無創性評價大動脈生物特性及其臨床應用

姜容容（綜述） 王宜青 黃國倩（審校）

各種心血管危險因素和疾病均可導致動脈生物特性的改變，而后者又進一步在心血管疾病的發病機制中發揮重要作用，最終導致心血管不良事件的風險升高。運用超聲技術可以無創性評估動脈硬度和順應性等生物特性，研究已經證實脈搏波傳導速度（pulse wave velocity, PWV）和β指數等對于普通人群和各種心血管疾病患者具有重要的預后價值，因此成為研究領域的熱點。本文對動脈的生物學特性、無創性測量技術和指標及其在不同人群中的應用作一綜述。

1 動脈的生物學特性、作用和病理生理意義

通常近端大動脈更有彈性而遠端小動脈更僵硬。大動脈起傳輸血液和緩沖作用以維持遠端小動脈血流的持續穩定。心室射血產生原始的前向動脈波形，當遇到動脈分叉處和小的肌性動脈時反射回主動脈（反射波）。反射波在舒張晚期回傳至升主動脈，有助于維持舒張壓，以保證遠端有足夠的血流。

近年來動脈硬度在心血管疾病中的作用越來越受到重視，越來越多的學者認為動脈硬度和反射波現象是導致心血管事件的重要原因。當發生動脈硬化時，如老人和高血壓患者，反射波傳導速度加快，在心室收縮晚期即回傳至升主動脈，與前向的原始波相互疊加，導致收縮壓升高、舒張壓快速下降以及中心脈壓差增加。收縮壓升高增加了左心室的后負荷，從而導致心肌耗氧量增加；中心脈壓差升高和舒張壓降低導致心臟舒張期冠脈灌注不足，進而導致或加重心內膜下心肌缺血。此外，左心室后負荷增加可導致心臟結構改變，如左心室肥厚等，從而導致左心室舒張功能減退。中心脈壓差增加還使得顱內和顱外動脈內中膜增厚，增加了頸動脈狹窄和斑塊破裂的可能性[1]；如同時伴隨較高的脈壓差和心衰，使得動脈僵硬患者卒中的發病率增加。在一般人群、高血壓、糖尿病、終末期腎病和老年人中，動脈硬度具有獨立預測價值。最新的歐洲高血壓診斷和治療指南（2007年版）推薦將動脈硬度作為靶器官損傷的標志。

2 無創性測量動脈生物特性的常用指標和方法

許多參數可用來評估動脈生物特性，包括動脈硬度和反射波。這些參數原理不同，適用的臨床范圍不同，不能簡單視為互相通用。

2.1 動脈硬度 分為系統、區域（兩點之間）和局部（某點）硬度。系統動脈硬度需要估測，而局部和區域動脈硬度可直接無創測量。

2.1.1 區域動脈硬度的測量——脈搏波傳導速度 PWV指兩位點間的距離除以脈搏波傳導時間（圖1），是無創評價動脈硬度最簡單穩定、重復性最好的指標，也是目前研究最深入和預后價值較明確的指標之一。歐洲高血壓協會推薦以頸-股脈搏波速度（carotid femoral pulse wave velocity, c-fPWV）作為無創性測量動脈僵硬度的“金標準”。主動脈的PWV隨年齡增加呈非線性增加，在50歲以上的人群中增加較快；而外周動脈的PWV并不隨年齡增加而增加[2]。脈搏波在動脈樹各個位置的傳導速度不同，由近及遠逐漸增大；PWV在升主動脈為4～5m/s，腹主動脈為5～6m/s，而在髂動脈和股動脈則為8～9m/s。PWV可以預測無明顯心血管疾病人群的卒中、冠心病、腎衰竭和認知功能障礙的發病風險。抗高血壓的治療效果與c-fPWV呈負相關[3]，但是c-fPWV是否可以作為獨立預后因子成為治療干預的目標尚無定論。目前，c-fPWV還未在臨床廣泛使用，原因在于測量方法尚未完全統一，各種測量方法結果差異很大，各項研究中采取的閾值也不盡相同，正常值范圍尚未完全確定。另外，肥胖、糖尿病和外周動脈疾病患者記錄股動脈的壓力波形比較困難；胸腹動脈迂曲患者的外部測量距離不準確。歐洲一項大型研究（11 092名正常人）首次統一了該指標的測量技術，即采用正交切線法測定時間，改良直接法測定距離[4]；該研究還建立了不同年齡組和血壓組PWV的參考值，對于該指標今后的臨床推廣具有重要指導意義。

