衡量動(dòng)脈僵硬度的方法及其在心血管相關(guān)疾病中的研究進(jìn)展

史 敬，孫 瑩，董春哲

(吉林大學(xué)白求恩第一醫(yī)院 腹部超聲科，吉林 長(zhǎng)春130021)

血管壁內(nèi)結(jié)構(gòu)和功能發(fā)生不良改變是動(dòng)脈硬化最早出現(xiàn)的表現(xiàn)，也是冠狀動(dòng)脈疾病、頸動(dòng)脈疾病和外周動(dòng)脈疾病最常見(jiàn)原因[1]。研究表明，動(dòng)脈僵硬度(AS)是一個(gè)獨(dú)立的心血管疾病預(yù)測(cè)指標(biāo)。目前，臨床上應(yīng)用的衡量動(dòng)脈僵硬度的方法主要有以下幾種[2]：中心動(dòng)脈壓(CBP)、脈壓(CPP)、增強(qiáng)指數(shù)(AIx)、脈搏波傳導(dǎo)速度(PWV)、心血管磁共振(CMR)、心踝指數(shù)(CAVI)。本文對(duì)以上幾種方法在心血管相關(guān)疾病中的研究進(jìn)展做一綜述。

1 動(dòng)脈硬化與心血管相關(guān)疾病

胸主動(dòng)脈及近端主動(dòng)脈富含彈性蛋白，可以支持血管收縮時(shí)血液對(duì)血管壁的沖擊，并調(diào)節(jié)血液容量。因此大動(dòng)脈不僅是將血液輸送到外周組織的導(dǎo)管，還為心室收縮提供了充足的血液緩沖作用[1]。由于年齡增長(zhǎng)和心血管疾病危險(xiǎn)因素的影響，動(dòng)脈壁會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)上的變化，包括彈性蛋白纖維的斷裂和膠原蛋白的積累[3]。正常情況下，在主動(dòng)脈和外周動(dòng)脈之間，存在有漸進(jìn)式硬度梯度的動(dòng)脈樹(shù)。這種漸進(jìn)式硬度梯度會(huì)產(chǎn)生針對(duì)動(dòng)脈波的反向傳播壓力波，可以抑制動(dòng)脈波傳到微循環(huán)的能量，起到保護(hù)微循環(huán)的作用。隨著動(dòng)脈硬化，這種硬度梯度消失甚至逆轉(zhuǎn)，反向壓力波增加，導(dǎo)致中心動(dòng)脈收縮壓升高，使左心室承受更大的壓力。除此之外，過(guò)大的壓力直接傳遞到外周動(dòng)脈和微循環(huán)，也會(huì)使其受損[4-5]。

長(zhǎng)期高血壓會(huì)導(dǎo)致動(dòng)脈壁硬化，而大動(dòng)脈結(jié)構(gòu)和功能的改變可能是高血壓患者死亡率和發(fā)病率增高的一個(gè)主要因素[6]。動(dòng)脈僵硬度綜合了心血管危險(xiǎn)因素對(duì)主動(dòng)脈壁的長(zhǎng)期損害，并不隨時(shí)間波動(dòng)，對(duì)心血管疾病有獨(dú)立的預(yù)測(cè)價(jià)值[7]。

2 測(cè)量動(dòng)脈僵硬度在心血管相關(guān)疾病診斷中的進(jìn)展

2.1 中心動(dòng)脈壓與脈壓

測(cè)量中心動(dòng)脈壓與脈壓可以衡量動(dòng)脈硬化的程度。當(dāng)大動(dòng)脈隨著年齡增長(zhǎng)和血壓增高而變硬，中心動(dòng)脈壓和脈壓將增加。動(dòng)脈樹(shù)有許多分支，在分支處由于波的反射，會(huì)產(chǎn)生逆行波。動(dòng)脈硬度越高，前向波和反射波的傳播速度越快，反射波到達(dá)中央主動(dòng)脈的時(shí)間越早，CBP和CPP越高[3]。在整個(gè)動(dòng)脈樹(shù)中，各處的收縮壓是不同的，主動(dòng)脈收縮壓實(shí)際上低于相應(yīng)的肱動(dòng)脈收縮壓值。有證據(jù)表明，與肱動(dòng)脈壓相比，中心動(dòng)脈壓與心血管相關(guān)疾病的關(guān)系更為密切，而且二者對(duì)某些藥物的反應(yīng)也不同[8]。

