射血分数保留的轻链型与转甲状腺素蛋白型心脏淀粉样变性的心肌做功研究：一项心脏磁共振研究

引言

心脏淀粉样变性（CA）是一种进行性浸润性心肌病，由淀粉样蛋白原纤维在心肌组织内沉积导致危及生命的后果[1]。该疾病谱系主要由两种主要亚型占据：免疫球蛋白轻链型（AL）和转甲状腺素蛋白相关型（ATTR）淀粉样变性，两者合计约占临床诊断病例的98% [2]。尽管认识不断提高，诊断延迟在临床实践中仍普遍存在。近期的注册登记数据显示，从症状出现到诊断的中位延迟时间在两种亚型中均超过12个月[3, 4]。到此时，大多数患者已发展为晚期心脏受累，治疗时间窗大幅受限。不同亚型之间的自然病程存在显著差异：未经治疗的轻链型心脏淀粉样变性（AL-CA）中位生存期< 6个月[3]，而未经治疗的转甲状腺素蛋白相关型心脏淀粉样变性（ATTR-CA）则表现出更长的中位生存期，为3–5年[4]。鉴于这些差异，早期检测和准确表型分类CA是启动亚型特异性治疗和改善患者生存的关键先决条件。

尽管心内膜心肌活检伴组织病理学确认仍是诊断金标准[5]，但其侵入性特点限制了其在临床的广泛应用。当代诊断算法日益纳入先进的无创成像技术，这些技术目前占据核心诊断地位。已确立的技术包括超声心动图、心血管磁共振（CMR）和99mTc-焦磷酸盐（PYP）闪烁显像[6]。其中，CMR已成为CA特征描述的卓越成像方式，提供无与伦比的软组织分辨率、精密的组织特征分析能力（特别是通过晚期钆增强[LGE]和T1映射），且无电离辐射[7, 8]。左心室（LV）整体纵向应变（GLS）被认为是亚临床心肌功能障碍的敏感标志物[9]，在使用超声心动图或CMR进行CA鉴别诊断方面显示出潜在效用[10, 11]。然而，左心室整体纵向应变（LV-GLS）在CA中的解读因其固有的负荷依赖性而变得复杂，这在CA人群中是一个特殊挑战，因为容量超负荷、利尿剂使用和低血压经常改变负荷状态[12, 13]。

压力-容积环（PV-loop）分析通过同时测量LV容积和压力提供全面的血流动力学评估。虽然传统上需要侵入性导管插入术，但近期的方法学进展已实现完全无创的PV-loop推导，使用CMR数据[14, 15]，允许在无操作风险的情况下定量评估心脏热力学效率。尽管超声心动图衍生的压力-应变环（PSL）分析已在CA中显示出诊断前景[16]，但基于CMR的PV-loop分析的临床意义仍未被探索。因此，本研究旨在（1）系统评估CA患者的PV-loop参数及其与疾病活动度和淀粉样蛋白负荷的关联；（2）探索PV-loop分析区分AL和ATTR淀粉样变性亚型的鉴别能力。

材料与方法

四川大学华西医院机构审查委员会批准了本研究（伦理批准号：20190381），并在中国临床试验注册中心注册（ChiCTR1900024764）。所有参与者在入组前均获得书面知情同意。

研究人群和临床评估

这项单中心前瞻性队列研究纳入了2017年5月至2023年9月在四川大学华西医院（中国成都）接受对比增强CMR成像的14例连续ATTR-CA患者和86例AL-CA患者。所有患者均按照现行国际指南进行诊断，并具有心脏或心外活检组织学证实的淀粉样蛋白沉积，或符合先前建立的非活检诊断标准（补充材料）[17–19]。此外，所有患者均具有保留的左心室射血分数（LVEF），定义为≥ 50% [20]。心脏受累定义为存在以下任何一项：(1) 心内膜心肌活检阳性；(2) 超声心动图示LV壁厚 > 12 mm且无其他可识别原因；(3) CMR成像显示典型的弥漫性心内膜下或透壁性LGE模式；或(4) 细胞外容积（ECV）分数≥ 40% [18, 21]。本研究排除了无心脏受累的患者，如孤立性肾脏AL淀粉样变性或无症状TTR变异携带者。纳入患者的详细信息见补充材料。

