不同心率和地理環(huán)境因子與健康成年男性左室射血分?jǐn)?shù)參考值的相關(guān)性

井 靜，葛 淼，楊子祁，李 鵬，韋德智

1陜西師范大學(xué) 地理科學(xué)與旅游學(xué)院健康地理研究所，西安 7101192寶雞文理學(xué)院 地理與環(huán)境學(xué)院地理系，陜西寶雞 721016

左室射血分?jǐn)?shù)(left ventricular ejection fraction，LVEF)是臨床評估心臟左室功能最常見的一項(xiàng)指標(biāo)，通常由每搏輸出量除以左室舒張末期容積得出。在左心收縮功能障礙的患者中，通過舒張末期容積增加(因?yàn)樽笮氖覕U(kuò)張)維持每搏輸出量，即心臟排出量較小[1]。正常情況下左室收縮功能障礙越嚴(yán)重，舒張末期和收縮末期容積越大，LVEF減少越多。目前，可用于確定每搏輸出量及左室舒張末期容積的方法有心臟磁共振影像、放射性核素門控心臟血池影像和心臟超聲等[2- 3]。由于非侵入、準(zhǔn)確、安全、便宜，心臟超聲是臨床醫(yī)生和患者的首選方法。超聲測量左心功能在方法學(xué)上不斷改進(jìn)，從M型超聲檢查單盲掃描、B型超聲二維實(shí)時平面直觀測量到近期的三維立體成像，準(zhǔn)確度不斷提升，但測量方法也趨向冗繁[4- 5]。LVEF參考值是健康人類LVEF的正常范圍參考值，對于臨床治療、藥物觀察、手術(shù)功效、確定預(yù)后和預(yù)防心臟病具有非常重要的意義。人類生活在不同的地理環(huán)境中，LVEF參考值與地理環(huán)境因子密切相關(guān)[6- 7]；同時一些研究得出結(jié)論，心率越快，LVEF逐漸降低[8]。本研究主要探討地理環(huán)境因子和心率對LVEF參考值的影響，通過定量研究心率和地理環(huán)境因子與健康成年男性LVEF參考值之間的關(guān)系，獲得一種簡單確定不同地區(qū)LVEF參考值的方法，為中國健康成年男性LVEF參考值的制定提供地域性依據(jù)，同時兼顧個體差異。

對象和方法

LVEF數(shù)據(jù)選擇通過檢索中國期刊網(wǎng)、萬方數(shù)據(jù)庫、維普數(shù)據(jù)庫、超星數(shù)字圖書館、中國優(yōu)秀碩博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫、中國生物醫(yī)學(xué)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫、中國會議全文數(shù)據(jù)庫等，獲取2006至2016年已發(fā)表期刊中的44個市、縣184個單位3502例中國健康成年男性(18～81歲)的LVEF參考值和心率(X1)。西部市縣少于東部。其中東部地區(qū)市縣107個、中部35個、西部42個，香港、澳門和臺灣未參與這項(xiàng)研究。

受試者入選標(biāo)準(zhǔn)為正常體重(18.5 kg/m2<體質(zhì)量指數(shù)<25.0 kg/m2)，身高、血壓正常，血糖正常。主要排除高血壓、心腦血管疾病、超聲心動異常等情況。健康成年男性LVEF的選擇標(biāo)準(zhǔn)主要根據(jù)文獻(xiàn)[9]：(1)確認(rèn)左心室腔正常大小且無心肌運(yùn)動障礙；(2)心室律齊且非起搏心律，均無心動過速及心動過緩；(3)左心室心肌無心肌梗死或節(jié)段性缺血區(qū)域；(4)左心室流出道無異常結(jié)構(gòu)；(5)左心瓣膜無明顯形態(tài)及功能異常(無明顯狹窄與關(guān)閉不全)；(6)無心內(nèi)分流。

地理資料地理資料選取與人體生理狀況有密切聯(lián)系的經(jīng)度X2(°)、緯度X3(°)、海拔高度X4(m)、年日照時數(shù)X5(h)、年平均氣溫X6(℃)、年平均相對濕度X7(%)、年降水量X8(mm)、氣溫年較差X9(℃)、年平均風(fēng)速X10(m/s)9項(xiàng)地理環(huán)境因子。其中海拔、經(jīng)度、緯度來自相關(guān)地理辭典和著作[10- 11]。其他6項(xiàng)氣象指標(biāo)來自中國氣象數(shù)據(jù)共享服務(wù)系統(tǒng)，由中國氣象數(shù)據(jù)共享服務(wù)體系提供(http：//old-cdc.cma.gov.cn/)。自變量包括心率和9項(xiàng)地理環(huán)境因子共10個。

