不同心率和地理环境因子与健康成年男性左室射血分数参考值的相关性

井 静，葛 淼，杨子祁，李 鹏，韦德智

1陕西师范大学 地理科学与旅游学院健康地理研究所，西安 7101192宝鸡文理学院 地理与环境学院地理系，陕西宝鸡 721016

左室射血分数(left ventricular ejection fraction，LVEF)是临床评估心脏左室功能最常见的一项指标，通常由每搏输出量除以左室舒张末期容积得出。在左心收缩功能障碍的患者中，通过舒张末期容积增加(因为左心室扩张)维持每搏输出量，即心脏排出量较小[1]。正常情况下左室收缩功能障碍越严重，舒张末期和收缩末期容积越大，LVEF减少越多。目前，可用于确定每搏输出量及左室舒张末期容积的方法有心脏磁共振影像、放射性核素门控心脏血池影像和心脏超声等[2- 3]。由于非侵入、准确、安全、便宜，心脏超声是临床医生和患者的首选方法。超声测量左心功能在方法学上不断改进，从M型超声检查单盲扫描、B型超声二维实时平面直观测量到近期的三维立体成像，准确度不断提升，但测量方法也趋向冗繁[4- 5]。LVEF参考值是健康人类LVEF的正常范围参考值，对于临床治疗、药物观察、手术功效、确定预后和预防心脏病具有非常重要的意义。人类生活在不同的地理环境中，LVEF参考值与地理环境因子密切相关[6- 7]；同时一些研究得出结论，心率越快，LVEF逐渐降低[8]。本研究主要探讨地理环境因子和心率对LVEF参考值的影响，通过定量研究心率和地理环境因子与健康成年男性LVEF参考值之间的关系，获得一种简单确定不同地区LVEF参考值的方法，为中国健康成年男性LVEF参考值的制定提供地域性依据，同时兼顾个体差异。

对象和方法

LVEF数据选择通过检索中国期刊网、万方数据库、维普数据库、超星数字图书馆、中国优秀硕博士学位论文全文数据库、中国生物医学文献数据库、中国会议全文数据库等，获取2006至2016年已发表期刊中的44个市、县184个单位3502例中国健康成年男性(18～81岁)的LVEF参考值和心率(X1)。西部市县少于东部。其中东部地区市县107个、中部35个、西部42个，香港、澳门和台湾未参与这项研究。

受试者入选标准为正常体重(18.5 kg/m2<体质量指数<25.0 kg/m2)，身高、血压正常，血糖正常。主要排除高血压、心脑血管疾病、超声心动异常等情况。健康成年男性LVEF的选择标准主要根据文献[9]：(1)确认左心室腔正常大小且无心肌运动障碍；(2)心室律齐且非起搏心律，均无心动过速及心动过缓；(3)左心室心肌无心肌梗死或节段性缺血区域；(4)左心室流出道无异常结构；(5)左心瓣膜无明显形态及功能异常(无明显狭窄与关闭不全)；(6)无心内分流。

地理资料地理资料选取与人体生理状况有密切联系的经度X2(°)、纬度X3(°)、海拔高度X4(m)、年日照时数X5(h)、年平均气温X6(℃)、年平均相对湿度X7(%)、年降水量X8(mm)、气温年较差X9(℃)、年平均风速X10(m/s)9项地理环境因子。其中海拔、经度、纬度来自相关地理辞典和著作[10- 11]。其他6项气象指标来自中国气象数据共享服务系统，由中国气象数据共享服务体系提供(http：//old-cdc.cma.gov.cn/)。自变量包括心率和9项地理环境因子共10个。

相关分析利用相关分析的原理和方法[12]在SPSS 22.0软件中对中国健康成年男性LVEF参考值与心率和9项地理环境因子进行研究，找出具有相关性的自变量。P<0.05为LVEF与自变量有相关性。

岭回归分析岭回归分析[13- 14]是一种专门用来解决多重共线性数据的有偏估计回归方法，实质上是一种改良的最小二乘估计法，通过放弃最小二乘法的无偏性，以损失部分信息、降低精度为代价获得回归系数更符合实际、更可靠的回归方法。通过允许小的偏差而换取高于无偏估计量的精度，因为它接近真实值的可能性较大。运用岭回归方法，可以对分析各变量之间的作用和关系带来有效的帮助。本研究采用岭回归分析地理环境因子与LVEF之间的关系，得到LVEF参考值与地理环境因子的回归方程。

