舒张期继扭转运动后呈反向解旋转运动。

左室扭转使左室产生泵血功能和抽吸作用，因而心脏扭转及解扭转运动与左室收缩功能及舒张功能紧密相关。

十九世纪五十年代研究者通过在心肌内植入标记物利用X线电影成像技术观察心脏扭转运动[3]，初步认为为心脏扭转是评价心功能的一个敏感指标。

近年来随着新的技术和设备的不断进步、发展，已出现无创性评价心脏扭转的方法，主要包括：核磁共振技术和超声心动图技术，因而对心脏扭转及解旋转运动的研究已逐步深入，为更准确定量评价左室收缩和舒张功能开拓了新的空间。

一、心脏扭转的解剖学基础（一）心肌带在心肌带概念提出之前，早在1660年，Lower就指出心脏心尖部心肌纤维呈螺旋样构型，心肌纤维沿顺时针方向由外部环绕入内部，沿逆时针方向由内部环绕到外部，这样，从外表看心尖部心肌纤维呈一逆时针和顺时针包绕而成的双螺旋构型。

心底部心肌纤维的排列同样存在类似心尖部的螺旋结构。

但由于多年来人们一直未能深入了解心脏这一特征性螺旋样结构，并且未能发现该螺旋的起止点，因而心肌的螺旋样结构曾被称之为“解剖学难解之结”（the Gordian knot of anatomy）[4]。

1957年Torrent-Guasp提出新的心脏解剖概念——心肌带（the Helical Ventricular Myocardial Band, HVMB），这一学说终于打开心肌解剖这一难解之结[5]。

该学说认为整个心脏的心肌纤维被分离、延展开后呈一条完整的带状的结构，并且有起点和终点。

该心肌带包括三个部分：第一部分：起点为肺动脉根部，终点为主动脉根部；第二部分：一个环状结构，称为心底环(the basal loop, BL) ；第三部分：一个螺旋状结构，称为心尖环(the apical loop, AL) 。

心底环的心肌纤维呈横向走行，对应右心室游离壁部分为右室段（right ventricularsegment ,RS），对应左室游离壁部分为左室段（left ventricular segment, LS）。

心尖环的心肌纤维呈斜向走行，从心底向心尖走行的称为降段（descending segment, DS）从心尖向心底走行的称为升段（ascending segment, AS）。

降段与升段的肌纤维斜向方向相反。

心肌带在心脏的发育过程中进行扭转、包绕，宏观上形成螺旋状的心脏解剖结构。

微观上，心内膜下心肌纤维在长轴方向相对于圆周平面大约呈80o角度斜向走形，表现为右手螺旋走向；在室壁中层肌纤维角度约为0o，呈环状走形；到心外膜下时心肌纤维斜向走形角度进一步减低到约为—60o，表现为左手螺旋走向[6]。

当斜行的螺旋走向的心内膜和心外膜肌纤维收缩时，即产生左室扭转运动。

（二）心肌带运动与功能心动周期中，随着心底环和心尖环的收缩、松弛，左室产生扭转和解旋转运动。

由于心尖环心肌纤维为斜向走行，降段收缩时，心底部呈逆时针方向旋转，而心尖部为顺时针方向旋转；而升段收缩时，心底部呈顺时针旋转，心尖部为逆时针旋转。

因心外膜下心肌纤维半径较大，所以其向量大于心内膜下心肌纤维，并且其跨壁应变梯度较大，所以，当从心尖部向底部观察，收缩期左室心尖部呈逆时针旋转，心底部呈顺时针旋转。

扭转为心尖部相对于心底部的旋转，即二者旋转角度绝对值之和。

舒张早期（等容舒张期）则存在解旋转运动。

在心动周期中，收缩期心肌带心底环收缩，心脏产生变窄运动方式；心尖环的降段收缩，心脏沿长轴方向缩短；升段收缩，心脏沿长轴方向伸长；舒张期心底环舒张，心脏产生增宽运动。

