多普勒超声心动图估测二尖瓣口充盈能量和能量效率
作者：赵文强 蔡妙贞 曹润萧 杜微云
单位：
关键词：二尖瓣狭窄；机械瓣；能量效率
中国循环杂志990214 摘要 目的:研究二尖瓣口充盈能量和能量效率与瓣口工作效率之间的关系。方法:应用多普勒超声心动图对3种状态即自然瓣、狭窄瓣和机械瓣〔共分为5组即正常组、狭窄瓣组、二尖瓣替换术(MVR)后2周组、MVR后1.0～4.9年组和MVR后5～10年组〕的二尖瓣口及不同瓣号、瓣型和瓣龄的机械瓣口能量学指标与瓣口功能的定量关系作对比研究。结果:狭窄瓣组较正常组有效充盈能(Eeff)和总充盈能(Etot)显著增加,能量效率(η)显著降低;MVR后2周、1.0～4.9年、5～10年组较狭窄瓣组Eeff和Etot显著降低,而η显著增加;η随瓣口狭窄级别和替换瓣龄的增大而进行性下降;机械瓣同号不同瓣型(单叶与双叶)之间η有显著差异,时间-η曲线分离。η与瓣口面积、瓣口阻力和左心房张力成较好的相关关系(分别为r=0.67,r=-0.72,r=-0.82)。结论:瓣口能量效率是衡量不同状态和不同机械瓣龄的二尖瓣口能量分配、利用及工作效率优劣的重要标准。
, http://www.100md.com
Assessment for Mitral Valvular Filling Energy and Energy Efficiency by Doppler Echocardiography
Zhao Wenqiang,Cai Miaozhen,Cao Runxiao,et al.
Division of Cardiology,Guangzhou First People's Hospital,Guangzhou(510180),Guangdong
Abstract Objective:To study the association between mitral valvular filling energy and energy efficiency under different conditions and valvular work efficiency.Methods:Filling energy indexes and valvular function indexes in three kinds of condition of mitral valves including the natural,the stenotic and the mechanical valves and different valve-numbers,valve-types and valve-ages of mechanical valves in mitral position were comparatively studied by Doppler Echocardiography.Results:Significant increased effective filling energy(Eeff)and total filling energy (Etot) and significant decreased energy efficiency (η)were found in the stenotic versus the natural and inverse changes found in the mechanical (post-mitral valve replacement)versus the stenotic (pre-MVR).η was progressive decreasing as valvular stenosis classification and valve-ages of mechanical valves increasing.η were significant difference between different valve-leaf types (sigle leaf and double leaf )of same mechanical valve-numbers,their time-η curves were divided between different types of mechanical valves.η had a better correlation with mitral valve area (MVA),mean valvular resistance(MR)and left atrial tension (LAT)(r=0.67,r=-0.72,r=-0.82,respectively).Conclusion:η is an important index for evaluation of energy distribution and usage and work efficiency of mitral filling under different conditions of mitral valves and different valve-ages of mechanical valves.
