超聲心動圖評價不同海拔地區北方漢族健康人群心臟結構功能特征及差異

孟慶龍，徐寧，張茗卉，張冰，何慧婧，單廣良，王浩

隨著海拔高度的不斷變化，地理環境及氣候因素隨之改變，低氧、低氣壓的作用會使得不同海拔區域的人群心臟結構及功能出現差異[1]，因此為不同海拔地區人群提供心臟形態學和功能學損害程度的評價標準，將有助于更早期進行心血管疾病的診斷和治療。中國疆域廣闊、東西部海拔跨度大，不同地區的人群所處的環境亦不同，如何更加細致地對人群進行分類診治，達到精準醫療的目的和要求，是一項艱巨卻又重要的任務。目前超聲心動圖作為無創性檢查，是評價海拔對心臟結構和功能影響的重要手段[2]。本研究旨在利用超聲心動圖獲取不同海拔區域的北方健康漢族人群的心臟結構及功能多項指標，明確同一海拔范圍內心臟的性別差異及隨年齡的變化趨勢，同時細化分析海拔因素對于心臟結構及功能的影響情況，為精準診治不同海拔地區的心血管疾病提供有效的超聲影像參考。

1 資料與方法

2015年7 月至2017年8 月分別于我國北方相近緯度地區的三座城市，包括河北省石家莊市(北緯37°～39°)、甘肅省蘭州市(北緯36°～37°)及青海省海南州(北緯36°～38°)進行了橫斷面研究，招募的志愿者要求在目前居住地中居住1年以上，年齡20～80 歲。本研究是作為中國國民健康狀態研究（CNHS 研究）的一部分進行的。CNHS 研究采用多階段、分層整群抽樣方法，根據地理區域、民族分布、城市化程度及經濟發展狀況對抽樣進行分層。在抽樣的第一階段，根據地理區域選擇了11 個省級行政區作為調查地點，在每個省級行政區選擇主要的種族作為研究人群；第二階段在省級行政區中選擇城市和縣域，以上兩個階段是非隨機的；隨后第三階段在相應轄區或鄉鎮中隨機選擇社區或村莊，最后邀請所選區域內的全部居民參與調查。根據此類方案，CNHS 研究共獲得了來自50 個城市社區和90 個村莊的10 個種族的代表性樣本[3]。本研究則根據相同緯度范圍，按照海拔高度差異從中選取石家莊市橋西區及鹿泉區大河鎮（平均海拔100 m 左右）、蘭州市城關區（平均海拔1 520 m 左右）、海南州共和縣（平均海拔3 200 m 左右）三個區域的健康漢族人群進行分析研究，以此分別對應該緯度范圍內的低海拔地區、中高海拔地區及高海拔地區人群。該項目得到了中國醫學科學院基礎醫學研究所倫理審查委員會的批準。研究方案也獲得當地疾病控制中心的批準及參與該研究的所有志愿者的書面知情同意。

