冠狀動脈粥樣硬化性心臟病患者脈圖遞歸定量分析特征與凝血功能關聯研究

陳瑞，張春柯，王憶勤，燕海霞，郭睿

1.上海中醫藥大學基礎醫學院，上海 201203；2.上海市健康辨識與評估重點實驗室，上海 201203

《中國心血管病報告2018》顯示，中國冠狀動脈粥樣硬化性心臟病（coronary atherosclerotic heart disease，CHD）患者約1100 萬[1]。CHD 指因冠狀動脈粥樣硬化引起冠狀動脈管腔內狹窄、堵塞，甚至形成斑塊，導致心肌組織血氧供需失衡的疾病，可引起心肌梗死、心力衰竭等并發癥[2]。凝血系統異常與冠狀動脈粥樣硬化是誘發CHD 的主要原因[3]，凝血因子和凝血機制是其發生發展過程中的重要因素[4]。有研究認為，凝血功能檢驗可判斷心腦血管疾病患者的預后[5]。

傳統中醫脈診依賴于醫生經驗及主觀判斷，其臨床應用與傳承發展受到限制。隨著多學科理論和技術向中醫學交叉滲透，中醫脈診客觀化得以發展。脈圖分析與處理方法從線性向非線性發展，為深入挖掘脈診的臨床價值提供了新的思路與方法。人體是一個復雜系統，存在著廣泛耦合動力學現象，包括生物電磁現象、機械運動、生物化學反應動力學現象、細胞動態反應等，表現為強烈的非線性[6]。人體生理信號如脈搏信號具有非線性特征。在脈象信號分析中，時域、頻域等常見的線性分析方法難以挖掘脈象信號的非線性信息，會造成部分脈象信息丟失。有學者認為，使用非線性動力學方法研究脈象信號，可挖掘出其內在的非線性特征[7]。

遞歸定量分析（recursive quantitative analysis，RQA）是一種非線性動力學方法。本研究采用RQA分析方法提取CHD 患者脈圖的非線性特征，并與凝血指標進行典則相關分析（canonical correlation analysis，CCA），探討CHD 患者脈圖的非線性特征與凝血功能的相關性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2018 年7 月－2019 年11 月上海中西醫結合醫院及上海中醫藥大學附屬曙光醫院心內科住院CHD 患者205 例，其中女性93 例、男性112 例，平均年齡（64.1±11.0）歲。采集患者基本信息、脈象信號及凝血四項指標[凝血酶原時間（PT）、活化部分凝血酶時間（APTT）、國際標準化比率（INR）及纖維蛋白原（FIB）]，對中醫證型無限制。患者對本研究知情，告知其信息嚴格保密，資料僅用于本研究。本研究經上海中醫藥大學倫理委員會審查批準（8167150607）。

1.2 納入標準

①符合國際心臟病學會和協會/世界衛生組織臨床命名標準化聯合專題組報告《缺血性心臟病的命名及診斷標準》[8]的CHD 患者；②能配合完成脈象信息采集者。

1.3 排除標準

①伴心律失常、瓣膜性心臟病、嚴重心力衰竭者；②伴嚴重內分泌、血液、代謝系統性疾病及嚴重胃腸道、腎臟病者；③有惡性腫瘤者；④精神病患者。

1.4 脈象采集方法

保持室內安靜，采集前向患者介紹相關流程，囑其盡可能保持呼吸平穩。患者取仰臥位，前臂伸直，掌心向上，微握拳，手臂放松，左側腕關節下放置脈枕墊，采用壓力脈沖信息分析系統（Smart TCM-Ⅰ，上海亞太計算機信息系統有限公司）采集患者左腕掌側橫紋橈動脈搏動處脈圖，采集時間60 s，取最佳脈圖用于脈圖參數的提取與分析。

1.5 脈圖分析方法

遞歸圖是一種從二維圖形上觀察非線性時間序列內部動力學遞歸現象的分析方法[9]，是分析系統非線性動力學特性的有效工具。對于實際采樣獲得的一維度時間序列如脈圖信號，為了研究其非線性動力學特性，可根據Taken 嵌入理論[10]，構造遞歸圖。見圖1。

圖1 脈圖信號遞歸圖

遞歸圖方法簡單、易于實現，但不能實現對生理系統的定量分析。為了量化遞歸圖表現出的系統遞歸現象，研究者提出RQA[11-12]，主要包括以下測量參數：遞歸率（recurrence rate，RR，指遞歸圖中遞歸點的百分比），確定性（determinism，DET，指遞歸圖上構成45°對角線結構的遞歸點的百分比），對角線長度的均值（averaged diagonal length，L），最長對角線（length of longest diagonal line，Lmax），遞歸熵（entropy of diagonal length，ENTR，遞歸圖中45°對角線分布的Shannon熵），層狀度（laminarity，LAM，在遞歸圖中能夠形成垂直/水平結構的遞歸點的百分比），誘捕時間（trapping time，TT，即豎直/水平線段長度均值，包含遞歸圖中垂直結構的數量和長度，測量系統在一個特定狀態的平均時間），最長豎直/水平線段長度（length of longest vertical line，Vmax） 。不同的RQA 測度描述了系統不同的動力學行為，能反映遞歸圖中更豐富的信息。本課題組前期研究提取了脈圖的非線性動力學RQA 特征，發現脈圖RQA 特征在CHD 脈象識別[13]、證型識別[14]、與血脂的關聯研究[15]中得到較好應用。本研究提取CHD 患者脈圖RQA 特征，并分析其與凝血指標的相關性。

