上肢脈搏波傳導速度與脈圖參數(shù)關聯(lián)性研究

王玨 ，荊聰聰 ，崔驥 ，胡曉娟 ，李勇枝 ，許家佗

1.上海中醫(yī)藥大學中醫(yī)學院，上海 201203； 2.上海市第七人民醫(yī)院，上海 200137；3.上海中醫(yī)藥大學中醫(yī)健康服務協(xié)同創(chuàng)新中心，上海 201203；4.中國航天員科研訓練中心，北京 100094

近20 年來，全球范圍內(nèi)血管老化患病率快速增長[1]，我國血管老化患病率（40.8%）高于歐美地區(qū)（27.5%）[2-4]。血管硬度增加是心血管病發(fā)生、發(fā)展的病理基礎[5-6]，同時會誘發(fā)周圍血管硬化性疾病[7]。早期評估血管硬度是降低心血管及外周血管疾病的重要措施[8]。脈搏波傳導速度（pulse wave velocity，PWV）作為評估血管彈性的經(jīng)典無創(chuàng)指標，其值為心臟射血產(chǎn)生的脈搏波沿血管壁傳導距離（ΔL）與傳導時間（Δt）的比值，PWV越大表示血管硬度越高[9]。多項研究表明，臂踝脈搏波傳導速度（brachial-ankle pulse wave velocity，baPWV）與中央主動脈僵硬程度高度相關[10-11]，其值反映胸主動脈、腹主動脈和部分下肢動脈的綜合硬度[12]。由于全身血管彈性與循環(huán)特征分布并不均勻[12]，因此，局部外周動脈硬度評估及其與主動脈硬度的關系受到關注[13-15]。

中醫(yī)學認為，心、脈是產(chǎn)生脈象的主要器官，現(xiàn)代中醫(yī)脈診通過脈搏波分析將傳統(tǒng)脈象量化為脈圖參數(shù)，其值綜合了心臟射血活動和脈搏波沿血管樹傳播途中攜帶的各種信息，如心臟射血功能、動脈順應性和外周阻力等，與PWV指標有一定共性[16-19]。目前同步四肢血壓與baPWV測量缺少前臂與指端動脈血管硬度信息，并且當雙側上肢動脈狹窄程度相似時診斷有一定局限性[9，12]；脈搏波分析作為傳統(tǒng)中醫(yī)脈診與現(xiàn)代醫(yī)學的結合點，是傳統(tǒng)脈診走向現(xiàn)代化的發(fā)展方向。因此，本研究旨在探究基于脈圖-心電的上肢脈搏波傳導速度（upper-limb pulse wave velocity，ulPWV）特征分布，并聯(lián)合baPWV探究人體不同動脈段PWV與脈圖參數(shù)的關系。本研究經(jīng)上海中醫(yī)藥大學附屬曙光醫(yī)院倫理委員會審批（2018-626-55-01）。

1 臨床資料

1.1 納入標準

①年齡20～79歲；收縮壓＜140 mm Hg（1 mm Hg=0.133 kPa）且舒張壓＜90 mm Hg，無高血壓病史、未服用降壓藥物；②空腹血糖＜6.1 mmol/L，且無糖尿病病史、未服用降糖藥物；③經(jīng)B超、胸腹部CT、血常規(guī)、尿常規(guī)、心電圖等檢查無嚴重疾??；④自愿參與本研究，并簽署知情同意書。

1.2 排除標準

①體檢基礎信息不完善者；②經(jīng)動脈硬化檢測儀測定或疑似下肢動脈阻塞者；③妊娠或哺乳期婦女；④佩戴或安裝動脈支架、心臟起搏器或動態(tài)血壓監(jiān)測等電子設備者。

1.3 一般資料

選擇2017年10月-2019年3月太倉市第一人民醫(yī)院和上海中醫(yī)藥大學附屬曙光醫(yī)院體檢中心的體檢人群。共收集符合納入標準且有完整雙側多重信號波形和baPWV數(shù)據(jù)的健康人82名，其中男性37名、女性45名。研究人群基本資料及血流動力學指標見表1。

表1 82名健康人基本資料及血流動力學指標（±s）

表1 82名健康人基本資料及血流動力學指標（±s）

指標年齡/歲身高/cm體質(zhì)量/kg體質(zhì)量指數(shù)（BMI，kg/m2）收縮壓/mm Hg舒張壓/mm Hg脈率/（次/min）平均baPWV/（cm/s）平均踝臂指數(shù)（ABI）數(shù)值41.27±10.24 165.51±8.22 63.40±11.62 22.99±2.79 116.73±10.39 70.40±8.76 69.60±7.59 1 217.50±174.54 1.10±0.07

