QRS-T夾角及其臨床應(yīng)用

嚴(yán)靜怡 朱金秀 譚學(xué)瑞

1 背景

1933年Wilson等[1]首次提出心室復(fù)極梯度(ventricular gradient,VG)的概念。VG又稱心室復(fù)極差力,是QRS波向量和T波向量的綜合向量。心內(nèi)膜和心外膜心肌細(xì)胞復(fù)極速度不等是形成心室復(fù)極梯度的主要原因[2]。通過測量心室復(fù)極梯度,可鑒別原發(fā)性和繼發(fā)性心室復(fù)極異常[3]。由于VG計(jì)算過程煩瑣,僅有小部分學(xué)者進(jìn)行了學(xué)術(shù)研究,并未將它應(yīng)用于臨床。1983年,Geselowitz[4]在Wilson等[1]的研究基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn),QRS-T波群不僅與動(dòng)作電位本身有關(guān),還與動(dòng)作電位時(shí)程的空間不均一性相關(guān),并提出了空間心室復(fù)極梯度(spatial ventricular gradient,SVG)的概念。SVG相當(dāng)于空間QRS波群電軸和T波電軸的合力。QRS-T夾角(QRS-T angle,QRS-Ta)則是指QRS波群電軸和T波電軸間圍成的夾角,實(shí)際上是SVG的另一種表現(xiàn)形式。與SVG不同的是,QRS-T夾角主要反映繼發(fā)性的心室復(fù)極改變。

2 QRS-T夾角的分類

QRS-T夾角分為空間QRS-T夾角和平面QRS-T夾角。根據(jù)算法的不同,空間QRS-T夾角又分為最大空間QRS-T夾角(spatial peak QRS-T angle,SP QRS-Ta)、平均QRS-T夾角 (spatial mean QRS-T angle,SM QRS-Ta)和總余弦值R-to-T(total cosine R-to-T,TCRT)。如無特指,平面QRS-T夾角一般是指額面QRS-T夾角。空間QRS-T夾角是心電向量指標(biāo),必須通過直接或間接的正交導(dǎo)聯(lián)計(jì)算得出。Zhang等[5]在一項(xiàng)前瞻性研究中發(fā)現(xiàn),平面QRS-T夾角與空間QRS-T夾角在預(yù)測冠心病事件和全因性死亡方面沒有差別,由此提出前者可作為后者的替代指標(biāo)。然而,目前大多學(xué)者認(rèn)為,空間QRS-T夾角預(yù)測疾病的發(fā)生率及死亡率較平面QRS-T夾角更準(zhǔn)確,后者不能作為前者的替代指標(biāo)[6]。原因可能是平面QRS-T夾角可直接通過體表心電圖計(jì)算得出,而心電圖在二次投影過程中往往伴有信息丟失,因此空間QRS-T夾角比平面QRS-T夾角能更真實(shí)、更準(zhǔn)確地反映心臟電活動(dòng)[7]。

3 空間QRS-T夾角的計(jì)算

3.1 最大空間QRS-T夾角的計(jì)算

最大空間QRS-T夾角是指QRS波向量環(huán)和T波向量環(huán)內(nèi)最大電軸圍成的夾角。在一個(gè)心動(dòng)周期內(nèi),向量環(huán)內(nèi)空間位置相近但時(shí)間相差較大的兩點(diǎn)的中點(diǎn)即向量環(huán)的起點(diǎn),而起點(diǎn)與向量環(huán)內(nèi)最遠(yuǎn)點(diǎn)間的連線即最大電軸。由于最大電軸易受向量環(huán)的形狀和大小的影響,因此最大空間QRS-T夾角不穩(wěn)定。最大空間QRS-T夾角的計(jì)算公式如下:

其中,Rx、Ry和Rz分別表示最大QRS波電軸在x、y和z軸上的投影;同理,Tx、Ty和Tz分別表示最大T波電軸在x、y和z軸上的投影。

3.2 平均QRS-T夾角的計(jì)算

平均QRS波電軸和平均T波電軸間圍成的夾角就是平均QRS-T夾角。當(dāng)向量環(huán)對稱時(shí),平均QRS-T夾角等于最大空間QRS-T夾角。平均QRS-T夾角的計(jì)算公式如下:

或

其中,Rm和Tm分別表示平均QRS電軸和平均T波電軸;Rx、Ry和Rz分別表示最大QRS波電軸在x、y和z軸上的投影;Tx、Ty和Tz分別表示最大T波電軸在x、y和z軸上的投影。