本研究中所有志愿者在進行超聲心動圖檢查前均要進行嚴格的篩選。首先CNHS 研究設計標準的問卷表進行兩人面對面的調查，所有調查員在開展工作之前均進行嚴格的培訓，為調查員提供問卷調查的詳細說明。問卷內容包括：人口和社會經濟信息（包括年齡、性別、種族、出身地、居住地、職業及受教育程度等）、生活方式（吸煙、飲酒）以及糖尿病、高血壓、心血管事件和其他疾病的診斷及治療病史，以此進行初步的篩選。而后對志愿者進行體格檢查，使用固定的血壓計（Omron HEM-907，日本）和人體成分分析儀（BC-420，TANITA，日本）收集志愿者身高、體重及血壓信息，使用心電圖儀和氧飽和度監測儀獲得志愿者的心電圖及血氧飽和度等，以上數據的獲取均要求志愿者在坐位5 min后，靜息狀態下進行，血壓則需進行3 次測量。志愿者禁食過夜至少8 h 后，當日清晨獲得其靜脈血液并利用固定的血樣分析儀（ROCHE Cobas8000C701，美國）進行化驗分析，完成其生化指標采集（空腹血糖、血清脂質等）用以判斷志愿者的身體狀態并進一步篩選出合格的健康者。排除疾病的陽性病史定義為至少由合格醫師于鄉鎮級醫院進行診斷，同時相關輔助檢查中收縮壓≥140 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）或者舒張壓≥90 mmHg被認定為高血壓；空腹血糖＞7.0 mmol/L 被認定為糖尿病；血清總膽固醇≥6.22 mmol/L或甘油三酯≥2.26 mmol/L 被認定為高血脂癥；心電圖出現ST-T段等心肌缺血的異常改變同時存在高危因素及癥狀時被認定為冠心病[4]。通過以上面對面問卷調查、體格檢查和簡單的血生化檢查初步判斷后，并排除了職業運動員、妊娠女性或哺乳期女性以及存在不良嗜好的志愿者。經過以上前置篩選，共有1 300 名漢族志愿者最終進行了超聲心動圖檢查。超聲心動圖檢查過程中發現心臟結構異常改變者、圖像質量不佳者也被排除在研究之外，最終篩選出1 208 名符合條件的健康志愿者納入本研究。

所有健康志愿者均行常規二維經胸超聲心動圖（2D-TTE）檢查,采用彩色多普勒超聲診斷儀（Philips CX50，荷蘭），經胸S5-1 探頭（頻率1.0～3.0 MHz），數據處理使用自帶分析軟件。超聲心動圖數據采集時，患者取左側臥位，根據美國超聲心動圖學會指南[5]對所有志愿者進行標準二維超聲心動圖檢查，獲得胸骨旁左心室長軸切面、心尖部四腔及兩腔心切面圖像，以此獲得左心房前后徑（LA-ap）、右心室前后徑（RV-ap）、室間隔舒張末期厚度（IVSd）、左心室后壁舒張末期厚度（LVPWd）、左心室舒張末期內徑（LVEDd）及左心室收縮末期內徑（LVESd），而左心室舒張末期容積（LVEDV）、左心室收縮末期容積（LVESV）、左心室每搏量（LVSV）及左心室射血分數（LVEF）利用雙平面Simpson's 法進行測量。所有圖像采集由具有5年以上工作經驗的超聲科醫師完成，采集數據前已熟悉研究方案并能夠正確且準確地獲取標準圖像和測量值。

統計學方法：應用SPSS 24.0 統計分析軟件進行數據分析，當資料符合正態分布時，計量資料采用均數±標準差表示，兩組間比較采用配對樣本t檢驗，使用單因素方差分析（ANOVA）根據海拔高度進行分組比較，組間兩兩比較通過SNK 檢驗進行。兩參數間的相關性分析采用Pearson 相關分析法。P＜0.05 被認為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 三地健康志愿者基本人口特征參數比較（表1）

表1 三地健康志愿者基本人口特征參數比較（）

表1 三地健康志愿者基本人口特征參數比較（）

注：與相同海拔地區男性比較*P＜0.01；與低海拔地區所有志愿者比較△P＜0.01；與中高海拔地區所有志愿者比較▲P＜0.01。1 mmHg=0.133 kPa

1 208 名健康志愿者中石家莊市388 名（男性195 名，女性193 名）、蘭州市459 名（男性228名，女性231 名）及海南州361 名（男性163 名，女性198 名）。相同海拔地區內男性的身高、體重、體表面積、收縮壓及舒張壓均明顯高于女性（P＜0.01），而年齡和心率在男女之間未發現顯著差異（P＞0.05）；而在不同海拔之間比較，年齡、身高、體重、體表面積、收縮壓及舒張壓差異均無統計學意義（P均＞0.05），心率隨海拔升高而升高，在不同海拔間差異有統計學意義（P均＜0.01）。

