衡量動脈僵硬度的方法及其在心血管相關疾病中的研究進展

1 動脈硬化與心血管相關疾病

胸主動脈及近端主動脈富含彈性蛋白，可以支持血管收縮時血液對血管壁的沖擊，并調節血液容量。因此大動脈不僅是將血液輸送到外周組織的導管，還為心室收縮提供了充足的血液緩沖作用[1]。由于年齡增長和心血管疾病危險因素的影響，動脈壁會發生結構上的變化，包括彈性蛋白纖維的斷裂和膠原蛋白的積累[3]。正常情況下，在主動脈和外周動脈之間，存在有漸進式硬度梯度的動脈樹。這種漸進式硬度梯度會產生針對動脈波的反向傳播壓力波，可以抑制動脈波傳到微循環的能量，起到保護微循環的作用。隨著動脈硬化，這種硬度梯度消失甚至逆轉，反向壓力波增加，導致中心動脈收縮壓升高，使左心室承受更大的壓力。除此之外，過大的壓力直接傳遞到外周動脈和微循環，也會使其受損[4-5]。

長期高血壓會導致動脈壁硬化，而大動脈結構和功能的改變可能是高血壓患者死亡率和發病率增高的一個主要因素[6]。動脈僵硬度綜合了心血管危險因素對主動脈壁的長期損害，并不隨時間波動，對心血管疾病有獨立的預測價值[7]。

2 測量動脈僵硬度在心血管相關疾病診斷中的進展

2.1 中心動脈壓與脈壓

測量中心動脈壓與脈壓可以衡量動脈硬化的程度。當大動脈隨著年齡增長和血壓增高而變硬，中心動脈壓和脈壓將增加。動脈樹有許多分支，在分支處由于波的反射，會產生逆行波。動脈硬度越高，前向波和反射波的傳播速度越快，反射波到達中央主動脈的時間越早，CBP和CPP越高[3]。在整個動脈樹中，各處的收縮壓是不同的，主動脈收縮壓實際上低于相應的肱動脈收縮壓值。有證據表明，與肱動脈壓相比，中心動脈壓與心血管相關疾病的關系更為密切，而且二者對某些藥物的反應也不同[8]。

測量中心動脈壓的最直接的方法是插入心臟導管，使用壓力傳感導管記錄升主動脈的血壓。然而因其高度侵入性，不適合大規模人群的常規篩查。近年來，可以應用無創檢測技術來獲得CBP，從主動脈遠端位置如頸動脈、橈動脈或肱動脈記錄壓力波形，并校準袖帶血壓計記錄的血壓。

汪世軍等[9]選取了259例研究對象測量肱動脈收縮壓(SBP)、中心動脈壓、脈搏波傳導速度(cfPWV)，結果發現隨著年齡增大，CBP與SBP差值明顯增大，CBP與cfPWV之間存在正相關，認為無創CBP是一種可作為患者動脈硬化早期篩選和反映動脈彈性功能的簡單易行的方法。彭毅等[10]測量了 150例冠心病患者的脈壓指數(收縮壓-舒張壓/收縮壓)，發現脈壓指數與CHD患者冠脈嚴重程度顯著相關。趙瑞紅等[11]對198例原發性高血壓患者進行測量并計算24 h收縮壓(24 h SBP)、24 h舒張壓(24 h DBP)、PP及PWV。根據PWV,將198例患者分為:動脈僵硬度正常組(PWV<20%預測值)、輕度動脈硬化組(20%預測值≤PWV<30%預測值)、中度動脈硬化組(30%預測值≤PWV<50%預測值)及重度動脈硬化組(PWV≥50%預測值)。結果發現4組患者的PP、PPI有明顯差異(P<0.05)，隨著動脈硬化程度加重,動態脈壓(PP)和脈壓指數(PPI)增大，進而得出PP、PPI是可反映原發性高血壓患者動脈硬化情況的結論。