1.6 凝血指標采集與檢測方法

患者入院后第2 日清晨空腹抽取靜脈血1.8 mL，置于含109 mmol/L 枸櫞酸鈉0.2 mL 抗凝管中顛倒混勻，3000 r/min 離心10min，取上清液，采用STA-REvolution 全自動血凝分析儀，凝固法檢測PT、APTT、INR，Clauss 法檢測FIB。Diagnostica Stago 公司提供儀器、配套試劑盒及質控品。每日檢測前做好室內質控，標本于采集后1 h 內離心、3 h 內完成檢測。

1.7 統計學方法

CCA 是利用2 組變量間的線性關系反映2 組變量間整體相關性的統計學方法。本研究令脈象RQA 特征為數據集set1＝{RR、DET、L、Lmax、、ENTR、LAM、TT、Vmax}，凝血四項為數據集set2＝{PT、APTT、INR、FIB}，采用SPSS25.0 統計軟件進行CCA。P＜0.05表示差異有統計學意義。

2 結果

2.1 簡單相關分析

CHD 患者脈圖RQA 特征與凝血四項的簡單相關分析見表1，各指標間相關系數均較小，該相關系數矩陣不能反映2 組變量間的實質聯系。因此，采用CCA 進一步分析。

表1 CHD 患者凝血四項與脈圖RQA 特征的簡單相關分析

2.2 典則相關分析

2.2.1 典則變量相關系數檢驗結果

CCA 的一般結果見表2。第一對典則變量的相關系數是0.608，大于2 組指標間的任一簡單相關系數。檢驗總體中所有典則相關均為0 的假設時顯著性概率P＝0.000，在α＝0.05 顯著水平，否定所有典則相關為0 的假設，即至少有1 個典則相關是顯著的。提示CHD 患者脈圖RQA 特征與凝血四項有較強的相關性。因此，脈圖RQA 特征與凝血四項的相關性研究轉化為對第一對典則相關變量間關系的研究。

表2 脈圖RQA 特征參數與凝血四項指標的典則相關分析

2.2.2 典則變量相關系數

CHD 患者脈圖RQA 特征標準化典則系數見表3，令脈圖RQA 特征的第一對典則變量為U1，U1＝1.584RR ＋0.270DET＋0.553L－ 0.093Lmax－0.244ENTR－0.368LAM－1.581TT＋0.846Vmax。由表達式可知，RR、L、LAM、TT 和Vmax與脈圖RQA特征第一對典則變量U1 相關系數較大，分別為1.584、0.553、-0.368、-1.581、0.846，提示U1 主要反映了RR、L、LAM、TT、Vmax的變化。

CHD 患者凝血四項的標準化典則系數見表4。令凝血四項的第一對典則變量為V1，則V1＝-0.144PT＋0.205APTT－0.629INR＋0.286FIB。由表達式可知，APTT、INR 和FIB 的第一對典則相關系數較大，分別為0.205、-0.629 和0.286，提示V1 主要反映了APTT、INR、FIB 變化。

第一對典則相關系數主要反映了脈圖RQA 特征RR、L、LAM、TT、Vmax與凝血指標APTT、INR、FIB 的關系。

表3 CHD 患者脈圖RQA 特征的標準化典則系數

表4 CHD 患者凝血四項的標準化典則系數

2.2.3 典則載荷系數

脈圖RQA 特征參數在自身的典則載荷和在對方的典則交叉載荷見表5。第一對典則變量U1 中RR、TT、Vmax在自身典則載荷較高，分別為0.904、0.709、0.816，其余脈圖RQA 特征在自身典則載荷均較小。結合U1 表達式可知，TT相關系數為-1.581，與其在自身典則載荷正負相反，提示TT 在2 組變量間是一個校正變量。因此，U1 主要反映了RR、Vmax的變化。

表5 CHD 患者脈圖RQA 特征參數的第一對典則載荷與第一對典則交叉載荷

凝血四項在自身的典則載荷和在對方的典則交叉載荷見表6。第一對典則變量V1 中APTT、INR、FIB 在自身的典則載荷和在對方的典則交叉載荷均較大，在自身的典則載荷分別為0.792、-0.935、0.828，在對方的典則交叉載荷分別為0.481、-0.568、0.503，PT 在自身典則載荷和在對方典則交叉載荷均很小。結合V1 表達可知，APTT、INR、FIB 的相關系數與載荷系數正負相同。因此，V1主要反映了APTT、INR和FIB 的變化，且APTT、INR、FIB 與U1 的相關性較高。