2.2 三地健康志愿者二維超聲心動圖基本參數比較（表2）

表2 三地健康志愿者二維超聲心動圖基本參數比較（±s）

表2 三地健康志愿者二維超聲心動圖基本參數比較（±s）

注：RV-ap：右心室前后徑；LA-ap：左心房前后徑；LVEDd：左心室舒張末期內徑；LVESd：左心室收縮末期內徑；IVSd：室間隔舒張期厚度；LVPWd：左心室后壁舒張期厚度；LVEDV：左心室舒張末期容積；LVESV：左心室收縮末期容積；LVSV：左心室每搏量；LVEF：左心室射血分數。與相同海拔地區男性比較*P＜0.05；與低海拔地區所有志愿者比較△P＜0.05；與低海拔地區男性志愿者比較▲P＜0.05；與低海拔地區女性志愿者比較#P＜0.05

在相同海拔區域內，男性健康人群的LVEDV、LVESV、LVEDd、LVESd、IVSd、LVPWd、LA-ap及RV-ap 均大于女性健康人群（P均＜0.05），而LVEF 之間差異未見明顯統計學意義（P＞0.05）。不同海拔區域內進行整體人群的組間兩兩比較，發現在中高及高海拔地區，包括LVEDV、LVESV、LVEDd、LVESd、LVSV 及LA-ap 等指標均小于低海拔地區的人群（P均＜0.05），IVSd 及RV-ap 則均大于低海拔地區的人群（P均＜0.05），而中高海拔地區和高海拔地區的健康人群比較以上指標差異均無統計學意義（P均＞0.05）；三組海拔地區的健康人群間LVPWd 及LVEF 差異均無統計學意義（P均＞0.05），同時對男性及女性進行分別比較時也發現相同的特征。

2.3 三地健康志愿者超聲心動圖指標與年齡間的相關性分析（表3）

同時按照年齡進行相關性分析發現，三地男性與女性志愿者的IVSd、LVPWd、LA-ap 及RV-ap均隨著年齡的增大而不斷增大（P均＜0.05），而其余指標隨年齡變化趨勢不明顯（P均＞0.05）。

3 討論

海拔及缺氧對心臟功能的影響已被大多數研究者所闡明，缺氧會誘發肺動脈高壓和右心室壓力超負荷，進而產生左右心的結構重構和功能變化，多項研究發現高海拔因素對于包括慢性阻塞性肺疾病（COPD）[6]、先天性心臟病[7]及冠狀動脈疾病[8]等在內的多個病種的臨床決策、預后觀察以及臨床結局都有一定的影響，細致分析不同海拔區域內心臟結構和功能的變化也變得逐漸重要。我國地勢復雜，東西部海拔差距大，地理研究部門按照海拔的差異將我國分為三級階梯[9]，三級階梯范圍內的自然環境、大氣狀態均不同，這也就為臨床診療工作帶來巨大的困難。本研究中石家莊市位于第一階梯，海拔較低（平均海拔100 m 左右）；蘭州市位于第二階梯，海拔中等（平均海拔1 520 m 左右）；海南州位于第三階梯，海拔較高（平均海拔3 200 m 以上）。

在相同海拔區域內心臟結構及功能變化是某一地區居住人群的特征，也是該地區臨床醫師所需要明確的內容，本研究發現無論在何種海拔環境下，均滿足男性心臟結構指標大于女性的特點，但LVEF 之間無明顯差別，這與以往研究一致并被廣泛認可[10-11]；同時發現隨著年齡增大，IVSd、LVPWd、LA-ap、RV-ap 均逐漸變大。這可能與血管的彈性、擴張性明顯受損，血管緩沖能力隨之減弱進而引發主動脈及肺動脈阻力升高，心臟后負荷增加有關[12]；同時由于年齡增長，心肌逐漸纖維化和重構，引發心室舒張功能改變，進而引發一系列結構變化，這種變化趨勢也與多數研究相符[13-14]。因此本研究利用超聲心動圖進一步明確即使在較高海拔區域內，年齡及性別對于心臟結構與功能的影響與低海拔平原地區是一致的，不會隨著地勢的變化而改變這種結局，因此在國內大部分區域內這種變化趨勢是完全適用和互通的。