2.2 增強指數

增強指數是心血管事件和全因死亡率的獨立預測因子[12]。AIx是一種基于數學推導的量化方法，用于描述中心動脈壓與動脈波(包括前向波和反射波)之間的關系。心率、反射波的傳播時間、反射部位的動脈結構、PWV、左心室射血量、血壓水平是這一指標的決定因素[2]。AIx的計算公式為：AIx=(Ps-Pi)/(Ps-Pd)×100%。其中，Ps為初始收縮壓，Pi為拐點壓力(pressure at inflection point),Ps-Pi為主動脈增壓(aAP)，Pd為舒張壓，Ps-Pd為脈壓。從公式可以看出AIx取決于aAP和PP之間的關系。aAP是指反射波引起的主動脈收縮壓的絕對增加值，有維持動脈血流、增加冠狀動脈血液供應的作用。AIx升高會導致左室后負荷和心肌耗氧量增加、心肌灌注壓降低，以致供需關系失衡，從而引發冠狀動脈疾病[12]。

血管的順應性越差，反射波的折返越快，外向脈搏波和反射波重合位置距離收縮期壓力波頂點就越遠，即aAP越大；同時由于血管彈性減退，使整個脈搏波的振幅減小，PP值減小，AIx增大[13]。

Weber和Chirinos[14]認為，中心動脈壓和波反射都與左室收縮期后負荷、心室重塑、舒張功能障礙和新發心衰的風險相關。Anastasio 等[15]對199例失代償性心力衰竭(ADHF)患者進行出院前評估和出院后評估，采用主動脈脈搏波傳導速度(aPWV)、增強指數和動脈硬度指數(β0)測量動脈硬度，結果發現aPWV、AIx和β0與無事件生存期呈負相關，證明這幾種動脈僵硬度的測量方法是評估急性心衰失代償后出院患者有效的預后參數。

多個研究發現，血壓水平與AIx密切相關，即隨血壓升高AIx增大[13,16- 17]。齊在文等[13]對138例血壓正常人、121例血壓正常高值者和100例高血壓者進行研究，發現血壓水平為AIx的獨立影響因素，血壓水平與非杓型血壓(夜間血壓無明顯下降的異常血壓節律)的發生率對AIx均有影響，且有協同作用(F=12.37，P<0.05)。與之相反，也有研究并未發現血壓升高與AIx有確切聯系。張明華等[18]對237例高血壓患者和253名健康者進行研究，采用自動脈搏波傳導速度分析儀測定不同部位PWV，采用橈動脈壓力波分析儀測定AIx，結果發現高血壓患者各部位PWV顯著增加，但AIx無明顯變化。Kaya等[19]測量了42只犬的AIx，發現AIx與動脈順應性無明顯線性關系。作者認為，AIx不能作為動脈僵硬度的唯一標志物，因為它受到其他心臟和動脈參數的混雜因素的影響。這些研究結果表明，AIx對測量動脈硬化的敏感度還有待進一步研究。

2.3 脈搏波傳導速度

脈搏波傳導速度是心血管事件和全因死亡率的獨立預測因子[20]，被認為是評價AS的金標準[1]。心臟將血液泵入動脈，血液進入血管腔后產生壓力波，沿血管壁傳導，即為脈搏波。當血管壁硬度增加導致順應性降低、大動脈彈性貯器功能減弱時，PWV會增快，提示動脈僵硬度升高。根據 Moens-Korteweg公式：PWV2=(血管彈性模量×血管壁厚度)/(2×血管直徑×血液密度)。臨床上PWV可由測量沿一段血管的兩個端點的壓力波形傳導時間來確定，即PWV=L/Δt，L為血管段的長度，Δt為脈搏波的傳導時間，即脈搏波兩個波形之間的時間差。

不同的PWV參數可用來評估動脈硬度，包括臂到腳踝脈搏波(baPWV)、頸動脈到股骨脈搏波(cfPWV)和臂到股骨脈搏波(bfPWV)。目前，cfPWV被認為是評估動脈僵硬度的金標準，但bfPWV因其簡便性應用更為廣泛[21]。臨床實踐中常用無創壓力傳感器測量PWV，有研究將其與多普勒超聲進行了對比，結果發現兩者的測量結果無統計學差異且重復性好，超聲還可通過測量血管內中膜有無增厚來進一步預估心血管相關疾病的發生，而且能在一次檢查中將形態學和功能信息相整合[22]。