3.3 總余弦值R-to-T的計(jì)算

總余弦值R-to-T(TCRT)反映兩向量環(huán)起點(diǎn)之間的離散度,實(shí)際上是通過奇異值分解的數(shù)學(xué)方法對數(shù)據(jù)進(jìn)行降維。Ⅰ、Ⅱ、V1～V6導(dǎo)聯(lián)能量最大的三個(gè)電軸構(gòu)建三維空間,形成空間QRS波和T波向量環(huán),在T波向量環(huán)內(nèi)確定最大T波電軸。TCRT實(shí)際上是指最大T波電軸和QRS向量環(huán)內(nèi)每一瞬間QRS電軸間夾角余弦值的平均值,即先算夾角余弦值再計(jì)算平均值;平均QRS-T夾角則是先計(jì)算平均值,再計(jì)算余弦值。TCRT和夾角值呈負(fù)相關(guān),即空間QRS-T夾角越大,TCRT越小;空間QRS-T夾角越小,TCRT越大。TCRT取值范圍為-1～1。當(dāng)TCRT在-1～0時(shí),QRS-T夾角在90°～180°;當(dāng)QRS-T夾角在0～90°時(shí),TCRT 在0～1取值。在正常人群中,TCRT取值范圍為0.4～0.8。TCRT的計(jì)算公式如下:

4 平面QRS-T夾角的計(jì)算

平面QRS-T夾角是指額面QRS波群電軸(QRS wave axis,QRSaxis)和T波電軸(T wave axis,Taxis)之間的夾角,其大小等于QRS波電軸和T波電軸差值的絕對值。如絕對值>180°,則平面QRS-T夾角=360°-|QRSaxis-Taxis|。

5 QRS-T夾角的影響因素及正常范圍

QRS-T夾角與個(gè)體的種族、性別、年齡、身高和體質(zhì)量等生理因素相關(guān),心室肥厚(特別是左心室肥厚)、室內(nèi)傳導(dǎo)阻滯和心肌缺血等病理因素對QRS-T夾角也有影響[8-9]。國外有多項(xiàng)關(guān)于空間QRS-T夾角正常范圍的研究,但研究結(jié)果不一致，其原因可能為研究對象及計(jì)算方法的差異。Scherptong等[8]認(rèn)為,女性空間QRS-T夾角的正常值為(66±23)°,男性則是(80±24)°;Kors等[9]指出,空間QRS-T夾角<105°正常,105°～135°為臨界值,>135°為異常。關(guān)于平面QRS-T夾角,目前尚無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，較普遍的觀點(diǎn)是,平面QRS-T夾角<45°為正常,45°～90°為臨界值,>90°為異常。國外相關(guān)文獻(xiàn)中的研究對象多為黑人或白人,而QRS-T夾角具有種族差異,因此,國外文獻(xiàn)得出的QRS-T夾角的正常范圍不適用于中國人群。研究還發(fā)現(xiàn),QRS-T夾角存在性別、年齡差異,但目前相關(guān)研究均未能根據(jù)性別、年齡分層,計(jì)算相應(yīng)的QRS-T夾角正常范圍。

6 QRS-T夾角的臨床應(yīng)用研究

6.1 QRS-T夾角與室性心律失常

心室復(fù)極化不均一性,又稱心室復(fù)極化異質(zhì)性,是室性心律失常發(fā)生的基礎(chǔ)。心室復(fù)極化異質(zhì)性增強(qiáng)后,可能通過激發(fā)活動(dòng)和折返等機(jī)制而引發(fā)室性心律失常[11-12]。反映心室復(fù)極化異質(zhì)性的心電指標(biāo)如QT間期、QT離散度Tp-Te等,能預(yù)測心律失常和心臟性猝死(sudden cardiac death,SCD)的發(fā)生;而與QT間期等傳統(tǒng)的心電指標(biāo)相比,QRS-T夾角預(yù)測的準(zhǔn)確性、穩(wěn)定性和重復(fù)性更好。研究發(fā)現(xiàn),無論是正常人群,還是心肌缺血、心梗術(shù)后、系統(tǒng)性硬化、肥厚型心肌病、冠心病及心衰患者,QRS-T夾角異常增大均是惡性心律失常的獨(dú)立預(yù)測因子[13-16]。

