基于因子分析與聚類分析的射血分數保留的心力衰竭中醫證型分布研究

彭菊琴，任鈞國，彭嫻，張藝楠，李春巖

論著·臨床研究

基于因子分析與聚類分析的射血分數保留的心力衰竭中醫證型分布研究

彭菊琴1，任鈞國1，彭嫻2，張藝楠3，李春巖4

1.中國中醫科學院西苑醫院基礎醫學研究所，北京 100091；2.孝感市中心醫院，湖北 孝感 432000；3.北京中醫藥大學，北京 100029；4.中日友好醫院，北京 100029

探討射血分數保留的心力衰竭（HFpEF）中醫證型分布規律。采用橫斷面流行病學調研方法，收集170例HFpEF患者中醫四診信息及心功能分級，進行描述性統計。運用因子分析和“Q型”聚類分析結合方法對33項主要證候條目進行非線性降維研究。共提取10個有效公因子，聚為4類中醫證候群。結合中醫證素辨證結果和專業知識歸為4種證型，依次為氣虛血瘀證68例（40.0%）、水濕泛溢證46例（27.1%）、痰阻心脈證34例（20.0%）、心腎陽虛證22例（12.9%）。心功能Ⅱ、Ⅲ級以氣虛血瘀證、水濕泛溢證較多，心功能Ⅳ級以痰阻心脈證、心腎陽虛證較多。HFpEF基本中醫證型為氣虛血瘀證、水濕泛溢證、痰阻心脈證、心腎陽虛證，不同心功能分級患者的證型分布規律亦不同。

射血分數保留的心力衰竭；中醫證型；因子分析；聚類分析

射血分數保留的心力衰竭（heart failure with preserved ejection fraction，HFpEF）是一種多病因臨床綜合征，具有高度異質性，其患病率約占心力衰竭的50%，已成為常見的心力衰竭模式[1-2]。流行病學研究顯示，HFpEF患者5年生存率為65%，與射血分數減低的心力衰竭（heart failure with reduced ejection fraction，HFrEF）患者相近[3]。目前相關指南推薦的藥物如β受體阻滯劑和腎素-血管緊張素-醛固酮系統調節劑及基于器械的療法在HFrEF的管理方面已取得重大進展，但針對HFpEF的治療仍以控制高血壓和體液平衡為主，尚無改善其預后的治療措施[4-5]。中醫藥針對HFpEF異質性的疾病特點具有一定優勢，可有效控制癥狀、改善心功能、提高生活質量[6-8]。但由于目前HFpEF的中醫辨證缺乏統一標準，限制了其治療HFpEF的發展。

因子分析是運用降維思想將多指標變量簡化[9]，聚類分析可減少數據處理時的主觀性[10]，將二者作為數理分析手段引入中醫證型研究，具有一定的科學性和可行性。筆者運用因子分析和聚類分析對HFpEF患者的中醫證型分布進行探討，旨在為中醫藥干預HFpEF提供客觀依據。現報道如下。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集2017年12月－2018年12月中日友好醫院西醫心內科和中西醫結合心內科住院HFpEF患者170例，平均年齡（75.22±10.43）歲。其中男性70例（41.2%），女性100例（58.8%）；心功能Ⅱ級42例（24.7%），Ⅲ級75例（44.1%），Ⅳ級53例（31.2%）；常見合并病由高到低依次為高血壓143例（84.1%），心房顫動89例（52.4%），貧血84例（49.4%），冠心病82例（48.2%），高脂血脂79例（46.5%），糖尿病76例（44.7%）。

1.2 診斷標準

HFpEF診斷標準參照《中國心力衰竭診斷和治療指南2014》[11]及2016年歐洲心臟病學會（ESC）急慢性心力衰竭診斷和治療指南[12]；心功能分級標準參照美國紐約心臟病協會（NYHA）1994年修訂稿制訂[13]；中醫證素診斷標準參照《證素辨證學》[14]制定。

