无创性评价大动脉生物特性及其临床应用

姜容容（综述） 王宜青 黄国倩（审校）

各种心血管危险因素和疾病均可导致动脉生物特性的改变，而后者又进一步在心血管疾病的发病机制中发挥重要作用，最终导致心血管不良事件的风险升高。运用超声技术可以无创性评估动脉硬度和顺应性等生物特性，研究已经证实脉搏波传导速度（pulse wave velocity, PWV）和β指数等对于普通人群和各种心血管疾病患者具有重要的预后价值，因此成为研究领域的热点。本文对动脉的生物学特性、无创性测量技术和指标及其在不同人群中的应用作一综述。

1 动脉的生物学特性、作用和病理生理意义

通常近端大动脉更有弹性而远端小动脉更僵硬。大动脉起传输血液和缓冲作用以维持远端小动脉血流的持续稳定。心室射血产生原始的前向动脉波形，当遇到动脉分叉处和小的肌性动脉时反射回主动脉（反射波）。反射波在舒张晚期回传至升主动脉，有助于维持舒张压，以保证远端有足够的血流。

近年来动脉硬度在心血管疾病中的作用越来越受到重视，越来越多的学者认为动脉硬度和反射波现象是导致心血管事件的重要原因。当发生动脉硬化时，如老人和高血压患者，反射波传导速度加快，在心室收缩晚期即回传至升主动脉，与前向的原始波相互叠加，导致收缩压升高、舒张压快速下降以及中心脉压差增加。收缩压升高增加了左心室的后负荷，从而导致心肌耗氧量增加；中心脉压差升高和舒张压降低导致心脏舒张期冠脉灌注不足，进而导致或加重心内膜下心肌缺血。此外，左心室后负荷增加可导致心脏结构改变，如左心室肥厚等，从而导致左心室舒张功能减退。中心脉压差增加还使得颅内和颅外动脉内中膜增厚，增加了颈动脉狭窄和斑块破裂的可能性[1]；如同时伴随较高的脉压差和心衰，使得动脉僵硬患者卒中的发病率增加。在一般人群、高血压、糖尿病、终末期肾病和老年人中，动脉硬度具有独立预测价值。最新的欧洲高血压诊断和治疗指南（2007年版）推荐将动脉硬度作为靶器官损伤的标志。

2 无创性测量动脉生物特性的常用指标和方法

许多参数可用来评估动脉生物特性，包括动脉硬度和反射波。这些参数原理不同，适用的临床范围不同，不能简单视为互相通用。

2.1 动脉硬度 分为系统、区域（两点之间）和局部（某点）硬度。系统动脉硬度需要估测，而局部和区域动脉硬度可直接无创测量。

2.1.1 区域动脉硬度的测量——脉搏波传导速度 PWV指两位点间的距离除以脉搏波传导时间（图1），是无创评价动脉硬度最简单稳定、重复性最好的指标，也是目前研究最深入和预后价值较明确的指标之一。欧洲高血压协会推荐以颈-股脉搏波速度（carotid femoral pulse wave velocity, c-fPWV）作为无创性测量动脉僵硬度的“金标准”。主动脉的PWV随年龄增加呈非线性增加，在50岁以上的人群中增加较快；而外周动脉的PWV并不随年龄增加而增加[2]。脉搏波在动脉树各个位置的传导速度不同，由近及远逐渐增大；PWV在升主动脉为4～5m/s，腹主动脉为5～6m/s，而在髂动脉和股动脉则为8～9m/s。PWV可以预测无明显心血管疾病人群的卒中、冠心病、肾衰竭和认知功能障碍的发病风险。抗高血压的治疗效果与c-fPWV呈负相关[3]，但是c-fPWV是否可以作为独立预后因子成为治疗干预的目标尚无定论。目前，c-fPWV还未在临床广泛使用，原因在于测量方法尚未完全统一，各种测量方法结果差异很大，各项研究中采取的阈值也不尽相同，正常值范围尚未完全确定。另外，肥胖、糖尿病和外周动脉疾病患者记录股动脉的压力波形比较困难；胸腹动脉迂曲患者的外部测量距离不准确。欧洲一项大型研究（11 092名正常人）首次统一了该指标的测量技术，即采用正交切线法测定时间，改良直接法测定距离[4]；该研究还建立了不同年龄组和血压组PWV的参考值，对于该指标今后的临床推广具有重要指导意义。