研究表明[23-24]，PWV的主要影響因素為年齡和血壓。Rabkin等[25]發現，測量PWV可以高效、快速、相對低成本地評估高血壓患者左心室肥厚的狀態。在將血壓降至140/90 mmHg以下的高血壓患者中，PWV與左心室質量指數(LV mass index)呈顯著線性相關，并且與高血壓所引起靶器官的損害效應有很好的相關性。1項納入了17 635例受試者的meta分析得出結論，對于60歲男性(不吸煙，無糖尿病，不服用任何降壓藥，收縮壓為120 mm Hg，總膽固醇為5.5 mmol/l，高密度脂蛋白膽固醇為1.3 mmol/l)，主動脈脈搏波速度(aPWV)每增加1 m/s，心血管疾病風險增加7%[26]。

2.4 心血管磁共振

除了侵入性動脈壓力導管檢查外，磁共振成像(MRI)是唯一一種可以在一次檢查中測量動脈長度和傳輸時間的成像方式[27]。盡管用CMR測量AS相關參數比較準確且有臨床意義，但由于其成本較高、難度較大，難以在人群中進行常規檢測，目前國內外大樣本的研究均較少。

Maroules等[28]使用CMR對動脈硬度進行無創評估，納入了2 122名參與者，測量總動脈順應性(TAC)、升主動脈擴張性(AD)和主動脈弓脈搏波速度(PWV)。TAC通過將左心室搏量(LVSV)除以平均脈壓(PP)計算得出；升主動脈擴張性(AD)使用以下公式計算：

AD=(Aomax-Aomin)/(PP·Aomin)。其中Aomax和Aomin分別為升主動脈的最大和最小橫截面積。結果顯示，TAC、AD、PWV這3項指標均與未來心血管疾病相關。其中，TAC和AD與非致命性心臟疾病(非致命性心肌梗死、不穩定型心絞痛等)的相關性更強；PWV則與非致命的心外血管事件(非致命性中風、短暫性腦缺血發作、腦血管血運重建等)的相關性更大。Swoboda等[29]用CMR測量了94名Ⅱ型糖尿病患者的AD和PWV，發現AD與血糖控制水平和心血管疾病相關。

2.5 心踝指數

心踝血管指數(CAVI)是基于剛度參數β的動脈僵硬度標志。CAVI反映了從升主動脈起點到踝部的動脈僵硬度，可以通過在上臂和小腿周圍包裹壓力袖帶得出結果，測量時不受血壓影響[30]。CAVI方程由以下方程得出：CAVI=a[(2ρ÷ΔP)×ln(Ps÷Pd)×PWV2]+b。其中Ps為收縮壓，Pd為舒張壓，ρ為血液密度，ΔP為Ps-Pd,其中a、b為常量。

有證據表明，CAVI是動脈硬化性疾病的標志物，與心血管事件的發生密切相關。李萍等[31]分別用超聲和震蕩法測量了25例糖尿病患者和35例健康人的CAVI，發現兩種方法相關性良好，CAVI可以反映動脈僵硬度的變化，有助于早期發現動脈功能和結構的異常。一項病例對照研究發現，射血分數保留的心力衰竭患者較對照組的CAVI顯著升高[32]。最近，1項納入2 932名中高風險心血管疾病患者的多中心前瞻性隊列研究發現，CAVI與心血管疾病所致死亡事件、中風和心力衰竭有很強的相關性[33]。

3 小結

動脈僵硬度是心血管疾病的獨立預測因子，本文提及的各種衡量AS的方法都與心血管相關疾病存在相關性，其中cfPWV和AIx是侵襲性最小、最安全、準確性較高的方法[2]，作為金標準的cfPWV應用更為廣泛。PWV是波傳播速度，它更直接地反映了主動脈硬度；而CBP、PP和AIx不僅取決于PWV，還取決于反射波的振幅、起源以及心室射血的持續時間和模式[7]，因此在敏感性與特異性方面有所欠缺。CMR是較為準確的AS衡量方式，但因成本高、難度大而難以普及。CAVI為近年來興起的檢查方式，兼具簡便性和準確性，但尚需更多的臨床研究證據來驗證。