中國青年男性二尖瓣舒張早期血流峰值參考值與地理環境的主成分分析

王子軒 董 婕 葛 淼 韓 嘯 何進偉

健康人心臟二尖瓣口血流頻譜呈正向雙峰型，將二尖瓣舒張早期血流峰值記為E 峰(E)，代表左心室快速充盈［1］。左心室舒張功能不全是心血管疾病發生、發展的重要中間環節，被稱為心血管事件的中間終點，如不控制可發展為終末性心力衰竭。而左心室舒張功能異常的表現就是舒張早期血流峰值速度減小，舒張晚期血流峰值速度增大。所以，E 峰流速是衡量左心室舒張功能的重要指標。

研究表明，該指標在目前的科學研究中，多傾向于對生理因素差異的考慮，如從醫學角度而言E 峰主要決定于左心室主動舒張力及舒張速度，還與二尖瓣開放效率及左心室收縮后余血量有關［1］。另外，正常人的左心室松弛性和順應性有隨著年齡增加而自然衰變的趨勢［2］。有關E 峰與地理因素之間關系的研究則多見于其與海拔高度之間的關系［3，4］以及與氣溫氣壓之間的關系［5］。在正常參考值測定過程中［6～13］，筆者發現E 峰與自然地理要素以及飲食、經濟、生活習慣等人文要素息息相關。通常E 峰正常值為28 ～128cm/s，但該指標范圍過大，對于特定區域不適合。

資料與方法

1.二尖瓣舒張早期血流峰值流速參考值:通過對期刊數據庫的檢索，收集了全國83 個市(縣)級醫院和有關研究單位及高校測定的11568 例健康男性E 峰參考值，年齡18 ～69歲，以青年為主。這些單位分布在中國大部分省、市、自治區，但缺乏中國臺灣地區、香港特別行政區、澳門特別行政區的資料。為減少由測量儀器或測量方法產生的人為誤差，本文收集的E 峰參考值均由彩色多普勒超聲心動儀測得，受測者取左側臥位，選取心尖二腔或四腔切面，測量3 ～5 個心動周期參數并取其平均，心電圖提示為竇性心律，各數據均在正常范圍內。

2.地理資料:本文選取3 類地理指標進行分析:地勢指標、氣象指標、土壤指標。地勢指標來自有關的地理著作和辭典，氣象指標來自中國氣象科學數據共享服務網，土壤指標來源于聯合國糧農組織和維也納國際應用系統研究所構建的世界土壤數據庫［14］。選取的地勢指標有:經度、緯度、海拔高度;氣象指標有:年日照時數、年平均氣溫、年平均相對濕度、年降水量、氣溫年較差、年平均風速;土壤指標有:表土砂粒百分率(% wt.)、表土粉粒百分率(% wt.)、表土黏粒百分率(% wt.)、表土參考容重(kg/dm3)、表土容重(kg/dm3)、表土石礫含量(%vol.)、表土有機質含量(% wt.)、表土pH 值、表土陽離子交換量(黏土)(cmol/kg)、表土陽離子交換量(潛育土)(cmol/kg)、表土鹽基飽和度(%)、表土總可交換量(cmol/kg)、表土CaCO3含量(cmol/kg)、CaSO4含量(cmol/kg)，表土堿度(cmol/kg)、表土鹽分(dS/m)。

3.研究思路:用SPSS 19.0 建立數據庫并進行青年男性E峰參考值與地理因素的相關分析，再將數據進行主成分分析，建立地理因素對青年男性E 峰參考值的回歸模型，并用回歸模型進行參考值預測，將預測值與實測值進行雙側t 檢驗，最后用ArcGIS 制圖，以P ＜0.05 為差異有統計學意義。

結 果

1.相關分析結果:在地勢、氣象、土壤這3 類指標中土壤指標又可分為物理指標、有機化學指標、無機化學指標。查閱相關資料，將25 個不同類型指標對心臟的影響劃分等級，篩選出8 個對心功能影響最顯著的指標分別是:海拔高度(X1)、年日照時數(X2)、年平均氣溫(X3)、年平均相對濕度(X4)、年平均風速(X5)、表土參考容量(X6)、表土有機質含量(X7)、表土鹽基飽和度(X8)。運用相關分析計算出中國青年男性E 峰參考值與上述8 項地理指標的單相關系數(r)和P 值(表1)［15］。在選取的8 個地理指標中，有5 個與E 峰參考值具有相關性，分別是:海拔高度、年日照時數、年平均風速、表土參考容重、表土鹽基飽和度。其中，年日照時數、年平均風速與E 峰參考值顯著相關。