相關(guān)分析利用相關(guān)分析的原理和方法[12]在SPSS 22.0軟件中對中國健康成年男性LVEF參考值與心率和9項(xiàng)地理環(huán)境因子進(jìn)行研究，找出具有相關(guān)性的自變量。P<0.05為LVEF與自變量有相關(guān)性。

嶺回歸分析嶺回歸分析[13- 14]是一種專門用來解決多重共線性數(shù)據(jù)的有偏估計(jì)回歸方法，實(shí)質(zhì)上是一種改良的最小二乘估計(jì)法，通過放棄最小二乘法的無偏性，以損失部分信息、降低精度為代價獲得回歸系數(shù)更符合實(shí)際、更可靠的回歸方法。通過允許小的偏差而換取高于無偏估計(jì)量的精度，因?yàn)樗咏鎸?shí)值的可能性較大。運(yùn)用嶺回歸方法，可以對分析各變量之間的作用和關(guān)系帶來有效的幫助。本研究采用嶺回歸分析地理環(huán)境因子與LVEF之間的關(guān)系，得到LVEF參考值與地理環(huán)境因子的回歸方程。

地統(tǒng)計(jì)分析地統(tǒng)計(jì)分析又稱地質(zhì)統(tǒng)計(jì)，是法國著名統(tǒng)計(jì)學(xué)家G. Matheron在大量理論研究的基礎(chǔ)上逐漸形成的一門新的統(tǒng)計(jì)學(xué)分支。它是以區(qū)域化變量為基礎(chǔ)借助變異函數(shù)研究既具有隨機(jī)性又具有結(jié)構(gòu)性或具有空間相關(guān)性和依賴性的自然現(xiàn)象的一門科學(xué)。地統(tǒng)計(jì)學(xué)的理論與方法可用來進(jìn)行空間數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)性和隨機(jī)性、空間相關(guān)性和依賴性或空間格局與變異有關(guān)的研究，并對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行最優(yōu)無偏內(nèi)插估計(jì)。為了準(zhǔn)確揭示中國健康成年男性LVEF參考值的地理分布規(guī)律，本研究選取全國2322個市縣作為地理數(shù)據(jù)的觀測點(diǎn)，通過地統(tǒng)計(jì)模型計(jì)算2322個市縣LVEF參考值的預(yù)測值。應(yīng)用ARGIS軟件中的空間分析模塊進(jìn)行克里金插值[15]并輸出空間預(yù)測分布圖[16- 17]。

結(jié) 果

相關(guān)分析結(jié)果中國健康成年男性LVEF與心率和9項(xiàng)地理環(huán)境因子的相關(guān)分析顯示，LVEF與心率X1(P=0.043)、緯度X3(P=0.001)、氣溫年較差X9(P=0.010)呈負(fù)相關(guān)；與年平均氣溫X6(P=0.037)、年平均相對濕度X7(P=0.026)、年降水量X8(P=0.005)呈正相關(guān)。LVEF與海技X2、經(jīng)度X4、年日照時數(shù)X5、年平均風(fēng)速X10無相關(guān)性。

嶺回歸分析結(jié)果輸入5項(xiàng)相關(guān)分析結(jié)果具有相關(guān)性的地理環(huán)境因子，利用SAS軟件計(jì)算，輸出中國健康成年男性LVEF參考值嶺跡圖(圖1)。觀察圖1可知，取嶺參數(shù)k=0.3時，計(jì)算出中國健康成年男性LVEF參考值與地理因子的嶺回歸方程公式(1)：

Y=68.464-0.0949X3-0.0619X6-0.00128X7+0.00069X8-0.0199X9±3.329

通過向公式(1)中代入某地區(qū)地理環(huán)境因子指標(biāo)數(shù)據(jù)可獲得該地區(qū)健康男性LVEF參考值。

輸入5項(xiàng)具有相關(guān)性的地理環(huán)境因子和心率數(shù)據(jù)，利用SAS軟件計(jì)算，輸出中國健康成年男性LVEF參考值與心率和地理環(huán)境因子的嶺跡圖(圖2)。觀察嶺跡圖(圖2)可知，取嶺參數(shù)k=0.3時，計(jì)算出中國健康成年男性LVEF參考值與心率和地理因子的嶺回歸方程公式(2)：