地统计分析地统计分析又称地质统计，是法国著名统计学家G. Matheron在大量理论研究的基础上逐渐形成的一门新的统计学分支。它是以区域化变量为基础借助变异函数研究既具有随机性又具有结构性或具有空间相关性和依赖性的自然现象的一门科学。地统计学的理论与方法可用来进行空间数据的结构性和随机性、空间相关性和依赖性或空间格局与变异有关的研究，并对这些数据进行最优无偏内插估计。为了准确揭示中国健康成年男性LVEF参考值的地理分布规律，本研究选取全国2322个市县作为地理数据的观测点，通过地统计模型计算2322个市县LVEF参考值的预测值。应用ARGIS软件中的空间分析模块进行克里金插值[15]并输出空间预测分布图[16- 17]。

结 果

相关分析结果中国健康成年男性LVEF与心率和9项地理环境因子的相关分析显示，LVEF与心率X1(P=0.043)、纬度X3(P=0.001)、气温年较差X9(P=0.010)呈负相关；与年平均气温X6(P=0.037)、年平均相对湿度X7(P=0.026)、年降水量X8(P=0.005)呈正相关。LVEF与海技X2、经度X4、年日照时数X5、年平均风速X10无相关性。

岭回归分析结果输入5项相关分析结果具有相关性的地理环境因子，利用SAS软件计算，输出中国健康成年男性LVEF参考值岭迹图(图1)。观察图1可知，取岭参数k=0.3时，计算出中国健康成年男性LVEF参考值与地理因子的岭回归方程公式(1)：

Y=68.464-0.0949X3-0.0619X6-0.00128X7+0.00069X8-0.0199X9±3.329

通过向公式(1)中代入某地区地理环境因子指标数据可获得该地区健康男性LVEF参考值。

输入5项具有相关性的地理环境因子和心率数据，利用SAS软件计算，输出中国健康成年男性LVEF参考值与心率和地理环境因子的岭迹图(图2)。观察岭迹图(图2)可知，取岭参数k=0.3时，计算出中国健康成年男性LVEF参考值与心率和地理因子的岭回归方程公式(2)：

Y=75.923-0.1035X1-0.0958X3-0.0741X6+0.00094X7+0.00081X8-0.0211X9±3.288

通过向公式(2)中代入某地区地理环境因子和个体心率指标数据可获得该地区该健康男性LVEF参考值。

空间分布为了能够清晰准确地表达中国健康成年男性LVEF参考值的地理分布规律，选取全国2322个数据点进行定位，利用地统计分析方法，在对数据进行分析、筛选、变换的基础上，选择克里金插值法，最终绘制出最优预测模型数据为基础的中国健康成年男性LVEF参考值的地理分布趋势图，显示中国健康成年男性LVEF参考值呈现从南向北递减的趋势(图3)。LVEF参考值与纬度和气温年较差呈负相关，与年平均气温、年平均相对湿度和年降水量呈正相关。分布图呈现与纬度和气温年较差负相关的变化趋势，呈现与年降水量全国分布正相关的变化趋势(图3)。

LVEF:左室射血分数

LVEF:left ventricular ejection fraction

图1成年男性LVEF参考值岭迹图

Fig1Ridge trace plot of LVEF reference values in adult males

图2成年男性LVEF参考值与心率的岭迹图

Fig2Ridge trace plot of LVEF reference values and heart rate in adult males

讨 论

环境是一个有机整体，包括空气、水、土壤、生物和矿物质等基本要素，生物体从中吸收营养物质，排泄废物。这个代谢过程以及能量的交换，形成了人与地理环境之间物质交换的动态平衡。因此，不同地理区域LVEF参考值不同。可以说LVEF参考值与地理环境因子之间存在相关性。

人类生理现象受到地理环境的深入影响，相关观点可以追溯到古希腊和中国古代时期。希波克拉底在《论风、水和地方》一书中描述了各种地理环境因素对人类健康的影响[18]。他认为一个医生进入某个城市首先要注意这个城市的方向、土壤、气候、风向、水源、水、饮食习惯、生活方式等与人的健康和疾病有密切关系的自然环境。《黄帝内经》也细致讨论了地理环境与人类生理的关系[19]。

本研究地理环境因素更密切地关系到中国健康成年LVEF参考值，包括纬度(X3)、年平均气温(X6)、年平均相对湿度(X7)、年降水量(X8)、气温年较差(X9)。随着纬度和气温年较差的增加，LVEF参考值减小；随着年降水量的增加，LVEF参考值增大。受地理位置及气候的影响，中国纬度低的地区，健康成年男性LVEF参考值较大；气温年较差小的地区，健康成年男性LVEF参考值较大；年平均气温高的地区，健康成年男性LVEF参考值较大；年平均相对湿度大的地区，健康成年男性LVEF参考值较