2 方法

2.1 多功能脈診信息采集

在安靜且室溫恒定的動脈硬化檢測室進行，測試時間為上午7:30-11:00。采集前囑體檢者休息10 min以保持心率、血壓等平穩(wěn)，再仰臥于動脈硬化檢查床，雙手置于身體兩側，手掌自然朝上。利用歐姆龍動脈硬化檢測儀（型號BP203-Ⅲ，日本）采集受試者雙側baPWV和ABI。采集baPWV和ABI的過程中，錄入受試者基本信息至多信號脈搏波采集軟件SG3Demo4.0，待動脈硬化檢測結束后，將心電圖（ECG）電極片貼于受試者雙前臂內(nèi)側及左手外側，待心電信號波形清晰穩(wěn)定后，將光電傳感器夾于受試者一側食指，觀察指端信號波形穩(wěn)定清晰后，將壓力傳感器分別置于橈骨莖突旁橈動脈和肱動脈搏動點，調(diào)整傳感器至脈搏波最明顯處用綁帶固定，觀察多信號波形同時穩(wěn)定后采集1 min，再采集對側上肢波形信號并保存數(shù)據(jù)，過程中要求受試者保持安靜、無動作。多信號脈診儀SG3Demo4.0分為壓力波通路（肱動脈、橈動脈）、心電信號通路、指端容積波通路，上肢各部位波形信號示意圖詳見本文OSID碼。

2.2 多信號波形數(shù)據(jù)提取脈搏波傳導速度及脈圖參數(shù)

由Matlab2016a軟件讀取原始波形，人工選取受干擾較小、穩(wěn)定的多重波后進行數(shù)據(jù)預處理，包括去噪聲和歸一化，提取為較平滑的心電信號、指端容積波及肱動脈、橈動脈壓力波波形數(shù)據(jù)；再利用二階導最大值&相交切線算法[13-14]確定波形起始部特征點及ECG-R波最高點，考慮到單個心動周期的不穩(wěn)定性，計算連續(xù)5 個心動周期的波形時間差均值，具體為ECG-R波至肱動脈、橈動脈、指端波形起始部的時間差，以及肱動脈、橈動脈和指端信號兩兩波形起始部的時間差。通過卷尺直接測量2個波形測量點間的體表長度以獲取傳導距離，根據(jù)PWV=ΔL/Δt計算得出6種ulPWV。經(jīng)過預處理并分割的橈動脈波形數(shù)據(jù)，再經(jīng)由香濃能量包絡線和希爾伯特變換[20]提取脈圖量化參數(shù)。

2.3 分析指標

2.3.1 上肢與臂踝脈搏波傳導速度

主要采集分析6種ulPWV，包括心臂脈搏波速度（heart-brachial PWV，hbPWV）、心橈脈搏波速度（heart-radial PWV，hrPWV）、心指脈搏波速度（heartradial PWV，hfPWV）、臂橈脈搏波速度（brachialradial PWV，brPWV）、臂指脈搏波速度（brachialfinger，bfPWV）、橈指脈搏波速度（radial-finger PWV，rfPWV）及baPWV，單位均為cm/s。由于下肢壓力傳導動脈狹窄影響baPWV反映動脈硬度的真實性，參考ABI 1.0～1.39為正常范圍，0.91～0.99為可疑狹窄，≤0.9 可診斷下肢動脈疾病[12]，本研究利用ABI排除可能下肢動脈狹窄者（即納入者ABI均在正常范圍），納入的上肢PWV指標列表及示意見表2、圖1。

圖1 上肢PWV指標波形信號測量點示意

表2 ulPWV指標列表

2.3.2 脈圖參數(shù)

參考《現(xiàn)代中醫(yī)脈診學》[21]脈圖時域分析指標，考慮脈圖參數(shù)的結果穩(wěn)定性，選取如下脈圖參數(shù)：h3/h1反映血管壁的順應性和外周阻力，h4/h1反映外周阻力高低，h5/h1反映主動脈順應性和主動脈瓣功能情況，w/t與血管外周阻力、動脈彈性相關，t1/t與心臟射血功能相關，（t4-t1）/t 與心臟射血功能相關。t4/t5與心率、血管張力相關，通過以上指標反映動脈順應性、血管彈性、血管外周阻力及心臟射血功能。