, 百拇医药
Key words Mitral valve stenosis;Mechanical valve;Energy efficiency
二尖瓣口的工作效率至今尚无直接的评价方法。本文应用多普勒超声心动图对不同状态的二尖瓣口血流充盈能量和能量效率与瓣口功能状态的关系予以研究。
1 材料与方法
数学模型:在一定容积的液体压力—容积环上任何一点的势能(E)等于该点的压力(P)与容积(V)的乘积[1]:
E=P.V (1)
二尖瓣口总充盈能(Etot)为二尖瓣开放前左心房舒张期最大势能转化而来,故
Etot=Pmax.V (2)
, http://www.100md.com
Pmax为最大左心房压;V为Pmax时左心房容量。
二尖瓣口出口能量(Eout)为左心房P-V环内实际上流过瓣口的血液压力—容积势能即有效充盈能(Eeff),相当于左心房搏功(SW):
(3)
dV为左心房搏血期内的容积变化。
瓣口能量效率(η)=Eeff/Etot×100% (4)
病例:选择1987年6月至1997年6月风湿性心脏病二尖瓣替换术(MVR)前、后部分患者和正常对照者,共分5组:①正常组:22例,(男12例,女10例;平均年龄39±16岁)为体检查实无心血管病的正常人或非心血管病(自然的无任何瓣膜病变)者。②狭窄瓣组:为MVR前二尖瓣狭窄患者30例(男13例,女17例;平均年龄41±15岁)。③MVR后2周组:30例,与狭窄瓣组为同一系列患者。④MVR后1.0～4.9年组:22例(男10例,女12例;平均年龄43±12岁)。⑤MVR后5～10年组:13例(男7例,女6例;年龄45±15岁)。MVR患者均选择25号和27号机械瓣,单叶侧倾碟瓣37例(上海),双叶瓣28例(美国ST-JUDE型)。
, 百拇医药
方法:采用ULTRAMARK-9彩色多普勒超声心动图仪连接2.25 MHz相控阵探头对受试者分别测量:①Etot:按Etot(J)=10-3×Pmax×LADV,1 kPa*ml=10-3J;Pmax采用多普勒频谱测量的舒张早期峰值跨瓣压差;左心房舒张期容积(LADV,ml)=4π/3×D1/2×D2/2×D3/2(D1,D2分别为心底短轴切面测量的左心房前后径和左右径,D3为心尖四腔切面的左心房长径)[2]。②Eeff:按Eeff(J)=10-3×MPG×SV,二尖瓣口平均跨瓣压差(MPG)采用二尖瓣口血流积分法;SV(ml)=MVA×VTI(SV:左心房搏量;MVA:二尖瓣口面积;VTI:瓣口血流速度时间积分)。③瓣口能量效率(η)。④MVA:按压差半降时间法。⑤瓣口阻力(MR):MR(kPa.s/L)=103×MPG/Qmean,1 kPa.s/L＝10 dyn.s/cm5。Qmean=MVA×MFV;(MFV:平均充盈速度);采用瓣口阻力的简化公式[3]。⑥左心房张力(LAT):LAT(N/m)=1/2×P×R×103;1 kPa.m=103 N/m;P为左心房舒张压,采用舒张早期峰值跨瓣压差;
(V:左心房舒张期容量)。
, http://www.100md.com
统计学方法:配对t检验、方差分析及直线相关分析。
2 结果
狭窄瓣组较正常组Eeff和Etot显著增高、η显著降低、换瓣后较术前反之。MVR后5～10年组较MVR后2周组η显著降低。(表1)
表1 5组患者的二尖瓣口阻塞指标、充盈能量和能量效率的比较(
±s) 组别
例数
瓣口面积
(cm2)
瓣口阻力
(kPa.s/L)
, http://www.100md.com
左心房张力
(N/m)
有效充盈能
(J×10-2)
总充盈能
(J×10-2)
瓣口能量效率
(%)
正常组
22
4.36±
0.63
, 百拇医药
0.75±
0.17
4.02±
1.66
0.93±
0.25
1.30±
0.61
78.78±
19.01
狭窄瓣组
30
1.19±
, 百拇医药
0.33*
9.58±
3.57*
43.44±
18.80*
9.25±
4.34*
46.98±
45.07*
26.88±
14.77*
, 百拇医药
MVR后2周组
30
2.38±
0.59*△
2.80±
0.77*△
19.52±
8.03*△
4.80±
2.81*△
13.93±
, 百拇医药 9.94*△
44.88±
23.32*△
MVR后1.0～4.9年组
22
2.14±
0.62
2.97±
1.00
20.70±
7.23
4.93±
, http://www.100md.com
2.42
18.11±
14.10
34.50±
22.12
MVR后5～10年组
13
1.99±
0.56▲
4.22±
2.34▲