測(cè)量中心動(dòng)脈壓的最直接的方法是插入心臟導(dǎo)管，使用壓力傳感導(dǎo)管記錄升主動(dòng)脈的血壓。然而因其高度侵入性，不適合大規(guī)模人群的常規(guī)篩查。近年來(lái)，可以應(yīng)用無(wú)創(chuàng)檢測(cè)技術(shù)來(lái)獲得CBP，從主動(dòng)脈遠(yuǎn)端位置如頸動(dòng)脈、橈動(dòng)脈或肱動(dòng)脈記錄壓力波形，并校準(zhǔn)袖帶血壓計(jì)記錄的血壓。

汪世軍等[9]選取了259例研究對(duì)象測(cè)量肱動(dòng)脈收縮壓(SBP)、中心動(dòng)脈壓、脈搏波傳導(dǎo)速度(cfPWV)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著年齡增大，CBP與SBP差值明顯增大，CBP與cfPWV之間存在正相關(guān)，認(rèn)為無(wú)創(chuàng)CBP是一種可作為患者動(dòng)脈硬化早期篩選和反映動(dòng)脈彈性功能的簡(jiǎn)單易行的方法。彭毅等[10]測(cè)量了 150例冠心病患者的脈壓指數(shù)(收縮壓-舒張壓/收縮壓)，發(fā)現(xiàn)脈壓指數(shù)與CHD患者冠脈嚴(yán)重程度顯著相關(guān)。趙瑞紅等[11]對(duì)198例原發(fā)性高血壓患者進(jìn)行測(cè)量并計(jì)算24 h收縮壓(24 h SBP)、24 h舒張壓(24 h DBP)、PP及PWV。根據(jù)PWV,將198例患者分為:動(dòng)脈僵硬度正常組(PWV<20%預(yù)測(cè)值)、輕度動(dòng)脈硬化組(20%預(yù)測(cè)值≤PWV<30%預(yù)測(cè)值)、中度動(dòng)脈硬化組(30%預(yù)測(cè)值≤PWV<50%預(yù)測(cè)值)及重度動(dòng)脈硬化組(PWV≥50%預(yù)測(cè)值)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)4組患者的PP、PPI有明顯差異(P<0.05)，隨著動(dòng)脈硬化程度加重,動(dòng)態(tài)脈壓(PP)和脈壓指數(shù)(PPI)增大，進(jìn)而得出PP、PPI是可反映原發(fā)性高血壓患者動(dòng)脈硬化情況的結(jié)論。

2.2 增強(qiáng)指數(shù)

增強(qiáng)指數(shù)是心血管事件和全因死亡率的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子[12]。AIx是一種基于數(shù)學(xué)推導(dǎo)的量化方法，用于描述中心動(dòng)脈壓與動(dòng)脈波(包括前向波和反射波)之間的關(guān)系。心率、反射波的傳播時(shí)間、反射部位的動(dòng)脈結(jié)構(gòu)、PWV、左心室射血量、血壓水平是這一指標(biāo)的決定因素[2]。AIx的計(jì)算公式為：AIx=(Ps-Pi)/(Ps-Pd)×100%。其中，Ps為初始收縮壓，Pi為拐點(diǎn)壓力(pressure at inflection point),Ps-Pi為主動(dòng)脈增壓(aAP)，Pd為舒張壓，Ps-Pd為脈壓。從公式可以看出AIx取決于aAP和PP之間的關(guān)系。aAP是指反射波引起的主動(dòng)脈收縮壓的絕對(duì)增加值，有維持動(dòng)脈血流、增加冠狀動(dòng)脈血液供應(yīng)的作用。AIx升高會(huì)導(dǎo)致左室后負(fù)荷和心肌耗氧量增加、心肌灌注壓降低，以致供需關(guān)系失衡，從而引發(fā)冠狀動(dòng)脈疾病[12]。

血管的順應(yīng)性越差，反射波的折返越快，外向脈搏波和反射波重合位置距離收縮期壓力波頂點(diǎn)就越遠(yuǎn)，即aAP越大；同時(shí)由于血管彈性減退，使整個(gè)脈搏波的振幅減小，PP值減小，AIx增大[13]。

Weber和Chirinos[14]認(rèn)為，中心動(dòng)脈壓和波反射都與左室收縮期后負(fù)荷、心室重塑、舒張功能障礙和新發(fā)心衰的風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。Anastasio 等[15]對(duì)199例失代償性心力衰竭(ADHF)患者進(jìn)行出院前評(píng)估和出院后評(píng)估，采用主動(dòng)脈脈搏波傳導(dǎo)速度(aPWV)、增強(qiáng)指數(shù)和動(dòng)脈硬度指數(shù)(β0)測(cè)量動(dòng)脈硬度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)aPWV、AIx和β0與無(wú)事件生存期呈負(fù)相關(guān)，證明這幾種動(dòng)脈僵硬度的測(cè)量方法是評(píng)估急性心衰失代償后出院患者有效的預(yù)后參數(shù)。