2.4 統(tǒng)計學方法

采用SPSS26.0統(tǒng)計軟件進行分析。計量資料以±s表示。健康人左右側ulPWV數(shù)據(jù)基礎分布采用M（Q1，Q3）、總體標準差（σ）表示，變異系數(shù)（CV）=標準差÷平均值×100%，不同PWV指標左右側比較采用配對樣本t檢驗。不同PWV指標進行雙變量相關分析，數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布用Pearson相關，不符合正態(tài)分布采用Spearman相關；不同PWV指標與脈圖參數(shù)相關性采用典型相關分析。P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

3 結果

3.1 健康人左右側上肢不同起止點脈搏波傳導速度分布情況

82 名健康人左右側6 種ulPWV 數(shù)據(jù)分布情況見表3?？梢姡訣CG 信號作為起始點的hbPWV、hrPWV和hfPWV數(shù)據(jù)離散度小于其余3種ulPWV，提示ECG 關聯(lián)的3 種ulPWV 數(shù)據(jù)穩(wěn)定性較好，其中hrPWV的CV最低。以肱動脈、橈動脈分別為起始點的3種ulPWV離散度較大，提示這3種ulPWV可能存在不穩(wěn)定性，并且研究ulPWV有必要結合上肢動脈結構生理考慮。

表3 82名健康人左右側上肢不同起止點PWV離散趨勢

3.2 健康人左右側脈搏波傳導速度比較及變化趨勢

82名健康人雙側baPWV測量值差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），見表4。左側大于右側，提示以baPWV評估的主動脈及下肢動脈硬度左側高于右側。而左右側ulPWV 差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），提示不同ulPWV對應的健康人左右上肢動脈硬度相近，一定程度可相互替代，并且相較于臂踝段動脈而言，上肢動脈可能不容易出現(xiàn)左右側的差異。同時，左右側ulPWV均小于baPWV，提示上肢任意段動脈硬度可能都低于主動脈及下肢肌性動脈硬度，并且baPWV至ulPWV及不同ulPWV間存在變化趨勢。

表4 82名健康人左右側臂踝和上肢PWV比較（±s，cm/s）

表4 82名健康人左右側臂踝和上肢PWV比較（±s，cm/s）

指標baPWV hbPWV hrPWV hfPWV bfPWV brPWV rfPWV左側1 226±1831 209±16917±532.9 323±47317±477±511.1 427±55424±593±620.4 438±75425±7513±861.3 630±186656±228-88±420-0.9 848±274936±326-26±239-1.9 458±202428±19030±2291.1右側差值t值45 93 69 82 99 04 88 P值0.004 0.236 0.640 0.171 0.321 0.060 0.238

結合圖2 可知，健康人左右側均呈現(xiàn)baPWV 至ulPWV下降且不同ulPWV間有相似的變化趨勢，其中baPWV與hbPWV差異最大，與brPWV最為接近，說明baPWV主動脈及下肢硬度高于hbPWV主動脈及肱動脈硬度，同時接近brPWV前臂肌性中小動脈硬度，與主動脈至外周動脈彈性的變化規(guī)律一致[22]。上肢包含主動脈彈性的hbPWV、hrPWV和hfPWV兩側均小于反映或包含前臂肌性動脈硬度的brPWV與bfPWV，而反映手部末梢微動脈循環(huán)的rfPWV介于hbPWV與brPWV之間。提示PWV與其對應的彈性大動脈、肌性中小動脈或微小動脈等血管硬度密切相關[23]，且結果可能受傳導速度快、傳導距離短的測量誤差影響[13]。

圖2 82名健康人左右側臂踝和上肢PWV變化趨勢

3.3 健康人不同脈搏波傳導速度與脈圖參數(shù)典型相關分析

3.3.1 臂踝及上肢脈搏波傳導速度間兩兩相關性

表5 顯示，相關性研究顯示健康人baPWV 與ulPWV 無明顯相關性，不同ulPWV 不同程度相關，hbPWV分別與hrPWV、hfPWV正相關（r=0.658，r=0.456，P＜0.01），與brPWV 負相關（r=-0.249，P＜0.05），hrPWV與hfPWV正相關（r=0.503，P＜0.01），hfPWV 分別與brPWV、bfPWV、rfPWV 正相關（r=0.248，P＜0.05；r=0.716，r=0.670，P＜0.01），bfPWV與rfPWV正相關（r=0.741，P＜0.01），這可能與不同ulPWV對應的上肢動脈段存在重合有關，因此有必要提取代表性指標，并且關聯(lián)橈指段動脈硬度的ulPWV間相關系數(shù)最高，提示手部末梢循環(huán)的血管硬度指標有其特異性。