所有100例CA患者均接受了实验室评估，包括血清肌酐（SCr）、N末端B型利钠肽原（NT-proBNP）和心肌肌钙蛋白T（cTnT）测定。心功能分级根据纽约心脏协会（NYHA）标准确定 [22]。从我们的健康志愿者数据库中选择了40名年龄和性别匹配的健康对照（HCs）[23]。在CMR检查前休息5分钟后测量坐位血压 [24, 25]。临床数据由两名独立研究者（S. Liang和J. Chen）收集。

CMR成像方案

CMR检查使用3.0-T扫描仪（MAGNETOM Trio或Skyra；Siemens Healthcare，Erlangen，Germany）和32通道相控阵体线圈进行。所有参与者均在仰卧位接受CMR检查。稳态自由进动（SSFP）电影图像在覆盖整个LV的连续短轴（SAX）层面和三个长轴切面（2腔、3腔和4腔）采集。T1 mapping使用改良Look-Locker反转恢复序列在对比剂注射前和注射后10–15分钟在心室基底、中部和心尖SAX层面进行。T2 mapping使用T2预备单次激发bSSFP技术在钆造影剂给药前在与T1 mapping匹配的SAX切面上进行。LGE成像在静脉注射钆基对比剂约15分钟后进行，采集覆盖LV的连续SAX层面。详细的采集参数见补充材料。

CMR后处理和分析

使用QMASS软件包（Version 8.1；Medis Medical Imaging Systems，Leiden，The Netherlands）量化双心室容积、射血分数和LV质量。双心室舒张末期和收缩末期容积以及LV质量均根据体表面积（BSA）进行标准化 [26]。

根据对比剂注射后10-15分钟观察到的LGE范围，将CA患者分为三个亚组[21]：(a) 无LGE组（任何切面均无LGE）；(b) 心内膜下LGE组（任何SAX切面存在弥漫性心内膜下LGE，透壁性<50%）；(c) 透壁性LGE组（至少一个SAX切面存在弥漫性LGE，透壁性≥50%）。两名独立阅片者（S. Liang和K. Wan）在对临床数据设盲的情况下评估LGE模式。对于存在差异的情况，由第三位专家（Y. Chen，具有10年经验）进行仲裁。原始T1、ECV和T2分析见补充材料。

LV应变和PV-环分析

应变和PV-环分析使用QStrain软件包（Version 4.2；Medis Medical Imaging Systems，Leiden，荷兰）进行。LV整体周向和径向应变（LV-GCS、LV-GRS）源自SAX层面的三个特定切面：基底部、心室中部和心尖部水平。选择基底部切面是因为其在整个心动周期中可见完整的心肌环，而心尖部则根据收缩期保留LV腔可见性来选择。随后，由两名独立阅片者（S. Liang和Q. Deng）从三个长轴（2腔、3腔和4腔）电影图像手动计算LV-GLS。输入肱动脉收缩压和舒张压后，重建PV-环，并根据生成的环定义PV-环变量[27]。

收缩末期压力-容积关系（ESPVR）通过绘制连续心搏的收缩末期压力-容积点获得，形成与x轴相交于收缩末期容积（V0）的线性曲线。该曲线的斜率量化收缩末期弹性（Ees），这是心肌收缩力的一项指标。从ESPVR点到PV-环上舒张末期容积的负斜率代表有效动脉弹性（Ea），评估动脉负荷。每搏做功（SW）定义为PV-环内的面积，而势能（PE）定义为由Ees线、x轴（压力=0）和PV-环左侧围成的面积，代表左心室射出每搏输出量所需的能量。压力-容积面积（PVA）定义为SW + PE。做功效率（WE）计算为SW/PVA，心室-动脉耦合（VAC）指数计算为Ea/Ees。PVA、SW和PE均根据BSA进行校正以便于比较不同体型参与者，表示为每搏做功指数（SWI）和势能指数（PEI）[27]。图1展示了代表性的PV-环。