不同海拔范圍內的人群特征調查對于精準醫療更加具有價值和意義，研究證實隨著海拔的升高，在相同緯度地區，大氣氧含量逐漸下降，海拔2 000 m和4 000 m 時大氣氧含量分別為海平面的78%和67%，環境性缺氧可造成機體供氧不足[15]，由此帶來的繼發影響其一是低氧會增大心肌細胞無氧代謝比重而失去足夠能量的供應，心肌細胞做功受損[16]；其二是低氧刺激可導致肺血管內皮細胞功能紊亂，多種細胞因子釋放增加導致肺血管重構，血管肌層痙攣收縮并增厚，肺循環阻力進而增加[17]；其三低氧作用于頸動脈體導致交感神經興奮性提高且心率加快，舒張期縮短進而引發左心室容積及心搏量的減低，以上因素合并作用均會導致心臟形態及功能改變[18]。本研究通過比較我國北方三地健康漢族人群超聲心動圖指標發現，在同一緯度地區，當人群位于中高、高海拔地域時，左心房室的二維及容積參數均減小、而室間隔及右心室則開始增大，這類特征與以往研究一致，但絕大多數研究均集中在平均海拔2 000～4 000 m 時心臟結構的差異性改變[19-20]，本研究進一步將參考關口前移，指出在這一緯度范圍內當平均海拔超過1 500 m 后就可能需要考慮海拔對于心臟結構與功能所產生的細微影響。正如我們所知，海拔因素對于心臟結構與功能的影響改變著許多疾病的嚴重程度及預后情況，有研究發現對于一氧化碳中毒的患者在較高海拔地區所引發的心室壁增厚及心室舒張功能下降更加明顯，同時會引發更加嚴重的紅細胞增多癥和血液瘀滯程度[21]；對于冠狀動脈內血栓和心肌梗死的患者，較高海拔地區由于側支循環及血管床內徑增寬等因素，其死亡率較偏低海拔區域下降[22]，但同時也有研究報道稱由于較高海拔地區存在靜脈淤滯、高凝和血管壁損傷的情況，部分體力活動患者所置入的藥物洗脫支架晚期也會出現支架血栓的形成[23]，由此可見及時關注海拔因素所帶來的影響是至為重要的，即使本研究所發現的相關指標數值變化不大且均在正常范圍內，但這也足以展示其潛在影響，更加強調提早發現差異所在的重要性。因此本研究再次提醒對于多種海拔相關疾病，臨床醫師應該前移界值、做到對此類疾病的早期預判和早期檢測。

本研究仍有部分局限性：其一健康志愿者的篩選是利用調查問卷的方式確認是否存在相關病史，不能完全排除存在未被志愿者自身知曉的心血管疾病，因此存在一定偏差。但研究組也盡可能利用全面的體格檢查及輔助檢查以及詳盡的問卷，以此來選擇出合格的健康者，因此結論具有一定的參考意義。其二是海拔分級仍較粗略且跨度仍較大，僅涉及我國北方相近緯度地區的三地健康人群，且部分海拔組別男女比例有所差異，尚不能完全代表整個海拔范圍內的所有人群；同時本研究使用的是抽樣調查的方式，抽樣區域未實現完全應答（但整體應答率在95%以上），因此仍需要更加細致地劃分區域差異、改進調查模式，這也需要更多的研究及數據支持。

綜上所述，研究組利用超聲心動圖發現在相同海拔范圍內，我國北方健康漢族人群心臟結構存在年齡及性別的差異，這在大部分地區都是適用且準確的，同時臨床工作者要將海拔因素的觀察窗口前移，在中高、高海拔地區，平均海拔超過1 500 m后，就可能需要開始考慮海拔對相關疾病診治的意義并全面分析，但同時更加細致的地域分級調研仍要進行。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突