1 引言
射血分数保留型心衰（HFpEF）是一种具有复杂病理生理机制的异质性综合征，其中左心房（LA）重塑和受损的房室（AV）适应性构成了其核心特征。然而，尽管LA功能障碍和房室失耦可能在血流动力学应激下驱动HFpEF的异质性方面扮演关键角色，但目前对其研究仍不充分。临床研究常因组织可及性有限、缺乏早期标志物以及无法控制的表型变异而受限。因此，临床前模型对于实现标准化评估和揭示早期机制通路至关重要。HFpEF中的舒张功能障碍对LA施加了持续的机械应力，促进其储备功能进行性下降、硬度增加和肺静脉压力升高，进而导致右心室-肺动脉耦联受损和临床失代偿。近年来，心房心肌病的概念备受关注，它指的是LA的结构、电学和机械重塑，这些重塑可能独立于心室功能障碍发生，也可能与之共同发生。尽管如此，很少有研究能系统地将病理生理学证据与斑点追踪超声心动图（STE）等先进成像技术相结合。STE相比传统的容量指标具有更高敏感性、更好重复性和角度独立性等优势，可用于表征不同HFpEF表型中的心房重塑和房室失耦。此外，虽然临床研究已记录了LA-AV失耦，但其组织学相关性和机制异质性仍定义不清，这很大程度上是由于难以获取人类的心肌组织和疾病早期标志物。
为填补这一知识空白，本研究采用了两种已确立的与高血压相关的HFpEF大鼠模型：代表盐驱动高血压的Dahl盐敏感（Dahl/SS）大鼠模型，以及代表代谢和内皮应激的双重打击模型（高脂饮食联合Nω-硝基-L-精氨酸甲酯，HD + NAME）。这些模型捕捉了HFpEF的不同病理生理驱动因素。我们假设，HFpEF的不同潜在病因会导致LA功能损伤和病理性重塑，并且这些差异可以通过优化的LA-STE方案进行无创量化。本研究整合了优化的LA靶向STE方案、组织病理学评估和运动能力测试，旨在描绘HFpEF表型间的功能异质性。我们进一步寻求验证LA硬度指数（LASI）和舒张期圆周应变率（CSRe）等成像生物标志物，并阐明它们与心房病理性重塑的关系。最终目标是为表型分层确定非侵入性生物标志物，从而提升研究结果的临床相关性。
2 方法
所有实验程序均获得机构伦理委员会批准（批准号：Research 2023−341），并严格遵守相关动物实验指南进行。
研究共纳入48只大鼠。HFpEF在Dahl/SS组中通过喂食8% NaCl饮食10周来诱导。在HD + NAME组中，Sprague-Dawley大鼠被喂食60%高脂饮食，同时饮用水中含有L-NAME（0.5 g/L），持续相同时间。对照组动物接受标准饮食和自由饮水。每周使用无创尾套系统测量收缩压（SBP）。采集静脉血样测量N末端B型利钠肽原（NT-proBNP）水平。研究结束时记录体重、胫骨长度和心脏重量，并计算心脏重量与胫骨长度比（HW/TL）作为心脏肥大的指标。
经胸超声心动图使用高分辨率成像系统进行。大鼠在胸部脱毛后置于温控平台上，仰卧位。通过吸入2–3%异氟烷诱导麻醉，并将心率维持在300-350次/分钟以保证血流动力学稳定。从标准切面获取图像，帧率≥173帧/秒。使用脉冲波多普勒测量二尖瓣流入速度（E波和A波）。使用组织多普勒成像在室间隔瓣环处测量早期舒张期二尖瓣瓣环速度（e′）。计算E/A和E/e′比作为左心室（LV）舒张功能的指标。左心室射血分数（LVEF）使用双平面圆盘法计算。
由于啮齿动物解剖变异性和操作者依赖性不一致，在临床实践中用于评估LA容积和应变的常规切面在技术上难以复制。为解决这些限制，我们通过使用改良的胸骨旁长轴切面结合更小的超声探头、更高的帧率和改进的探头可操作性，优化了LA成像策略。这种方法通过最小化房间隔和肺静脉的干扰，提供了更优的LA可视化效果，从而实现更准确和可重复的功能评估。
