衡量动脉僵硬度的方法及其在心血管相关疾病中的研究进展
时间：2023-03-01 18:00:08 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
史 敬，孙 莹，董春哲
(吉林大学白求恩第一医院 腹部超声科，吉林 长春130021)
血管壁内结构和功能发生不良改变是动脉硬化最早出现的表现，也是冠状动脉疾病、颈动脉疾病和外周动脉疾病最常见原因[1]。研究表明，动脉僵硬度(AS)是一个独立的心血管疾病预测指标。目前，临床上应用的衡量动脉僵硬度的方法主要有以下几种[2]：中心动脉压(CBP)、脉压(CPP)、增强指数(AIx)、脉搏波传导速度(PWV)、心血管磁共振(CMR)、心踝指数(CAVI)。本文对以上几种方法在心血管相关疾病中的研究进展做一综述。
胸主动脉及近端主动脉富含弹性蛋白，可以支持血管收缩时血液对血管壁的冲击，并调节血液容量。因此大动脉不仅是将血液输送到外周组织的导管，还为心室收缩提供了充足的血液缓冲作用[1]。由于年龄增长和心血管疾病危险因素的影响，动脉壁会发生结构上的变化，包括弹性蛋白纤维的断裂和胶原蛋白的积累[3]。正常情况下，在主动脉和外周动脉之间，存在有渐进式硬度梯度的动脉树。这种渐进式硬度梯度会产生针对动脉波的反向传播压力波，可以抑制动脉波传到微循环的能量，起到保护微循环的作用。随着动脉硬化，这种硬度梯度消失甚至逆转，反向压力波增加，导致中心动脉收缩压升高，使左心室承受更大的压力。除此之外，过大的压力直接传递到外周动脉和微循环，也会使其受损[4-5]。
长期高血压会导致动脉壁硬化，而大动脉结构和功能的改变可能是高血压患者死亡率和发病率增高的一个主要因素[6]。动脉僵硬度综合了心血管危险因素对主动脉壁的长期损害，并不随时间波动，对心血管疾病有独立的预测价值[7]。
2.1 中心动脉压与脉压
测量中心动脉压与脉压可以衡量动脉硬化的程度。当大动脉随着年龄增长和血压增高而变硬，中心动脉压和脉压将增加。动脉树有许多分支，在分支处由于波的反射，会产生逆行波。动脉硬度越高，前向波和反射波的传播速度越快，反射波到达中央主动脉的时间越早，CBP和CPP越高[3]。在整个动脉树中，各处的收缩压是不同的，主动脉收缩压实际上低于相应的肱动脉收缩压值。有证据表明，与肱动脉压相比，中心动脉压与心血管相关疾病的关系更为密切，而且二者对某些药物的反应也不同[8]。
测量中心动脉压的最直接的方法是插入心脏导管，使用压力传感导管记录升主动脉的血压。然而因其高度侵入性，不适合大规模人群的常规筛查。近年来，可以应用无创检测技术来获得CBP，从主动脉远端位置如颈动脉、桡动脉或肱动脉记录压力波形，并校准袖带血压计记录的血压。
汪世军等[9]选取了259例研究对象测量肱动脉收缩压(SBP)、中心动脉压、脉搏波传导速度(cfPWV)，结果发现随着年龄增大，CBP与SBP差值明显增大，CBP与cfPWV之间存在正相关，认为无创CBP是一种可作为患者动脉硬化早期筛选和反映动脉弹性功能的简单易行的方法。彭毅等[10]测量了 150例冠心病患者的脉压指数(收缩压-舒张压/收缩压)，发现脉压指数与CHD患者冠脉严重程度显著相关。赵瑞红等[11]对198例原发性高血压患者进行测量并计算24 h收缩压(24 h SBP)、24 h舒张压(24 h DBP)、PP及PWV。根据PWV,将198例患者分为:动脉僵硬度正常组(PWV<20%预测值)、轻度动脉硬化组(20%预测值≤PWV<30%预测值)、中度动脉硬化组(30%预测值≤PWV<50%预测值)及重度动脉硬化组(PWV≥50%预测值)。结果发现4组患者的PP、PPI有明显差异(P<0.05)，随着动脉硬化程度加重,动态脉压(PP)和脉压指数(PPI)增大，进而得出PP、PPI是可反映原发性高血压患者动脉硬化情况的结论。
