运动应激心血管磁共振在疑似扩张型心肌病患者中的应用

目标

扩张型心肌病(DCM)的影像学特征与生理运动诱导的心脏重塑在活跃和其他健康个体中重叠。区分这两种情况颇具挑战性。本研究探讨了运动应激成像在疑似DCM无症状患者中的诊断和预后作用。

方法

对60例疑似DCM的无症状患者(CMR左心室扩张和/或收缩功能受损)进行了运动应激心血管磁共振(CMR)，并对导致DCM的遗传变异进行了DNA测序。确诊的DCM定义为基因型和表型阳性(G+P+)。另外招募了100名健康受试者，以建立正常的运动能力(运动峰值心脏指数;峰_CI)．主要结局是全因死亡率、心脏失代偿和心室心律失常事件的复合。

结果

确诊G+P+ DCM患者均无Peak_CI超过年龄和性别的第35百分位。将这一阈值应用于患有Peak的G-P+患者_CI低于35百分位的患者与确诊的DCM特征相似，而峰值较高的患者_CI年龄小，活动多，纵向应变高。不良心血管事件仅发生在运动能力低的患者(P= 0.004)。

结论

在疑似DCM的个体中，运动应激CMR在区分病理性DCM和生理性运动诱导的心脏重塑方面显示出诊断和预后的潜力。

扩张型心肌病(DCM)是最常见的心肌病，也是导致心力衰竭的主要原因[1］．DCM的特征是左室扩张和收缩功能障碍，不能用冠状动脉疾病和异常负荷条件来解释[2，3.］．最近提出了一个修订的DCM定义，包括那些伴有左室扩张而无收缩功能障碍(孤立性心室扩张)和伴有左室扩张的运动减退(低运动性非扩张型心肌病)，以强调DCM的异质性表型表达[2］．

在最近的研究中，通过自我报告问卷或可穿戴设备活动评估，在体育锻炼的健康受试者中报告了左室扩张和收缩功能受损[4，5］．大约38%的健康受试者在心血管磁共振(CMR)上有左室扩张，体育活动与左室扩张风险增加两倍以上独立相关[4］．这些观察结果支持了这样一种观点，即运动诱导的心脏重塑是一个连续体，不仅在训练有素的运动员中观察到，而且在其他方面健康的活跃成年人中也存在。

区分生理性运动诱导的心脏重塑和DCM具有重要的后果和长期的生活方式影响。尽管具有深刻的临床意义，但目前依赖静息参数的诊断方法缺乏足够的准确性。DCM的分子遗传学分析可能有帮助，但诊断率仅约30-35% [6］．尽管运动应激成像被认为是一种很有前途的方法，但它在疑似DCM患者中的作用尚不明确，因为收缩储备的诊断阈值尚未明确，也未得到验证[7］．

我们最近开发了一种运动压力CMR方案，使用仰卧式测功仪，该方案已通过心肺运动测试验证，心肺运动测试是评估运动能力的无创金标准。尽管休息时心脏指数(CI)相似，但与久坐不动的健康受试者相比，竞技运动员运动后的CI增加[8］．根据我们之前的工作，我们假设运动应激成像有可能区分疑似DCM患者的病理性DCM和生理性运动诱导的心脏重塑。正常的年龄和性别特定的运动峰值CI值首次在健康受试者中建立。随后，我们研究了运动应激CMR在疑似DCM患者中的诊断和潜在预后价值。

研究设计和研究人群

在这项单中心前瞻性结果研究中，在2016年4月至2018年8月期间，如果患者在经胸超声心动图或静息CMR上有DCM影像学特征，则招募他们进行运动应激CMR。为了纳入本研究，患者没有心力衰竭(纽约心脏协会(NYHA) I)，并且必须满足以下两个标准中的至少一个，使用年龄和性别特定的亚洲CMR参考值[2，9］：

• 左室扩张定义为指数左室舒张末期容积(EDV)高于正常和/或两个标准差

• 左室收缩功能受损定义为左室射血分数(LVEF)降低

排除肥厚性心肌病、高血压性心脏病、心律失常性右室发育不良、左室非压实性心肌病、缺血性心肌病等其他心肌病患者。缺血性心肌病定义为在常规推荐的指导下，CMR上存在心肌梗死或经侵入性或计算机断层冠状动脉造影评估的血流动力学显著的冠状动脉疾病[2，3.，6］．