6.2 QRS-T夾角和高血壓

研究表明,高血壓患者的QRS-T夾角大于正常人群。Dern等[17]發(fā)現(xiàn)在高血壓治療過程中,高血壓人群的QRS-T夾角隨著血壓的降低而減小,因此認(rèn)為QRS-T夾角的變化可能與心肌缺血及心肌肥厚有關(guān)。Atsma等[18]在969名不伴有左室肥厚的絕經(jīng)后婦女中發(fā)現(xiàn),血壓的升高與QRS-T夾角增大相關(guān),并提出在發(fā)生左室肥厚前,血壓升高可導(dǎo)致心室去極化和復(fù)極化異常。至于能否在臨床上應(yīng)用QRS-T夾角來評價(jià)高血壓治療效果,仍需進(jìn)一步的研究證實(shí)。

6.3 QRS-T夾角和糖尿病

糖尿病患者發(fā)生室性心律失常和SCD的風(fēng)險(xiǎn)增大[19]。而室性復(fù)極化異常是心律失常發(fā)生的基礎(chǔ)[20]。慢性高血糖能引起心臟結(jié)構(gòu)和功能改變,導(dǎo)致心肌復(fù)極化異常,從而增加心律失常的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。因此,利用QRS-T夾角預(yù)測糖尿病患者發(fā)生心律失常的風(fēng)險(xiǎn)具有合理性。研究表明,與對照組相比,糖尿病患者的QRS-T夾角值明顯增大;若糖尿病患者伴有心臟自主神經(jīng)病變，則QRS-T夾角越大，其發(fā)生心律失常的風(fēng)險(xiǎn)越高[21-22]。QRS-T夾角還與糖尿病患者的血糖控制情況相關(guān),Voulgari等[23]納入74名糖尿病患者和74名性別、年齡與之匹配的無糖尿病患者,在分析QRS-T夾角與糖尿病發(fā)生的關(guān)系時(shí),發(fā)現(xiàn)QRS-T夾角與糖化血紅蛋白水平呈正相關(guān),即血糖控制不佳時(shí),QRS-T夾角增大。

6.4 QRS-T夾角與心臟性猝死

SCD起病急、進(jìn)展快、死亡率高。流行病學(xué)資料顯示,全球每年約有150萬人死于SCD[24]。對SCD的高危人群采取及時(shí)有效的預(yù)防措施,能明顯降低SCD發(fā)生率。因此,發(fā)現(xiàn)SCD的早期預(yù)測指標(biāo),識別研究高危人群是目前的研究熱點(diǎn)。SCD通常繼發(fā)于室顫,主要表現(xiàn)為心臟電衰竭。早期研究發(fā)現(xiàn)衡量復(fù)極化異質(zhì)性的指標(biāo)如QT間期、QT離散度、Tp-Te等,也能預(yù)測SCD的發(fā)生。然而,這些傳統(tǒng)的心電指標(biāo)僅能在準(zhǔn)確定位T波終點(diǎn)的基礎(chǔ)上單純反映復(fù)極化異常,而且目前對于T波終點(diǎn)的測量,尚缺少統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)?？臻gQRS-T夾角則能同時(shí)兼顧心臟去極化和復(fù)極化,更好地反映心臟整體的電活動(dòng)。研究發(fā)現(xiàn)QRS-T夾角能預(yù)測普通中年人群和急性冠脈綜合征SCD的發(fā)生[25-26]。一項(xiàng)關(guān)于QRS-T夾角和普通中年人群SCD風(fēng)險(xiǎn)的研究中入選了10 957名研究對象,主要終點(diǎn)事件為心律失常性死亡,次要終點(diǎn)為全因性死亡和非心律失常性心源性死亡。結(jié)果顯示QRS-T夾角≥100°增加心律失常性死亡和全因性死亡的風(fēng)險(xiǎn)[10]。Lingman等[26]對643名急性冠脈綜合征患者進(jìn)行了為期30個(gè)月的隨訪,其間77名患者死亡,其中37名死于SCD,21名死于其他心源性疾病;Logistics回歸分析結(jié)果表明,QRS-T夾角是急性冠脈綜合征患者發(fā)生SCD的獨(dú)立預(yù)測指標(biāo),且在傳統(tǒng)的預(yù)測模型基礎(chǔ)上結(jié)合QRS-T夾角,能提高模型預(yù)測的準(zhǔn)確性。

