射血分數保留型心衰（HFpEF）是一種具有復雜病理生理機制的異質性綜合征，其中左心房（LA）重塑和受損的房室（AV）適應性構成了其核心特征。然而，盡管LA功能障礙和房室失耦可能在血流動力學應激下驅動HFpEF的異質性方面扮演關鍵角色，但目前對其研究仍不充分。臨床研究常因組織可及性有限、缺乏早期標志物以及無法控制的表型變異而受限。因此，臨床前模型對于實現標準化評估和揭示早期機制通路至關重要。HFpEF中的舒張功能障礙對LA施加了持續的機械應力，促進其儲備功能進行性下降、硬度增加和肺靜脈壓力升高，進而導致右心室-肺動脈耦聯受損和臨床失代償。近年來，心房心肌病的概念備受關注，它指的是LA的結構、電學和機械重塑，這些重塑可能獨立于心室功能障礙發生，也可能與之共同發生。盡管如此，很少有研究能系統地將病理生理學證據與斑點追蹤超聲心動圖（STE）等先進成像技術相結合。STE相比傳統的容量指標具有更高敏感性、更好重復性和角度獨立性等優勢，可用于表征不同HFpEF表型中的心房重塑和房室失耦。此外，雖然臨床研究已記錄了LA-AV失耦，但其組織學相關性和機制異質性仍定義不清，這很大程度上是由于難以獲取人類的心肌組織和疾病早期標志物。

為填補這一知識空白，本研究采用了兩種已確立的與高血壓相關的HFpEF大鼠模型：代表鹽驅動高血壓的Dahl鹽敏感（Dahl/SS）大鼠模型，以及代表代謝和內皮應激的雙重打擊模型（高脂飲食聯合N^ω-硝基-L-精氨酸甲酯，HD + NAME）。這些模型捕捉了HFpEF的不同病理生理驅動因素。我們假設，HFpEF的不同潛在病因會導致LA功能損傷和病理性重塑，并且這些差異可以通過優化的LA-STE方案進行無創量化。本研究整合了優化的LA靶向STE方案、組織病理學評估和運動能力測試，旨在描繪HFpEF表型間的功能異質性。我們進一步尋求驗證LA硬度指數（LASI）和舒張期圓周應變率（CSRe）等成像生物標志物，并闡明它們與心房病理性重塑的關系。最終目標是為表型分層確定非侵入性生物標志物，從而提升研究結果的臨床相關性。

所有實驗程序均獲得機構倫理委員會批準（批準號：Research 2023?341），并嚴格遵守相關動物實驗指南進行。

研究共納入48只大鼠。HFpEF在Dahl/SS組中通過喂食8% NaCl飲食10周來誘導。在HD + NAME組中，Sprague-Dawley大鼠被喂食60%高脂飲食，同時飲用水中含有L-NAME（0.5 g/L），持續相同時間。對照組動物接受標準飲食和自由飲水。每周使用無創尾套系統測量收縮壓（SBP）。采集靜脈血樣測量N末端B型利鈉肽原（NT-proBNP）水平。研究結束時記錄體重、脛骨長度和心臟重量，并計算心臟重量與脛骨長度比（HW/TL）作為心臟肥大的指標。

經胸超聲心動圖使用高分辨率成像系統進行。大鼠在胸部脫毛后置于溫控平臺上，仰臥位。通過吸入2–3%異氟烷誘導麻醉，并將心率維持在300-350次/分鐘以保證血流動力學穩定。從標準切面獲取圖像，幀率≥173幀/秒。使用脈沖波多普勒測量二尖瓣流入速度（E波和A波）。使用組織多普勒成像在室間隔瓣環處測量早期舒張期二尖瓣瓣環速度（e′）。計算E/A和E/e′比作為左心室（LV）舒張功能的指標。左心室射血分數（LVEF）使用雙平面圓盤法計算。

由于嚙齒動物解剖變異性和操作者依賴性不一致，在臨床實踐中用于評估LA容積和應變的常規切面在技術上難以復制。為解決這些限制，我們通過使用改良的胸骨旁長軸切面結合更小的超聲探頭、更高的幀率和改進的探頭可操作性，優化了LA成像策略。這種方法通過最小化房間隔和肺靜脈的干擾，提供了更優的LA可視化效果，從而實現更準確和可重復的功能評估。