表5 82名健康人臂踝及上肢PWV相關性分析

3.3.2 典型相關系數(shù)的顯著性檢驗

健康人右側脈圖參數(shù)（見表6），與同側baPWV及ulPWV作典型相關分析。由表7典型相關系數(shù)檢驗結果可知，只有第一典型系數(shù)λ1在α=0.05的水平下有統(tǒng)計學意義（λ1=0.612，P=0.004），因此只選取第一對典型相關變量，因此認為不同段PWV集合U與脈圖參數(shù)集合V存在相關性。

表6 82名健康人脈圖參數(shù)（±s）

表6 82名健康人脈圖參數(shù)（±s）

變量Y1 Y2 Y3 Y4 Y5 Y6 Y7比值指標0.56±0.12 0.32±0.09 0.04±0.08 0.19±0.04 0.20±0.06 0.82±0.06 1.82±1.06參數(shù)h3/h1 h4/h1 h5/h1 w/t t1/t t4/t5（t4-t1）/t

表7 不同PWV與各脈圖參數(shù)的典型相關系數(shù)

3.3.3 典型變量的權重系數(shù)及表達式

根據(jù)標準化典型相關變量結果，列出PWV指標與脈圖參數(shù)的第一典型變量（U1、V1）的表達式為：

U1=-0.825X1-0.834X2+0.771X3-0.115X4-0.244X5-0.406X6+0.573X7。

V1=-0.751Y1+0.744Y2+0.722Y3+0.068Y4-0.576Y5+0.228Y6+0.290Y7。

由標準化典型相關變量表達式可知，U1主要受X2（hbPWV）、X1（baPWV）和X3（hrPWV）的影響，其中hbPWV在U1變量的權重系數(shù)大于baPWV；而V1則在Y2（h4/h1）、Y1（h3/h1）和Y3（h5/h1）的權重系數(shù)較大，均大于0.7。說明這些指標變量對于各自典型變量有較大貢獻，并可用于解釋對側典型變量。2組標準化典型相關變量結果詳見本文OSID碼。

3.3.4 典型結構圖

根據(jù)典型相關系數(shù)與標準化典型相關變量繪制健康人右側baPWV及ulPWV與脈圖參數(shù)的典型相關結構圖，見圖3。U1集合中baPWV、hbPWV和hrPWV指標可以較好地關聯(lián)V1集合中h3/h1、h4/h1、h5/h1等反映動脈順應性、血管彈性、外周阻力的脈圖比值參數(shù)。其中評估心臂與臂踝段動脈硬度的hbPWV、baPWV可能與h3/h1存在正相關，與h5/h1負相關，為這2個脈圖參數(shù)反映主動脈順應性提供了PWV指標的支持。本研究表明hbPWV、baPWV評估的動脈彈性可以通過分析“寸口”橈動脈的方式獲取，即脈圖參數(shù)中包含了動脈硬度信息。同時，hrPWV 可能與h4/h1存在正相關，考慮外周阻力大小可能與相對應的外周血管彈性關系更密切。脈圖參數(shù)與PWV存在不同的對應關系，符合人體全身動脈彈性或硬度不均勻分布的生理規(guī)律，提示無論研究上肢段PWV還是脈圖參數(shù)與血管硬度增加的關系都需考慮血管結構與血管生理的影響。

圖3 82名健康人臂踝及上肢PWV與脈圖參數(shù)的典型相關圖

4 討論

脈搏波信號被認為是溝通現(xiàn)代醫(yī)學與傳統(tǒng)中醫(yī)脈學的關鍵橋梁[24-25]。PWV作為血管硬度的無創(chuàng)檢查，在臨床有較高的認可度。中醫(yī)脈診蘊含豐富的人體生理信息，在現(xiàn)代多學科交叉技術助力下，脈圖參數(shù)極大解決了“心中了了，指下難明”的傳統(tǒng)脈診量化的難點，也為動脈硬化中西醫(yī)診斷指標的結合提供數(shù)據(jù)基礎。