2.1.2 局部动脉硬度的测量 超声是目前无创测量动脉壁杨氏系数（Young's modulus）、内中膜（intima-media thickness,IMT）厚度和弹性性能关系的唯一方法。颈动脉是常用的测量部位。图2显示了局部动脉扩张度。表1列出了超声无创测量局部动脉硬度的各项参数的定义和计算公式。由于测量局部动脉硬度技术要求高、耗时长，需同时测量局部血压，目前只用于病理生理研究、药理学研究和疗效评价，流行病学研究较少。新出现的e-tracking技术测量心动周期内管腔内径、面积、压力以及血流速度的变化，不仅可以计算杨氏系数、局部PWV[5]、β指数等，还能同时测量IMT，测量的精确度较传统的血管超声技术提高了6～10倍。在血压正常的中年人群用e-tracking 测量扩张度，胸主动脉为40kPa ×10-3[6]，颈动脉则降至10～20kPa×10-3[7]，在桡动脉则为5kPa×10-3[8]。β指数是指收缩压/舒张压与直径变化值的比值的对数，为非量纲指数，临床应用研究较为广泛。相对于原发性高脂血症儿童和正常儿童，家族性高脂血症儿童β指数升高[9]。亚临床甲状腺功能减退患者的β指数较正常人高，且与年龄、舒张压以及收缩压呈正相关。血透患者的β指数与平均IMT及颈动脉粥样斑块评分呈正相关；此外，在这类患者中，无症状脑梗死的患者β指数高于无脑梗死患者[10]。

2.1.3 系统动脉硬度 动脉顺应性与硬度成反比，可用来反映系统的动脉硬度。系统动脉顺应性（systemic arterial compliance, SAC）可以用如下公式进行估算：SAC=SV/PP，其中，SV代表每搏输出量，可通过M型、二维和彩色多普勒超声获得；PP是主动脉内的脉压差。无创技术不能精确测量SV及主动脉内的脉压差，限制了该参数的临床应用。

表1 局部动脉僵硬度的参数

2.2 动脉波形分析（pulse wave analysis, PWA）——反射波如图3所示，中心动脉压力波形是由心室收缩产生的前向血流P1和反射波P2叠加而成，中心脉压差、中心收缩压和增强指数（augmentation index, AIx）反映了大动脉生物特性。AIx＝（P2－P1）/PP，P2是第二收缩峰压，P1是第一收缩峰压，反映了收缩晚期反射波的叠加所占脉压差的比例。动脉硬度升高使得原本在舒张期到达主动脉根部的反射波提早到达，导致收缩期血压升高，中心脉压差和AIx加大。PWA受心率及左心室功能影响，左心功能受损会影响PWA指标的可靠性；此外，AIx还受到血压、身高、年龄和性别等因素的影响[11]。与PWV相反，AIx在＜50岁的人群中与年龄呈正相关；接近或＞50岁人群中增长缓慢。联合这两个指标能更好地评估各年龄人群的动脉硬度。

中心动脉压力波形代表左心室和中心动脉壁的真实负荷，但由于测量困难，常以桡动脉或颈总动脉波形替代。颈动脉AIx略低于主动脉内AIx，两者相关性良好，但存在技术要求高、易致患者不适，不能用于颈动脉有大斑块和钙化的患者。由于年轻人脉搏波的放大效应，用肱动脉的脉压差来代替主动脉或者颈动脉的脉压差不够准确；而由于老年人中心动脉硬化，脉压差放大效应减弱，外周脉压差较年轻人更接近于中心脉压差。用笔形探头（SPT-301, Millar Instruments）可记录桡动脉和颈总动脉的血压波形，以桡动脉更加方便易行，也更常用。外周动脉波形可用手指光体积描记术进行分析，其测值与主动脉的扩张度以及动脉粥样硬化的程度相关[12]。各种方法测量所得AIx的预后价值尚需进一步研究。

3 PWV在各类人群中的应用

3.1 普通人群 PWV在普通人群中有着很好的预后价值。一项包含1678名普通人群的研究证实，PWV升高是心血管事件的独立预测因子，PWV每升高一个标准差，则心血管事件的风险就上升16%～20%[13]。另一项包含2835名健康者的研究发现，调整多种传统心血管危险因素后，PWV是卒中和冠心病的独立预测因子[14]。在调整PWV后，肱动脉脉压差与心血管事件并无特别明显的关系，可能与脉搏波的放大效应有关，因此相对于肱动脉脉压差，PWV在普通人群危险分层中更有优势[15]。