在改良的LA成像視圖中，使用功能成像技術量化LA應變。應變曲線通過從前二尖瓣瓣環沿側壁和頂部到下二尖瓣瓣環跟蹤心內膜邊界來獲得。優先優化圖像質量和幀率，以實現高時間分辨率。本研究始終達到173幀/秒的幀率，從而能精確量化LA應變。LA應變以R–R間期作為時間參考進行分析，將舒張末期設為零基線。導管應變和收縮期應變表示為負值。LA硬度指數（LASI）計算為E/e′與LA儲備應變（LASr）的比值（E/e′/LASr）。圓周應變率（CSR）在三個時相進行評估：收縮期（CSRs）、舒張早期（CSRe）和等容舒張期（CSRivr）。還計算了房室順應性指數（E/CSRe）用于組間比較。所有分析均由兩名對分組不知情的經驗豐富的超聲心動圖醫師獨立進行。

使用嚙齒動物專用跑臺系統評估運動耐力。大鼠在正式運動測試前進行為期兩天的標準化適應。測試方案強度逐漸增加直至力竭。總跑步距離和運動持續時間被記錄為耐力指標。

大鼠在人道安樂死后獲取心臟。仔細分離左心房組織用于組織學分析。使用Masson三色染色量化間質纖維化，使用小麥胚芽凝集素（WGA）染色評估心肌細胞肥大。使用Image-Pro Plus 6.0分析圖像，計算每個切片的平均細胞面積。進行定量組織學評估以將結構重塑與功能參數相關聯。

所有統計分析均使用SPSS 26.0和GraphPad Prism 10.0進行。數據表示為平均值 ± 標準差（SD）。使用單因素方差分析（ANOVA）進行三組（對照組、Dahl/SS組、HD + NAME組）之間的比較，隨后進行Bonferroni事后校正。使用學生t檢驗進行兩組比較。使用Pearson方法評估連續變量之間的相關性。進行了雙因素ANOVA以評估潛在的性別相關效應，結果顯示任何關鍵參數均未觀察到顯著的性別主效應或組×性別交互作用。

與對照組相比，HD + NAME組體重顯著更高，而Dahl/SS組體重較低。盡管存在這些全身性差異，兩種HFpEF模型均表現出明顯的心臟肥大，反映在心臟重量與脛骨長度比值的增加上。兩種HFpEF組的收縮壓均顯著升高。正如預期，所有HFpEF模型組均表現出與對照組相比保留的左心室射血分數。Dahl/SS和HD + NAME大鼠的舒張功能受損，支持指標為E/e′比值升高和E/A比值降低。在超聲心動圖圖像采集期間持續監測心率，未觀察到顯著的組間差異。

結構和功能分析揭示了兩種HFpEF模型中心房重塑的不同模式。與對照組相比，兩種HFpEF雄性大鼠均表現出輕度的LA擴張。觀察到模型依賴性的LA相位功能改變。值得注意的是，兩種HFpEF組均表現出增大的LA收縮末期面積（LAESA）和降低的LA面積變化分數（LAFAC），表明LA收縮性能受損。斑點追蹤超聲心動圖（STE）顯示導管功能保留，但儲備功能顯著受損。與對照組相比，LA儲備應變（LASr）顯著降低。重要的是，LA硬度指數（LASI）成為AV功能障礙的敏感標志物，在兩種HFpEF模型中均表現出顯著增加。

圓周分層應變（CS）是一種在臨床前模型中驗證用于評估透壁心肌力學的新參數，在兩種HFpEF組中均顯著降低。觀察到應變損傷的特征性梯度，心內膜CS減少最為明顯，這與人類HFpEF隊列中報告的心內膜到心外膜應變衰減密切相關。為了補充應變分析，還評估了收縮期（CSRs）、等容舒張期（CSRivr）和舒張早期（CSRe）的CSR參數。CSRs在各組間保持保留；然而，CSRivr和CSRe在HFpEF大鼠中均顯著降低。為了進一步表征AV耦聯，我們計算了E/CSRe比值，這是一個負荷敏感的順應性指數。與對照組相比，該比值在兩種HFpEF組中均顯著升高。

使用標準化跑臺方案評估運動耐力，通過跑步距離、運動持續時間和總功（體重標準化）量化表現。與對照組相比，兩種HFpEF模型均表現出顯著受損的運動耐力，其中HD + NAME組受限最嚴重。經體重調整后，Dahl/SS組和HD + NAME組之間的運動功無顯著差異。此外，兩種模型組的NT-proBNP水平均顯著升高。重要的是，運動耐力降低的模式與超聲心動圖上左心房-心室失耦和舒張功能障礙的證據相一致。