本研究觀察不同波形計算的ulPWV離散度趨勢發(fā)現(xiàn)，ECG信號關聯(lián)的hbPWV、hrPWV與hfPWV數(shù)據(jù)穩(wěn)定性高于brPWV、bfPWV與rfPWV，原因可能在于心臟射血產(chǎn)生的脈搏波經(jīng)過升主動脈、鎖骨下動脈等彈性大動脈的速度明顯慢于肌性中小動脈[23]，速度越快時測量誤差可能越大，指端手部的距離誤差也可能導致rfPWV 數(shù)據(jù)的變異性[13]。因此認為，hbPWV、hrPWV與hfPWV作為評估上肢動脈硬度指標可能優(yōu)于其他3種ulPWV。通過比較82名健康人雙側不同PWV發(fā)現(xiàn)，相較于baPWV，ulPWV左右側差異均無統(tǒng)計學意義，提示以PWV評估的健康人雙側上肢同段動脈硬度相近，一定程度可相互替代，并且雙側ulPWV均小于baPWV，推測上肢動脈硬度較下肢動脈小且分布均勻，這與另一項研究高血壓患者與正常人的上下肢脈搏波特征差異的結果[26]一致，也表明人體上下肢的動脈結構與血流動力學基礎不同，下肢較上肢承受著更高的靜水壓力[27]，兩者血管評估指標有其特異性，不能互相代替。本研究中健康人左右側不同ulPWV間有相似的變化趨勢，且hbPWV 與baPWV 差異最大，brPWV 與baPWV 最為接近，即雙側均為hbPWV＜brPWV，提示PWV反映對應的動脈血管結構。動脈壁成分從中央到外周血管發(fā)生顯著變化，中央大動脈富含彈性纖維，外周動脈中膠原纖維和平滑肌細胞占優(yōu)勢[22]，本研究PWV結果符合這一血管生理規(guī)律[23]。雙側rfPWV介于hbPWV與brPWV之間。國外研究顯示，rfPWV隨著年齡增加而減小，提示手部血管較上肢及主動脈血管結構而言有其特異性[13]，這可能與末梢循環(huán)的血管腔逐漸變細、血流信號變?yōu)閱雾棽ㄓ嘘P[28]。上述結果說明不同ulPWV有其價值，關聯(lián)從近心端動脈至遠心端指部的血管結構與彈性改變。

本研究中ulPWV與baPWV未發(fā)現(xiàn)相關性，可能與研究人群未涉及心血管疾病或風險因素有關[27]。不同ulPWV間存在不同程度的相關性，提示提取ulPWV代表性指標的必要性。值得注意的是，ulPWV組內(nèi)相關性提示rfPWV 反映的末梢血管狀況有其特異性。上肢及臂踝PWV與脈圖參數(shù)典型相關分析結果表明，2組指標集合存在相關性（R=0.612，P=0.004），說明PWV反映的動脈彈性信息可在“寸口”橈動脈脈搏波中分析得到，這與另一項從橈動脈分析估計中心動脈PWV的研究結論[29]相近，同時驗證了脈圖參數(shù)反映動脈硬度?，F(xiàn)代中醫(yī)脈診研究時域分析的脈圖參數(shù)h3/h1反映血管壁順應性和外周阻力，血管順應性差時該值增高；h5/h1反映主動脈順應性和主動脈瓣功能，動脈順應性差時該值降低；h4/h1反映外周阻力大小，外周血管收縮時阻力增加，該值升高。本研究結果顯示，hbPWV、baPWV與h3/h1正相關，與h5/h1負相關，表明中西醫(yī)指標在評估主動脈硬度中表現(xiàn)一致，同時集合變量的權重系數(shù)也表明hbPWV可能是關聯(lián)主動脈彈性的潛力指標，與國外研究結論[30]相似；hrPWV與h4/h1呈正相關，提示外周血管收縮或管徑變小與對應的血管硬度增加有關，與國外一項研究提及小動脈是外周動脈阻力增加的關鍵結論[31]一致。

中醫(yī)學認為，脈道是形成脈象的基本臟腑之一，其暢通且舒縮有度與脈象息息相關，“脈者壅遏營氣，令無所避”[21]。脈道生理特性直接影響脈象，如血管變性，順應性減退，則脈象會呈現(xiàn)弦硬等。PWV作為目前臨床應用廣泛的血流動力學狀態(tài)指標，其與血管壁彈性、管壁舒縮等因素相關。本研究以“寸口”橈動脈脈搏波分析為切入點，利用多信號脈診儀同步采集人體不同部位多信號波形并計算ulPWV，豐富了PWV評估上肢動脈硬度及關聯(lián)血管結構的內(nèi)容，不同PWV與脈圖參數(shù)的關聯(lián)性為脈圖參數(shù)臨床應用提供了PWV指標支持，同時也為血管硬度中西醫(yī)評估指標結合提供依據(jù)，兩者可共同作用于血管生理特性的描述，基于“寸口”橈動脈分析的現(xiàn)代中醫(yī)脈診可能反映主動脈相關彈性，有助于推動中醫(yī)脈診現(xiàn)代化臨床應用。今后將不斷深入中醫(yī)脈診與現(xiàn)代醫(yī)學2個維度的動脈硬度評估指標在不同年齡、性別、血壓、心率等生理基礎下的特征分布研究，以及在心腦血管疾病、動脈硬化性疾病和自主神經(jīng)功能評價等領域中的應用研究。