2.1.2 局部動脈硬度的測量 超聲是目前無創測量動脈壁楊氏系數（Young's modulus）、內中膜（intima-media thickness,IMT）厚度和彈性性能關系的唯一方法。頸動脈是常用的測量部位。圖2顯示了局部動脈擴張度。表1列出了超聲無創測量局部動脈硬度的各項參數的定義和計算公式。由于測量局部動脈硬度技術要求高、耗時長，需同時測量局部血壓，目前只用于病理生理研究、藥理學研究和療效評價，流行病學研究較少。新出現的e-tracking技術測量心動周期內管腔內徑、面積、壓力以及血流速度的變化，不僅可以計算楊氏系數、局部PWV[5]、β指數等，還能同時測量IMT，測量的精確度較傳統的血管超聲技術提高了6～10倍。在血壓正常的中年人群用e-tracking 測量擴張度，胸主動脈為40kPa ×10-3[6]，頸動脈則降至10～20kPa×10-3[7]，在橈動脈則為5kPa×10-3[8]。β指數是指收縮壓/舒張壓與直徑變化值的比值的對數，為非量綱指數，臨床應用研究較為廣泛。相對于原發性高脂血癥兒童和正常兒童，家族性高脂血癥兒童β指數升高[9]。亞臨床甲狀腺功能減退患者的β指數較正常人高，且與年齡、舒張壓以及收縮壓呈正相關。血透患者的β指數與平均IMT及頸動脈粥樣斑塊評分呈正相關；此外，在這類患者中，無癥狀腦梗死的患者β指數高于無腦梗死患者[10]。

2.1.3 系統動脈硬度 動脈順應性與硬度成反比，可用來反映系統的動脈硬度。系統動脈順應性（systemic arterial compliance, SAC）可以用如下公式進行估算：SAC=SV/PP，其中，SV代表每搏輸出量，可通過M型、二維和彩色多普勒超聲獲得；PP是主動脈內的脈壓差。無創技術不能精確測量SV及主動脈內的脈壓差，限制了該參數的臨床應用。

表1 局部動脈僵硬度的參數

2.2 動脈波形分析（pulse wave analysis, PWA）——反射波如圖3所示，中心動脈壓力波形是由心室收縮產生的前向血流P1和反射波P2疊加而成，中心脈壓差、中心收縮壓和增強指數（augmentation index, AIx）反映了大動脈生物特性。AIx＝（P2－P1）/PP，P2是第二收縮峰壓，P1是第一收縮峰壓，反映了收縮晚期反射波的疊加所占脈壓差的比例。動脈硬度升高使得原本在舒張期到達主動脈根部的反射波提早到達，導致收縮期血壓升高，中心脈壓差和AIx加大。PWA受心率及左心室功能影響，左心功能受損會影響PWA指標的可靠性；此外，AIx還受到血壓、身高、年齡和性別等因素的影響[11]。與PWV相反，AIx在＜50歲的人群中與年齡呈正相關；接近或＞50歲人群中增長緩慢。聯合這兩個指標能更好地評估各年齡人群的動脈硬度。

中心動脈壓力波形代表左心室和中心動脈壁的真實負荷，但由于測量困難，常以橈動脈或頸總動脈波形替代。頸動脈AIx略低于主動脈內AIx，兩者相關性良好，但存在技術要求高、易致患者不適，不能用于頸動脈有大斑塊和鈣化的患者。由于年輕人脈搏波的放大效應，用肱動脈的脈壓差來代替主動脈或者頸動脈的脈壓差不夠準確；而由于老年人中心動脈硬化，脈壓差放大效應減弱，外周脈壓差較年輕人更接近于中心脈壓差。用筆形探頭（SPT-301, Millar Instruments）可記錄橈動脈和頸總動脈的血壓波形，以橈動脈更加方便易行，也更常用。外周動脈波形可用手指光體積描記術進行分析，其測值與主動脈的擴張度以及動脈粥樣硬化的程度相關[12]。各種方法測量所得AIx的預后價值尚需進一步研究。

3 PWV在各類人群中的應用

3.1 普通人群 PWV在普通人群中有著很好的預后價值。一項包含1678名普通人群的研究證實，PWV升高是心血管事件的獨立預測因子，PWV每升高一個標準差，則心血管事件的風險就上升16%～20%[13]。另一項包含2835名健康者的研究發現，調整多種傳統心血管危險因素后，PWV是卒中和冠心病的獨立預測因子[14]。在調整PWV后，肱動脈脈壓差與心血管事件并無特別明顯的關系，可能與脈搏波的放大效應有關，因此相對于肱動脈脈壓差，PWV在普通人群危險分層中更有優勢[15]。