在改良的LA成像视图中，使用功能成像技术量化LA应变。应变曲线通过从前二尖瓣瓣环沿侧壁和顶部到下二尖瓣瓣环跟踪心内膜边界来获得。优先优化图像质量和帧率，以实现高时间分辨率。本研究始终达到173帧/秒的帧率，从而能精确量化LA应变。LA应变以R–R间期作为时间参考进行分析，将舒张末期设为零基线。导管应变和收缩期应变表示为负值。LA硬度指数（LASI）计算为E/e′与LA储备应变（LASr）的比值（E/e′/LASr）。圆周应变率（CSR）在三个时相进行评估：收缩期（CSRs）、舒张早期（CSRe）和等容舒张期（CSRivr）。还计算了房室顺应性指数（E/CSRe）用于组间比较。所有分析均由两名对分组不知情的经验丰富的超声心动图医师独立进行。
使用啮齿动物专用跑台系统评估运动耐力。大鼠在正式运动测试前进行为期两天的标准化适应。测试方案强度逐渐增加直至力竭。总跑步距离和运动持续时间被记录为耐力指标。
大鼠在人道安乐死后获取心脏。仔细分离左心房组织用于组织学分析。使用Masson三色染色量化间质纤维化，使用小麦胚芽凝集素（WGA）染色评估心肌细胞肥大。使用Image-Pro Plus 6.0分析图像，计算每个切片的平均细胞面积。进行定量组织学评估以将结构重塑与功能参数相关联。
所有统计分析均使用SPSS 26.0和GraphPad Prism 10.0进行。数据表示为平均值 ± 标准差（SD）。使用单因素方差分析（ANOVA）进行三组（对照组、Dahl/SS组、HD + NAME组）之间的比较，随后进行Bonferroni事后校正。使用学生t检验进行两组比较。使用Pearson方法评估连续变量之间的相关性。进行了双因素ANOVA以评估潜在的性别相关效应，结果显示任何关键参数均未观察到显著的性别主效应或组×性别交互作用。
3 结果
3.1 常规超声心动图参数
与对照组相比，HD + NAME组体重显著更高，而Dahl/SS组体重较低。尽管存在这些全身性差异，两种HFpEF模型均表现出明显的心脏肥大，反映在心脏重量与胫骨长度比值的增加上。两种HFpEF组的收缩压均显著升高。正如预期，所有HFpEF模型组均表现出与对照组相比保留的左心室射血分数。Dahl/SS和HD + NAME大鼠的舒张功能受损，支持指标为E/e′比值升高和E/A比值降低。在超声心动图图像采集期间持续监测心率，未观察到显著的组间差异。
3.2 LA应变和AV功能评估
结构和功能分析揭示了两种HFpEF模型中心房重塑的不同模式。与对照组相比，两种HFpEF雄性大鼠均表现出轻度的LA扩张。观察到模型依赖性的LA相位功能改变。值得注意的是，两种HFpEF组均表现出增大的LA收缩末期面积（LAESA）和降低的LA面积变化分数（LAFAC），表明LA收缩性能受损。斑点追踪超声心动图（STE）显示导管功能保留，但储备功能显著受损。与对照组相比，LA储备应变（LASr）显著降低。重要的是，LA硬度指数（LASI）成为AV功能障碍的敏感标志物，在两种HFpEF模型中均表现出显著增加。
圆周分层应变（CS）是一种在临床前模型中验证用于评估透壁心肌力学的新参数，在两种HFpEF组中均显著降低。观察到应变损伤的特征性梯度，心内膜CS减少最为明显，这与人类HFpEF队列中报告的心内膜到心外膜应变衰减密切相关。为了补充应变分析，还评估了收缩期（CSRs）、等容舒张期（CSRivr）和舒张早期（CSRe）的CSR参数。CSRs在各组间保持保留；然而，CSRivr和CSRe在HFpEF大鼠中均显著降低。为了进一步表征AV耦联，我们计算了E/CSRe比值，这是一个负荷敏感的顺应性指数。与对照组相比，该比值在两种HFpEF组中均显著升高。
3.3 最大运动耐力测试及相关性分析
使用标准化跑台方案评估运动耐力，通过跑步距离、运动持续时间和总功（体重标准化）量化表现。与对照组相比，两种HFpEF模型均表现出显著受损的运动耐力，其中HD + NAME组受限最严重。经体重调整后，Dahl/SS组和HD + NAME组之间的运动功无显著差异。此外，两种模型组的NT-proBNP水平均显著升高。重要的是，运动耐力降低的模式与超声心动图上左心房-心室失耦和舒张功能障碍的证据相一致。