1.3 納入標準

①符合HFpEF診斷標準；②年齡＞18歲；③患者對本研究知情并簽署知情同意書。

1.4 排除標準

①合并嚴重瓣膜疾病、心包疾病、肥厚型心肌病、限制型（浸潤性）心肌病、先天性心臟病；②急性或慢性感染；③合并嚴重的肝腎功能不全、血液系統等原發病，惡性腫瘤，糖尿病合并嚴重并發癥；④妊娠及哺乳期婦女；⑤精神病、傳染病患者。

1.5 研究方法

1.5.1 制定臨床信息采集表

以“射血分數保留的心力衰竭”“心力衰竭”“心衰”“心功能不全”“中醫”“中西醫”“證候”“證型”“證”為檢索詞，檢索中國生物醫學文獻數據庫（CBM），檢索時限為1978年1月－2017年9月，納入中醫或中西醫結合治療心力衰竭臨床研究文獻288篇，具有明確關于心力衰竭的臨床癥狀或體征文章67篇。根據《中醫藥學名詞術語規范化研究》[15]、《中醫診斷學》[16]對67篇文獻中心力衰竭相關癥狀、體征描述進行合并、修改、刪除等規范化處理，制定《HFpEF臨床信息采集表》，涵蓋81項癥狀、21項舌脈，共計102項四診信息。

1.5.2 樣本量計算

根據統計學原理，多因素分析為確保有效數學統計處理，觀測數至少為變量數目的5～10倍[17-18]。統計分析102項中醫證候條目出現的頻率，剔除69項出現頻率＜10%，對中醫證型辨證的貢獻度較低證候條目，最終納入33項主要證候條目。根據樣本量計算公式，需要的樣本量為165～330[＝33×（5～10）]。本研究樣本例數為170例，符合樣本量要求。

1.6 統計學方法

采用EPIDATA3.1軟件，雙盲雙錄入方法進行數據錄入，建立病例資料數據庫，將中醫四診信息條目轉化為計數資料（0＝無，1＝有）。使用SPSS20.0統計軟件，采用描述性統計方法，對33項中醫證候和心功能分級進行頻數統計分析。以33項中醫證候作為因子分析對象，因子分析包括KMO檢驗及Bartlett球型檢驗、提取因子、因子旋轉等，以獲得中醫證候群分類，即公因子。在此基礎上對公因子進行“Q型”聚類分析，并采用單因素方差分析檢驗各公因子對聚類過程的貢獻，獲得有效公因子，進行HFpEF主要中醫證型歸納。＜0.05表示差異有統計學意義。

2 結果

2.1 射血分數保留的心力衰竭患者主要四診信息分布

對170例HFpEF患者33項主要的證候條目進行描述性統計，其中癥狀26項、舌脈7項。HFpEF患者臨床表現以氣短為主，以胸悶、氣喘、動則喘甚、喘不能臥、心悸及胸痛等心系癥狀最為突出，部分患者常伴神疲、下肢水腫、倦怠乏力、咳嗽有痰、夜尿多、納呆惡食、身體困重、腰膝酸軟等其他臟器組織的癥狀。舌象多表現為苔薄白、舌淡紅、舌黯及舌下絡脈曲張，脈象多見弦、細、沉。詳見表1。

表1 170 例HFpEF患者主要四診信息分布

四診信息頻數頻率/% 四診信息頻數頻率/% 氣短16496.5 夜尿多4727.6 胸悶16295.3 納呆惡食4023.5 氣喘16094.1 胸痛3822.4 動則喘甚12573.5 懶言3721.8 神疲12472.9 身體困重3621.2 苔薄白12271.8 腰膝酸軟3520.6 喘不能臥11064.7 長期尿頻3420.0 脈弦10964.1 痰白3218.8 脈細 8851.8 痰稀易咳2715.9 舌淡紅 8751.2 余尿不盡2615.3 下肢水腫 8650.6 自汗2514.7 倦怠乏力 8449.4 面色晦黯2414.1 心悸 7242.4 頭暈1911.2 舌黯 6840.0 腰痛1911.2 舌下絡脈曲張 6236.5 脈沉1911.2 咳嗽有痰 5532.4 泡沫痰1710.0 唇黯紅 5029.4