3.2 高血壓患者 PWV升高與高血壓患者發生冠脈事件和卒中事件相關；AIx與高血壓患者的左心室壁重量和頸動脈內中膜厚度的變化相關。頑固性高血壓患者的AIx和PWV顯著高于血壓可控制人群及血壓正常人群，主動脈應變和主動脈擴張性則顯著降低[16]。一項包含15項隨機雙盲對照研究的Meta分析提示所有治療組的PWV均較安慰劑組降低，其中ACEI改善動脈硬度的效果優于鈣離子拮抗劑[3]。

3.3 老年患者 老年患者的脈壓差放大效應較弱，因此肱動脈脈壓差是評估心血管風險的簡便可靠指標，PWV也是老年人重要的預后指標。一項包含2488名老年人的大型研究發現，在調整年齡、血壓、血肌酐、既往心血管疾病等影響因素后，PWV是心血管死亡、冠心病和卒中的預后因子[17]。AIx在65歲以上人群中上升很少，因此在老年人中的預測價值并不高[18]。弗明漢心臟研究發現，社區中動脈硬度異常的發病率與老齡化顯著相關，特別是肥胖和糖尿病患者，隨著老齡化的加劇，由動脈硬度增加導致的疾病負擔也顯著加重[2]。對873名80歲以上老年人的微型精神狀態評估（MMSE）及c-fPWV隨訪1年，結果顯示，PWV異常越明顯，老年人的認知功能障礙就越明顯，因此c-fPWV可作為檢測認知功能減退的篩選指標[19]。

3.4 冠心病患者 動脈硬度和冠脈造影中冠脈病變的嚴重程度呈正相關；其中，PWA和中心動脈壓預測冠脈病變的嚴重程度比外周動脈壓更加敏感[20]。冠心病患者行再血管化治療后c-fPWV并無明顯變化，提示再血管化的心臟局部治療作用并不伴隨動脈功能的改善[21]。

3.5 慢性腎病（CKD）患者 相對于年齡和血壓水平相同的人群，CKD患者動脈硬度升高。主動脈PWV與CKD的心血管死亡顯著相關，PWV＞12m/s的患者罹患心血管事件的風險是PWV＜9.4m/s患者的5.9倍；在血壓控制后，PWV每降低1m/s可進一步降低21%的心血管死亡風險。在未行透析的CKD患者中，PWV和AIx與GFR呈負相關；已行腹膜透析或血透患者的PWV和AIx低于未行透析的CKD 5期患者，提示透析能改善動脈硬度[22]。在另一項包含367名CKD患者的研究中，PWA的各項指標，包括AIx、主動脈脈壓差、中心收縮壓和舒張壓均與IMT顯著相關，可用來預測腦血管事件的發生風險[23]。

3.6 心衰患者 在慢性心衰患者中，主動脈僵硬和心血管死亡率之間的關系尚不明確；但主動脈的硬度和活動耐量相關[24]，而活動耐量是死亡率的重要決定因子之一。

3.7 行心血管外科手術的患者 馬方綜合征患者的腹主動脈硬度較正常升高。主動脈硬度異常升高是馬方綜合征患者發生主動脈夾層和主動脈擴張（OR＝2.2）的預后因子。主動脈縮窄修補術后血壓正常者的AP、AIx、APP和PWV仍較正常升高，且與手術時的年齡無關，提示手術不能緩解縮窄對大血管的損傷[25]。

4 現狀和發展前景

動脈硬度反映心血管的危險負荷，在各種心血管疾病的發生、發展和預后中扮演重要角色。運用超聲等無創技術可定量評價動脈硬度、順應性、反射波等指標，有助于了解疾病的進程、靶器官的損害程度及預后信息。然而目前大多數資料主要來源于流行病學和預防醫學研究。雖然技術和指標眾多，但各有優勢和不足，臨床意義和適用范圍尚未完全明確，方法學尚未統一，缺乏大規模的隨機對照雙盲的前瞻性研究和公認的正常值，因此，動脈生物特性的指標尚不能常規應用于臨床診斷、預后評價和指導治療。相信今后隨著研究的不斷深入及測量方法的逐漸完善，超聲無創性檢測動脈生物特性必將成為臨床早期識別高危患者及指導干預治療的有效手段。

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