3.4 LA应变和AV顺应性与心肌细胞肥大及纤维化的相关性
为了探索HFpEF中心房功能障碍的结构基础，使用双重染色方案进行了高分辨率荧光成像：WGA用于描绘心肌细胞膜，Masson三色染色用于可视化间质胶原沉积。定量形态学分析揭示了显著的心肌细胞肥大，两种HFpEF模型的心肌细胞横截面积几乎是对照组的两倍。纤维化负荷也显著增加。重要的是，LA和AV功能的超声心动图指标，包括LASr、LASI、CSRe和E/CSRe，与组织病理学重塑密切相关。其中，LASI表现出最强的关联，与心肌细胞肥大和纤维化负荷呈正相关，而LASr则呈负相关。
4 讨论
我们的研究提供了几个关键见解。首先，我们建立了一个针对大鼠LA成像优化的STE方案，实现了心房力学的精确量化。利用这种方法，我们确定了LASI和E/CSRe作为AV失耦的稳健生物标志物，两者均与组织病理学重塑密切相关。这些参数代表了心房功能障碍可靠、非侵入性的标志物，并为临床前HFpEF模型中评估LA功能建立了新标准。其次，在统一的诊断框架内联合使用LASI和CSRe，改善了对不同HFpEF模型的表型区分，并提高了监测心脏功能变化的准确性。
对LA结构和功能的评估因其与疾病进展和临床症状负担的强相关性，在心力衰竭管理中日益受到重视。尽管如此，标准化方法和评估LA功能的共识指南仍然缺乏，尤其是在实验性HFpEF模型中。先前的大多数研究依赖于容积或直径指标，而STE因其高重复性和角度独立性，已成为评估LA应变的强大成像方式。通过实现心房力学的详细量化，STE提供了比传统超声心动图技术更优的空间分辨率和更精细的功能评估。然而，方法学挑战依然存在。现有的大鼠LA应变分析方法通常依赖于LV导向的软件，这引入了技术限制和潜在的不准确性。为了解决这个问题，我们专门为LA应变评估调整了功能成像，优化了对薄房间隔的轮廓描绘，同时最大限度地减少了肺静脉和LA心耳的伪影。这一改进不仅确保了研究结果的稳健性，还提高了小动物HFpEF模型中LA功能评估的精确性。
在HFpEF大鼠模型中，我们观察到LA应变在储备期和主动收缩期均显著降低，同时伴有LASI显著升高，并且未观察到明显的性别差异。LA功能障碍与HFpEF严重程度之间的关联已被广泛认可，AV顺应性作为疾病进展的关键决定因素也越来越受到重视。最近的临床研究表明，STE衍生的LA应变参数可以可靠地区分经侵入性检查确认的HFpEF与非心源性呼吸困难。储备期和导管期应变的显著受损可以强有力地预测HFpEF患者的异常血流动力学、运动能力降低和不良结局。此外，LA收缩应变阈值（<33%）被确定为HFpEF高度敏感和特异的诊断标志物，优于2016年欧洲心脏病学会（ESC）标准。除了诊断，STE也已成为检测心肌纤维化的敏感工具，可有效区分肥厚型心肌病与法布里病，并且应变参数与纤维化负荷显示出强相关性。据我们所知，这是首次将AV顺应性内的LA应变指标整合到与高血压相关的HFpEF诊断框架中。这种方法增强了表型分类，并与人类队列中日益被认识到的、由LA心肌病主导的新兴HFpEF亚型相一致，尤其在老年人、女性和心房硬度升高的患者中。
HFpEF越来越被认为是一种包含多种病理生理表型的异质性临床综合征。重要的是，Dahl/SS和HD + NAME模型通过不同的高血压和代谢应激途径重现了这种异质性，凸显了表型特异性诊断和治疗策略的必要性。这两种HFpEF模型被选择来代表文献中报道的不同病因：Dahl/SS模型以盐敏感性高血压为特征，伴有相关的肾脏和炎症负担，而HD + NAME模型则重现了一氧化氮缺乏、血管硬化和微血管功能障碍的特征。组织病理学评估显示，两种模型均表现出心肌细胞横截面积增加和间质胶原沉积，表明心肌肥大和纤维化，并且Dahl/SS大鼠左心房的纤维化重塑更为明显。因此，分析旨在确定这些不同的重塑模式是否会转化为使用STE方案可检测到的不同LA功能表型。
