急進(jìn)高原后男性官兵心功能的變化及其與AMS的關(guān)系*

易元月， 劉 寶， 吳 剛， 高鈺琪

(第三軍醫(yī)大學(xué)高原軍事醫(yī)學(xué)系高原特需藥品與衛(wèi)生裝備研究室， 高原環(huán)境醫(yī)學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 全軍高原醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 重慶 400038)

急進(jìn)高原后男性官兵心功能的變化及其與AMS的關(guān)系*

易元月， 劉 寶， 吳 剛， 高鈺琪△

(第三軍醫(yī)大學(xué)高原軍事醫(yī)學(xué)系高原特需藥品與衛(wèi)生裝備研究室， 高原環(huán)境醫(yī)學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 全軍高原醫(yī)學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 重慶 400038)

目的評(píng)價(jià)駐平原官兵急進(jìn)高原前后心功能的變化情況并探討其與急性高山病(AMS)的關(guān)系。方法采用超聲心動(dòng)圖評(píng)價(jià)42名健康青年男性官兵進(jìn)入高原前及快速進(jìn)入高原后(3 658 m，3 d)的心臟功能，同時(shí)觀察心率、血壓和血氧飽和度等生理指標(biāo)的變化，以及進(jìn)入高原后AMS的發(fā)病情況。結(jié)果與進(jìn)入高原前相比，青年男性官兵急進(jìn)高原后，左房收縮末期內(nèi)徑和左室舒張末期內(nèi)徑顯著減小，右房收縮末期內(nèi)徑顯著減小，右室流出道和肺動(dòng)脈內(nèi)徑顯著增寬，射血分?jǐn)?shù)顯著增大，心輸出量顯著增多，肺動(dòng)脈收縮壓及平均肺動(dòng)脈壓顯著增高，二尖瓣E峰流速顯著降低(P<0.05)。進(jìn)入高原后，42人中有15人發(fā)生AMS(AMS組)，27人未發(fā)病(non-AMS組)。比較2組官兵在平原的心功能發(fā)現(xiàn)，AMS組的主動(dòng)脈竇部?jī)?nèi)徑和左室舒張末期內(nèi)徑顯著小于non-AMS組，肺動(dòng)脈收縮壓顯著高于non-AMS組。比較2組官兵進(jìn)入高原后的心功能發(fā)現(xiàn)，AMS組左房收縮末期內(nèi)徑顯著小于non-AMS組(P<0.05)。AMS評(píng)分與進(jìn)入高原前的心輸出量呈顯著負(fù)相關(guān)性(r=-0.3814，P<0.05)。結(jié)論青年男性官兵從平原快速進(jìn)入高原后，右心功能受損合并左心功能代償；在平原運(yùn)用超聲心動(dòng)圖進(jìn)行肺動(dòng)脈收縮壓及心輸出量的檢查有助于AMS易感人群的篩選。

急性高山??； 左心室； 代償； 超聲心動(dòng)圖

近年來(lái)，隨著高原地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和國(guó)防建設(shè)需要，越來(lái)越多的人從平原進(jìn)入高原[1-3]。高原中大氣壓力隨著海拔高度的增加而降低，大氣中的氧分壓也隨之降低，引起動(dòng)脈氧分壓和氧飽和度降低[4-5]。為了習(xí)服高原的低氣壓低氧環(huán)境，機(jī)體會(huì)在神經(jīng)體液內(nèi)分泌的作用下，圍繞著氧的攝取、運(yùn)輸和利用等，發(fā)生一系列代償適應(yīng)性變化，呼吸增快、通氣量增加、心率增快及心輸出量增多都是機(jī)體對(duì)高原低氧環(huán)境的習(xí)服性反應(yīng)[6]。多數(shù)人通過(guò)代償可獲得對(duì)高原環(huán)境的良好習(xí)服，但也有部分人因習(xí)服不良發(fā)生各種高原病[7]。急性高山病(acute mountain sickness，AMS)又稱急性高原反應(yīng)，是最常見(jiàn)的急性高原病，影響人員健康，嚴(yán)重時(shí)可發(fā)展為高原腦水腫等重癥急性高原病，危及生命，有關(guān)AMS的發(fā)病機(jī)制至今仍不十分清楚[5, 7-8]。為此，本文采用超聲心動(dòng)圖等技術(shù)方法，比較觀察了健康青年男性官兵從平原快速進(jìn)入高原環(huán)境前后心功能的改變，并分析了其與AMS發(fā)病之間的關(guān)系，旨在為揭示AMS的發(fā)病機(jī)制提供實(shí)驗(yàn)依據(jù)。