此外，健康受试者(n= 100)无症状、无临床或无心血管疾病家族史。无高脂血症、糖尿病或高血压等心血管危险因素。

所有参与者的身体活动水平均使用已建立的全科实践身体活动问卷进行评估。这份自我管理的问卷描述了工作场所体育活动的类型和数量，花在不同活动上的小时数以及他们通常的步行速度。活动水平分为四类:不活跃、中度不活跃、中度活跃和活跃[10］．

DCM基因的DNA提取和靶向测序

对所有疑似DCM患者进行基因测序。使用Chemagic DNA血液试剂盒(PerkinElmer, Inc.)从患者全血中提取基因组DNA。沃尔瑟姆，马萨诸塞州，美国)遵循制造商的协议。提取DNA的质量和数量由Labchip Ds (PerkinElmer, Inc)，一种自动紫外可见分光光度计进行评估。根据制造商的方案，使用TruSight Cardio试剂盒(Illumina, San Diego, California, USA)对纯化的DNA进行DCM相关基因的靶向富集。使用Illumina MiSeq (v2试剂盒)或NextSeq 500 (Mid Output v2试剂盒)台式测序仪对合并的文库进行测序，读取150 bp。如前所述，原始测序数据被解复用、修剪并映射到UCSC GRCh37/hg19参考基因组[11］．使用GATKv3.3 HaplotypeCaller和使用CardioClassifier注释的UnifiedGenotyper来调用变体，CardioClassifier是一种根据美国医学遗传学和基因组学学院和分子病理学协会定义的遗传性心脏疾病的半自动分类[12］．每位患者变异的致病性由遗传学和DCM (SAC)专家心脏病学家进一步证实。他对影像和其他临床数据一无所知。

心血管磁共振图像采集

所有健康受试者和患者在开始运动应激前均进行1.5 T基线屏气CMR (Siemens MAGNETOM Aera, Siemens Healthineers, Erlangen, Germany)。在标准长轴(2-、3-和4室)和从底部延伸到顶点的短轴(8毫米厚，2毫米间隙)中获得平衡稳态自由精度(bSSFP)圆锥;TE 1.2 ms, TR 3ms;视野280-320毫米;获得体素大小1.6 × 1.3 × 8.0 mm^3.；每心脏周期30个阶段)。

通过安装在CMR扫描台上的可编程仰卧测功仪(Lode BV, Groningen, Netherlands)进行运动压力测试。协议之前已经详细描述过[8］．简而言之，参与者以25瓦的初始工作负荷，以至少70转/分钟的节奏骑行1分钟。工作负荷以每分钟25w的速度逐渐增加，直至精疲力竭。在运动的每个阶段(8毫米厚，2毫米间隙;TE 0.99 ms;TR 2.3 ms;视野225 x 300毫米;获得矩阵大小68 × 128像素;加速度因子4;获得体素大小3.3 × 2.3 × 8.0 mm^3.；时间分辨率39.1 ms)。作为我们方案的一部分，建议服用β -受体阻滞剂的患者在压力测试前2天停止服用。所有健康受试者和疑似DCM患者均成功完成了运动应激CMR方案，并纳入本研究分析。

在疑似DCM的患者中，分别使用晚期钆增强(LGE)成像和心肌T1显像评估置换和弥漫性心肌纤维化成像。0.1 mmol/kg加多比超(Gadovist;拜耳制药公司，德国)进行了管理。使用反转-恢复快速梯度回波序列，并优化反转时间以实现心肌的适当零化。心肌T1作图采用改良Look-Locker反转恢复(MOLLI)序列(翻转角度35;最小TI 100 ms;TI增量80 ms)。分别使用5(3)3和4(1)3(1)2的心跳采集方案获得原生和15分钟后T1映射。

心血管磁共振图像分析

所有图像分析都是在我们的标准协议下进行的NHRIS CMR核心实验室(CVi42, Circle Cardiovascular Imaging, Calgary, Canada)。评估所有患者基线(屏气短轴电影图像)和每个运动阶段(实时短轴电影图像)的左室体积和心容量。运动应激方案显示了良好的扫描-重新扫描(0.2±05 L/min/m)²)和观察者间(LVEDV: 2.8±5.2 mL;LVESV:−0.5±5.2 mL)8］．与运动相关的参数包括运动LVEF的相对变化、运动CI的相对变化和运动峰值CI，以年龄和性别特定的百分位数表示。

