無創性評估高血壓患者主動脈彈性研究進展

【摘要】 高血壓是我國常見慢性病之一，其發病率呈逐年上升趨勢，目前已有研究發現高血壓患者其主動脈彈性會發生改變，從而引起病情加重或并發癥。因此若能在早期發現高血壓患者主動脈彈性的改變，可對患者采取針對性的治療，改善患者預后。本篇文章將從主動脈彈性變化的病理生理及影響因素、高血壓與主動脈彈性的相關性和臨床上主流的無創性評估血管彈性方法及其量化指標進行綜述。

【關鍵詞】 主動脈彈性 高血壓 無創性評估

Research Progress on Noninvasive Assessment of Aortic Elasticity in Patients with Hypertension/ZHAO Yupu， SUN Weiyang， WANG Ruiqi， WANG Yan， YU Shuting， ZHANG Futian， WANG Ruliang. //Medical Innovation of China， 2024， 21（22）： -183

[Abstract] Hypertension is one of the common chronic diseases in China， and its incidence is increasing year by year. At present， studies have found that the aortic elasticity of patients with hypertension will change， can cause disease aggravation or complications. Therefore， if the changes of aortic elasticity in patients with hypertension can be detected at an early stage， targeted treatment can be taken to improve the prognosis of patients. This article will review the pathophysiology of aortic elasticity and its influencing factors， the correlation between aortic elasticity and hypertension， the mainstream noninvasive methods for evaluating vascular elasticity and its quantitative indicators.

[Key words] Aortic elasticity Hypertension Noninvasive assessment

First-author's address： Department of Radiology， Affiliated Hongqi Hospital of Mudanjiang Medical University， Mudanjiang 157011， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2024.22.040

近年來，隨著國民生活水平的日益提高及生活方式的改變，高血壓患者數量日漸增多，且發病年齡呈年輕化趨勢。高血壓是我國最常見的慢性病之一，也是心腦血管疾病發病的重要原因，其并發癥有腦卒中、心力衰竭、腎損害等，致殘、死亡率高，對患者身心造成不良危害，嚴重消耗醫療和社會資源，給家庭和國家造成沉重負擔[1]。

主動脈作為血液從心臟射出后經過的第一站，它不僅承擔著緩沖血液從左心室射出后的巨大壓力，還負責將血液以合適的血流動力學進入全身的循環中。因此，主動脈的生理意義及重要性不言而喻。目前，已有研究證實主動脈彈性的改變與其病變存在相關性[2]，且血管彈性是心腦血管疾病的獨立預測因子。如何評價主動脈的血管彈性引起更多關注。若能在早期發現主動脈的彈性改變，及時調整診療方案，可極大改善患者預后。

1 主動脈彈性變化的病理生理及影響因素

動脈是由三個關鍵層組成的導管結構，由外向內分別為外膜、中膜和內膜。這些層共同作用，通過收縮或擴張感知并響應血壓的波動，并通過細胞生長和重塑來對慢性變化進行響應。外膜是動脈管壁的最外層結構，它主要由成纖維細胞及膠原組成，其功能是為血管提供支撐作用，并提供一個用以連接其他組織的表面。彈性蛋白層組成中膜結構，該層提供了一部分順應性。單層內皮細胞構成的內膜是動脈最內層的結構。動脈的三層結構中的每一層之間都存在一個由有孔的彈性蛋白纖維管組成的彈性層，這使得血管管壁的彈性及順應性進一步增加，并分隔了血管的不同層。此外，血管壁中的諸多細胞，包括內皮細胞、血管平滑肌細胞和成纖維細胞，它們能夠感知機械變化，并通過產生血管活性分子、細胞外基質（extracellular matrix，ECM）和ECM降解蛋白酶等物質，影響血管的順應性。另外，膠原沉積的增加和彈性蛋白的分解被認為是血管力學性質變化的主要機制之一[3]，Benetos等[4]的研究還表明AngⅡ受體1基因多態性與主動脈的順應性關系密切。目前，已有研究發現年齡是主動脈彈性下降的獨立危險因素，隨著年齡的增加，主動脈彈性逐漸下降，且以50歲作為分水嶺，當年齡超過50歲時，血管彈性的下降速率將成倍上升[5]。除年齡外，吸煙、高血脂、高血糖及腎病等也會影響主動脈的彈性。