多個(gè)研究發(fā)現(xiàn)，血壓水平與AIx密切相關(guān)，即隨血壓升高AIx增大[13,16- 17]。齊在文等[13]對(duì)138例血壓正常人、121例血壓正常高值者和100例高血壓者進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)血壓水平為AIx的獨(dú)立影響因素，血壓水平與非杓型血壓(夜間血壓無(wú)明顯下降的異常血壓節(jié)律)的發(fā)生率對(duì)AIx均有影響，且有協(xié)同作用(F=12.37，P<0.05)。與之相反，也有研究并未發(fā)現(xiàn)血壓升高與AIx有確切聯(lián)系。張明華等[18]對(duì)237例高血壓患者和253名健康者進(jìn)行研究，采用自動(dòng)脈搏波傳導(dǎo)速度分析儀測(cè)定不同部位PWV，采用橈動(dòng)脈壓力波分析儀測(cè)定AIx，結(jié)果發(fā)現(xiàn)高血壓患者各部位PWV顯著增加，但AIx無(wú)明顯變化。Kaya等[19]測(cè)量了42只犬的AIx，發(fā)現(xiàn)AIx與動(dòng)脈順應(yīng)性無(wú)明顯線性關(guān)系。作者認(rèn)為，AIx不能作為動(dòng)脈僵硬度的唯一標(biāo)志物，因?yàn)樗艿狡渌呐K和動(dòng)脈參數(shù)的混雜因素的影響。這些研究結(jié)果表明，AIx對(duì)測(cè)量動(dòng)脈硬化的敏感度還有待進(jìn)一步研究。

2.3 脈搏波傳導(dǎo)速度

脈搏波傳導(dǎo)速度是心血管事件和全因死亡率的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子[20]，被認(rèn)為是評(píng)價(jià)AS的金標(biāo)準(zhǔn)[1]。心臟將血液泵入動(dòng)脈，血液進(jìn)入血管腔后產(chǎn)生壓力波，沿血管壁傳導(dǎo)，即為脈搏波。當(dāng)血管壁硬度增加導(dǎo)致順應(yīng)性降低、大動(dòng)脈彈性貯器功能減弱時(shí)，PWV會(huì)增快，提示動(dòng)脈僵硬度升高。根據(jù) Moens-Korteweg公式：PWV2=(血管彈性模量×血管壁厚度)/(2×血管直徑×血液密度)。臨床上PWV可由測(cè)量沿一段血管的兩個(gè)端點(diǎn)的壓力波形傳導(dǎo)時(shí)間來(lái)確定，即PWV=L/Δt，L為血管段的長(zhǎng)度，Δt為脈搏波的傳導(dǎo)時(shí)間，即脈搏波兩個(gè)波形之間的時(shí)間差。

不同的PWV參數(shù)可用來(lái)評(píng)估動(dòng)脈硬度，包括臂到腳踝脈搏波(baPWV)、頸動(dòng)脈到股骨脈搏波(cfPWV)和臂到股骨脈搏波(bfPWV)。目前，cfPWV被認(rèn)為是評(píng)估動(dòng)脈僵硬度的金標(biāo)準(zhǔn)，但bfPWV因其簡(jiǎn)便性應(yīng)用更為廣泛[21]。臨床實(shí)踐中常用無(wú)創(chuàng)壓力傳感器測(cè)量PWV，有研究將其與多普勒超聲進(jìn)行了對(duì)比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)兩者的測(cè)量結(jié)果無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)差異且重復(fù)性好，超聲還可通過(guò)測(cè)量血管內(nèi)中膜有無(wú)增厚來(lái)進(jìn)一步預(yù)估心血管相關(guān)疾病的發(fā)生，而且能在一次檢查中將形態(tài)學(xué)和功能信息相整合[22]。

研究表明[23-24]，PWV的主要影響因素為年齡和血壓。Rabkin等[25]發(fā)現(xiàn)，測(cè)量PWV可以高效、快速、相對(duì)低成本地評(píng)估高血壓患者左心室肥厚的狀態(tài)。在將血壓降至140/90 mmHg以下的高血壓患者中，PWV與左心室質(zhì)量指數(shù)(LV mass index)呈顯著線性相關(guān)，并且與高血壓所引起靶器官的損害效應(yīng)有很好的相關(guān)性。1項(xiàng)納入了17 635例受試者的meta分析得出結(jié)論，對(duì)于60歲男性(不吸煙，無(wú)糖尿病，不服用任何降壓藥，收縮壓為120 mm Hg，總膽固醇為5.5 mmol/l，高密度脂蛋白膽固醇為1.3 mmol/l)，主動(dòng)脈脈搏波速度(aPWV)每增加1 m/s，心血管疾病風(fēng)險(xiǎn)增加7%[26]。