材 料 和 方 法

1 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

此項(xiàng)研究總共招募了42名健康青年男性官兵。42人中有5人在進(jìn)入高原后二尖瓣舒張期峰值流速為單峰，因此在比較官兵二尖瓣舒張期峰值流速時(shí)只納入了37例。42人中在進(jìn)入高原前后超聲心動(dòng)圖顯示均有三尖瓣返流的共有23人，因此只有這23人可以通過(guò)三尖瓣返流情況估測(cè)肺動(dòng)脈收縮壓(pulmonary arterial systolic pressure， PASP)并比較自身進(jìn)入高原前后PASP的變化。42人平均年齡、身高及體重分別是(24.31±4.44)(20～48)歲、(172.93±5.94)(162～188)cm和(66.07±7.52)(52～86)kg。本研究排除入選受試者有呼吸系統(tǒng)疾病、心血管疾病、惡性腫瘤、肝腎功能障礙和免疫系統(tǒng)疾病以及不能完成調(diào)查問(wèn)卷的精神疾病患者。所有受試者均無(wú)高原暴露史。此外，所有受試者在入高原前1個(gè)月之內(nèi)均無(wú)藥物史及介入手術(shù)史。此項(xiàng)研究經(jīng)第三軍醫(yī)大學(xué)第二附屬醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。所有受試者均被告知此研究的背景、目的、步驟、風(fēng)險(xiǎn)和獲益并簽署了知情同意書(shū)。

2 方法

2.1實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 42名受試者耗時(shí)約43 h由平原(重慶，海拔500 m)乘火車(chē)到達(dá)高原(拉薩，海拔3 658 m)。研究者在急進(jìn)高原前3天與到達(dá)高原第3天均對(duì)受試者進(jìn)行體格檢查[心率(heart rate， HR)、血壓和動(dòng)脈血氧飽和度(arterial oxygen saturation， SaO2)]與超聲心動(dòng)圖檢查(Philips CX50便攜式彩色多普勒超聲診斷儀，探頭型號(hào)S5-1，探頭頻率2.5 MHz)，并指導(dǎo)受試者進(jìn)行路易斯湖評(píng)分(Lake Louise scoring，LLS)量表填寫(xiě)。

2.2超聲檢測(cè) 受試者取左側(cè)臥位，操作者經(jīng)二維超聲心動(dòng)圖測(cè)量其主動(dòng)脈竇部?jī)?nèi)徑(aortic sinus diameter，AO)、左房收縮末期內(nèi)徑(left atrial end-systolic dimension，LADs)、左室舒張末期內(nèi)徑(left ventricular end-diastolic dimension，LVDd)、右室前后徑(right ventricular anteroposterior dimension，RVDa)、室間隔厚度(interventricular septum thickness，IVS)、左室后壁厚度(left ventricular posterior width，LVPW)、右室流出道內(nèi)徑(right ventricular outflow tract diameter，RVOT)、肺動(dòng)脈內(nèi)徑(pulmonary artery dimension，PAD)、右房收縮末期內(nèi)徑(right atrial end-systolic dimension，RADs)和右室收縮末期內(nèi)徑(right ventricular end-systolic dimension，RVDs)；M型超聲測(cè)量縮短分?jǐn)?shù)(fractional shortening，F(xiàn)S)和射血分?jǐn)?shù)(ejection fraction，EF)；脈沖式多普勒測(cè)量主動(dòng)脈流速(aortic velocity，AV)、肺動(dòng)脈流速(pulmonary arterial velocity， PV)、二尖瓣E峰流速(mitral peak E velocity，MVE)和二尖瓣A峰流速(mitral peak A velocity， MVA)。根據(jù)測(cè)量數(shù)據(jù)及相關(guān)公式計(jì)算每搏輸出量(stroke volume，SV)、心輸出量(cardiac output，CO)、PASP及平均肺動(dòng)脈壓(mean pulmonary arterial pressure，MPAP)。每項(xiàng)數(shù)據(jù)采集均取3個(gè)心動(dòng)周期的平均值。