36.10±
, 百拇医药
20.72▲▲
5.98±
3.89
24.14±
20.19▲
31.55±
17.88▲
注:与正常组比较*P<0.001;与狭窄瓣组比较△P<0.001;MVR术后3组间比较▲P<0.05▲▲P<0.001。MVR:二尖瓣替换术
η随瓣口面积狭窄分级而下降(表2);与瓣口面积、瓣口阻力和左心房张力的相关性较好(r分别为0.67,-0.72,-0.82)。η—左心房张力散点图见图1。同号不同瓣型(单叶与双叶)机械瓣之间η差异显著(P<0.01);时间-η曲线分离。(图2)
, 百拇医药
表2 二尖瓣口面积与瓣口充盈能量和
能量效率的对比关系(±s)
有效充盈能
(J×10-2)
总充盈能
(J×10-2)
能量效率
(%)
MVA
3.1～5.0 cm2
, 百拇医药
0.93±
0.25
1.30±
0.6
78.78±
19.01
MVA
2.1～3.0 cm2
4.89±
2.65
11.71±
7.85
, 百拇医药 42.51±
23.40
MVA
1.0～2.0 cm2
8.65±
5.01
27.99±
20.47
27.29±
12.53
MVA
<1.0 cm2
, 百拇医药
11.66±
4.06
50.56±
36.71
17.51±
10.26
注:MVA:二尖瓣口面积
图1 不同状态的二尖瓣瓣口能量效率—左心房张力散点分布图。△机械瓣组为二尖瓣替换术后2周组
图2 不同类型的二尖瓣位机械瓣口时间—能量效率曲线图 A:二尖瓣替换术前 B:二尖瓣替换术后2周
, 百拇医药
3 讨论
左心房舒张期最大压力容积环所蕴藏的静态势能(Pmax×LADV)系二尖瓣充盈的总入口能量,本文利用狭窄瓣口舒张早期峰值跨瓣压差代替最大左心房压,采用双平面椭圆形公式计算左心房舒张期容积,已得到多数作者的肯定[4]。Etot反映左心房前负荷的压力容积势能,本文狭窄瓣组较正常组显著增加,MVR后较术前显著下降;随瓣口狭窄加重和左心房张力增大Etot逐渐上升;表明Etot系反映瓣口阻塞引起瘀血性的左心房超负荷状态和衰竭程度的重要参量。
瓣口有效充盈动能是实际通过瓣口血液的出口能量,相当于左心房搏动的压力容积势能。本文采用左心房心搏量×瓣口平均跨瓣压差应等于左心房搏功。左心房搏功反映左心房克服后负荷作功状况,狭窄瓣组左心房搏量虽较正常组不变或略小,但平均跨瓣压差显著增大致左心房搏功增大,MVR后有效降低平均跨瓣压差使左心房搏功降低。本文左心房搏功随狭窄程度而增加,而Eeff和Etot的比率随狭窄而下降与前者随血液驱动力(平均跨瓣压差)增加而增加,后者随残余势能增加而下降有关。
, 百拇医药
瓣口能量效率反映了瓣口能量再分配、利用率和工作效率的优劣。本文正常组η最高达79%,狭窄瓣组降至27%,MVR后又升至45%,反映了节能瓣、废能瓣和复能瓣的工作效率的差别。本文η随瓣口狭窄分级和机械瓣龄的增减而消长,与瓣口面积、阻力和左心房张力有较好的相关性,图1显示3种瓣分别处于相对集中区域,提示η对于评价不同状态的二尖瓣口工作效率和左心房功能优劣具有一定的可靠性。η在机械瓣龄和瓣型的差异为预测机械瓣工作寿命、外科选择瓣型、拟定换瓣者的溶栓指征,具有实际参考价值。
参考文献
1 Wolff MR,de-Tombe PP,Harasawa Y,et al.Alterations in left ventricular mechanics,energetics,and contractile reserve in experimental heart failure.Circ Res,1992,70:516—529.
, 百拇医药
2 Wald man HM,Palacios IF,Block PC,et al.Responsiveness of plasma atrial natriuretic factor to short-term changes in left atrial hemodynamics after percutaneous balloon mitral valvuloplasty.J Am Coll Cardiol,1988,12:649—655.
3 Isaaz K,Munoz L,Ports T,et al.Demonstration of post-valvuloplasty hemodynamic improvement in aortic stenosis based on Doppler measurement of valvular resistance.J Am Coll Cardiol,1991,18:1661—1670.