除了血流动力学紊乱，HFpEF中的LA重塑还受到心肌肥大、异常肌联蛋白磷酸化和微血管稀疏的影响，即使在没有慢性心房高血压或明显LA纤维化的情况下也是如此。因此，在临床前模型中定义LA功能对于早期HFpEF检测和靶向干预开发至关重要。在高血压诱导的HFpEF早期阶段，代偿性LA机制有助于在储备期和收缩期维持LV充盈，从而缓冲肺循环。然而，随着疾病进展，增加的LV收缩末期硬度和升高的舒张压超过了左心房的代偿能力，导致收缩性受损、肺高血压恶化以及适应性不良重塑的发展，通常称为LA心肌病。这种适应不良状态会促进右心室功能障碍、因瓣环扩张导致的功能性二尖瓣反流，并最终导致HFpEF患者临床结局不良。
我们的研究强调了LA重塑和AV失耦在高血压相关HFpEF模型评估中的作用，同时也探讨了潜在的性别差异。虽然先前的临床研究表明，老年女性患者通常表现出相对于LV容积不成比例更大的LA容积，但我们的研究结果未发现显著的性别差异或交互效应，这强化了年龄是HFpEF中LA功能障碍的主要决定因素。与先前报告一致，我们的数据支持LASI作为比孤立的LV充盈压指标更优的预后标志物，用于预测HFpEF患者的不良结局。LA储备和收缩功能的损伤，反映在LASI和E/CSRe的升高，突显了AV失耦的机制重要性。缩短的等容舒张时间（IVRT）和增加的E/A比进一步强调了多参数评估对于准确疾病表征的必要性。总之，这些发现表明，在统一的诊断框架内联合评估LA应变和CSRe，可以增强HFpEF的表型分型和风险分层。值得注意的是，在我们的HFpEF模型中，LA和LV功能损伤在10周时已经很明显。从机制上讲，盐敏感性HFpEF主要由高血压驱动，Dahl/SS大鼠的收缩压比HD + NAME大鼠高约20mmHg，从而促进了心房重塑。相比之下，HD + NAME模型破坏了一氧化氮依赖的血管舒张，心房心肌病的进展由线粒体功能障碍和氧化应激驱动，最终导致舒张功能障碍和心房重塑。尽管观察到的线性关系具有统计学意义，但相对较低的确定系数（r2）表明，只有一小部分LA应变参数的变异可以用组织病理学变化来解释。在其他纤维化驱动的模型（如主动脉缩窄或血管紧张素-II输注）中的比较研究表明，心房颤动（AF）仅在广泛纤维化（约比对照组增加四倍）的情况下发生。鉴于心房纤维化和功能障碍常先于AF发作，我们的研究结果表明，LASr和AV顺应性可能作为临床前治疗研究中宝贵的实验终点。
4.1 局限性
本研究未纳入侵入性LV压力-容积测量或对潜在分子机制的深入分析。使用的临床前模型为年轻成年大鼠（约20周龄），其HFpEF病因与人类有显著差异。尽管如此，HFpEF模型表现出了特征性的超声心动图和生化特征，包括升高的E/e′比值和增加的NT-proBNP水平，所有这些都得到了组织病理学验证的支持。左心房的薄壁结构引入了应变追踪的潜在变异性；然而，本研究中使用的改良LA成像方案优先考虑基于面积的评估，而不是依赖几何形状的容积计算，从而提高了测量的可靠性。虽然麻醉可能影响心率，但应用了标准化方案以将心率维持在300–350次/分钟的范围内，从而最小化R–R间期依赖性应变分析的偏倚。未来的研究应纳入AF模型，以更好地表征心房心肌病及其与传导异常的关系。纳入对照性高血压队列或正常血压的HFpEF模型，对于明确压力超负荷的具体贡献将非常宝贵。此外，研究标准疗法（如SGLT2抑制剂）对已识别通路的影响，代表了关键且合乎逻辑的下一步，这将大大增强这些发现的临床相关性。
4.2 结论
通过应用专门针对左心房优化的STE方案，本研究显著提高了心房功能评估的精确度。与主要关注LV舒张充盈的传统指标不同，我们证明LASI是一个敏感且综合性的标志物，能同时捕捉AV顺应性和潜在的结构重塑。这些发现不仅增强了对心房心肌病的机制理解，还突出了基于LASI和CSRe的参数作为组织水平重塑的非侵入性替代指标的转化潜力，对HFpEF的早期诊断、精细表型分型和治疗反应监测具有重要意义。