2 高血壓與主動脈彈性的相關性

高血壓患者主動脈彈性下降涉及多種生理機制。（1）長期的高血壓會導致動脈內膜損傷和斑塊形成，使血管壁變得更加僵硬，彈性下降。（2）由于長期的高血壓及其他危險因素，如高血脂等，動脈壁會逐漸發生纖維化和鈣化，這些病理改變會增加主動脈壁的僵硬度，降低其彈性。（3）長期血壓負荷對血管壁造成直接損傷嗎，導致相應的炎癥反應，引起血管細胞增生和重塑，從而導致主動脈壁肥厚，從而影響其彈性。（4）高血壓可能導致內皮細胞功能障礙，產生一系列炎癥介質和血管活性物質，如內皮素、氧化應激物質等，進一步損害主動脈的彈性。

國內外有學者提出高血壓患者的主動脈彈性會下降，并且在高血壓形成之前主動脈就已經存在彈性喪失，這意味著主動脈彈性的下降是導致高血壓的一個重要影響因素[6-7]。同時，血壓的升高也會增加血流和血管壁上的應力，這將進一步導致主動脈彈性降低，形成惡性循環。此外，主動脈彈性下降也是高血壓患者死亡的原因之一，同時也是冠心病事件的獨立預測因素[8-9]。

3 主動脈彈性的無創性評估方法

目前主流評估主動脈彈性的方法可分為侵入性及非侵入性，侵入性方法主要包括導管法血管造影及血管內超聲等，非侵入性方法主要包括脈搏波傳導速度（pulse wave velocity，PWV）、超聲（ultrasound）、磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）及計算機體層血管成像（computed tomography angiography，CTA）等。非侵入性檢查由于其操作簡單、安全性高、較高的靈活性等優點現已成為臨床評估主動脈彈性的首選方法，但其原理、可靠性及其優缺點各不相同，以下對這幾種檢查方法及動脈彈性參數量化指標進行簡述。