2.2 基于因子分析的射血分數保留的心力衰竭證候特征

2.2.1 KMO檢驗及Bartlett球型檢驗結果

KMO檢驗統計量為0.758，提示本研究樣本符合數據結構合理要求；Bartlett球型檢驗，拒絕單位相關陣原假設，＜0.000 1，表明本研究適合進行因子分析。

2.2.2 因子提取結果

因子數目的確定標準：①特征值＞1；②主成分累計貢獻率＞70%；③選取碎石圖（見圖1）趨于平緩前的數據；④剔除相關系數＜0.3的數據。綜上，本研究最后提取出主成分前11的公因子。見表2。

2.2.3 因子旋轉結果

運用具有Kaiser標準化的正交旋轉法后的因子載荷，選擇載荷系數＞0.3的變量，旋轉在14次迭代后收斂，找出33項中醫證候變量中每個變量對11個公因子的因子載荷系數的大小，最終確定11個公因子中包含的變量：因子F1（長期尿頻，夜尿多，余尿不盡，腰膝酸軟，腰痛，下肢水腫），F2（氣短，胸悶，氣喘，動則喘甚，神疲，喘不能臥），F3（舌黯，舌下絡脈曲張，唇黯紅，面色晦黯），F4（下肢水腫，自汗，身體困重，心悸），F5（懶言，倦怠乏力，神疲，身體困重），F6（痰稀易咳，痰白，咳嗽有痰，泡沫痰），F7（脈弦），F8（納呆惡食，心悸），F9（脈沉，胸痛），F10（面色晦黯，心悸，頭暈），F11（脈細，苔薄白）。詳見表2。170例HFpEF患者33項中醫證候特征成分見圖2。

圖1 33項主要證候條目特征值碎石圖

表2 各因子的解釋總方差及變量構成

因子初始特征值P值 （方差）四診指標（因子載荷系數） 合計方差百分比/%累計百分比/% F14.38713.29513.2950.002長期尿頻（0.872），夜尿多（0.804），余尿不盡（0.723），腰膝酸軟（0.723），腰痛（0.694），下肢水腫（0.333） F23.251 9.85123.1460.000氣短（0.901），胸悶（0.899），氣喘（0.837），動則喘甚（0.491），神疲（0.324），喘不能臥（0.394） F33.161 9.58232.7280.000舌黯（0.851），舌下絡脈曲張（0.809），唇黯紅（0.642），面色晦黯（0.451） F42.872 8.70441.4330.000下肢水腫（0.607），自汗（0.653），身體困重（0.488），心悸（0.378） F51.795 5.43846.8710.023懶言（0.828），倦怠乏力（0.764），神疲（0.552），身體困重（0.536） F61.596 4.83551.7060.001痰稀易咳（0.906），痰白（0.890），咳嗽有痰（0.797），泡沫痰（0.780） F71.408 4.26655.9730.000脈弦（0.886） F81.210 3.66559.6380.000納呆惡食（0.653），心悸（0.302） F91.200 3.63763.2750.000脈沉（0.796），胸痛（0.596） F101.109 3.36166.6350.253面色晦黯（0.385），心悸（0.359），頭暈（0.776） F111.049 3.17877.0140.000脈細（0.846），苔薄白（0.606）

圖2 33項主要證候條目特征成分圖

2.3 基于聚類分析的射血分數保留的心力衰竭證候特征

以11個公因子作為變量對其進行“Q型”聚類分析，發現聚成4類時其均值分布最為合理，進一步采用單因素方差分析檢驗各公因子變量對聚類過程的貢獻，將11個公因子作為因變量，以因子變量選擇聚為4類的結果為分組變量進行方差分析，結果發現F10的＝0.253，予以剔除，其余10個因子變量對聚類過程的貢獻有統計學意義（＜0.05）。見表2。對10個公因子“Q型”聚類分析樹狀圖見圖3，共聚為4類，其中F5、F8、F9、F3為一類，F4、F7為一類，F6為一類，F1、F2、F11為一類。