2.3AMS的評(píng)估 AMS診斷根據(jù)LLS標(biāo)準(zhǔn)[8]，包含頭痛、頭暈、胃腸道癥狀、睡眠困難以及疲勞和虛弱5個(gè)方面的癥狀。每種癥狀按照其發(fā)生的嚴(yán)重程度分為無(wú)、輕、中、重4個(gè)等級(jí)及相對(duì)應(yīng)的4種評(píng)分(0、1、2、3)。發(fā)生頭痛及總分≥3分可診斷為AMS，發(fā)生頭痛及總分≥5分為重度AMS。

3 統(tǒng)計(jì)學(xué)處理

應(yīng)用SPSS13.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。計(jì)量資料用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差(mean±SD)表示，在分析急進(jìn)高原對(duì)男性官兵心功能影響時(shí)使用自身配對(duì)t檢驗(yàn)；使用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分析心臟結(jié)構(gòu)和心功能與AMS的關(guān)系；用Spearman相關(guān)分析考察心功能與AMS的相關(guān)性。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

結(jié) 果

1 生命體征測(cè)量數(shù)據(jù)

青年男性官兵急進(jìn)高原后與平原時(shí)相比，SaO2顯著降低，HR、動(dòng)脈收縮壓(systolic arterial pressure，SAP)、動(dòng)脈舒張壓(diastolic arterial pressure，DAP)和平均動(dòng)脈壓(mean arterial pressure，MAP)均顯著增高(P<0.01)，見(jiàn)表1。年齡、身高和體重在non-AMS組與AMS組之間的差異沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性。無(wú)論在平原還是高原，non-AMS組與AMS組之間SaO2、HR、SAP、DAP和MAP的差異均沒(méi)有統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性，見(jiàn)表2、3。

表1受試官兵在不同海拔的心臟參數(shù)比較

Table 1. Cardiac parameters at low and high altitudes (Mean±SD.n=42)

IndexAltitude(m)5003658SaO2(%)97.60±1.8287.02±3.70**HR(min-1)66.17±9.0188.71±10.37**SAP(mmHg)111.4±7.76125.90±9.52**DAP(mmHg)67.98±5.6575.64±9.78**MAP(mmHg)82.44±5.5992.40±8.71**AO(mm)30.10±2.4430.29±2.65LADs(mm)31.18±2.1530.02±2.49**LVDd(mm)44.52±3.6043.27±3.54**IVS(mm)9.44±0.909.68±0.81LVPW(mm)9.45±0.719.55±0.59RADs(mm)36.43±2.0435.45±2.22*RVDs(mm)34.91±2.1734.12±2.18RVDa(mm)24.71±3.3324.52±3.05RVOT(mm)24.25±1.7425.36±2.50**PAD(mm)21.52±1.8922.64±1.75**FS(%)40.10±6.1141.12±4.61EF(%)69.43±5.2771.43±5.07*SV(mL)77.45±16.8875.10±17.77CO(mL/min)5087±12746723±1705**AVp(cm/s)125.55±18.97121.40±19.09PVp(cm/s)98.85±12.34100.69±13.09MPAP(mmHg)17.32±8.2625.80±11.01**

*P<0.05,**P<0.01vs500 m.