4 Hatle L,Lesa K.Doppler ultrasound in cardiology.ed2.Philadelphia:Lea ＆ Feibiger,1985.113—119.
(收稿:1998-06-06 修回:1998-11-17), 百拇医药
单位：
关键词：二尖瓣狭窄；机械瓣；能量效率
中国循环杂志990214 摘要 目的:研究二尖瓣口充盈能量和能量效率与瓣口工作效率之间的关系。方法:应用多普勒超声心动图对3种状态即自然瓣、狭窄瓣和机械瓣〔共分为5组即正常组、狭窄瓣组、二尖瓣替换术(MVR)后2周组、MVR后1.0～4.9年组和MVR后5～10年组〕的二尖瓣口及不同瓣号、瓣型和瓣龄的机械瓣口能量学指标与瓣口功能的定量关系作对比研究。结果:狭窄瓣组较正常组有效充盈能(Eeff)和总充盈能(Etot)显著增加,能量效率(η)显著降低;MVR后2周、1.0～4.9年、5～10年组较狭窄瓣组Eeff和Etot显著降低,而η显著增加;η随瓣口狭窄级别和替换瓣龄的增大而进行性下降;机械瓣同号不同瓣型(单叶与双叶)之间η有显著差异,时间-η曲线分离。η与瓣口面积、瓣口阻力和左心房张力成较好的相关关系(分别为r=0.67,r=-0.72,r=-0.82)。结论:瓣口能量效率是衡量不同状态和不同机械瓣龄的二尖瓣口能量分配、利用及工作效率优劣的重要标准。
, http://www.100md.com
Assessment for Mitral Valvular Filling Energy and Energy Efficiency by Doppler Echocardiography
Zhao Wenqiang,Cai Miaozhen,Cao Runxiao,et al.
Division of Cardiology,Guangzhou First People's Hospital,Guangzhou(510180),Guangdong
Abstract Objective:To study the association between mitral valvular filling energy and energy efficiency under different conditions and valvular work efficiency.Methods:Filling energy indexes and valvular function indexes in three kinds of condition of mitral valves including the natural,the stenotic and the mechanical valves and different valve-numbers,valve-types and valve-ages of mechanical valves in mitral position were comparatively studied by Doppler Echocardiography.Results:Significant increased effective filling energy(Eeff)and total filling energy (Etot) and significant decreased energy efficiency (η)were found in the stenotic versus the natural and inverse changes found in the mechanical (post-mitral valve replacement)versus the stenotic (pre-MVR).η was progressive decreasing as valvular stenosis classification and valve-ages of mechanical valves increasing.η were significant difference between different valve-leaf types (sigle leaf and double leaf )of same mechanical valve-numbers,their time-η curves were divided between different types of mechanical valves.η had a better correlation with mitral valve area (MVA),mean valvular resistance(MR)and left atrial tension (LAT)(r=0.67,r=-0.72,r=-0.82,respectively).Conclusion:η is an important index for evaluation of energy distribution and usage and work efficiency of mitral filling under different conditions of mitral valves and different valve-ages of mechanical valves.