统计学分析

统计分析使用R软件（版本4.2.2）进行。数据正态性采用Kolmogorov-Smirnov检验评估。正态分布的连续变量以均数±标准差表示，组间比较采用t检验。非正态分布变量以中位数（四分位数间距，IQR）报告，采用Mann-Whitney U检验进行比较。分类变量以百分比表示，根据情况采用卡方检验或Fisher确切概率法进行分析。相关系数热图基于距离测量使用Pearson相关系数(r)生成。相关系数(r值)分类如下：弱相关(0 < r < 0.2)，轻度相关(0.2 ≤ r < 0.4)，中度相关(0.4 ≤ r < 0.6)，中强相关(0.6 ≤ r < 0.8)，强相关(0.8 ≤ r < 1.0)。单因素logistic回归分析用于评估鉴别AL-CA与ATTR-CA的临床和CMR参数。在单因素分析中与该鉴别显著相关的参数(p < 0.1)随后纳入多因素logistic回归分析。受试者工作特征(ROC)分析用于识别鉴别AL-CA与ATTR-CA的最佳参数，截断值采用最大Youden法确定[28]。诊断准确性使用boot包通过2000次重复的bootstrap法进行评估和内部验证，以减轻乐观偏倚。对于重复性分析，随机选择20例患者。两名独立阅片者(S. Liang和D. Li)在对所有临床信息设盲的情况下进行分析以评估观察者间一致性。对于观察者内一致性，一名阅片者在两个月洗脱期后对先前结果设盲重复分析。观察者间和观察者内一致性均采用组内相关系数(ICC)和Bland-Altman分析进行量化。此外，还评估了源自单切面(四腔心)与多切面(二腔心、三腔心、四腔心)长轴电影重建的PV环参数的重复性。对于所有分析，报告双侧p值，统计学显著性设定为p < 0.05。

结果

人口统计学和基线临床特征

CA患者和HCs的临床特征总结于表1。具体而言，CA患者的收缩压低于HCs(113.09 ± 19.83 vs 122.12 ± 11.70 mmHg, p = 0.001)，心率高于HCs(79.56 ± 14.28 vs 75.28 ± 9.09 b.p.m., p = 0.037)。ATTR-CA和AL-CA患者临床特征的比较总结于表2。在ATTR-CA和AL-CA患者中，心血管合并症患病率和NYHA分级相似。实验室分析显示，AL-CA患者的NT-proBNP水平(2358.00 [IQR: 903.25, 5559.00] vs 810.00 [IQR: 269.00, 1136.01] pg/mL, p = 0.002)和cTnT水平(56.80 [IQR: 26.48, 100.55] vs 30.35 [IQR: 26.40, 34.92] ng/L, p = 0.014)高于ATTR-CA患者，而两组的SCr水平相当。

CA患者与HCs之间的CMR和心肌做功特征

CA患者和HC的CMR特征总结在表1中。与HC相比,CA患者表现出显著更高的LV壁厚度(16.00 [IQR: 14.00, 18.00] vs 8.47 [IQR: 7.57, 9.39] mm, p < 0.001)和LV质量指数(LVMassi, 77.78 [IQR: 64.63, 95.51] vs 45.56 [IQR: 40.10, 52.58] g/m2, p < 0.001)。此外,尽管LVEF保留,CA患者的LVEF(58.32 [IQR: 54.22, 64.09] vs 63.65 [IQR: 57.88, 66.98] %, p < 0.001)、LV-GLS(−14.59 ± 4.75 vs −22.34 ± 3.29%, p < 0.001)和LV-GRS(60.13 [IQR: 44.91, 75.61] vs 71.45 [IQR: 59.00, 80.97]%, p = 0.026)仍低于HC,提示存在亚临床心肌损害。