6.5 QRS-T夾角與冠心病

多項(xiàng)研究表明,QRS-T夾角是冠心病事件發(fā)生及死亡的獨(dú)立預(yù)測因子[27-28]。這可能是因?yàn)楣谛牟∫鸬男募∪毖绊懙叫募〖?xì)胞的電活動(dòng),導(dǎo)致心肌去極化和復(fù)極化改變[29]。多項(xiàng)研究結(jié)果顯示,冠心病人群的QRS-T夾角大于正常人群,且經(jīng)治療后,QRS-T夾角會(huì)減小[30-31]。QRS-T夾角除了能預(yù)測冠心病的發(fā)病率和死亡率外,研究發(fā)現(xiàn)它還能預(yù)測冠心病患者發(fā)生心律失常事件的風(fēng)險(xiǎn),且冠心病患者平面QRS-T夾角越大,其發(fā)生室性心動(dòng)過速的風(fēng)險(xiǎn)就越高[30, 32-33]。

6.6 QRS-T夾角的其他應(yīng)用研究

Voulgari等[34]以105名伴有心臟自主神經(jīng)病變、127名無心臟自主神經(jīng)病變的糖尿病患者和與之性別、年齡匹配的232名健康對照者為研究對象,分析QRS-T夾角和2型糖尿病心臟自主神經(jīng)病變的關(guān)系;研究結(jié)果顯示,糖尿病患者的QRS-T夾角大于對照組,伴有心臟神經(jīng)官能癥的糖尿病患者QRS-T夾角大于無神經(jīng)官能癥者。Jaroszynski等[35]測量了57名腹膜透析患者和54名健康對照者的QRS-T夾角,并分析QRS-T夾角與冠狀動(dòng)脈鈣化及粥樣硬化之間的關(guān)系;結(jié)果顯示,腹膜透析患者的QRS-T夾角大于健康對照組,可能與這類患者的冠狀動(dòng)脈鈣化、動(dòng)脈粥樣硬化負(fù)擔(dān)較重及肌鈣蛋白T水平升高有關(guān)。一項(xiàng)關(guān)于QRS-T夾角與血透患者預(yù)后的研究指出,QRS-T夾角是血透患者全因性死亡尤其是心源性死亡的獨(dú)立預(yù)測指標(biāo),并進(jìn)一步建議利用QRS-T夾角對血透患者進(jìn)行危險(xiǎn)分層[36]。透析患者QRS-T夾角增大的機(jī)制及臨床意義需要進(jìn)一步的研究證實(shí)。Dawood等[37]分析了QRS-T夾角與經(jīng)抗病毒反轉(zhuǎn)錄治療的艾滋病患者心血管疾病發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)系,研究納入4453名艾滋病患者,進(jìn)行了為期28.7個(gè)月的隨訪;結(jié)果顯示異常增大的QRS-T夾角是接受抗病毒治療的艾滋病患者發(fā)生心血管事件的獨(dú)立預(yù)測因子,提示心電圖可用于篩查艾滋病患者的心血管疾病。Chen等[38]對193名急性心肌炎患者隨訪5.7年,分析入院QRS-T夾角是否與急性心肌炎的發(fā)生率和死亡率相關(guān);結(jié)果顯示QRS-T夾角異常增大時(shí),急性心肌炎的發(fā)生率和死亡率升高。早期研究表明,QRS-T夾角與心衰密切相關(guān)。2018年有一項(xiàng)關(guān)于額面QRS-T夾角與保存心室射血分?jǐn)?shù)的心力衰竭者心室重塑關(guān)系的研究,結(jié)果顯示額面QRS-T夾角與心室重塑之間呈正相關(guān),為我們提供了有關(guān)心室重構(gòu)研究的新方向[39]。

7 總結(jié)

QRS-T夾角反映的是心室去極化和復(fù)極化之間的關(guān)系,它不僅能預(yù)測冠心病、SCD的發(fā)生,還與高血壓、糖尿病等疾病密切相關(guān)。早年,由于計(jì)算的復(fù)雜性及耗時(shí)長,限制了QRS-T夾角的臨床應(yīng)用;隨著信息化時(shí)代的到來,計(jì)算工具不斷更新、QRS-T夾角算法不斷簡化,該指標(biāo)的計(jì)算不再成為限制其應(yīng)用的障礙。QRS-T夾角正常范圍的標(biāo)準(zhǔn)成為目前限制其臨床應(yīng)用的主要問題。指標(biāo)運(yùn)用于臨床的前提條件之一是臨床醫(yī)生必須了解該指標(biāo)的正常范圍,但目前對QRS-T夾角沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。由于QRS-T夾角與個(gè)體的種族、性別、年齡和體質(zhì)量等生理因素相關(guān),因此為了推進(jìn)QRS-T夾角的臨床應(yīng)用,有必要進(jìn)行大樣本中國人群的QRS-T夾角正常范圍研究。