, 百拇医药
Key words Mitral valve stenosis;Mechanical valve;Energy efficiency
二尖瓣口的工作效率至今尚无直接的评价方法。本文应用多普勒超声心动图对不同状态的二尖瓣口血流充盈能量和能量效率与瓣口功能状态的关系予以研究。
1 材料与方法
数学模型:在一定容积的液体压力—容积环上任何一点的势能(E)等于该点的压力(P)与容积(V)的乘积[1]:
E=P.V (1)
二尖瓣口总充盈能(Etot)为二尖瓣开放前左心房舒张期最大势能转化而来,故
Etot=Pmax.V (2)
, http://www.100md.com
Pmax为最大左心房压;V为Pmax时左心房容量。
二尖瓣口出口能量(Eout)为左心房P-V环内实际上流过瓣口的血液压力—容积势能即有效充盈能(Eeff),相当于左心房搏功(SW):
(3)dV为左心房搏血期内的容积变化。
瓣口能量效率(η)=Eeff/Etot×100% (4)
病例:选择1987年6月至1997年6月风湿性心脏病二尖瓣替换术(MVR)前、后部分患者和正常对照者,共分5组:①正常组:22例,(男12例,女10例;平均年龄39±16岁)为体检查实无心血管病的正常人或非心血管病(自然的无任何瓣膜病变)者。②狭窄瓣组:为MVR前二尖瓣狭窄患者30例(男13例,女17例;平均年龄41±15岁)。③MVR后2周组:30例,与狭窄瓣组为同一系列患者。④MVR后1.0～4.9年组:22例(男10例,女12例;平均年龄43±12岁)。⑤MVR后5～10年组:13例(男7例,女6例;年龄45±15岁)。MVR患者均选择25号和27号机械瓣,单叶侧倾碟瓣37例(上海),双叶瓣28例(美国ST-JUDE型)。
, 百拇医药
方法:采用ULTRAMARK-9彩色多普勒超声心动图仪连接2.25 MHz相控阵探头对受试者分别测量:①Etot:按Etot(J)=10-3×Pmax×LADV,1 kPa*ml=10-3J;Pmax采用多普勒频谱测量的舒张早期峰值跨瓣压差;左心房舒张期容积(LADV,ml)=4π/3×D1/2×D2/2×D3/2(D1,D2分别为心底短轴切面测量的左心房前后径和左右径,D3为心尖四腔切面的左心房长径)[2]。②Eeff:按Eeff(J)=10-3×MPG×SV,二尖瓣口平均跨瓣压差(MPG)采用二尖瓣口血流积分法;SV(ml)=MVA×VTI(SV:左心房搏量;MVA:二尖瓣口面积;VTI:瓣口血流速度时间积分)。③瓣口能量效率(η)。④MVA:按压差半降时间法。⑤瓣口阻力(MR):MR(kPa.s/L)=103×MPG/Qmean,1 kPa.s/L＝10 dyn.s/cm5。Qmean=MVA×MFV;(MFV:平均充盈速度);采用瓣口阻力的简化公式[3]。⑥左心房张力(LAT):LAT(N/m)=1/2×P×R×103;1 kPa.m=103 N/m;P为左心房舒张压,采用舒张早期峰值跨瓣压差;
(V:左心房舒张期容量)。, http://www.100md.com
统计学方法:配对t检验、方差分析及直线相关分析。
2 结果
狭窄瓣组较正常组Eeff和Etot显著增高、η显著降低、换瓣后较术前反之。MVR后5～10年组较MVR后2周组η显著降低。(表1)
表1 5组患者的二尖瓣口阻塞指标、充盈能量和能量效率的比较(
±s) 组别例数
瓣口面积
(cm2)
瓣口阻力
(kPa.s/L)
, http://www.100md.com
左心房张力
(N/m)
有效充盈能
(J×10-2)
总充盈能
(J×10-2)
瓣口能量效率
(%)
正常组
22
4.36±
0.63
, 百拇医药
0.75±
0.17
4.02±
1.66
0.93±
0.25
1.30±
0.61
78.78±
19.01
狭窄瓣组
30
1.19±
, 百拇医药
0.33*
9.58±
3.57*
43.44±
18.80*
9.25±
4.34*
46.98±
45.07*
26.88±
14.77*
, 百拇医药
MVR后2周组
30
2.38±
0.59*△
2.80±
0.77*△
19.52±
8.03*△
4.80±
2.81*△
13.93±
, 百拇医药 9.94*△
44.88±
23.32*△
MVR后1.0～4.9年组
22
2.14±
0.62
2.97±
1.00
20.70±
7.23
4.93±
, http://www.100md.com
2.42
18.11±
14.10
34.50±
22.12
MVR后5～10年组
13
1.99±
0.56▲
4.22±
2.34▲
36.10±
, 百拇医药
20.72▲▲
5.98±
3.89
24.14±
20.19▲
31.55±
17.88▲