為了探索HFpEF中心房功能障礙的結構基礎，使用雙重染色方案進行了高分辨率熒光成像：WGA用于描繪心肌細胞膜，Masson三色染色用于可視化間質膠原沉積。定量形態學分析揭示了顯著的心肌細胞肥大，兩種HFpEF模型的心肌細胞橫截面積幾乎是對照組的兩倍。纖維化負荷也顯著增加。重要的是，LA和AV功能的超聲心動圖指標，包括LASr、LASI、CSRe和E/CSRe，與組織病理學重塑密切相關。其中，LASI表現出最強的關聯，與心肌細胞肥大和纖維化負荷呈正相關，而LASr則呈負相關。

我們的研究提供了幾個關鍵見解。首先，我們建立了一個針對大鼠LA成像優化的STE方案，實現了心房力學的精確量化。利用這種方法，我們確定了LASI和E/CSRe作為AV失耦的穩健生物標志物，兩者均與組織病理學重塑密切相關。這些參數代表了心房功能障礙可靠、非侵入性的標志物，并為臨床前HFpEF模型中評估LA功能建立了新標準。其次，在統一的診斷框架內聯合使用LASI和CSRe，改善了對不同HFpEF模型的表型區分，并提高了監測心臟功能變化的準確性。

對LA結構和功能的評估因其與疾病進展和臨床癥狀負擔的強相關性，在心力衰竭管理中日益受到重視。盡管如此，標準化方法和評估LA功能的共識指南仍然缺乏，尤其是在實驗性HFpEF模型中。先前的大多數研究依賴于容積或直徑指標，而STE因其高重復性和角度獨立性，已成為評估LA應變的強大成像方式。通過實現心房力學的詳細量化，STE提供了比傳統超聲心動圖技術更優的空間分辨率和更精細的功能評估。然而，方法學挑戰依然存在。現有的大鼠LA應變分析方法通常依賴于LV導向的軟件，這引入了技術限制和潛在的不準確性。為了解決這個問題，我們專門為LA應變評估調整了功能成像，優化了對薄房間隔的輪廓描繪，同時最大限度地減少了肺靜脈和LA心耳的偽影。這一改進不僅確保了研究結果的穩健性，還提高了小動物HFpEF模型中LA功能評估的精確性。

在HFpEF大鼠模型中，我們觀察到LA應變在儲備期和主動收縮期均顯著降低，同時伴有LASI顯著升高，并且未觀察到明顯的性別差異。LA功能障礙與HFpEF嚴重程度之間的關聯已被廣泛認可，AV順應性作為疾病進展的關鍵決定因素也越來越受到重視。最近的臨床研究表明，STE衍生的LA應變參數可以可靠地區分經侵入性檢查確認的HFpEF與非心源性呼吸困難。儲備期和導管期應變的顯著受損可以強有力地預測HFpEF患者的異常血流動力學、運動能力降低和不良結局。此外，LA收縮應變閾值（<33%）被確定為HFpEF高度敏感和特異的診斷標志物，優于2016年歐洲心臟病學會（ESC）標準。除了診斷，STE也已成為檢測心肌纖維化的敏感工具，可有效區分肥厚型心肌病與法布里病，并且應變參數與纖維化負荷顯示出強相關性。據我們所知，這是首次將AV順應性內的LA應變指標整合到與高血壓相關的HFpEF診斷框架中。這種方法增強了表型分類，并與人類隊列中日益被認識到的、由LA心肌病主導的新興HFpEF亞型相一致，尤其在老年人、女性和心房硬度升高的患者中。

HFpEF越來越被認為是一種包含多種病理生理表型的異質性臨床綜合征。重要的是，Dahl/SS和HD + NAME模型通過不同的高血壓和代謝應激途徑重現了這種異質性，凸顯了表型特異性診斷和治療策略的必要性。這兩種HFpEF模型被選擇來代表文獻中報道的不同病因：Dahl/SS模型以鹽敏感性高血壓為特征，伴有相關的腎臟和炎癥負擔，而HD + NAME模型則重現了一氧化氮缺乏、血管硬化和微血管功能障礙的特征。組織病理學評估顯示，兩種模型均表現出心肌細胞橫截面積增加和間質膠原沉積，表明心肌肥大和纖維化，并且Dahl/SS大鼠左心房的纖維化重塑更為明顯。因此，分析旨在確定這些不同的重塑模式是否會轉化為使用STE方案可檢測到的不同LA功能表型。