圖3 10個有效公因子變量聚類分析樹狀圖

2.4 射血分數保留的心力衰竭中醫證候分布規律

本研究前期中醫證素辨證發現，170例HFpEF患者主要病位證素為心（97.1%）、脾（31.8%）、肺（28.8%）、腎（28.2%）；主要病性證素為氣虛證（97.1%）、水停證（51.2%）、血瘀證（51.2%）、痰濁證（28.8%）[19]。在因子分析與聚類分析的基礎上，結合前期中醫證素辨證結果及專業知識，最終將4類證候群歸為4種中醫證型，依次為氣虛血瘀證68例（40.0%）、水濕泛溢證46例（27.1%）、痰阻心脈證34例（20.0%）、心腎陽虛證22例（12.9%）。見表3。

表3 證型分類的因子構成及分布

類別構成因子證型例數構成比/% 1F5、F9、F8、F3氣虛血瘀證6840.0 2F4、F7水濕泛溢證4627.1 3F6痰阻心脈證3420.0 4F1、F2、F11心腎陽虛證2212.9

2.5 射血分數保留的心力衰竭中醫證型與心功能分級關系

心功能Ⅱ、Ⅲ級以氣虛血瘀證、水濕泛溢證出現頻率較高，心功能Ⅳ級以痰阻心脈證、心腎陽虛證出現頻率更高。見表4。

表4 不同心功能分級HFpEF患者中醫證型分布[例（%）]

心功能 分級例數氣虛血瘀證（68例）水濕泛溢證（46例）痰阻心脈證（34例）心腎陽虛證（22例） Ⅱ級4219（27.9）12（26.1） 7（20.6） 4（18.2） Ⅲ級7539（57.4）22（47.8） 8（23.5） 6（27.3） Ⅳ級5310（14.7）12（26.1）19（55.9）12（54.5）

3 討論

HFpEF被認為是一種多系統參與的高度異質性疾病，傳統的心力衰竭治療策略不能改善HFpEF患者預后，導致HFpEF患者的治療選擇相對較少[4-5，20]。同時，HFpEF多發于老年群體，平均年齡80歲左右，且伴隨多種合并癥[21-22]，為HFpEF診斷、治療和管理都帶來極大挑戰。有研究發現，HFpEF患者多種合并癥所致全身性炎癥反應是促使疾病發生發展的主要驅動力，強調合并癥須作為疾病評估的一部分，予以積極管理[23]，并提出基于不同的合并癥表型和臨床癥狀表型進行分型治療的策略[24]。這些治療觀念與中醫辨證論治整體觀和個體化治療原則相符，應進一步加強針對HFpEF的證候特點、辨證分型規律的客觀化研究。

中醫證候是非線性、多維界面的復雜系統，表現在構成因素繁多且關系復雜。因子分析是一種將多指標變量簡化的多元統計方法，能將錯綜復雜的變量信息降維為數量較少的幾個因子，可發現隱藏證型背后支配證型的公因子[9，25]。聚類分析通過數據自身規律進行分類，從客觀數據中挖掘出其自然類別，可減少數據處理時的主觀性[10]。因此，將因子分析和聚類分析共同引入證型研究，可克服中醫癥狀之間的非線性、多維高階的特點，更客觀準確地反映證型分布規律[26]。

本研究通過對170例HFpEF患者的33項主要中醫四診信息進行因子分析和聚類分析，共提取11個公因子，剔除對聚類過程的貢獻無統計學意義的因子F10后，其余公因子能夠很好地聚為4類中醫證候群。由于證素能全面簡要反映疾病的病位和病性特征[27]，對于證型歸納起著指導性作用，但其存在一定不足，不能有效反映疾病發展過程中某一階段的主要矛盾。因此，本研究以因子分析和聚類分析結果為基礎，參照中醫證素辨證結果，并結合中醫專業知識進行證型歸納，將4類證候群歸為4種中醫證型，依次為氣虛血瘀證68例（40.0%）、水濕泛溢證46例（27.1%）、痰阻心脈證（20.0%）、心腎陽虛證（12.9%）。研究結果與既往關于慢性心力衰竭的證型分布研究比較，均以氣虛血瘀證出現頻率最高[28-31]，不同之處是本研究未發現明顯陰虛癥狀，與以往研究中次于氣虛血瘀證的證型為氣陰兩虛證不同。分析原因可能是本研究納入病例均為住院患者，臨床干預相對較少，未使用大量傷陰的利尿藥。同時，HFpEF病理機制是由于舒張期主動松弛能力受損和心肌順應性降低即室壁僵硬度增加（心肌細胞肥大伴間質纖維化），導致心室舒張功能受損為主[32]，而相較于HFrEF，心肌細胞的丟失和/或病變輕[33]，射血分數正常，因此津血運行不暢的現象較HFrEF更輕，使機體有一定津血滋養，故陰虛證候更輕。