表1 E 峰實測值與地理因素相關系數矩陣

2.主成分分析:主成分分析法的基本思路是通過降維，將多個相互關聯的指標轉化成少數幾個各不相關的綜合指標的統計方法。用較少的信息來代替和反映原來較多的信息，這些綜合后的指標就是原來多指標的主要成分［15］。(1)提取主成分:計算8 個地理指標之間的單相關系數矩陣，其中大多數相關系數絕對值大于0.3，進行主成分分析具有實際意義。根據統計學家Kaiser 給出的標準檢驗后，KMO 取值為0.557 ＞0.5，這說明各變量間的相關程度無太大差異，數據適合做因子分析。而Bartlett 球形檢驗給出的相伴概率為0.000，小于顯著性水平0.01，球形假設被拒絕，因此8 個地理因素間并非獨立，有必要進行主成分分析。對選取的原始變量X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8通過主成分分析法提取主成分(表2)。表2 是主成分的統計信息，第1 主成分的特征根為2.780，它解釋了總變異的34.754%，以此類推。前4個主成分的特征根累積貢獻率達85.409%，累積貢獻率超過了85%。因此選取前4 個主成分變量代替原來的8 個變量。(2)主成分表達式:主成分可由原始變量的線性表達式來表示，一旦表達式給定，就能把原始變量的值代入表達式中求出各因子的得分值，再用因子得分值代替原始變量值進行回歸分析。通過主成分分析得出的每個變量在公共因子中的得分系數矩陣如表3。主成分的表達式如下(公 式 1):Z1= 0.010stdX1+ 0.335stdX2-0.282stdX3-0.334stdX4+0.070stdX5+0.220stdX6-0.043stdX7+0.039stdX8。以此類推出Z2、Z3、Z4的表達式，其中stdXi(i =1，2，3，…，8)表示標準指標變量。由表4 可知，標準指標變量的公式為:stdXi=(Xi- Meani)/Devi。即stdX1= (X1-223.897)/402.8890，以此類推，得出其他標準指標變量。(3)回歸方程:運用主成分回歸分析法得出主成分之間的線性回歸方程為(公式2):= 79.367 - 1.990Z1-0.423Z2-0.453Z3-1.436Z4±0.673 。將標準變量公式代入公式1，可得出Z1、Z2、Z3和Z4關于8 個原始地理變量的表達式，然后將4 個主成分表達式帶入上面的回歸方程公式2，得到因變量Y 與8 個原始地理變量的線性回歸方程為(公式3):= 79.367 -0.00123X3-0.00129X4+0.21423X5+0.06062X6-0.72445X9+0.96092X13+0.33657X16-0.08070X20±0.673 。應用公式3 對不同地區青年男性E 峰正常參考值進行預測，得出預測值后將其與實測值進行成對樣本t 檢驗，所得P =0.279，可知主成分分析模型與實測值并無統計學差異。

表2 總方差解釋

表3 因子得分系數矩陣

表4 描述統計

3.空間趨勢分布圖:用ArcGIS 的地統計分析模塊中的趨勢分析功能，生成中國健康青年男性E 峰值的空間變化趨勢圖(圖1)。E 峰值在南北向(Y 軸方向)由南向北遞減南部E 峰值高于北部，東西方向(X 軸方向)則存在明顯的由中心向兩側遞減的趨勢，峰值偏東，東部E 峰值高于西部。為準確揭示中國青年男性E 峰參考值的地理分布規律，選取全國2423 個市縣作為觀測點，將計算出的預測值進行克里格(Kriging)插值，精確的擬合出中國青年男性E峰正常參考值的空間分布圖(圖2)，在圖2 中可以查出中國大部分地區中國青年男性E 峰參考值。由圖2 可知，中國青藏高原地區E 峰值最小，這與傳統醫學中關于E 峰值與海拔呈正相關的觀點不同，長江以南地區尤其是四川、貴州、廣西等省區的E 峰值較大。參考值分布與中國地勢分布情況相似，呈明顯的階梯狀分布。整體分布趨勢為南高北低，東高西低，西北內陸較低，東南沿海較高。