心脏的变窄、增宽、伸长、缩短与左室射血和充盈紧密相关[7]。

一、影响心脏扭转的因素（一）年龄对左室扭转的影响随着年龄的增长，左室扭转角度增大，而舒张期解旋转速度减低，并且解旋转时间延迟[8]。

肌纤维沿左室壁走行方向不同，心外膜下心肌纤维呈左手螺旋方向走行，中层肌纤维呈环状走行，而心内膜下心肌纤维呈右手螺旋方向走行。

正常情况下，由于心外膜下心肌纤维运动优于心内膜下心肌纤维，因而左室扭转的方向与心肌纤维运动方向一致。

由于年龄的增长，心内膜下心肌纤维出现纤维化使心肌纤维运动减弱，因而心外膜下心肌纤维的运动相对增强，从而左室扭转角度也增加。

舒张早期解扭转减低和时间延迟，主要与年龄的增长心室壁心肌纤维顺应性减低有关。

（二）心肌收缩力对左室扭转的影响心脏收缩扭转角度的大小是由心外膜下心肌纤维和心内膜下心肌纤维二者的力矩差大小决定的。

心肌收缩功能增强，左室扭转增加。

实验表明：在注射多巴酚丁胺后，随着注射剂量的增加，左室心尖部和心底部的旋转角度均增加，左室扭转角度也增加，且心内膜的扭转角度增加更明显[9]。

这可能因为随着正性肌力药物剂量的增加，左室心内膜和心外膜间的不同方向上心肌纤维的周径应力增加有关。

同时正性肌力药物可以增强心肌的收缩性，因而左室整体的扭转得以增加。

运动也可以使左室扭转角度增加，Marc Tischler等应用二维超声心动图技术研究运动对左室扭转的影响的研究发现：运动后近80%的研究对象左室扭转角度增加[10]。

由于运动后，交感神经活动性增强，血液中儿茶酚胺类物质增多，促进心脏正性肌力作用，左室心肌收缩性增加，左室扭转角度增大。

国内谢明星等利用二维斑点追踪显像技术评价心功能不全患者收缩期心肌扭转发现，心功能不全患者的左室心底、心尖水平旋转角度均减低，可能与心功能不全患者心肌重构、心肌收缩力减低及负荷过重有关。