3.2 高血压患者 PWV升高与高血压患者发生冠脉事件和卒中事件相关；AIx与高血压患者的左心室壁重量和颈动脉内中膜厚度的变化相关。顽固性高血压患者的AIx和PWV显著高于血压可控制人群及血压正常人群，主动脉应变和主动脉扩张性则显著降低[16]。一项包含15项随机双盲对照研究的Meta分析提示所有治疗组的PWV均较安慰剂组降低，其中ACEI改善动脉硬度的效果优于钙离子拮抗剂[3]。

3.3 老年患者 老年患者的脉压差放大效应较弱，因此肱动脉脉压差是评估心血管风险的简便可靠指标，PWV也是老年人重要的预后指标。一项包含2488名老年人的大型研究发现，在调整年龄、血压、血肌酐、既往心血管疾病等影响因素后，PWV是心血管死亡、冠心病和卒中的预后因子[17]。AIx在65岁以上人群中上升很少，因此在老年人中的预测价值并不高[18]。弗明汉心脏研究发现，社区中动脉硬度异常的发病率与老龄化显著相关，特别是肥胖和糖尿病患者，随着老龄化的加剧，由动脉硬度增加导致的疾病负担也显著加重[2]。对873名80岁以上老年人的微型精神状态评估（MMSE）及c-fPWV随访1年，结果显示，PWV异常越明显，老年人的认知功能障碍就越明显，因此c-fPWV可作为检测认知功能减退的筛选指标[19]。

3.4 冠心病患者 动脉硬度和冠脉造影中冠脉病变的严重程度呈正相关；其中，PWA和中心动脉压预测冠脉病变的严重程度比外周动脉压更加敏感[20]。冠心病患者行再血管化治疗后c-fPWV并无明显变化，提示再血管化的心脏局部治疗作用并不伴随动脉功能的改善[21]。

3.5 慢性肾病（CKD）患者 相对于年龄和血压水平相同的人群，CKD患者动脉硬度升高。主动脉PWV与CKD的心血管死亡显著相关，PWV＞12m/s的患者罹患心血管事件的风险是PWV＜9.4m/s患者的5.9倍；在血压控制后，PWV每降低1m/s可进一步降低21%的心血管死亡风险。在未行透析的CKD患者中，PWV和AIx与GFR呈负相关；已行腹膜透析或血透患者的PWV和AIx低于未行透析的CKD 5期患者，提示透析能改善动脉硬度[22]。在另一项包含367名CKD患者的研究中，PWA的各项指标，包括AIx、主动脉脉压差、中心收缩压和舒张压均与IMT显著相关，可用来预测脑血管事件的发生风险[23]。

3.6 心衰患者 在慢性心衰患者中，主动脉僵硬和心血管死亡率之间的关系尚不明确；但主动脉的硬度和活动耐量相关[24]，而活动耐量是死亡率的重要决定因子之一。

3.7 行心血管外科手术的患者 马方综合征患者的腹主动脉硬度较正常升高。主动脉硬度异常升高是马方综合征患者发生主动脉夹层和主动脉扩张（OR＝2.2）的预后因子。主动脉缩窄修补术后血压正常者的AP、AIx、APP和PWV仍较正常升高，且与手术时的年龄无关，提示手术不能缓解缩窄对大血管的损伤[25]。

4 现状和发展前景

动脉硬度反映心血管的危险负荷，在各种心血管疾病的发生、发展和预后中扮演重要角色。运用超声等无创技术可定量评价动脉硬度、顺应性、反射波等指标，有助于了解疾病的进程、靶器官的损害程度及预后信息。然而目前大多数资料主要来源于流行病学和预防医学研究。虽然技术和指标众多，但各有优势和不足，临床意义和适用范围尚未完全明确，方法学尚未统一，缺乏大规模的随机对照双盲的前瞻性研究和公认的正常值，因此，动脉生物特性的指标尚不能常规应用于临床诊断、预后评价和指导治疗。相信今后随着研究的不断深入及测量方法的逐渐完善，超声无创性检测动脉生物特性必将成为临床早期识别高危患者及指导干预治疗的有效手段。

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