王 斌 王清清 肖永顺 罗 松 综述  蔡 军 审校

摘 要

心肾综合征(CRS)指当心脏和肾脏其中某一器官发生急、慢性功能异常从而导致另一器官急、慢性功能异常的综合征。CRS临床表现复杂,且缺乏早期诊断、疗效评估的无创工具。随着现代医学的进步,各类成像方式越来越多地用于心血管疾病的诊疗中。心血管磁共振成像(CMR)具有的无电离辐射、多参数成像、可显示心脏结构、功能的改变等优点,在CRS临床诊治中得到越来越多的应用。本文就CMR在CRS评估中的研究进展作一综述。

关键词 心肾综合征   心血管磁共振成像   肾脏疾病

ABSTRACT

Cardiorenal syndrome (CRS) refers to a syndrome that causes acute and chronic dysfunction in one organ of the heart and kidney, resulting in acute and chronic dysfunction of another organ. Its clinical manifestations are complex, and it lacks non-invasive props for early diagnosis and efficacy evaluation. With the progress of modern medicine, various imaging methods are increasingly used in the diagnosis and treatment of cardiovascular diseases. Cardiovascular magnetic resonance imaging (CMR) has been increasingly used in the clinical diagnosis and treatment of CRS because of its advantages of non-ionizing radiation, multi-parameter imaging, and can show changes in cardiac structure and function. This article reviews the research progress of CMR in CRS evaluation.

Key words cardiorenal syndrome   cardiovascular magnetic   resonance imaging   kidney disease

2008年,急性透析质量倡议组织将CRS进行了详细的定义,即心脏或肾脏的疾病,其中一个器官的急/慢性功能障碍可能导致另一器官的急/慢性功能障碍。同时根据临床表现,将CRS分为5种亚型。1型和2型描述最初急性和慢性心脏损伤导致的肾功能障碍;3型和4型描述最初肾脏疾病损伤后的肾心脏综合征;5型代表全身性疾病中的继发性CRS[6]。新型冠状病毒感染因其与急性多器官损伤的关联而也可被归为5型CRS[7]。

目前每种类型CRS对应的病理生理学机制尚未完全明确。早期认为心排血量减少和动脉充盈不足引起的神经体液激活是 CRS唯一的发病机制[8]。然而研究发现,动脉血流的减少并不能完全解释CRS患者肾功能的恶化,中心静脉压的升高和肾灌注的减少更能贴切解释[9]。现代研究发现,多种病理生理学过程都参与了CRS,如血流动力学改变,肾素-血管紧张素-醛固酮系统(RAAS)、交感神经系统、炎症和氧化应激被认为是心脏与肾脏之间的关键连接者,此外免疫反应等多种病理生理过程也都参与了CRS的进程,这些通路相互连接,在不同亚型的CRS表现出不同的临床重要性[10]。

血流动力学改变特别是右心功能障碍,在急性 CRS(1型和3型)的发展中至关重要[11]。在1型CRS 中,中心静脉压力升高导致肾静脉充血,这可能导致肾小球滤过功能受损、组织缺氧和肾脏纤维。这些病理改变诱发或加重肾功能不全,进而加重液体过载,导致心功能进一步恶化[12]。在3型CRS 中,急性心脏损伤可由AKI引起的过量细胞因子引起,以及间接机制包括神经体液激活、电解质紊乱、尿毒症和酸血症等引起[13]。

非血流动力学通路在慢性 CRS(2型和4型)中起着更为关键的作用。RAAS 的激活和交感神经系统的刺激是心力衰竭和 CKD 的特征。RAAS 的持续激活导致外周血管收缩、加重液体过载和交感神经系统过度激活。交感神经过度激活又可通过肾素释放刺激 RAAS,从而导致恶性循环[14]。此外过程中醛固酮释放的长期增加与心肌和肾间质纤维化相关[15]。慢性 RAAS 激活引起的氧化应激增加也与肾损伤和液体潴留有关[16]。炎症级联反应可由其他心肾连接器触发并增强,包括 RAAS 和交感神经系统的过度激活,以及氧化应激的增加。全身性炎症也与心肌、肾功能障碍和间质纤维化相关[17]。