3.1 檢查方法

（1）PWV：在臨床中，廣泛使用的評價動脈硬度的參數是PWV，被認為是血管彈性測量的“金標準”。PWV是指沿主動脈和大動脈傳播的動脈壓力波速度的量度，通過兩個動脈搏動點的傳導距離除以脈搏波傳導時間來計算。根據不同的靶向動脈，確定了各種類型的PWV測量，如頸動脈-股動脈PWV（cfPWV）、肱動脈-踝動脈PWV（baPWV），這兩種PWV在臨床和研究領域應用最廣泛。PWV測量可以通過使用壓力傳感器、超聲心動圖等方法獲得[10]。近年來一些學者用PWV測定動脈彈性時，發現受試者的血壓變化及自主神經功能狀況對動脈彈性的結果影響較大，另一方面，PWV并不是測量真正的血管，而是血管到身體的投影，測量過程中易受患者個人情況及體表記錄點間距離誤差的影響。（2）超聲：超聲技術可以對動脈內、中膜厚度及管腔內斑塊形成等動脈壁的結構進行測量，也可以根據多普勒血流速度和動脈舒縮時內徑的變化，計算動脈順應性系數等參數，可反映大動脈某一橫斷面的順應性。近年來，血管回聲追蹤等技術成為超聲研究的熱點，可在早期發現動脈彈性的改變，但由于超聲可重復性較差，以及肺部氣體干擾、升主動脈及降主動脈的解剖位置等因素，超聲在評估升主動脈、降主動脈等深動脈彈性時存在一定的局限性，因此臨床中一般多用于評價一些表淺動脈彈性，如下肢動脈等多為常用[11]。（3）MRI：MRI因其出色的軟組織分辨率，現已大范圍應用于大動脈管壁結構、功能及心臟功能的評價。冠狀動脈MRI檢查現已成為冠狀動脈檢查的一種新型趨勢，其中，磁共振彈性成像（magnetic resonance elastography，MRE）作為一種新型的能直觀顯示及量化組織順應性（即彈性或硬度）的無創性成像方法，已成為學者們討論的重點[12]。MRE作為一種相位對比MRI技術，它使用改進的MRI脈沖序列對施加聲波的傳播進行成像。MRE研究涉及常規MRI掃描儀、包含運動編碼梯度的改進脈沖序列及產生感興趣組織中剪切波的諧波運動源。近年來國內外有研究證實MRE評價主動脈壁硬度具有可行性，且與PWV評價彈性的結果有良好的對應性。但由于MRI較長的掃描時間、高昂的費用等，影響了MRI的普及和應用，但發展潛力依然很大。（4）CTA：以往CTA主要用于觀察血管解剖結構及形態，近年來，隨著CT技術的革命性進展，心電門控技術的出現可以對主動脈進行多期像采集，并對原始數據重建可得出心動周期中不同時期的圖像，動態觀察主動脈在心動周期的搏動特點，準確測量其變化幅度，因此其在心血管功能學評估中的應用得到發展。高排數的CTA具有卓越的時間分辨率，可大大降低對患者心率的要求，避免了心臟搏動對成像造成的影響，結合心電門控技術，實現“一站式掃描”。冠狀動脈CTA可獲得患者冠狀動脈的全部信息，不僅可以觀察冠狀動脈的狹窄程度、斑塊性質等，還可同時評估肺血管、主動脈形態，并且能夠在心動周期的任意時相重建圖像，從而獲得心動周期中最佳收縮期及最佳舒張期的動脈管徑及面積，為準確評估動脈彈性及大范圍人群的普及應用提供了客觀條件[13]。目前心電門控技術主要有回顧性及前瞻性心電門控技術兩種，其中，前瞻性心電門控技術能在一次掃描中獲取患者所有心動周期的參數，大大減低了患者承受的輻射劑量[14]。近年來，心電門控式冠狀動脈CTA多應用于冠心病的診斷及主動脈病變，研究血管彈性的學者仍是少數，冠狀動脈CTA評估血管彈性的價值仍存在巨大潛力等待被發現。