此外,CA患者的原始T1值(1424.04 [IQR: 1382.99, 1465.16] vs 1204.60 [IQR: 1177.22, 1235.35] ms, p < 0.001)、ECV(47.17 [IQR: 41.32, 51.47] vs 26.92 [IQR: 25.7, 28.98] %, p < 0.001)和T2值(45.35 [IQR: 42.25, 47.21] vs 40.90 [IQR: 39.77, 42.36] ms, p < 0.001)也高于HC,提示CA患者存在纤维化、淀粉样物质沉积和心肌水肿。

在心肌做功方面,CA患者表现出更低的SWI(0.46 ± 0.20 vs 0.62 ± 0.12 J/m2, p < 0.001)和PEI(0.13 [IQR: 0.07, 0.16] vs 0.17 [IQR: 0.14, 0.20] J/m2, p < 0.001),导致PVAI(0.59 ± 0.23 vs 0.79 ± 0.13 J/m2, p < 0.001)低于HC。此外,CA患者的WE(76.55 [IQR: 73.05, 81.90] vs 80.90 [IQR: 76.92, 83.35]%, p = 0.005)低于HC,提示能量代谢受损。在VAC方面,CA患者表现出更高的Ea(1.75 [IQR: 1.40, 2.32] vs 1.45 [IQR: 1.30, 1.80] mmHg/mL, p = 0.007),导致心室-动脉解耦,定义为VAC指数增加(55.17 [IQR: 39.87, 64.21] vs 45.03 [IQR: 36.72, 55.67]%, p = 0.014)。

AL-CA和ATTR-CA患者的CMR和心肌做功特征

AL-CA和ATTR-CA患者的CMR特征总结在表3中。两种CA亚型患者在双心室心脏容积和功能、LV应变、整体原始T1、ECV或T2值方面均无统计学显著差异(均p > 0.05)。在心肌做功方面,AL-CA患者的PEI(0.13 [IQR: 0.07, 0.15] vs 0.15 [IQR: 0.13, 0.19] J/m2, p = 0.025)低于ATTR-CA患者,提示心脏储备功能受损。然而,两组之间的SWI和WE具有可比性(均p > 0.05)。关于VAC,尽管两种CA亚型均表现出心室-动脉解耦,但两组之间Ees或Ea无显著差异(均p > 0.05)。图2描绘了AL-CA、ATTR-CA患者和HC之间的心肌做功和VAC比较。

CA患者临床和CMR特征的相关性

基线临床、实验室、常规CMR和心肌做功参数之间的相关性见图3。WE与lgNT-proBNP（r = −0.40, p < 0.001）、lgcTnT（r = −0.47, p < 0.001）、LV-GLS（r = −0.82, p < 0.001）、ECV（r = −0.48, p < 0.001）和原始T1值（r = −0.41, p < 0.001）呈中度至强负相关，与LVEF呈中度正相关（r = 0.43, p < 0.001）。VAC与lgNT-proBNP（r = 0.46, p < 0.001）、lgcTnT（r = 0.37, p < 0.001）、LV-GLS（r = 0.80, p < 0.001）、ECV（r = 0.48, p < 0.001）和原始T1值（r = 0.40, p < 0.001）呈中度至强正相关，与LVEF呈中度负相关（r = −0.43, p < 0.001）。此外，SBP与SWI（r = 0.49, p < 0.001）和PEI（r = 0.37, p < 0.001）呈轻度至中度正相关。AL-CA和ATTR-CA患者的相关系数热图见补充图1。

心肌做功在鉴别AL-CA与ATTR-CA中的诊断效能

为鉴别AL-CA与ATTR-CA，我们构建了多变量logistic回归模型。血清NT-proBNP水平（β = −1.94，比值比[OR] = 0.14，95%置信区间[CI]：0.03–0.64，p = 0.016）和PEI（β = 0.20，OR = 1.23，95% CI：1.07–1.44，p = 0.007）最终被确定为鉴别AL-CA与ATTR-CA的独立预测因子（表4）。