使用组织跟踪插件在屏气电影图像中分析心肌应变。在短轴电影图像中测量周向和径向应变，而在三个长轴视图中测量纵向应变[13］．在相同的短轴切片中，使用信号强度阈值比正常心肌区域的平均值高出2倍(2-SD)和5倍(5-SD)的标准偏差来量化替代纤维化的数量。人工制品或污染区域(血池和/或心外膜脂肪)被手动排除。与组织学纤维化相比，较高的阈值是准确的，而较低的阈值预测了DCM患者的不良预后[14，15］．弥漫性心肌纤维化通过细胞外体积分数(ECV)评估，ECV由原位和15分钟对比后T1图估计[16］．间质体积被定义为ECV和心肌体积(心肌体积=左室质量/1.05 g/mL)的乘积，这是一个与组织学纤维化(r= 0.87,P< 0.001)，对主动脉狭窄患者有预后价值[17］．

研究结果

2019年6月，我们回顾了所有疑似DCM患者的现有临床结果数据。主要结局是全因死亡率、心脏失代偿和室性心律失常的综合。心脏失代偿被定义为LVEF降低和脑钠肽升高的客观证据，与心力衰竭症状相证实;室性心律失常被定义为心源性猝死、室性快速心律失常(持续性和非持续性)和室颤。这些是DCM的临床相关终点，由一位经验丰富的心脏病专家(CWLC)仔细判断，他对成像、遗传学和临床数据一无所知。

统计分析

使用Shapiro-Wilk检验评估连续变量的分布。数据以均数±标准差或中位数[四分位数范围]表示。根据分布的正态性，采用参数Student 's t检验和单因素方差分析或非参数Mann-Whitney U检验和Kruskal-Wallis检验对连续数据组进行比较。分类资料用χ进行比较²测试。使用Kaplan-Meier分析评估峰值运动CI阈值与预后的相关性。使用GraphPad Prism 8.0.1 (GraphPad Software, Inc.， San Diego, California, USA)和SPSS Version 24(社会科学统计包(SSPS)，国际商业机器公司，Armonk, USA, New York)进行统计分析。一个双边P-value <0.05为差异有统计学意义。

健康受试者的正常运动能力范围

大多数健康受试者(76%)至少适度活动。心容量、左室体积和收缩功能(包括心肌应变测量)均在正常范围内(表2)1)．男性运动峰值CI高于女性(9.0±1.3 L/min/m vs 8.2±1.2 L/min/m)²；P< 0.001)，与年龄呈负相关(r=−0.30;P< 0.001)。在自我管理问卷上，运动峰值CI与身体活动强度、体重指数、心率或血压之间没有相关性(P> 0.05)。在健康受试者中建立了高峰运动CI的参考范围，并按性别分层(图2)。1)．达到的运动心率峰值为每分钟149[137 - 160]次，相当于年龄预测最大心率的82[76 - 86]%。所有人都达到了年龄预测最大心率的至少50%。

运动CMR对疑似DCM患者的诊断价值

共招募了60名疑似DCM的无症状患者(表1)．根据自我管理的问卷，他们中的大多数人至少是适度活跃的。我们在阳性基因型和表型(G+P+)表达的基础上定义了确诊的DCM。有13例(21%)患者确诊DCM: 92%的致病基因突变在TTN基因(过早停止，移码和必要剪接:i带，n= 3;a带,n= 9)和MYH7中的一个错误。临床和CMR特征见表2．在确诊DCM的患者中，15%的患者有心肌病家族史阳性，38%的患者在CMR上有非缺血性替代纤维化。

没有确诊的DCM患者的运动峰值CI超过年龄和性别的35百分位(图2)。2)．在G-P+患者中应用这一阈值(n= 47)，运动峰值CI < 35百分位(n= 16;34%)在人口学特征、活动水平和心肌应变值方面与已确认的DCM具有相似的特征2)．在29例低高峰运动性CI患者中，大多数未发生致病基因突变(n= 16;55%)或CMR纤维化(n= 19;66%)。大约一半人只有一种异常表型(13人LVEF受损，1人左室扩张)。相反，运动峰值CI大于35百分位的G-P+患者(n= 31;66%)更年轻，更活跃，与确诊的DCM相比，右心室增大，心肌应变值增加(表2)．31例患者中，87%和80%的患者能够分别达到峰值CI超过第50百分位和第80百分位。值得注意的是，运动LVEF的变化和非缺血性纤维化的程度不能区分确诊的DCM和高运动能力的DCM(表2)2)．