2.2 增强指数
增强指数是心血管事件和全因死亡率的独立预测因子[12]。AIx是一种基于数学推导的量化方法，用于描述中心动脉压与动脉波(包括前向波和反射波)之间的关系。心率、反射波的传播时间、反射部位的动脉结构、PWV、左心室射血量、血压水平是这一指标的决定因素[2]。AIx的计算公式为：AIx=(Ps-Pi)/(Ps-Pd)×100%。其中，Ps为初始收缩压，Pi为拐点压力(pressure at inflection point),Ps-Pi为主动脉增压(aAP)，Pd为舒张压，Ps-Pd为脉压。从公式可以看出AIx取决于aAP和PP之间的关系。aAP是指反射波引起的主动脉收缩压的绝对增加值，有维持动脉血流、增加冠状动脉血液供应的作用。AIx升高会导致左室后负荷和心肌耗氧量增加、心肌灌注压降低，以致供需关系失衡，从而引发冠状动脉疾病[12]。
血管的顺应性越差，反射波的折返越快，外向脉搏波和反射波重合位置距离收缩期压力波顶点就越远，即aAP越大；
同时由于血管弹性减退，使整个脉搏波的振幅减小，PP值减小，AIx增大[13]。
Weber和Chirinos[14]认为，中心动脉压和波反射都与左室收缩期后负荷、心室重塑、舒张功能障碍和新发心衰的风险相关。Anastasio 等[15]对199例失代偿性心力衰竭(ADHF)患者进行出院前评估和出院后评估，采用主动脉脉搏波传导速度(aPWV)、增强指数和动脉硬度指数(β0)测量动脉硬度，结果发现aPWV、AIx和β0与无事件生存期呈负相关，证明这几种动脉僵硬度的测量方法是评估急性心衰失代偿后出院患者有效的预后参数。
多个研究发现，血压水平与AIx密切相关，即随血压升高AIx增大[13,16- 17]。齐在文等[13]对138例血压正常人、121例血压正常高值者和100例高血压者进行研究，发现血压水平为AIx的独立影响因素，血压水平与非杓型血压(夜间血压无明显下降的异常血压节律)的发生率对AIx均有影响，且有协同作用(F=12.37，P<0.05)。与之相反，也有研究并未发现血压升高与AIx有确切联系。张明华等[18]对237例高血压患者和253名健康者进行研究，采用自动脉搏波传导速度分析仪测定不同部位PWV，采用桡动脉压力波分析仪测定AIx，结果发现高血压患者各部位PWV显著增加，但AIx无明显变化。Kaya等[19]测量了42只犬的AIx，发现AIx与动脉顺应性无明显线性关系。作者认为，AIx不能作为动脉僵硬度的唯一标志物，因为它受到其他心脏和动脉参数的混杂因素的影响。这些研究结果表明，AIx对测量动脉硬化的敏感度还有待进一步研究。
2.3 脉搏波传导速度
脉搏波传导速度是心血管事件和全因死亡率的独立预测因子[20]，被认为是评价AS的金标准[1]。心脏将血液泵入动脉，血液进入血管腔后产生压力波，沿血管壁传导，即为脉搏波。当血管壁硬度增加导致顺应性降低、大动脉弹性贮器功能减弱时，PWV会增快，提示动脉僵硬度升高。根据 Moens-Korteweg公式：PWV2=(血管弹性模量×血管壁厚度)/(2×血管直径×血液密度)。临床上PWV可由测量沿一段血管的两个端点的压力波形传导时间来确定，即PWV=L/Δt，L为血管段的长度，Δt为脉搏波的传导时间，即脉搏波两个波形之间的时间差。
不同的PWV参数可用来评估动脉硬度，包括臂到脚踝脉搏波(baPWV)、颈动脉到股骨脉搏波(cfPWV)和臂到股骨脉搏波(bfPWV)。目前，cfPWV被认为是评估动脉僵硬度的金标准，但bfPWV因其简便性应用更为广泛[21]。临床实践中常用无创压力传感器测量PWV，有研究将其与多普勒超声进行了对比，结果发现两者的测量结果无统计学差异且重复性好，超声还可通过测量血管内中膜有无增厚来进一步预估心血管相关疾病的发生，而且能在一次检查中将形态学和功能信息相整合[22]。