2 LLS量表數(shù)據(jù)

在受試官兵到達(dá)海拔3 658 m第3天，根據(jù)LLS標(biāo)準(zhǔn)[8]，15/42(35.7%)的受試者符合急性高原病標(biāo)準(zhǔn)；其中14/42(33.3%)符合輕微急性高原病標(biāo)準(zhǔn)，1/42(2.38%)符合嚴(yán)重急性高原病標(biāo)準(zhǔn)。所有受試者的平均LLS是1.95±1.79，均未發(fā)生高原肺水腫及高原腦水腫。

表2受試官兵的AMS與進(jìn)入高原前心臟參數(shù)的關(guān)系

Table 2. Relationship between AMS and cardiac parameters at 500 m (Mean±SD)

IndexNon-AMSAMSSaO2(%)97.77±0.7698.00±0.65HR(min-1)67.33±7.0962.87±11.07SAP(mmHg)111.70±7.61110.70±8.23DAP(mmHg)68.37±5.4967.27±6.05MAP(mmHg)82.83±5.4181.73±6.03AO(mm)30.74±2.3828.93±2.15*LADs(mm)31.44±2.2230.70±2.00LVDd(mm)45.37±3.5443.00±3.27*IVS(mm)9.45±0.989.40±0.74LVPW(mm)9.41±0.809.53±0.52RADs(mm)36.19±2.0436.87±2.03RVDs(mm)34.81±2.3235.07±1.94RVDa(mm)25.04±3.6324.13±2.75RVOT(mm)24.22±1.6924.29±1.87PAD(mm)21.72±1.6921.17±2.22FS(%)39.89±7.0140.47±4.24EF(%)66.41±13.1171.07±5.13SV(mL)80.19±17.8772.53±14.17CO(mL/min)5386±13104549±1042AVp(cm/s)123.63±19.93129.00±17.23PVp(cm/s)99.87±13.4897.00±10.14PASP(mmHg)23.13±4.7227.42±3.00**MPAP(mmHg)17.95±8.3916.18±8.18

n=14 in non-AMS group andn=9 in AMS group for PASP determination；n=27 in non-AMS group andn=15 in AMS group for others.*P<0.05,**P<0.01vsnon-AMS group.

3 急性高原暴露對(duì)心功能的影響

青年男性官兵急進(jìn)高原后與平原時(shí)相比，LADs和LVDd均減小，RADs減小，RVOT和PAD增寬，EF增大，CO增多，PASP與MPAP均增高(P<0.01)。而AO、IVS、LVPW、RVDs、RVDa、FS、SV、主動(dòng)脈血流峰值流速(aortic peak velocity，AVp)和肺動(dòng)脈血流峰值流速(pulmonary arterial peak velocity，PVp)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性。官兵急進(jìn)高原后與平原時(shí)相比,MVE降低(P<0.05),MVA的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)顯著性，見(jiàn)圖1、2及表1。

4 心功能與AMS評(píng)分的關(guān)系

AMS組與non-AMS組相比，處于平原時(shí)測(cè)定的AO數(shù)值減小，LVDd減小，PASP增高，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見(jiàn)表2。 AMS組與non-AMS組相比，處于高原時(shí)測(cè)定的LADs減小，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，見(jiàn)表3。官兵在平原的CO與AMS評(píng)分具有負(fù)相關(guān)性，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(r=-0.3814，P<0.05)，見(jiàn)圖3。

表3受試官兵的AMS與進(jìn)入高原后心臟參數(shù)的關(guān)系

Table 3. Relationship between AMS and cardiac parameters at 3 658 m (Mean±SD)

IndexNon-AMSAMSSaO2(%)87.07±3.4286.93±4.28HR(min-1)89.70±10.5187.40±10.15SAP(mmHg)125.60±8.89126.50±10.84DAP(mmHg)75.67±8.8975.60±11.56MAP(mmHg)92.30±7.9392.58±10.27AO(mm)30.73±2.9129.47±2.10LADs(mm)30.62±1.9228.93±3.10*LVDd(mm)43.94±3.6642.33±3.22IVS(mm)9.73±0.969.58±0.50LVPW(mm)9.58±0.649.47±0.52RADs(mm)35.54±2.0835.40±2.56RVDs(mm)34.23±2.1434.00±2.36RVDa(mm)24.69±3.2024.27±2.99RVOT(mm)25.74±2.7224.73±2.09PAD(mm)22.73±2.0322.53±1.25FS(%)40.96±4.4440.93±4.85EF(%)71.42±4.7570.93±5.54SV(mL)77.85±16.6170.13±19.26CO(mL/min)7006±17286214±1593AVp(cm/s)121.58±18.06120.27±20.29PVp(cm/s)100.58±14.57101.60±10.68PASP(mmHg)29.83±8.8734.18±8.70PMAP(mmHg)24.84±7.9526.89±15.30

n=14 in non-AMS group andn=9 in AMS group for PASP determination；n=27 in non-AMS group andn=15 in AMS group for others.*P<0.05vsnon-AMS group.

