QRS-T夾角及其臨床應用

嚴靜怡 朱金秀 譚學瑞

1 背景

1933年Wilson等[1]首次提出心室復極梯度(ventricular gradient,VG)的概念。VG又稱心室復極差力,是QRS波向量和T波向量的綜合向量。心內膜和心外膜心肌細胞復極速度不等是形成心室復極梯度的主要原因[2]。通過測量心室復極梯度,可鑒別原發(fā)性和繼發(fā)性心室復極異常[3]。由于VG計算過程煩瑣,僅有小部分學者進行了學術研究,并未將它應用于臨床。1983年,Geselowitz[4]在Wilson等[1]的研究基礎上發(fā)現(xiàn),QRS-T波群不僅與動作電位本身有關,還與動作電位時程的空間不均一性相關,并提出了空間心室復極梯度(spatial ventricular gradient,SVG)的概念。SVG相當于空間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,必須通過直接或間接的正交導聯(lián)計算得出。Zhang等[5]在一項前瞻性研究中發(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。然而,目前大多學者認為,空間QRS-T夾角預測疾病的發(fā)生率及死亡率較平面QRS-T夾角更準確,后者不能作為前者的替代指標[6]。原因可能是平面QRS-T夾角可直接通過體表心電圖計算得出,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、更準確地反映心臟電活動[7]。

3 空間QRS-T夾角的計算

3.1 最大空間QRS-T夾角的計算

最大空間QRS-T夾角是指QRS波向量環(huán)和T波向量環(huán)內最大電軸圍成的夾角。在一個心動周期內,向量環(huán)內空間位置相近但時間相差較大的兩點的中點即向量環(huán)的起點,而起點與向量環(huán)內最遠點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。當向量環(huán)對稱時,平均QRS-T夾角等于最大空間QRS-T夾角。平均QRS-T夾角的計算公式如下:

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的計算

總余弦值R-to-T(TCRT)反映兩向量環(huán)起點之間的離散度,實際上是通過奇異值分解的數(shù)學方法對數(shù)據(jù)進行降維。Ⅰ、Ⅱ、V1～V6導聯(lián)能量最大的三個電軸構建三維空間,形成空間QRS波和T波向量環(huán),在T波向量環(huán)內確定最大T波電軸。TCRT實際上是指最大T波電軸和QRS向量環(huán)內每一瞬間QRS電軸間夾角余弦值的平均值,即先算夾角余弦值再計算平均值;平均QRS-T夾角則是先計算平均值,再計算余弦值。TCRT和夾角值呈負相關,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TCRT在-1～0時,QRS-T夾角在90°～180°;當QRS-T夾角在0～90°時,TCRT 在0～1取值。在正常人群中,TCRT取值范圍為0.4～0.8。TCRT的計算公式如下:

4 平面QRS-T夾角的計算

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夾角與個體的種族、性別、年齡、身高和體質量等生理因素相關,心室肥厚(特別是左心室肥厚)、室內傳導阻滯和心肌缺血等病理因素對QRS-T夾角也有影響[8-9]。國外有多項關于空間QRS-T夾角正常范圍的研究,但研究結果不一致，其原因可能為研究對象及計算方法的差異。Scherptong等[8]認為,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。關于平面QRS-T夾角,目前尚無統(tǒng)一標準，較普遍的觀點是,平面QRS-T夾角<45°為正常,45°～90°為臨界值,>90°為異常。國外相關文獻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,但目前相關研究均未能根據(jù)性別、年齡分層,計算相應的QRS-T夾角正常范圍。

6 QRS-T夾角的臨床應用研究

6.1 QRS-T夾角與室性心律失常

心室復極化不均一性,又稱心室復極化異質性,是室性心律失常發(fā)生的基礎。心室復極化異質性增強后,可能通過激發(fā)活動和折返等機制而引發(fā)室性心律失常[11-12]。反映心室復極化異質性的心電指標如QT間期、QT離散度Tp-Te等,能預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)的心電指標相比,QRS-T夾角預測的準確性、穩(wěn)定性和重復性更好。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立預測因子[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,因此認為QRS-T夾角的變化可能與心肌缺血及心肌肥厚有關。Atsma等[18]在969名不伴有左室肥厚的絕經后婦女中發(fā)現(xiàn),血壓的升高與QRS-T夾角增大相關,并提出在發(fā)生左室肥厚前,血壓升高可導致心室去極化和復極化異常。至于能否在臨床上應用QRS-T夾角來評價高血壓治療效果,仍需進一步的研究證實。