图4显示了血清NT-proBNP水平和PEI在鉴别AL-CA与ATTR-CA中的诊断准确性。通过Youden指数确定的最佳单一截断值为：血清NT-proBNP水平1171.05 pg/mL（曲线下面积[AUC] = 0.757，bootstrap AUC = 0.761，95% CI：0.583–0.856）和PEI 0.135 J/m2（AUC = 0.688，bootstrap AUC = 0.688，95% CI：0.524–0.824），以使敏感性和特异性最大化。值得注意的是，联合这两个参数增强了预测准确性，AUC达到0.841（bootstrap AUC = 0.847，95% CI：0.635–0.933）。

重复性分析

重复性结果见补充表1。从快速长轴方法获得的PV环参数的观察者内和观察者间重复性均极好，所有ICC均大于0.85且偏倚相对较低。此外，从2腔、3腔和4腔长轴电影图像获得的PV环参数与仅从4腔图像获得的参数相比无显著差异（补充表2）。

讨论

本研究采用CMR衍生的PV环分析系统比较LVEF保留的AL-CA和ATTR-CA患者的临床特征和心肌做功。研究结果如下：（1）与健康对照组相比，LVEF保留的CA患者表现出显著较低的SBP、更大的左室壁厚度和LVMassi、升高的原始T1、T2和ECV值，以及受损的PV环参数；（2）PV环参数与疾病活动度、心功能指标和心肌组织特征存在相关性，尤其是在AL-CA患者中；（3）AL-CA患者的NT-proBNP和cTnT水平高于ATTR-CA患者，但PEI低于ATTR-CA患者。PEI和NT-proBNP的联合应用能够鉴别AL-CA和ATTR-CA亚型，提示PV环参数在淀粉样变性亚型分类中具有潜在临床应用价值。

不同的淀粉样纤维蛋白亚型由于其独特的分子结构和组织沉积模式，诱导显著不同的心肌病理生理改变，产生特征性的超声心动图和CMR影像学表现[29]。超声心动图研究表明，尽管AL-CA和ATTR-CA具有相似的超声心动图特征[10, 30]，但ATTR-CA表现出显著更高的微钙化簇患病率，特别是在室间隔，同时比AL-CA具有更高的超声心动图像素强度[31, 32]。这些亚型表现出根本不同的空间沉积模式。CMR研究还显示ATTR-CA通常表现为弥漫性透壁浸润，如Dungu等[33]报道透壁性LGE的患病率为90%。相反，AL-CA主要表现为心内膜下蓄积，如Fontana等[34]将心内膜下LGE确定为其诊断标志。矛盾的是，尽管ATTR-CA患者通常表现出更多的淀粉样沉积，但AL-CA表现出更具侵袭性的临床进展[35]。我们的数据证实了既往报道，即AL-CA与显著升高的NT-proBNP和cTnT水平相关[36–38]。这些发现提示蛋白质毒性，而非单纯的机械浸润，是驱动AL-CA疾病严重程度的因素。

使用心脏磁共振（CMR）定量组织特征技术可对心肌组织学特征进行更深入的评估。Baggiano等[39]的研究证据表明，转甲状腺素蛋白心脏淀粉样变（ATTR-CA）与较高的细胞外容积分数（ECV）但较低的原生T1值相关，而轻链型心脏淀粉样变（AL-CA）则相反。ATTR-CA中ECV的扩大由淀粉样蛋白浸润和心肌肥厚共同介导，而AL-CA中ECV扩大主要由浸润单独介导[40]，这解释了ATTR-CA中更显著的ECV升高。此外，由于AL纤维丝具有更强的直接心脏毒性，与ATTR淀粉样变相比可引发更明显的心肌水肿，AL-CA的原生T2值通常高于ATTR-CA [41, 42]。然而值得注意的是，定量参数（尤其是原生T1）受疾病分期、成像方案及心肌水肿存在与否等因素的影响，因此这些参数的诊断效能在各研究之间仍存在争议[39–42]。在本研究中，CMR定量参数在两组之间未观察到具有统计学意义的差异。这可能与本研究纳入患者人群的差异有关。为实现早期鉴别，我们仅纳入了左心室射血分数（LVEF）保留的患者，而既往研究纳入了LVEF降低的患者[33, 34, 36, 42]。