运动CMR在疑似DCM患者中的预后价值

在21±9个月的随访中，发生了7起事件(事件率为6.0起/100个患者-年)。在随访期间，所有7例患者均出现心脏失代偿的证据:LVEF下降10-29%，NT-proBNP浓度升高至973 - 6701 pg/mL(所有患者肾功能正常)。1例患者植入左室辅助装置，1例患者被建议进行心脏再同步化治疗伴除颤，3例患者出现心律失常事件。患者出现非持续性室性心动过速发作，最长7 s，发生在睡眠中。她最终接受了植入式心脏复律除颤器。没有人死亡。在7例发生不良事件的患者中，1 / 2的CMR有致病性基因突变和/或非缺血性型置换纤维化(附加文件)1)．

尽管数量较少且随访有限，但我们发现了运动CMR的预后意义:所有7个事件都发生在运动能力低的患者中，而运动CI峰值超过35百分位的患者无事件发生(P= 0.004;无花果。3.)．重要的是，两种基因型状态下的事件分布没有差异(P= 0.780)或CMR的纤维化状态(P= 0.118;无花果。3.)．其他与运动相关的参数(心率和收缩压)在有和没有不良事件的患者中相似1)．

在这里，第一次证明了运动应激成像在疑似DCM患者中的诊断价值和预后意义。根据我们的纳入和排除标准，这些疑似DCM的无症状患者，由于他们积极的生活方式，可能有早期病理性DCM或正常的生理性心脏重塑。利用健康受试者和确诊DCM患者的运动能力，本研究将运动峰值CI小于35百分位定义为低运动能力。疑似DCM和低峰值运动CI患者出现早期不良结局。反之，运动能力较高的患者预后较好，随访期间未发生不良心血管事件。这些发现支持运动应激成像在疑似DCM患者中的作用。

心脏影像学是确定心肌病病因的基本工具。然而，考虑到休息时的重叠成像特征，将DCM与运动员和活跃健康受试者的心脏重塑区分开来可能具有挑战性。运动应激成像与基于休息的成像相比具有理论优势。尽管超声心动图仍然是心脏成像的主流，但它在区分DCM和运动诱导的心脏重塑之间的重叠表型方面存在局限性。CMR被广泛认为是评估心功能和左室质量的金标准。此外，CMR中钆造影剂心肌表征的强度是其他常规成像方式无法比拟的[18］．基于这些原因，我们使用最近开发的运动压力CMR来检查运动压力成像在DCM中的作用[8］．

除了CMR的综合表型外，所有疑似DCM的患者都进行了靶向测序和仔细的变体注释。经表型和基因型表达(G+P+)确定为DCM。然后，我们研究了运动CMR如何能够在G-P+患者组中区分病理性DCM和运动诱导的心脏重塑。超过30%的患者运动能力低，其特征与确诊的G+P+ DCM重叠，即使没有致病基因突变，也支持病理性DCM的诊断。此外，低峰值运动CI与较差的预后相关。相反，与确诊的G+P+ DCM相比，高峰值运动CI的G-P+患者更年轻，更活跃，应变值增加。在随访期间，没有高峰值运动CI超过35百分位的患者出现任何不良结果。这表明，这些人的左室扩张和/或左室功能受损是他们积极的生活方式造成的生态性心脏重塑的特征，尽管他们没有参加竞争性体育运动。

在低峰值运动CI患者(因此可能患有病理性DCM)中，55%的患者没有已知的致病基因突变，这与DCM分子基因检测的预期诊断率相符。超过65%的患者在CMR中没有纤维化。鉴于基于休息的成像标志物如心肌纤维化和纵向应变可预测随访时间较长的DCM患者预后较差[18，19，20.，21，22]，运动CMR的预测价值可能具有同等或更大的信息量。运动应激CMR的作用应在随访时间较长的大人群中得到证实，以阐明运动应激成像如何与其他分子和影像学预后标志物相结合。