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的風險增大[19]。而室性復極化異常是心律失常發(fā)生的基礎[20]。慢性高血糖能引起心臟結構和功能改變,導致心肌復極化異常,從而增加心律失常的發(fā)生風險。因此,利用QRS-T夾角預測糖尿病患者發(fā)生心律失常的風險具有合理性。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病變，則QRS-T夾角越大，其發(fā)生心律失常的風險越高[21-22]。QRS-T夾角還與糖尿病患者的血糖控制情況相關,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)生的關系時,發(fā)現(xiàn)QRS-T夾角與糖化血紅蛋白水平呈正相關,即血糖控制不佳時,QRS-T夾角增大。

6.4 QRS-T夾角與心臟性猝死

SCD起病急、進展快、死亡率高。流行病學資料顯示,全球每年約有150萬人死于SCD[24]。對SCD的高危人群采取及時有效的預防措施,能明顯降低SCD發(fā)生率。因此,發(fā)現(xiàn)SCD的早期預測指標,識別研究高危人群是目前的研究熱點。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)衡量復極化異質性的指標如QT間期、QT離散度、Tp-Te等,也能預測SCD的發(fā)生。然而,這些傳統(tǒng)的心電指標僅能在準確定位T波終點的基礎上單純反映復極化異常,而且目前對于T波終點的測量,尚缺少統(tǒng)一的標準。空間QRS-T夾角則能同時兼顧心臟去極化和復極化,更好地反映心臟整體的電活動。研究發(fā)現(xiàn)QRS-T夾角能預測普通中年人群和急性冠脈綜合征SCD的發(fā)生[25-26]。一項關于QRS-T夾角和普通中年人群SCD風險的研究中入選了10 957名研究對象,主要終點事件為心律失常性死亡,次要終點為全因性死亡和非心律失常性心源性死亡。結果顯示QRS-T夾角≥100°增加心律失常性死亡和全因性死亡的風險[10]。Lingman等[26]對643名急性冠脈綜合征患者進行了為期30個月的隨訪,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回歸分析結果表明,QRS-T夾角是急性冠脈綜合征患者發(fā)生SCD的獨立預測指標,且在傳統(tǒng)的預測模型基礎上結合QRS-T夾角,能提高模型預測的準確性。

6.5 QRS-T夾角與冠心病

多項研究表明,QRS-T夾角是冠心病事件發(fā)生及死亡的獨立預測因子[27-28]。這可能是因為冠心病引起的心肌缺血影響到心肌細胞的電活動,導致心肌去極化和復極化改變[29]。多項研究結果顯示,冠心病人群的QRS-T夾角大于正常人群,且經治療后,QRS-T夾角會減小[30-31]。QRS-T夾角除了能預測冠心病的發(fā)病率和死亡率外,研究發(fā)現(xiàn)它還能預測冠心病患者發(fā)生心律失常事件的風險,且冠心病患者平面QRS-T夾角越大,其發(fā)生室性心動過速的風險就越高[30, 32-33]。

6.6 QRS-T夾角的其他應用研究

Voulgari等[34]以105名伴有心臟自主神經病變、127名無心臟自主神經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病變的關系;研究結果顯示,糖尿病患者的QRS-T夾角大于對照組,伴有心臟神經官能癥的糖尿病患者QRS-T夾角大于無神經官能癥者。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夾角與冠狀動脈鈣化及粥樣硬化之間的關系;結果顯示,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脈鈣化、動脈粥樣硬化負擔較重及肌鈣蛋白T水平升高有關。一項關于QRS-T夾角與血透患者預后的研究指出,QRS-T夾角是血透患者全因性死亡尤其是心源性死亡的獨立預測指標,并進一步建議利用QRS-T夾角對血透患者進行危險分層[36]。透析患者QRS-T夾角增大的機制及臨床意義需要進一步的研究證實。Dawood等[37]分析了QRS-T夾角與經抗病毒反轉錄治療的艾滋病患者心血管疾病發(fā)生風險的關系,研究納入4453名艾滋病患者,進行了為期28.7個月的隨訪;結果顯示異常增大的QRS-T夾角是接受抗病毒治療的艾滋病患者發(fā)生心血管事件的獨立預測因子,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;結果顯示QRS-T夾角異常增大時,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。2018年有一項關于額面QRS-T夾角與保存心室射血分數(shù)的心力衰竭者心室重塑關系的研究,結果顯示額面QRS-T夾角與心室重塑之間呈正相關,為我們提供了有關心室重構研究的新方向[39]。

7 總結

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