急性CRS主要与AKI有关,而在慢性 CRS 中,主要的诊断困难在于心脏方面。CKD 患者患心血管疾病的风险远高于一般人群[18]。研究表明,在患者CKD发展的早期,血清肌酐尚处于正常水平时,心脏功能与结构也会发生细微的改变[19]。然而由于缺少明显的临床表现和仍然保留的左心室收缩功能,对于早期发现CKD患者心血管异常具有挑战性。而CMR 提供无与伦比的心室尺寸和心肌功能评估, 同时CMR还可以识别心肌纤维化和炎症,为CKD患者早期心血管异常的发现提供帮助。

CMR是一种无创和无辐射的高效检查方式,具有较高分辨率和良好对比度,临床应用广泛, 电影序列是目前无创评估心脏结构与功能的“金标准”[20]。灌注序列成像可较好地诊断心肌缺血及心肌微循环障碍。晚期钆增强(LGE)是观察局灶性纤维化的最佳无创技术[21]。

电影序列  电影序列是CMR检查中最常用的序列,用于评价心室大小、室壁厚度、室壁运动、心包及瓣膜形态等临床特征,通过电影成像测量心室大小和容积、是心室收缩功能、心肌质量的金标准。心肌应变参数也可以使用特征/组织跟踪后处理算法从 CM中生成,不存在超声心动图的多普勒信号差,声窗口不足的限制[22]。Rao等[23]通过CMR扫描对64例肾移植受者的心功能进行评估发现,接受动静脉瘘结扎手术的肾移植受者相比对照组,左心室质量明显降低,心功能显著改善。这提示了结扎动静脉瘘可有效改善肾移植后心脏不良重塑。Qi等[24]对54例肾移植受者手术前后进行了CMR扫描分析,发现术后受者整体径向应变,整体周应变,整体纵向应变等CMR参数均恢复到正常水平,但左心室容积仍然受损,这可能有助于解释肾移植受者术后心血管事件仍然增加的原因。Mark等[25]使用CMR测量了144例终末期肾病(ESKD)患者的主动脉功能,发现患者主动脉扩张(AD)降低,僵硬度增加,这与心血管疾病的风险因素有关,提示了AD是治疗干预以降低ESKD患者心血管风险的潜在指标。

心肌灌注  灌注序列指在注入钆对比剂后立刻连续采集若干个心跳的MR图像,反映心肌被灌注的过程,负荷心肌灌注成像是诊断心肌缺血较为敏感的指标。Parnham等[26]通过CMR扫描分析发现,肾移植受者心肌灌注受损类似于肝移植受者的心肌受损,提示了肾移植受者心血管疾病风险升高起因可能是微血管冠状动脉疾病。

LGE LGE是最早评估心肌组织的技术,是目前无创评估局限性心肌纤维化的金标准。利用梗死心肌对钆对比剂的洗脱延迟,在心肌纤维化区域,钆对比剂积聚,表现为高信号,以此鉴别梗死心肌与正常心肌。根据梗死心肌出现的位置及类型,可对疾病进行鉴别诊断。但是,钆对比剂可能会引起肾源性系统性纤维化,此外,炎症、水肿等也会引起对比剂积聚,特异性较低。Price等[27]对CKD(2～5期)的患者进行钆增强CMR检查,发现在中度CKD但心血管风险较低的特定人群中,约1/3患者出现了LGE,表明LGE在没有临床缺血性心脏病的透析前CKD患者中很常见,不能预示不良预后。

新型定量T1、T2、T2*等mapping序列可对心肌纤维化、水肿、铁含量等病理组织特征进行定量分析,是目前心肌评估最主要的手段。弥散成像(DWI)及其衍生序列可显示心肌的微循环及微观结构。

T1 mapping和细胞外间质容积分数(ECV)  T1代表纵向弛豫时间,在特定的场强下具有特定的数值,组织成分、炎症、水肿和纤维化等病理改变都会影响数值。T1 mapping作为一种非对比组织表征技术,通过量化每体素氢核纵向弛豫时间,可以反映纤维化,脂肪和铁沉积的存在[28]。