尽管心脏淀粉样变（CA）患者的LVEF通常保留，但心肌的亚临床改变可通过应变成像检测出来。在淀粉样蛋白早期沉积阶段，左室整体纵向应变（LV-GLS）往往是最先下降的参数，这主要与心内膜下受累有关[43]。相比之下，左室整体环向应变（LV-GCS）和左室整体径向应变（LV-GRS）更多地受心外膜下或跨壁损伤的影响，这可能作为LV-GLS降低的一种代偿机制[44]。此外，由于AL-CA中淀粉样轻链沉积所致的直接心肌毒性以及ATTR-CA中常见的代偿性心室肥厚，既往研究报道ATTR-CA的心功能指标系统性地优于AL-CA [36]。在本研究中，尽管ATTR-CA患者似乎呈现出更高的跨壁延迟强化（LGE）趋势，但左室应变参数在两种CA亚型之间未显示出显著的鉴别能力。

与应变相比，心肌做功评估能更精确地区分内在心肌功能障碍和因负荷条件改变导致的心肌应变变化[45]。心肌做功的评估最初是使用源自超声心动图研究的PSL进行的。Clemmensen等[46]证明，与健康对照者（HCs）相比，心脏淀粉样变性（CA）患者表现出显著降低的左心室心肌做功指数，在生理应激期间差异更大，表明心肌能量利用受损。我们的结果与这些发现一致，在两种亚型中均显示做功效率（WE）降低和心室-动脉耦合（VAC）指数升高，与心脏代谢功能障碍一致。Palmiero等[16]观察到AL-CA患者的左心室心肌WE低于ATTR-CA患者，这可能归因于循环游离轻链（FLC）的细胞毒性。然而，我们的队列在WE方面未显示出显著的亚型差异。这可能反映了我们人群处于较早期疾病阶段，不同于Palmiero等[16]的研究纳入了左心室射血分数（LVEF）轻度降低（40-50%）的病例。有趣的是，潜在能量指数（PEI）作为一种新的鉴别指标，在AL-CA患者中显示出显著降低。尽管在本研究中将PEI加入NT-proBNP并未显著增强鉴别能力，但它揭示了病理生理学意义，提示AL-CA患者的心脏储备功能受损更严重[27]，这可能归因于FLC毒性。

据我们所知，这是首个探讨压力-容积环（PV-loop）分析在AL-CA和ATTR-CA中的病理生理学和诊断意义的心脏磁共振（CMR）研究。然而，必须承认某些局限性。首先，本研究中ATTR-CA且LVEF保留的患者样本量有限（n = 14），这在很大程度上归因于当前临床实践中诊断不足的挑战[47]。这种小队列规模增加了统计过拟合的风险。因此，本研究确定的PV-loop参数的最佳截断值和鉴别诊断性能需要在更大规模的独立患者人群中进一步外部验证。此外，虽然单腔与多腔分析得出的PV-loop参数之间未发现统计学显著差异，但在心律失常患者中面临技术挑战，需要采集三平面图像或仔细选择RR间期匹配的环路以确保可靠性。未来的研究应探索逐搏平均算法以减轻心律失常相关噪声，并在临床复杂病例中提高测量稳健性。最后但同样重要的是，由于体位原因测量血压可能会低估CA患者的心肌做功，因为某些患者在坐位时可能发生体位性低血压[12]。

结论

CMR衍生的无创左心室PV-loop分析提供了对心脏性能和热力学效率的综合评估。AL-CA患者表现出比ATTR-CA患者更高的NT-proBNP水平和更低的PEI。通过提供对AL-CA和ATTR-CA差异的病理生理学见解，PV-loop参数有潜力作为鉴别诊断的一种补充性、无对比剂方法。

补充信息

电子补充材料