Y=75.923-0.1035X1-0.0958X3-0.0741X6+0.00094X7+0.00081X8-0.0211X9±3.288

通過向公式(2)中代入某地區(qū)地理環(huán)境因子和個體心率指標(biāo)數(shù)據(jù)可獲得該地區(qū)該健康男性LVEF參考值。

空間分布為了能夠清晰準(zhǔn)確地表達(dá)中國健康成年男性LVEF參考值的地理分布規(guī)律，選取全國2322個數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行定位，利用地統(tǒng)計(jì)分析方法，在對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、篩選、變換的基礎(chǔ)上，選擇克里金插值法，最終繪制出最優(yōu)預(yù)測模型數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的中國健康成年男性LVEF參考值的地理分布趨勢圖，顯示中國健康成年男性LVEF參考值呈現(xiàn)從南向北遞減的趨勢(圖3)。LVEF參考值與緯度和氣溫年較差呈負(fù)相關(guān)，與年平均氣溫、年平均相對濕度和年降水量呈正相關(guān)。分布圖呈現(xiàn)與緯度和氣溫年較差負(fù)相關(guān)的變化趨勢，呈現(xiàn)與年降水量全國分布正相關(guān)的變化趨勢(圖3)。

LVEF:左室射血分?jǐn)?shù)

LVEF:left ventricular ejection fraction

圖1成年男性LVEF參考值嶺跡圖

Fig1Ridge trace plot of LVEF reference values in adult males

圖2成年男性LVEF參考值與心率的嶺跡圖

Fig2Ridge trace plot of LVEF reference values and heart rate in adult males

討 論

環(huán)境是一個有機(jī)整體，包括空氣、水、土壤、生物和礦物質(zhì)等基本要素，生物體從中吸收營養(yǎng)物質(zhì)，排泄廢物。這個代謝過程以及能量的交換，形成了人與地理環(huán)境之間物質(zhì)交換的動態(tài)平衡。因此，不同地理區(qū)域LVEF參考值不同?？梢哉fLVEF參考值與地理環(huán)境因子之間存在相關(guān)性。

人類生理現(xiàn)象受到地理環(huán)境的深入影響，相關(guān)觀點(diǎn)可以追溯到古希臘和中國古代時期。希波克拉底在《論風(fēng)、水和地方》一書中描述了各種地理環(huán)境因素對人類健康的影響[18]。他認(rèn)為一個醫(yī)生進(jìn)入某個城市首先要注意這個城市的方向、土壤、氣候、風(fēng)向、水源、水、飲食習(xí)慣、生活方式等與人的健康和疾病有密切關(guān)系的自然環(huán)境?！饵S帝內(nèi)經(jīng)》也細(xì)致討論了地理環(huán)境與人類生理的關(guān)系[19]。

本研究地理環(huán)境因素更密切地關(guān)系到中國健康成年LVEF參考值，包括緯度(X3)、年平均氣溫(X6)、年平均相對濕度(X7)、年降水量(X8)、氣溫年較差(X9)。隨著緯度和氣溫年較差的增加，LVEF參考值減小；隨著年降水量的增加，LVEF參考值增大。受地理位置及氣候的影響，中國緯度低的地區(qū)，健康成年男性LVEF參考值較大；氣溫年較差小的地區(qū)，健康成年男性LVEF參考值較大；年平均氣溫高的地區(qū)，健康成年男性LVEF參考值較大；年平均相對濕度大的地區(qū)，健康成年男性LVEF參考值較

圖3中國健康成年男性LVEF參考值的全國分布趨勢圖

Fig3Distribution of LVEF reference values in healthy adult males across China

大；年降水量多的地區(qū)，健康成年男性LVEF參考值較大。中國緯度高的地區(qū)，健康成年男性LVEF參考值較小；氣溫年較差大的地區(qū)，健康成年男性LVEF參考值較?。荒昶骄鶜鉁氐偷牡貐^(qū)，健康成年男性LVEF參考值較??；年平均相對濕度小的地區(qū)，健康成年男性LVEF參考值較??；年降水量少的地區(qū)，健康成年男性LVEF參考值較小。由此可見,中國健康成年男性LVEF參考值與地理環(huán)境因子存在空間分布的相關(guān)性。