注:与正常组比较*P<0.001;与狭窄瓣组比较△P<0.001;MVR术后3组间比较▲P<0.05▲▲P<0.001。MVR:二尖瓣替换术
η随瓣口面积狭窄分级而下降(表2);与瓣口面积、瓣口阻力和左心房张力的相关性较好(r分别为0.67,-0.72,-0.82)。η—左心房张力散点图见图1。同号不同瓣型(单叶与双叶)机械瓣之间η差异显著(P<0.01);时间-η曲线分离。(图2)
, 百拇医药
表2 二尖瓣口面积与瓣口充盈能量和
能量效率的对比关系(
±s)有效充盈能
(J×10-2)
总充盈能
(J×10-2)
能量效率
(%)
MVA
3.1～5.0 cm2
, 百拇医药
0.93±
0.25
1.30±
0.6
78.78±
19.01
MVA
2.1～3.0 cm2
4.89±
2.65
11.71±
7.85
, 百拇医药 42.51±
23.40
MVA
1.0～2.0 cm2
8.65±
5.01
27.99±
20.47
27.29±
12.53
MVA
<1.0 cm2
, 百拇医药
11.66±
4.06
50.56±
36.71
17.51±
10.26
注:MVA:二尖瓣口面积
图1 不同状态的二尖瓣瓣口能量效率—左心房张力散点分布图。△机械瓣组为二尖瓣替换术后2周组
图2 不同类型的二尖瓣位机械瓣口时间—能量效率曲线图 A:二尖瓣替换术前 B:二尖瓣替换术后2周
, 百拇医药
3 讨论
左心房舒张期最大压力容积环所蕴藏的静态势能(Pmax×LADV)系二尖瓣充盈的总入口能量,本文利用狭窄瓣口舒张早期峰值跨瓣压差代替最大左心房压,采用双平面椭圆形公式计算左心房舒张期容积,已得到多数作者的肯定[4]。Etot反映左心房前负荷的压力容积势能,本文狭窄瓣组较正常组显著增加,MVR后较术前显著下降;随瓣口狭窄加重和左心房张力增大Etot逐渐上升;表明Etot系反映瓣口阻塞引起瘀血性的左心房超负荷状态和衰竭程度的重要参量。
瓣口有效充盈动能是实际通过瓣口血液的出口能量,相当于左心房搏动的压力容积势能。本文采用左心房心搏量×瓣口平均跨瓣压差应等于左心房搏功。左心房搏功反映左心房克服后负荷作功状况,狭窄瓣组左心房搏量虽较正常组不变或略小,但平均跨瓣压差显著增大致左心房搏功增大,MVR后有效降低平均跨瓣压差使左心房搏功降低。本文左心房搏功随狭窄程度而增加,而Eeff和Etot的比率随狭窄而下降与前者随血液驱动力(平均跨瓣压差)增加而增加,后者随残余势能增加而下降有关。
, 百拇医药
瓣口能量效率反映了瓣口能量再分配、利用率和工作效率的优劣。本文正常组η最高达79%,狭窄瓣组降至27%,MVR后又升至45%,反映了节能瓣、废能瓣和复能瓣的工作效率的差别。本文η随瓣口狭窄分级和机械瓣龄的增减而消长,与瓣口面积、阻力和左心房张力有较好的相关性,图1显示3种瓣分别处于相对集中区域,提示η对于评价不同状态的二尖瓣口工作效率和左心房功能优劣具有一定的可靠性。η在机械瓣龄和瓣型的差异为预测机械瓣工作寿命、外科选择瓣型、拟定换瓣者的溶栓指征,具有实际参考价值。
参考文献
1 Wolff MR,de-Tombe PP,Harasawa Y,et al.Alterations in left ventricular mechanics,energetics,and contractile reserve in experimental heart failure.Circ Res,1992,70:516—529.
, 百拇医药
2 Wald man HM,Palacios IF,Block PC,et al.Responsiveness of plasma atrial natriuretic factor to short-term changes in left atrial hemodynamics after percutaneous balloon mitral valvuloplasty.J Am Coll Cardiol,1988,12:649—655.
3 Isaaz K,Munoz L,Ports T,et al.Demonstration of post-valvuloplasty hemodynamic improvement in aortic stenosis based on Doppler measurement of valvular resistance.J Am Coll Cardiol,1991,18:1661—1670.
4 Hatle L,Lesa K.Doppler ultrasound in cardiology.ed2.Philadelphia:Lea ＆ Feibiger,1985.113—119.
(收稿:1998-06-06 修回:1998-11-17), 百拇医药