圖1 中國青年男性E 峰值空間變化趨勢圖

圖2 中國青年男性E 峰正常參考值空間分布圖

討 論

本研究從地理環境對二尖瓣舒張早期血流峰值參考值的地理影響進行了研究。得出以下結論:①中國青年男性E 峰參考值與海拔高度、表土參考容重、表土鹽基飽和度存在相關性，與年日照時數、年平均風速顯著相關;②用建立的回歸模型可以預測出中國任何地方的健康青年男性E 峰參考值，可以為不同地區的臨床診斷提供可靠科學依據;③中國青年男性E 峰參考值的大小呈現出由東南沿海向西北內陸遞減分布。且按胡煥庸線及秦嶺淮河線分布:胡線以東，秦嶺-淮河線以南地區E 峰值普遍較高;胡線以東，秦-淮線以北地區E 峰值較低;胡線以西地區E峰值最低，以青藏高原地區為最。

人是自然界的主體，我們生活在這個龐大、復雜的環境中，受自然環境的影響人體機能會表現出不同差異。基于二尖瓣舒張早期血流峰值參考值受到活可能受到的各種影響，結合相關分析，可對各種影響因子分別進行探討:(1)與海拔和氣壓的關系:隨著海拔升高，大氣壓強降低，空氣密度下降，呼吸壓力增大，機體缺氧。需要通過肺毛細血管數目增多、血紅細胞增多、肌紅蛋白增加等方式進行調節。但肺毛細血管收縮會導致肺動脈壓升高，動脈血管壁壓強增大，左心室前負荷下降，影響左心室舒張功能，紅細胞增多會使血液黏稠度增高，體肺循環外周阻力增加，從而使左心室后負荷增加，影響左心室收縮功能。(2)與日照、氣溫、濕度的關系:《醫學源流論》中提到，“心為嬌臟，寒熱皆所不宜。太寒則邪氣凝而不出;太熱則火爍金而動血;太濕則氣閉而邪結”，意指溫度低時邪氣易凝結于心臟不易排出。人雖為恒溫動物，但長期處于低溫環境，體內新陳代謝速率會降低，心功能降低，心率減慢，血流量降低。研究表明人體處于相對濕度40% ～60%的環境中最舒適，氣溫適中時，濕度變化對人體作用較小，但高溫高濕或短期內潮濕、干燥頻繁交替時對機體機能極其不利。有研究表明，濕度增加會加重風濕性心臟病病情［5］。(3)與風速的關系:風速大小會影響人體舒適度，風可促進體表熱傳導、對流和蒸發。在高溫情況下，對人體有散溫降熱的作用。但在低溫高濕的情況下，風速過大會使人體散熱過多而感到寒冷。特別是迎風疾走時，易使交感神經興奮，心率加快，血壓升高，體循環血管收縮，心肌耗氧量增多，使心臟舒縮功能受影響。(4)與土壤因素的關系:土壤因素與醫學指標的研究目前處于起步階段，在此僅作探索性研究，選用相關性較強的表土鹽基飽和度做具體分析。鹽基飽和度是指土壤吸附交換性鹽基總量的程度。土壤膠體表面所吸附的陽離子大都屬于鹽基離子，如鈣、鉀、鎂、鈉等。若不含交換性酸，稱鹽基飽和土壤，呈中性、堿性、強堿性。若土壤膠體表面還吸附有氫離子和鋁離子時，稱鹽基不飽和土壤，呈酸性或強酸性。鹽基飽和度對土壤的pH 值、酸化、堿化均有直接影響，對養分離子的有效性影響尤甚。鹽基飽和度的高低，是由多種地理環境因素以及人為因素共同造成的。近年來的研究多傾向于土壤酸化或者堿化對其的影響。人體內不同組織元素含量是不同的，酸堿性也不同。心臟含有大量的鉀、鎂、鈣等元素，土壤鹽基飽和度與人心臟E 峰指標具有顯著相關性，所以不同地區土壤的性質會對人體內組織造成不同的影響。

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