（三）压力和容量负荷对心室扭转的影响压力和容量负荷的对心室扭转的影响目前尚存在争议。

Guy A等[11]在研究后负荷对左室局部扭转的影响中发现：后负荷对左室扭转和周径缩短有显著影响。

当压力负荷升高时，原扭转角度最大的左室前壁心内膜处扭转明显减低。

后负荷对扭转的影响与后负荷引起的收缩末期容积变化有关。

收缩末期容积减低，左室扭转增加。

SHENO-JING DONG等[12]的研究结果为：前后负荷对左室扭转均有影响，前负荷增加，左室扭转增加，后负荷增加，左室扭转减低。

Gibbons Kroeker 等[13]的对后负荷对心尖部心内膜扭转的影响的研究结果为：心脏心尖部扭转受后负荷的影响，而前负荷对扭转无明显影响。

Hansen 等[14]通过对移植心脏植入X线标记物，并利用生理盐水和甲氧明改变左室前后负荷来评价左室扭转的实验则发现前后负荷的改变对左室扭转无影响。

部分学者认为前后负荷的改变对左室扭转无影响可能是因为未意识到实验中影响到前负荷的因素，同时也影响到后负荷的变化，因而结果不一致。

对前后负荷的变化是否影响心脏扭转还需进行进一步研究。

（四）心肌蛋白对心室扭转的影响Julien S等[15]从分子水平研究发现肌凝蛋白磷酸化产生的空间压差与左室扭转有密切关系。

磷酸肌凝蛋白调节轻链浓度由高到低（从心外膜到心内膜）产生跨壁空间压差，跨壁压差通过反向改变肌纤维的紧张性和对伸长活动的反应而促进心脏的扭转运动。

对单一的慢肌纤维的一系列研究发现：磷酸肌凝蛋白产生的空间压差能够增强肌纤维的紧张性，减低心外膜肌纤维对伸长活动的反应性，而在心内膜则产生相反的作用。

左室壁心肌的这种不同的机械活动进一步解释了心脏扭转运动。

心脏磷酸肌凝蛋白调节轻链与肥厚型心肌病患者的调节轻链和基础轻链变异相关。

调节轻链变异的患者或基础轻链变异的转基因大鼠的心脏中部肥厚与正常心脏的调节轻链磷酸化不全部分所产生的心肌肥厚变化相一致。

因此可以推测肥厚型心肌病患者的心室扭转也将产生改变。

三、心室扭转运动的评价方法（一）、组织追踪X线照相术及电视透视成像技术：1953年，Rushmer RF等利用射线活动摄影技术研究心脏扭转运动，其方法是在心室壁中埋入不锈钢钢丝应用X线电影成像来追踪心肌运动以测量左室扭转角度。

之后研究者在心肌组织中植入防辐射标记物或超声微测距仪晶体应用血管显像技术和X线照相术研究左室扭转运动[16-18 ]，这些研究结果表明左室扭转运动的变化可先于左室整体功能或心输出量的改变而出现，因此提示：心脏扭转是评价心肌功能改变的一个敏感的指标。

但因以上方法均为有创性，不宜应用于评估较严重心脏疾病患者的心室扭转的改变，应用受到限制。

（二）、核磁共振成像技术（MRI）：自上世纪以来，MRI技术被广泛应用于评价心脏的扭转运动。

组织标记核磁共振技术（mycardial tagging MRI,）拥有其独有的优势，因可以无创性跟踪心动周期中的心肌标记符号，而被用于研究心室壁的运动和心肌纤维的运动学特征[19-21]。

Tagging—MRI主要是指：磁场的空间调幅可以改变心肌磁化强度，在心肌纤维中产生一定的几何形状即标记符号，有了这些标记符号，特定心肌区域就能被无创性的以“星状”、“平行线”或“矩形”标记，根据这些标记符号形状的改变，就可以评价心脏局部室壁三维运动，其中就包括心脏扭转运动[22]。

因而tagging-MRI现已成为能在三维空间测量左室心肌纤维变形的无创性方法，并被广泛应用于评价各种心脏疾病的左室扭转运动的变化[23-25]，如扩张性心肌病患者左室扭转、前后负荷对心室扭转的影响、肥厚性心肌病心室扭转等。

但tg--MRI技术检查费用较昂贵，检查时间较长，时间分辨率较低，获得的信息少，不能精确的反映心肌运动和更详细地评价左室扭转的时间周期。

（三）超声心动图技术超声心动图技术是另一无创性评价左室心脏扭转方法。

二维超声心动图早在上个世纪就被应用，近年来新发展的方法有二维组织斑点追踪技术、组织多普勒技术、速度向量成像技术等。

1.二维超声心动图（2 Dimension Echocardiography, 2DE）Marc Tischler等采用二维超声心动图技术评价运动对左室扭转角度的影响。

二维心动图评价左室扭转主要采用胸骨旁乳头肌短轴切面，经前外侧乳头肌和后内侧乳头肌中点分别作一直线，同时沿超声束扇面正中作一垂线，此垂线与经前外侧乳头肌中点的直线之间夹角即为左室扭转角度。

但此方法只能采用单个切面、观察有限的可辨认的心肌结构的旋转，如对乳头肌的观察。

因而不能全面的反映心肌的扭转，且缺乏是实时性，因此而应用价值有限。

2.组织多普勒技术(Doppler Tissue Imaging , DTI) :该技术主要在心底短轴和心尖短轴切面的基础上,测定左室侧壁和室间隔心肌切线方向运动速度,前壁和后壁心肌轴向运动速度,通过公式将运动速度转化为角度速度，以获得左室心底部与心尖部旋转度，经积分得到旋转角度，心尖部与心底部的旋转角度绝对值之和即为左室扭转角度[26]。