ECV是指细胞外间质容积占整个心肌组织容积的百分比,反映的是心肌组织内在生理特性,只与心肌间质状态的改变尤其是胶原纤维比例增加相关。ECV增大是许多心脏病变的共同病理生理特征,无论是局限性的瘢痕组织、弥漫性的纤维化、淀粉样变性的沉积及心肌水肿均可引起细胞外间隙的扩大,ECV增大。因而在排除心肌浸润性病变、 水肿或其他心肌间质成分固定情况下,ECV可视作为心肌纤维化的生物标志物,可作为LGE评估心肌纤维化尤其是弥漫性纤维化的重要补充。Xu等[29]研究发现伴HF的肾脏纤维化患者相对于非HF组和正常对照组,T1 值增高,ECV增大,COX比例风险回归模型分析显示,ECV 是肾脏纤维化患者发生HF的独立预测因子,提示T1mapping的ECV定量心肌纤维化可为肾脏纤维化患者心脏事件提供更高的预后价值。董建华等[30]分析了66例狼疮肾炎伴狼疮性心肌炎患者平扫T1mapping结果发现,合并AKI的狼疮心肌炎患者心脏预后更差,同时T1mapping技术识别狼疮心肌炎的敏感度高,可提高早期狼疮心肌炎患者的检出率。

T2 mapping和T2* mapping  T2代表横向弛豫时间,主要与心肌水肿有关。心肌水肿是诸多心脏疾病的早期病生理改变,如急性心肌梗死、心肌炎、结节病及心脏移植免疫排斥反应等,及早诊断和明确水肿的范围及程度、鉴别可挽救心肌有助于临床决策。常规的T2序列临床应用因其成像性质不稳定而受到限制包括线圈灵敏度差异,采集时间长,高心率或心律失常时的信号缺失等。新型定量T2 mapping 技术通过量化每体素横向弛豫时间,提供了可靠的、定量的心肌T2值,进一步提高了心肌炎症的敏感性。Arcari 等[31]将晚期肾纤维化患者与高血压患者、肥厚型心肌病患者和正常对照组进行比较,发现 T1 值在所有患者组中显著增高,而T2 值只有在晚期肾纤维化组显著增高,表明患者组均存在病理性心肌重塑,而晚期肾纤维化组 T2 值的增高提示心肌水肿的影响。

T2* mapping技术可检测患者心肌铁超载状态,T2*>20 ms,10～20 ms的T2*反映轻度至中度铁负荷; 并且 T2* <10 ms反映了严重的铁过载。量化T2*时间可以得到可靠的心肌铁负荷测量[32]。铁缺乏是ESKD患者最常见的并发症。Xu等[33]对69例ESKD患者和29例健康对照人员进行了CMR中T2*mapping采集,发现T2*值与左心室射血分数高度相关,是ESKD患者左心室功能障碍的重要预测指标。

DWI和体素不相干运动扩散加权成像(IVIM)   DWI用于量化组织中的布朗运动,可以提供有关组织微结构的信息。通过单指数拟合可从DWI数据中得到组织的表观弥散系数(ADC)。ADC值越低,代表组织水分子扩散受限越高。在心肌中,心肌细胞和结缔组织作为障碍,水分子扩散受到限制,呈现各向异性的状态。黄蔚蔚等[34]比较了66例狼疮性肾炎伴狼疮性心肌炎患者与正常对照组心脏DWI资料,发现狼疮性肾炎患者心室ADC值显著高于正常对照组,表明DWI可定量评估心肌损伤,ADC值对狼疮性心肌炎具有较好的诊断价值。

IVIM使用双指数模型可将水扩散和毛细管灌注分开,得到纯水扩散ADC,伪灌注ADC,灌注分数。与常规DWI相比,IVIM不仅能评估组织内水分子扩散运动,还能反映组织内灌注情况。Zhang等[35]基于应变曲线衍生的触发延迟方法显著改善了IVIM图像质量,并借此评估了热射病患者的心肌功能,发现心肌受累的劳力性热射病患者可能存在心肌微循环障碍。

CMR在CRS的临床应用中尚存在一些问题:(1)扫描时间长,要求患者依从性高,后处理程序复杂。(2)缺少大样本、多中心的研究验证其临床应用。(3)CMR禁忌证尚较多,对心脏起搏器等患者使用受限。

同时,随着研究的进展,人工智能等新技术都开始用于CMR。Bustin等[36]开展了智能磁共振提供一键式心血管疾病评估,通过人工智能等一键式完成患者心血管疾病,降低了扫描时间,改善了患者舒适度,减少对操作员的依赖性。除了新技术的应用,还需要通过大样本、多中心的前瞻性研究去验证磁共振在改善CRS患者预后中的价值。

综上所上,CMR无创、无辐射,其多参数成像赋予其集结构、功能与组织学等“一站式”成像的能力,是目前其他影像检查技术难以比拟的,新技术的运用更是更好地评估和理解CRS病理生理学改变,未来有望在CRS疾病诊疗中发挥重要的指导作用。

来源：肾脏病与透析肾移植杂志订阅号