Figure 1. Comparisons of mitral peak E velocity (MVE) and mitral peak A velocity (MVA) in healthy young men at the altitudes of 500 m and 3 658 m. Mean±SD.n=37.*P<0.05vs500 m group.

圖1健康青年男性MVE與MVA在急進(jìn)高原的前后比較

Figure 2. Comparison of the pulmonary arterial systolic pressure (PASP) in healthy young men at the altitudes of 500 m and 3 658 m. Mean±SD.n=23.**P<0.01vs500 m group.

圖2健康青年男性肺動(dòng)脈收縮壓在急進(jìn)高原的前后比較

Figure 3. The correlation analysis of cardiac output (CO) at 500 m and AMS scores at 3 658 m (n=42).

圖3AMS評(píng)分與進(jìn)入高原前心輸出量的相關(guān)性分析

討 論

急進(jìn)高原后人體心臟的最初反應(yīng)是HR加快以及相伴隨的CO增加。上世紀(jì)早期至今，考慮到高原對(duì)國(guó)家的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)和軍事等方面的重要作用，各國(guó)的研究者對(duì)人體急進(jìn)高原前后心功能變化的精確描述問(wèn)題一直保持著濃厚的興趣[6]。之前的研究報(bào)告指出高原缺氧會(huì)使交感神經(jīng)興奮性增強(qiáng)從而導(dǎo)致HR的加快[9]。當(dāng)心率增快時(shí)，心動(dòng)周期(尤其是心室舒張期)縮短，因而心室充盈時(shí)間縮短，心室充盈減少(這也許是MVE降低的原因)[10]，從而導(dǎo)致LADs、LVDd和RADs減小。

根據(jù)高鈺琪[4]描述的標(biāo)準(zhǔn)，肺動(dòng)脈高壓是指肺動(dòng)脈壓的異常增高，收縮壓>30 mmHg，舒張壓>15 mmHg，平均肺動(dòng)脈壓>20 mmHg。此次受試者急進(jìn)高原后PASP和MPAP增高，符合該診斷標(biāo)準(zhǔn)。急性缺氧可致肺動(dòng)脈壓升高，這一現(xiàn)象已經(jīng)得到很多研究者證實(shí)，并稱之為缺氧性肺動(dòng)脈增壓反應(yīng)[4, 11-15]；其原因是急性缺氧引起人體的肺動(dòng)脈特別是肺小動(dòng)脈收縮，肺循環(huán)阻力增加，引起肺動(dòng)脈壓的增高[16]。肺動(dòng)脈壓力的增高可使右室后負(fù)荷增加，即右心功能受損，從而導(dǎo)致RVOT和PAD增寬。以上理論與此次實(shí)驗(yàn)結(jié)果相符。

根據(jù)此次超聲數(shù)據(jù)可知，到達(dá)高原后LVDd比平原時(shí)減小，提示左心前負(fù)荷減小，若是在左室心肌收縮能力不變的情況下，左室SV應(yīng)該會(huì)降低。但此次實(shí)驗(yàn)結(jié)果是SV在急進(jìn)高原前后差異不顯著，左室EF增加。因此，可以推測(cè)出急性缺氧時(shí)在等長(zhǎng)調(diào)節(jié)機(jī)制作用下，左室心肌收縮能力增強(qiáng)，即左心發(fā)揮了明顯的代償功能。多數(shù)研究也證實(shí)，低氧的直接影響表現(xiàn)為心臟功能特別是左室收縮功能保持不變或者輕度增高[6, 17]。查閱文獻(xiàn)可知，左心發(fā)揮代償功能的原因是：低氧作用于頸動(dòng)脈體導(dǎo)致交感神經(jīng)興奮性提高，激動(dòng)心肌細(xì)胞的β腎上腺素能受體后，可通過(guò)cAMP轉(zhuǎn)導(dǎo)通路，激活細(xì)胞膜上的L型鈣通道，增加鈣離子內(nèi)流，再通過(guò)鈣觸發(fā)鈣釋放機(jī)制促進(jìn)心肌細(xì)胞胞質(zhì)內(nèi)鈣離子濃度的增加。胞質(zhì)內(nèi)鈣離子濃度增加后，活化的橫橋數(shù)目增多促使心肌收縮能力增強(qiáng)[18]。