研究表明[23-24]，PWV的主要影响因素为年龄和血压。Rabkin等[25]发现，测量PWV可以高效、快速、相对低成本地评估高血压患者左心室肥厚的状态。在将血压降至140/90 mmHg以下的高血压患者中，PWV与左心室质量指数(LV mass index)呈显著线性相关，并且与高血压所引起靶器官的损害效应有很好的相关性。1项纳入了17 635例受试者的meta分析得出结论，对于60岁男性(不吸烟，无糖尿病，不服用任何降压药，收缩压为120 mm Hg，总胆固醇为5.5 mmol/l，高密度脂蛋白胆固醇为1.3 mmol/l)，主动脉脉搏波速度(aPWV)每增加1 m/s，心血管疾病风险增加7%[26]。
2.4 心血管磁共振
除了侵入性动脉压力导管检查外，磁共振成像(MRI)是唯一一种可以在一次检查中测量动脉长度和传输时间的成像方式[27]。尽管用CMR测量AS相关参数比较准确且有临床意义，但由于其成本较高、难度较大，难以在人群中进行常规检测，目前国内外大样本的研究均较少。
Maroules等[28]使用CMR对动脉硬度进行无创评估，纳入了2 122名参与者，测量总动脉顺应性(TAC)、升主动脉扩张性(AD)和主动脉弓脉搏波速度(PWV)。TAC通过将左心室搏量(LVSV)除以平均脉压(PP)计算得出；
升主动脉扩张性(AD)使用以下公式计算：
AD=(Aomax-Aomin)/(PP·Aomin)。其中Aomax和Aomin分别为升主动脉的最大和最小横截面积。结果显示，TAC、AD、PWV这3项指标均与未来心血管疾病相关。其中，TAC和AD与非致命性心脏疾病(非致命性心肌梗死、不稳定型心绞痛等)的相关性更强；
PWV则与非致命的心外血管事件(非致命性中风、短暂性脑缺血发作、脑血管血运重建等)的相关性更大。Swoboda等[29]用CMR测量了94名Ⅱ型糖尿病患者的AD和PWV，发现AD与血糖控制水平和心血管疾病相关。
2.5 心踝指数
心踝血管指数(CAVI)是基于刚度参数β的动脉僵硬度标志。CAVI反映了从升主动脉起点到踝部的动脉僵硬度，可以通过在上臂和小腿周围包裹压力袖带得出结果，测量时不受血压影响[30]。CAVI方程由以下方程得出：CAVI=a[(2ρ÷ΔP)×ln(Ps÷Pd)×PWV2]+b。其中Ps为收缩压，Pd为舒张压，ρ为血液密度，ΔP为Ps-Pd,其中a、b为常量。
有证据表明，CAVI是动脉硬化性疾病的标志物，与心血管事件的发生密切相关。李萍等[31]分别用超声和震荡法测量了25例糖尿病患者和35例健康人的CAVI，发现两种方法相关性良好，CAVI可以反映动脉僵硬度的变化，有助于早期发现动脉功能和结构的异常。一项病例对照研究发现，射血分数保留的心力衰竭患者较对照组的CAVI显著升高[32]。最近，1项纳入2 932名中高风险心血管疾病患者的多中心前瞻性队列研究发现，CAVI与心血管疾病所致死亡事件、中风和心力衰竭有很强的相关性[33]。
动脉僵硬度是心血管疾病的独立预测因子，本文提及的各种衡量AS的方法都与心血管相关疾病存在相关性，其中cfPWV和AIx是侵袭性最小、最安全、准确性较高的方法[2]，作为金标准的cfPWV应用更为广泛。PWV是波传播速度，它更直接地反映了主动脉硬度；
而CBP、PP和AIx不仅取决于PWV，还取决于反射波的振幅、起源以及心室射血的持续时间和模式[7]，因此在敏感性与特异性方面有所欠缺。CMR是较为准确的AS衡量方式，但因成本高、难度大而难以普及。CAVI为近年来兴起的检查方式，兼具简便性和准确性，但尚需更多的临床研究证据来验证。