本研究顯示，心功能Ⅱ、Ⅲ級以氣虛血瘀證、水濕泛溢證出現頻率較高，心功能Ⅳ級以痰阻心脈證、心腎陽虛證出現頻率較高，提示HFpEF由心功能代償期到失代償期的病情演變過程中，證型演變規律從氣虛血瘀證、水濕泛溢證向痰阻心脈證、心腎陽虛證的轉變。HFpEF年老體衰，勞傷六極，痰瘀閉阻心脈，導致心病日久不復，使心氣不足，心體受傷而發病。心氣不足，無力推動血行，瘀血阻滯；“血不利則為水”，瘀血內阻，影響三焦氣化，導致水濕內停。水溢脈外，故出現水腫；水在心，心下堅筑，故出現短氣、喘滿等痰濕內盛癥狀。氣虛日久損及于陽，心病日久累及于腎，心氣不足進一步發展，必然導致心腎陽虛，命門火衰，臟腑機能衰減。

鑒于中醫癥狀和體征樣本數據維數多、信息量大，中醫證候的復雜性高，因此運用多種數理統計方法相結合，從多維和多層次探索癥狀、證素與證型之間的復雜聯系，使研究結論更具科學性[32-33]，是對中醫證型研究的補充和驗證，具有一定的臨床參考價值。本研究為單中心的橫斷面研究，由于納入病例以住院患者為主，主要反映HFpEF發作期患者的中醫證型分布，可能存在一定偏倚。因此，今后尚需開展更多多中心、大樣本的流行病學調查研究，為HFpEF辨證標準化及客觀化提供依據。

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Study on Distribution of TCM Syndromes of Heart Failure with Preserved Ejection Fraction Based on Factor Analysis and Clustering Analysis

PENG Juqin1, REN Junguo1, PENG Xian2, ZHANG Yinan3, LI Chunyan4

To investigate the distribution of TCM syndromes of heart failure with preserved ejection fraction (HFpEF).Cross-sectional epidemiological investigation methods were used. The data of four diagnosis in TCM and cardiac function were collected from 170 HFpEF patients, and analyzed by descriptive statistics. The methods of factor analysis and “Q-type” clustering analysis were used to nonlinear dimensionality reduction for 33 main syndrome items.Totally 10 effective common factors were extracted and clustered into 4 types of TCM syndromes. Combining the syndrome elment differentiation results and professional knowledge, four types of syndromes were summarized, which were 68 cases (40.0%) of qi deficiency and blood stasis syndrome, 46 cases (27.1%) of water and dampness flooding syndrome, 34 cases (20.0%) of syndrome of phlegm blocking heart vessel, and 22 cases (12.9%) of yang deficiency of heart and kidney syndrome. Qi deficiency blood stasis syndrome and water and dampness flooding syndrome appeared frequently in heart function grade Ⅱ and Ⅲ, but yang deficiency of heart and kidney syndrome and syndrome of phlegm blocking heart vessel appeared more frequently in heart function grade Ⅳ.There are four common types TCM syndromes in HFpEF patients including qi deficiency and blood stasis syndrome, water and dampness flooding syndrome, syndrome of phlegm blocking heart vessel, and yang deficiency of heart and kidney syndrome. And with the different classification of cardiac function, the distribution pattern of syndrome types is also different.

heart failure with preserved ejection fraction; TCM syndromes; factor analysis; clustering analysis

R259.416.1

A

1005-5304(2020)10-0026-06

10.19879/j.cnki.1005-5304.202003481

李春巖，E-mail：lcyzryhyy@sina.com

（2020-03-17）

（2020-04-16；編輯：季巍巍）