有學(xué)者對熱和濕度對生理應(yīng)變影響模型的有效性進(jìn)行了研究，表明相對濕度較低心率較高[20]。有研究發(fā)現(xiàn)，較高溫度和較大的濕度變化與心律失常性右心室發(fā)育不良患者的室性心律失常和心臟性猝死發(fā)生相關(guān)[21]。在大氣溫度和濕度對不同疾病影響的研究中得出了在高溫和高濕的環(huán)境中大多數(shù)疾病呈現(xiàn)高水平分布的情況。當(dāng)大氣溫度達(dá)到最佳范圍(12℃或更高)時，濕度的增大會引起疾病發(fā)生率的增加[22]。韓國一項(xiàng)研究探討了急救部門日常數(shù)之間的相關(guān)性：急性心力衰竭和韓國的環(huán)境溫度和濕度的相關(guān)性，受試者分別在不同最低溫度百分位：溫度1：-8.3～4.9℃，溫度2：5.0～16.0℃，溫度3：16.1～27.5℃進(jìn)行測量比較，結(jié)果顯示受試者平均LVEF為41.7±14.7，其中63.7%的患者左室射血分?jǐn)?shù)下降[23]。分析原因可能是當(dāng)濕度增大時空氣中的負(fù)離子含量增加，而空氣負(fù)離子可以對生理機(jī)能和心理機(jī)能產(chǎn)生促進(jìn)，使血管擴(kuò)張和減輕動脈痙攣。同時增加血氧含量，改善心臟功能和心肌營養(yǎng)狀況[24]。由此分析，相對濕度增大，心率降低，LVEF參考值增大。

國內(nèi)外學(xué)者已有成果研究關(guān)于溫度或季節(jié)的變化對心功能造成的影響。北美的一項(xiàng)研究顯示，日平均氣溫降低4.7℃可引起心血管疾病死亡率上升2.6%[25]。環(huán)境溫度與心衰發(fā)病率的季節(jié)變化有聯(lián)系，特別是在冬天[23]。一些研究表明，由于溫度下降后造成的生理影響被認(rèn)為與冠心病的風(fēng)險增加相關(guān)，也能增加急性心力衰竭的風(fēng)險，例如，皮膚冷卻可增大全身血管阻力、心率、血漿去甲腎上腺素濃度、循環(huán)血管收縮肽和血壓水平[26-27]。寒冷也能引起心肌缺血[28]。這些都會導(dǎo)致心力衰竭的風(fēng)險增加。目前，溫度是導(dǎo)致血壓季節(jié)性波動的主要因素。其機(jī)制可能是交感神經(jīng)系統(tǒng)在溫度降低時被激活，然后增加兒茶酚胺的釋放。最后導(dǎo)致心率增加[29]。由此得出平均氣溫降低，LVEF降低。低氣溫的環(huán)境可能導(dǎo)致心率的增加，LVEF降低。在正常范圍內(nèi)，正常人心率的增加可導(dǎo)致心輸出量增加。雖然由于心臟收縮期的相應(yīng)縮短，每次減少的量減少。當(dāng)然，由于心率縮短，血液回到心臟體積也減少了，這也將減少每搏輸出量的數(shù)量，而短期左室舒張末期容積變化不大，所以射血分?jǐn)?shù)降低。反之亦然。

綜上，本研究得出以下結(jié)論：人體與環(huán)境是一個有機(jī)整體，不同地理環(huán)境中，人體的生理機(jī)能水平表現(xiàn)出差異性，相似地理環(huán)境中，人體的生理機(jī)能水平表現(xiàn)出相似性。在空間水平上，中國健康成年男性LVEF參考值與緯度(X3)、年平均氣溫(X6)、年平均相對濕度(X7)、年降水量(X8)、氣溫年較差(X9)等地理環(huán)境因子具有相關(guān)性。不同地理環(huán)境區(qū)域中，LVEF參考值具有差異。從健康成年男性LVEF參考值在中國的總體分布上看，呈現(xiàn)由南向北逐漸遞減的趨勢。如果某地區(qū)地理因子是已知的，則該地區(qū)LVEF參考值可以由公式計(jì)算得出。同時，LVEF與心率呈負(fù)相關(guān)性。由于中國地域遼闊、地理環(huán)境復(fù)雜、人口分布不均等原因，本研究在資料的獲取上受到限制，其中西部地區(qū)資料較少，港澳臺地區(qū)資料缺乏。同時，地理環(huán)境是一個復(fù)雜的綜合體，本研究選擇的9項(xiàng)地理環(huán)境因子是這個復(fù)雜綜合體的一部分，無法全面體現(xiàn)地理環(huán)境對人體生理機(jī)能的影響。因此，今后會進(jìn)一步考慮引入大氣、水文、土壤等因子，完善研究。