临床意义

CMR在确定DCM的潜在病因方面具有公认的临床作用[23］．与心肺运动测试或超声心动图不同，运动应激CMR可以在单一模式下评估心功能、心肌质量、组织特征和运动能力。与运动LVEF和其他成像参数不同，峰值运动CI是一种将生理参数(心率)纳入运动能力评估的测量方法。这可能部分解释了峰值运动CI能够区分病理性DCM和生理性运动诱导的心脏重塑。

尽管心脏成像技术有所进步，但在一些患者中，DCM仍然是一个具有挑战性的诊断。特别是在具有DCM影像学特征且无致病基因突变的患者中，运动应激CMR可增加区分病理性DCM与生理性运动诱导心脏重塑的诊断可信度。需要进一步的研究来辨别运动应激成像在区分高训练运动员心容量增加和轻度LVEF受损的生理和病理方面的作用[24］．

研究的局限性

由于随访时间短，且患者在招募时无症状(NYHA I)，因此事件发生率较低，这就排除了进一步分析以检查运动应激成像与其他已建立的预后标志物相比的增量和独立预后价值。尽管存在这些局限性，但我们观察到只有低峰值运动CI患者才会出现不良预后。在缺乏任何有效的DCM诊断标准的情况下，我们使用了非常严格的确定DCM的定义(阳性基因型和表型)。因此，样本量相对较小，但对DCM的无可辩驳的诊断对于测试低峰值运动CI的潜力至关重要。疑似DCM患者以男性居多。然而，运动峰值CI以年龄和性别特定百分位数表示，以尽量减少对研究总体有效性的影响(如果有的话)。由于本研究未进行超声心动图检查，因此整体纵向应变、舒张功能等超声心动图参数的诊断和预后价值无法与峰值运动CI进行比较。

病理性DCM和由积极生活方式引起的生理性心脏适应具有重叠的基于休息的影像学特征。运动应激CMR在鉴别疑似DCM的病理性DCM和生理性运动诱导的心脏重塑方面具有潜在的诊断和预后价值。

在当前研究期间生成和分析的数据集尚未公开。如需资料请联系通讯作者。

bSSFP:

平衡稳态自由精度

置信区间:

心脏指数

CMR:

心血管磁共振

DCM:

扩张型心肌病

ECV:

细胞外体积分数

产品类别:

舒张末期容积

lg电器:

晚期钆增强

LV:

左心室/左心室

LVEDV:

左室舒张末期容积

LVEF:

左心室射血分数

LVESV:

左室收缩末期容积

MOLLI:

修改了Look-Locker反转恢复

NYHA:

纽约心脏协会

我们感谢新加坡国家心脏中心心血管磁共振成像部的放射技师在研究中的帮助。

这项研究由新加坡国家医学研究理事会资助。

作者及隶属关系

1. 新加坡国家心脏研究所，新加坡国家心脏中心，5号医院路，新加坡，新加坡

   乐杜涛，Jennifer Ann Bryant, Briana Wei Yin Ang, Chee Jian Pua, Boyang Su, Pei Yi Ho, Lim Shiqi, Stuart Alexander Cook和Calvin yun - loong Chin

2. 心血管科学ACP，新加坡杜克大学医学院，新加坡，新加坡

   乐杜涛，黄伟廷，李芳德，唐学秋，Chin Chee Tang, Tan Boon Yew, Stuart Alexander Cook和Calvin Woon-Loong Chin

3. 新加坡国家心脏中心心内科，新加坡，新加坡

   黄伟廷，李芳德，唐学昭，钱志堂，陈文耀，斯图尔特·亚历山大·库克和卡尔文·钱云龙

4. 国家心肺研究所，帝国学院，伦敦，英国

   斯图尔特·亚历山大·库克

贡献

TTL构思了这项研究，制定了假设并准备了手稿。JAB在研究中优化了CMR序列，并为参与者进行了扫描。BS和BWYA收集并分析了CMR数据。CJP和SL收集并分析了基因测序数据。PYH招募患者，收集临床资料并对数据进行分析。WH, PHL, HCT, CTC和BYT参与了写作，并在研究中提供了临床见解。SAC和CWLC监督了研究并编辑了手稿。所有作者都阅读并批准了最终的手稿。

相应的作者

对应到钱云龙．

伦理批准并同意参与

该研究根据《赫尔辛基宣言》进行，并获得Singhealth中央机构审查委员会(2016/2256)批准。获得所有个体的书面知情同意。

发表同意书

NA。

相互竞争的利益

SAC是Illumina的顾问。

出版商的注意

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