图3中国健康成年男性LVEF参考值的全国分布趋势图

Fig3Distribution of LVEF reference values in healthy adult males across China

大；年降水量多的地区，健康成年男性LVEF参考值较大。中国纬度高的地区，健康成年男性LVEF参考值较小；气温年较差大的地区，健康成年男性LVEF参考值较小；年平均气温低的地区，健康成年男性LVEF参考值较小；年平均相对湿度小的地区，健康成年男性LVEF参考值较小；年降水量少的地区，健康成年男性LVEF参考值较小。由此可见,中国健康成年男性LVEF参考值与地理环境因子存在空间分布的相关性。

有学者对热和湿度对生理应变影响模型的有效性进行了研究，表明相对湿度较低心率较高[20]。有研究发现，较高温度和较大的湿度变化与心律失常性右心室发育不良患者的室性心律失常和心脏性猝死发生相关[21]。在大气温度和湿度对不同疾病影响的研究中得出了在高温和高湿的环境中大多数疾病呈现高水平分布的情况。当大气温度达到最佳范围(12℃或更高)时，湿度的增大会引起疾病发生率的增加[22]。韩国一项研究探讨了急救部门日常数之间的相关性：急性心力衰竭和韩国的环境温度和湿度的相关性，受试者分别在不同最低温度百分位：温度1：-8.3～4.9℃，温度2：5.0～16.0℃，温度3：16.1～27.5℃进行测量比较，结果显示受试者平均LVEF为41.7±14.7，其中63.7%的患者左室射血分数下降[23]。分析原因可能是当湿度增大时空气中的负离子含量增加，而空气负离子可以对生理机能和心理机能产生促进，使血管扩张和减轻动脉痉挛。同时增加血氧含量，改善心脏功能和心肌营养状况[24]。由此分析，相对湿度增大，心率降低，LVEF参考值增大。

国内外学者已有成果研究关于温度或季节的变化对心功能造成的影响。北美的一项研究显示，日平均气温降低4.7℃可引起心血管疾病死亡率上升2.6%[25]。环境温度与心衰发病率的季节变化有联系，特别是在冬天[23]。一些研究表明，由于温度下降后造成的生理影响被认为与冠心病的风险增加相关，也能增加急性心力衰竭的风险，例如，皮肤冷却可增大全身血管阻力、心率、血浆去甲肾上腺素浓度、循环血管收缩肽和血压水平[26-27]。寒冷也能引起心肌缺血[28]。这些都会导致心力衰竭的风险增加。目前，温度是导致血压季节性波动的主要因素。其机制可能是交感神经系统在温度降低时被激活，然后增加儿茶酚胺的释放。最后导致心率增加[29]。由此得出平均气温降低，LVEF降低。低气温的环境可能导致心率的增加，LVEF降低。在正常范围内，正常人心率的增加可导致心输出量增加。虽然由于心脏收缩期的相应缩短，每次减少的量减少。当然，由于心率缩短，血液回到心脏体积也减少了，这也将减少每搏输出量的数量，而短期左室舒张末期容积变化不大，所以射血分数降低。反之亦然。

综上，本研究得出以下结论：人体与环境是一个有机整体，不同地理环境中，人体的生理机能水平表现出差异性，相似地理环境中，人体的生理机能水平表现出相似性。在空间水平上，中国健康成年男性LVEF参考值与纬度(X3)、年平均气温(X6)、年平均相对湿度(X7)、年降水量(X8)、气温年较差(X9)等地理环境因子具有相关性。不同地理环境区域中，LVEF参考值具有差异。从健康成年男性LVEF参考值在中国的总体分布上看，呈现由南向北逐渐递减的趋势。如果某地区地理因子是已知的，则该地区LVEF参考值可以由公式计算得出。同时，LVEF与心率呈负相关性。由于中国地域辽阔、地理环境复杂、人口分布不均等原因，本研究在资料的获取上受到限制，其中西部地区资料较少，港澳台地区资料缺乏。同时，地理环境是一个复杂的综合体，本研究选择的9项地理环境因子是这个复杂综合体的一部分，无法全面体现地理环境对人体生理机能的影响。因此，今后会进一步考虑引入大气、水文、土壤等因子，完善研究。