根據(jù)此次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析得知，在平原時(shí)，AMS組與non-AMS組相比PASP增高，CO與AMS評(píng)分具有負(fù)相關(guān)性，提示我們可在平原上運(yùn)用超聲心動(dòng)圖進(jìn)行PASP檢測(cè)及CO的檢查并以此篩選AMS易感人群。在平原時(shí)PASP越高、CO越低的人越易感AMS。

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Change of heart function and its relationship with AMS during acute high-altitude exposure at 3 658 m in Chongqing soldiers

YI Yuan-yue, LIU Bao, WU Gang, GAO Yu-qi

(InstituteofMedicineandHygienicEquipmentforHighAltitudeRegion,CollegeofHighAltitudeMilitaryMedicine,ThirdMilitaryMedicalUniversity；KeyLaboratoryofHighAltitudeEnvironmentalMedicine,MinistryofEducation；KeyLaboratoryofHighAltitudeMedicineofPLA,Chongqing400038,China.E-mail:gaoy66@yahoo.com)

AIM: To observe the cardiac function during high-altitude exposure in Chongqing soldiers and to discuss its relationship with acute mountain sickness (AMS) by echocardiography.METHODSThe changes of heart function were evaluated during acute high-altitude exposure (3 658 m, 3 d) in 42 healthy young male soldiers by echocardiography. At the same time, the heart rate, blood pressure, blood oxygen saturation, and the incidence of AMS after high-altitude exposure were observed and recorded.RESULTSThree days after arrival at 3 658 m, the left atrial end-systolic dimension (LADs), left ventricular end-diastolic dimension (LVDd) and right atrial end-systolic dimension were significantly decreased， but the right ventricular outflow tract diameter， pulmonary artery dimension, ejection fraction, cardiac output (CO), pulmonary arterial systolic pressure (PASP) and mean pulmonary arterial pressure were significantly increased compared with the baseline levels in all subjects. The mitral peak E velocity was significantly reduced (P<0.05). A total of 42 healthy young men were recruited and divided into AMS group with 15 subjects and non-AMS group with 27 subjects by Lake Louise scoring after high-altitude exposure. The cardiac function in the plain showed that aortic sinus diameter and LVDd in AMS group were significantly smaller, and PASP was significantly higher than those in non-AMS group. After high-altitude exposure, the LADs in AMS group was significantly smaller than that in non-AMS group (P<0.05). AMS scores and CO in the plain showed significant negative correlation (r=-0.3814,P<0.05).CONCLUSIONUpon acute high-altitude exposure, right ventricular functions of the young male soldiers are damaged with the compensation of the left ventricular functions. Using echocardiography to observe PASP and CO may be helpful for screening the susceptible people of AMS in the plain.

Acute mountain sickness; Left ventricle; Compensation； Echocardiography

1000- 4718(2017)12- 2233- 05

2017- 04- 26

2017- 09- 30

軍隊(duì)十二五重大課題(No. AWS14C007)；第三軍醫(yī)大學(xué)高原醫(yī)學(xué)特殊學(xué)科點(diǎn)項(xiàng)目(No. J1310001)

△通訊作者 Tel: 023-68752399； E-mail： gaoy66@yahoo.com

R363； R594.3

A

10.3969/j.issn.1000- 4718.2017.12.019

(責(zé)任編輯： 林白霜， 羅 森)