除了血流動力學紊亂，HFpEF中的LA重塑還受到心肌肥大、異常肌聯蛋白磷酸化和微血管稀疏的影響，即使在沒有慢性心房高血壓或明顯LA纖維化的情況下也是如此。因此，在臨床前模型中定義LA功能對于早期HFpEF檢測和靶向干預開發至關重要。在高血壓誘導的HFpEF早期階段，代償性LA機制有助于在儲備期和收縮期維持LV充盈，從而緩沖肺循環。然而，隨著疾病進展，增加的LV收縮末期硬度和升高的舒張壓超過了左心房的代償能力，導致收縮性受損、肺高血壓惡化以及適應性不良重塑的發展，通常稱為LA心肌病。這種適應不良狀態會促進右心室功能障礙、因瓣環擴張導致的功能性二尖瓣反流，并最終導致HFpEF患者臨床結局不良。

我們的研究強調了LA重塑和AV失耦在高血壓相關HFpEF模型評估中的作用，同時也探討了潛在的性別差異。雖然先前的臨床研究表明，老年女性患者通常表現出相對于LV容積不成比例更大的LA容積，但我們的研究結果未發現顯著的性別差異或交互效應，這強化了年齡是HFpEF中LA功能障礙的主要決定因素。與先前報告一致，我們的數據支持LASI作為比孤立的LV充盈壓指標更優的預后標志物，用于預測HFpEF患者的不良結局。LA儲備和收縮功能的損傷，反映在LASI和E/CSRe的升高，突顯了AV失耦的機制重要性。縮短的等容舒張時間（IVRT）和增加的E/A比進一步強調了多參數評估對于準確疾病表征的必要性。總之，這些發現表明，在統一的診斷框架內聯合評估LA應變和CSRe，可以增強HFpEF的表型分型和風險分層。值得注意的是，在我們的HFpEF模型中，LA和LV功能損傷在10周時已經很明顯。從機制上講，鹽敏感性HFpEF主要由高血壓驅動，Dahl/SS大鼠的收縮壓比HD + NAME大鼠高約20mmHg，從而促進了心房重塑。相比之下，HD + NAME模型破壞了一氧化氮依賴的血管舒張，心房心肌病的進展由線粒體功能障礙和氧化應激驅動，最終導致舒張功能障礙和心房重塑。盡管觀察到的線性關系具有統計學意義，但相對較低的確定系數（r²）表明，只有一小部分LA應變參數的變異可以用組織病理學變化來解釋。在其他纖維化驅動的模型（如主動脈縮窄或血管緊張素-II輸注）中的比較研究表明，心房顫動（AF）僅在廣泛纖維化（約比對照組增加四倍）的情況下發生。鑒于心房纖維化和功能障礙常先于AF發作，我們的研究結果表明，LASr和AV順應性可能作為臨床前治療研究中寶貴的實驗終點。

本研究未納入侵入性LV壓力-容積測量或對潛在分子機制的深入分析。使用的臨床前模型為年輕成年大鼠（約20周齡），其HFpEF病因與人類有顯著差異。盡管如此，HFpEF模型表現出了特征性的超聲心動圖和生化特征，包括升高的E/e′比值和增加的NT-proBNP水平，所有這些都得到了組織病理學驗證的支持。左心房的薄壁結構引入了應變追蹤的潛在變異性；然而，本研究中使用的改良LA成像方案優先考慮基于面積的評估，而不是依賴幾何形狀的容積計算，從而提高了測量的可靠性。雖然麻醉可能影響心率，但應用了標準化方案以將心率維持在300–350次/分鐘的范圍內，從而最小化R–R間期依賴性應變分析的偏倚。未來的研究應納入AF模型，以更好地表征心房心肌病及其與傳導異常的關系。納入對照性高血壓隊列或正常血壓的HFpEF模型，對于明確壓力超負荷的具體貢獻將非常寶貴。此外，研究標準療法（如SGLT2抑制劑）對已識別通路的影響，代表了關鍵且合乎邏輯的下一步，這將大大增強這些發現的臨床相關性。

通過應用專門針對左心房優化的STE方案，本研究顯著提高了心房功能評估的精確度。與主要關注LV舒張充盈的傳統指標不同，我們證明LASI是一個敏感且綜合性的標志物，能同時捕捉AV順應性和潛在的結構重塑。這些發現不僅增強了對心房心肌病的機制理解，還突出了基于LASI和CSRe的參數作為組織水平重塑的非侵入性替代指標的轉化潛力，對HFpEF的早期診斷、精細表型分型和治療反應監測具有重要意義。