3.2 動脈彈性參數量化指標

在評價血管彈性的改變時，臨床中常用一些參數來量化或代表血管彈性，下面介紹近年來國內外評價血管彈性常用的部分參數及計算方法。（1）血管僵硬度（β）。計算公式為：β=ln（Ps/Pd）/[（Ds-Dd）/Dd]，其中Ds、Dd為心動周期中最佳舒張期和收縮期對應的管腔最大、最小直徑，Ps、Pd為外周收縮壓及舒張壓，ln為自然對數。通過該參數即可反映大動脈某一橫斷面的順應性，目前已被臨床廣泛應用于超聲評估動脈彈性中[15]。（2）動脈擴張性（aortic distensibility，AD）、動脈順應性（aortic compliance，AC）、動脈僵硬度（aortic stiffness index，AoSI）。以上為臨床CTA中常用于評價血管彈性的相關參數，計算公式為：AD=[（Ss-Sd）/Sd]/△P；AC=（Ss-Sd）/△P；AoSI=ln（Ps/Pd）/[（Ds-Dd）/Dd]，其中Ds、Dd為一次心動周期中最佳舒張期和收縮期對應的主動脈管腔的最大、最小直徑，Ss、Sd為管腔的最大、最小面積，Ps、Pd為外周收縮壓及舒張壓，△Ｐ為脈壓差，ln為自然對數。與超聲相比，CTA的動脈彈性指標加入了管腔面積的變化，對彈性的評估更加準確，并且CTA可以運用心電門控技術，可以重建出心動周期中的最佳舒張期及最佳收縮期，靈活性明顯提高，可以更加深入地發現各種疾病發生時管壁彈性的變化，AD、AC、AoSI現已經大量應用于CTA評估動脈彈性中[16-18]。（3）CT主動脈硬度指數（CT aortic stiffness index，CTASI）。其是2021年Broyd等[19]提出的一種新型計算方法，計算公式為：Distensibility（mmHg-1）=（Amax-Amin）/（Amax×Pulse Pressure）；Distensibility PWV（m/s）=1/ ρ×Distensibility；CTASI（m/s）=3.40+0.19×Distensibility PWV+（1.29×lg（Aortic Calcification）。Amax：主動脈測量的最大面積；Amin：主動脈測量的最小面積；Pulse Pressure：脈壓；ρ：血液的密度，假定為1 055 kg/m3；Aortic Calcification：主動脈鈣化。它是將CT技術與PWV技術相結合的產物，結合了主動脈健康的解剖學（鈣化）和生理學（擴張性），是最新的評價主動脈彈性的參數之一。（4）心-踝血管指數（cardio-ankle vascular index，CAVI）。CAVI是日本學家提出的一個新參數，計算公式如下：CAVI=a[（2ρ/ΔP）×ln（Ps/Pd）×haPWV]+b。Ps是收縮壓，Pd是舒張壓，haPWV是從主動脈起點通過股動脈到踝關節脛動脈的PWV，ρ是血液密度，ln為自然對數，a和b是將CAVI的值轉換為長谷川心臟-股骨PWV（hfPWV）值的常數[20]。在許多臨床研究中，CAVI在冠狀動脈疾病、腦梗死和慢性腎臟疾病等動脈硬化性疾病及大多數有各種冠狀動脈危險因素的人群中顯示出很高的價值。由于目前通用的CAVI診斷標準來自日本的一項研究，而日本與我國的地域、民族、生活方式等存在較大差異，因此評估動脈僵硬度的CAVI這一參數可能也會有所差異，故CAVI這一參數在我國的實用性還需進一步討論。（5）脈壓（pulse pressure，PP）及脈壓指數（pulse pressure index，PPI）。PP也被認為是評估大動脈血管彈性的指標之一[21]。PP為收縮壓與舒張壓的差值，PP越大，往往代表血管彈性的下降，但PP本身存在諸多局限性：PP的大小取決于收縮壓及舒張壓的數值，收縮壓受心率、每搏輸出量等影響，舒張壓則受外周血管的阻力等影響，因此PP這一參數計算的可靠性仍存在一些疑問。近年來，有學者開始使用PPI[22]，它被定義為PP與收縮壓的比，即：PPI=PP/收縮壓，不僅考慮了血管固有的順應性，而且還將血管動態順應性納入考慮范圍，該數值>0但<1，越接近1代表血管順應性越小，越接近0則代表血管順應性越大。所以從理論上講，PPI的大小能夠反映血管順應性的大小。目前國內外學者已經將PPI用于評估血管彈性及探討PPI與其他疾病相關性。但同時也有學者對PPI的應用持有懷疑態度[23]，因此，PPI在臨床應用中的可靠性需要進一步研究。

4 總結和展望

通過以上技術及參數可以對高血壓患者的主動脈彈性進行評估，PWV及超聲由于其操作簡便，現已成為臨床中常用的方法。MRI及CTA在血管彈性的評估中存在相當大的潛力，以后有望成為評價血管彈性的金標準之一。PPI仍需更多的研究證實其可靠性。

如今，隨著大數據、人工智能AI的不斷興起，更多大模型的搭建[24-25]，為臨床中評估動脈彈性提供了更加高效、便捷的方案。基于大量臨床數據及高新計算機構建出的模型，使得醫師可以更加便捷地獲得患者的動脈彈性指標及血流動力學等參數，但該方法仍處在起步階段，相信會是今后研究的熱點話題及方向。

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（收稿日期：2023-12-07） （本文編輯：陳韻）

①牡丹江醫學院附屬紅旗醫院放射科 黑龍江 牡丹江 157011

②牡丹江醫學院附屬紅旗醫院磁共振科 黑龍江 牡丹江 157011

③牡丹江醫學院附屬紅旗醫院介入血管科 黑龍江 牡丹江 157011

通信作者：王汝良