表6 CHD 患者凝血四項的第一對典則載荷與第一對典則交叉載荷

2.2.4 典則相關結構圖

結構圖用以表示原始變量與典則變量間的相關系數陣[16]。第一對典則變量結構圖見圖2。脈圖RQA特征RR 和Vmax可較好反映凝血四項的第一對典則變量V1，且與V1 呈正相關。凝血指標APTT、INR、FIB 可較好反映脈圖RQA 特征的第一對典則變量U1，且APTT、FIB 與RR、Vmax呈正相關，INR 與RR、Vmax呈負相關。

圖2 CHD 患者脈圖RQA 特征參數與凝血四項的第一對典則變量結構圖

3 討論

CHD 病理基礎主要是動脈粥樣硬化和血栓的形成。目前認為，凝血異常是其發病的主要原因之一[3]。大多數CHD 患者存在高凝狀態或血栓狀態，嚴重血栓前患者會伴有明顯的血小板活化、FIB 明顯增高與纖溶功能下降[17]，，冠狀動脈內血栓狀態是CHD 發展的最后階段[18]，一些凝血激活分子可反映高凝狀態或血栓形成等情況[19]。APTT 是直接反映內源性凝血系統功能的指標[20]。FIB 是由肝臟合成的一種由二硫鍵連接的糖化基蛋白，也是纖維蛋白前體，整個分子呈纖維狀，是粥樣斑塊纖維帽的主要成分，通過損傷血管內皮細胞、介導炎癥反應[21-22]、誘導紅細胞及血小板聚集[23]和影響血液黏度[24]，使血液處于高凝狀態。FIB 水平會隨著冠狀動脈病變程度加重而升高[25-26]，FIB 水平與心絞痛嚴重程度密切相關[27]。APTT、FIB是血栓前狀態常用檢測指標[28]。有研究表明，測定APTT、FIB 可在一定程度上評估冠狀動脈病變程度，二者水平越高，多提示患者冠狀動脈病變程度越嚴重[29]。INR 作為評估外源性凝血功能狀況的重要指標，在臨床上評價抗凝藥物有效性方面有很重要的意義[30]，INR 過低，有引起栓塞和腦卒中的風險[31]。

《素問·痿論篇》有“心主身之血脈”，《瀕湖脈學》有“氣如橐龠，血如波瀾，血脈氣息，上下循環”。中醫學早已認識到脈象的產生與心臟搏動、心氣盛衰、脈道通利和氣血盈虧相關。正如現代醫學所述，心血管信息如心臟功能、血管彈性、血流慣性、血液黏度等變化首先在脈搏波中得到反映與展現。因此，研究脈圖特征與現代醫學指標的相關性，有助于了解引起脈圖變化的因素，挖掘脈圖變化反映的病理信息。本研究所用脈象儀可調節壓力，實時顯示波形，引導智能采集，判斷數據優劣，對人體脈象進行數字化及自動化智能分析，得出客觀化脈象指標。脈圖的RQA 特征反映了脈象信號系統的非線性動力學特性，其中RR 增大反映系統具有較高的規律性，Vmax越大表明系統穩定性越強，二者都反映了系統的復雜度，其值越大，系統復雜度越低。Lipsitz[32]發現生理信號的復雜度隨著老年化呈現出降低趨勢。Costa 等[33]研究顯示，時間復雜度降低是精神疾病病理動力學的關鍵特征。有研究顯示，靜息狀態下焦慮障礙患者部分核心異常腦區的信號復雜度低于健康對照組[34-36]。一般認為，系統的復雜度降低伴隨某種病理改變，復雜度降低已被指出是病理動力學的普遍特征[37]。

本研究顯示，APTT、INR、FIB 的變化對脈圖RQA 特征影響較大，APTT、FIB 與脈圖RQA 特征RR、Vmax呈正相關，INR 與RR、Vmax呈負相關。APTT、FIB 增大，提示CHD 患者冠狀動脈病變程度越嚴重[29]；INR 過低，有引起栓塞和腦卒中的風險[31]。凝血指標的上述變化反映在脈象上，表現為脈圖特征參數RR、Vmax增大，說明脈象信號系統復雜度降低，反映了心血管系統的調節能力減弱，病理情況更為嚴重。這一結論符合臨床特征。脈象非線性特征為CHD患者的病理狀態提供了較好的表征方式。

總之，CHD 患者凝血功能信息可在脈圖RQA 特征中有所反映，脈圖RQA 特征可用于評估CHD 患者凝血狀態。本研究借助現代科學技術挖掘脈診臨床診斷價值，可望為CHD 診療提供脈診特征參數。