2.4 心血管磁共振

除了侵入性動(dòng)脈壓力導(dǎo)管檢查外，磁共振成像(MRI)是唯一一種可以在一次檢查中測(cè)量動(dòng)脈長(zhǎng)度和傳輸時(shí)間的成像方式[27]。盡管用CMR測(cè)量AS相關(guān)參數(shù)比較準(zhǔn)確且有臨床意義，但由于其成本較高、難度較大，難以在人群中進(jìn)行常規(guī)檢測(cè)，目前國(guó)內(nèi)外大樣本的研究均較少。

Maroules等[28]使用CMR對(duì)動(dòng)脈硬度進(jìn)行無(wú)創(chuàng)評(píng)估，納入了2 122名參與者，測(cè)量總動(dòng)脈順應(yīng)性(TAC)、升主動(dòng)脈擴(kuò)張性(AD)和主動(dòng)脈弓脈搏波速度(PWV)。TAC通過(guò)將左心室搏量(LVSV)除以平均脈壓(PP)計(jì)算得出；升主動(dòng)脈擴(kuò)張性(AD)使用以下公式計(jì)算：

AD=(Aomax-Aomin)/(PP·Aomin)。其中Aomax和Aomin分別為升主動(dòng)脈的最大和最小橫截面積。結(jié)果顯示，TAC、AD、PWV這3項(xiàng)指標(biāo)均與未來(lái)心血管疾病相關(guān)。其中，TAC和AD與非致命性心臟疾病(非致命性心肌梗死、不穩(wěn)定型心絞痛等)的相關(guān)性更強(qiáng)；PWV則與非致命的心外血管事件(非致命性中風(fēng)、短暫性腦缺血發(fā)作、腦血管血運(yùn)重建等)的相關(guān)性更大。Swoboda等[29]用CMR測(cè)量了94名Ⅱ型糖尿病患者的AD和PWV，發(fā)現(xiàn)AD與血糖控制水平和心血管疾病相關(guān)。

2.5 心踝指數(shù)

心踝血管指數(shù)(CAVI)是基于剛度參數(shù)β的動(dòng)脈僵硬度標(biāo)志。CAVI反映了從升主動(dòng)脈起點(diǎn)到踝部的動(dòng)脈僵硬度，可以通過(guò)在上臂和小腿周圍包裹壓力袖帶得出結(jié)果，測(cè)量時(shí)不受血壓影響[30]。CAVI方程由以下方程得出：CAVI=a[(2ρ÷ΔP)×ln(Ps÷Pd)×PWV2]+b。其中Ps為收縮壓，Pd為舒張壓，ρ為血液密度，ΔP為Ps-Pd,其中a、b為常量。

有證據(jù)表明，CAVI是動(dòng)脈硬化性疾病的標(biāo)志物，與心血管事件的發(fā)生密切相關(guān)。李萍等[31]分別用超聲和震蕩法測(cè)量了25例糖尿病患者和35例健康人的CAVI，發(fā)現(xiàn)兩種方法相關(guān)性良好，CAVI可以反映動(dòng)脈僵硬度的變化，有助于早期發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈功能和結(jié)構(gòu)的異常。一項(xiàng)病例對(duì)照研究發(fā)現(xiàn)，射血分?jǐn)?shù)保留的心力衰竭患者較對(duì)照組的CAVI顯著升高[32]。最近，1項(xiàng)納入2 932名中高風(fēng)險(xiǎn)心血管疾病患者的多中心前瞻性隊(duì)列研究發(fā)現(xiàn)，CAVI與心血管疾病所致死亡事件、中風(fēng)和心力衰竭有很強(qiáng)的相關(guān)性[33]。

3 小結(jié)

動(dòng)脈僵硬度是心血管疾病的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子，本文提及的各種衡量AS的方法都與心血管相關(guān)疾病存在相關(guān)性，其中cfPWV和AIx是侵襲性最小、最安全、準(zhǔn)確性較高的方法[2]，作為金標(biāo)準(zhǔn)的cfPWV應(yīng)用更為廣泛。PWV是波傳播速度，它更直接地反映了主動(dòng)脈硬度；而CBP、PP和AIx不僅取決于PWV，還取決于反射波的振幅、起源以及心室射血的持續(xù)時(shí)間和模式[7]，因此在敏感性與特異性方面有所欠缺。CMR是較為準(zhǔn)確的AS衡量方式，但因成本高、難度大而難以普及。CAVI為近年來(lái)興起的檢查方式，兼具簡(jiǎn)便性和準(zhǔn)確性，但尚需更多的臨床研究證據(jù)來(lái)驗(yàn)證。