QRS-T夹角及其临床应用

严静怡 朱金秀 谭学瑞

1 背景

1933年Wilson等[1]首次提出心室复极梯度(ventricular gradient,VG)的概念。VG又称心室复极差力,是QRS波向量和T波向量的综合向量。心内膜和心外膜心肌细胞复极速度不等是形成心室复极梯度的主要原因[2]。通过测量心室复极梯度,可鉴别原发性和继发性心室复极异常[3]。由于VG计算过程烦琐,仅有小部分学者进行了学术研究,并未将它应用于临床。1983年,Geselowitz[4]在Wilson等[1]的研究基础上发现,QRS-T波群不仅与动作电位本身有关,还与动作电位时程的空间不均一性相关,并提出了空间心室复极梯度(spatial ventricular gradient,SVG)的概念。SVG相当于空间QRS波群电轴和T波电轴的合力。QRS-T夹角(QRS-T angle,QRS-Ta)则是指QRS波群电轴和T波电轴间围成的夹角,实际上是SVG的另一种表现形式。与SVG不同的是,QRS-T夹角主要反映继发性的心室复极改变。

2 QRS-T夹角的分类

QRS-T夹角分为空间QRS-T夹角和平面QRS-T夹角。根据算法的不同,空间QRS-T夹角又分为最大空间QRS-T夹角(spatial peak QRS-T angle,SP QRS-Ta)、平均QRS-T夹角 (spatial mean QRS-T angle,SM QRS-Ta)和总余弦值R-to-T(total cosine R-to-T,TCRT)。如无特指,平面QRS-T夹角一般是指额面QRS-T夹角。空间QRS-T夹角是心电向量指标,必须通过直接或间接的正交导联计算得出。Zhang等[5]在一项前瞻性研究中发现,平面QRS-T夹角与空间QRS-T夹角在预测冠心病事件和全因性死亡方面没有差别,由此提出前者可作为后者的替代指标。然而,目前大多学者认为,空间QRS-T夹角预测疾病的发生率及死亡率较平面QRS-T夹角更准确,后者不能作为前者的替代指标[6]。原因可能是平面QRS-T夹角可直接通过体表心电图计算得出,而心电图在二次投影过程中往往伴有信息丢失,因此空间QRS-T夹角比平面QRS-T夹角能更真实、更准确地反映心脏电活动[7]。

3 空间QRS-T夹角的计算

3.1 最大空间QRS-T夹角的计算

最大空间QRS-T夹角是指QRS波向量环和T波向量环内最大电轴围成的夹角。在一个心动周期内,向量环内空间位置相近但时间相差较大的两点的中点即向量环的起点,而起点与向量环内最远点间的连线即最大电轴。由于最大电轴易受向量环的形状和大小的影响,因此最大空间QRS-T夹角不稳定。最大空间QRS-T夹角的计算公式如下:

其中,Rx、Ry和Rz分别表示最大QRS波电轴在x、y和z轴上的投影;同理,Tx、Ty和Tz分别表示最大T波电轴在x、y和z轴上的投影。

3.2 平均QRS-T夹角的计算

平均QRS波电轴和平均T波电轴间围成的夹角就是平均QRS-T夹角。当向量环对称时,平均QRS-T夹角等于最大空间QRS-T夹角。平均QRS-T夹角的计算公式如下:

或

其中,Rm和Tm分别表示平均QRS电轴和平均T波电轴;Rx、Ry和Rz分别表示最大QRS波电轴在x、y和z轴上的投影;Tx、Ty和Tz分别表示最大T波电轴在x、y和z轴上的投影。

3.3 总余弦值R-to-T的计算

总余弦值R-to-T(TCRT)反映两向量环起点之间的离散度,实际上是通过奇异值分解的数学方法对数据进行降维。Ⅰ、Ⅱ、V1～V6导联能量最大的三个电轴构建三维空间,形成空间QRS波和T波向量环,在T波向量环内确定最大T波电轴。TCRT实际上是指最大T波电轴和QRS向量环内每一瞬间QRS电轴间夹角余弦值的平均值,即先算夹角余弦值再计算平均值;平均QRS-T夹角则是先计算平均值,再计算余弦值。TCRT和夹角值呈负相关,即空间QRS-T夹角越大,TCRT越小;空间QRS-T夹角越小,TCRT越大。TCRT取值范围为-1～1。当TCRT在-1～0时,QRS-T夹角在90°～180°;当QRS-T夹角在0～90°时,TCRT 在0～1取值。在正常人群中,TCRT取值范围为0.4～0.8。TCRT的计算公式如下:

4 平面QRS-T夹角的计算

平面QRS-T夹角是指额面QRS波群电轴(QRS wave axis,QRSaxis)和T波电轴(T wave axis,Taxis)之间的夹角,其大小等于QRS波电轴和T波电轴差值的绝对值。如绝对值>180°,则平面QRS-T夹角=360°-|QRSaxis-Taxis|。

5 QRS-T夹角的影响因素及正常范围

QRS-T夹角与个体的种族、性别、年龄、身高和体质量等生理因素相关,心室肥厚(特别是左心室肥厚)、室内传导阻滞和心肌缺血等病理因素对QRS-T夹角也有影响[8-9]。国外有多项关于空间QRS-T夹角正常范围的研究,但研究结果不一致，其原因可能为研究对象及计算方法的差异。Scherptong等[8]认为,女性空间QRS-T夹角的正常值为(66±23)°,男性则是(80±24)°;Kors等[9]指出,空间QRS-T夹角<105°正常,105°～135°为临界值,>135°为异常。关于平面QRS-T夹角,目前尚无统一标准，较普遍的观点是,平面QRS-T夹角<45°为正常,45°～90°为临界值,>90°为异常。国外相关文献中的研究对象多为黑人或白人,而QRS-T夹角具有种族差异,因此,国外文献得出的QRS-T夹角的正常范围不适用于中国人群。研究还发现,QRS-T夹角存在性别、年龄差异,但目前相关研究均未能根据性别、年龄分层,计算相应的QRS-T夹角正常范围。

6 QRS-T夹角的临床应用研究

6.1 QRS-T夹角与室性心律失常

心室复极化不均一性,又称心室复极化异质性,是室性心律失常发生的基础。心室复极化异质性增强后,可能通过激发活动和折返等机制而引发室性心律失常[11-12]。反映心室复极化异质性的心电指标如QT间期、QT离散度Tp-Te等,能预测心律失常和心脏性猝死(sudden cardiac death,SCD)的发生;而与QT间期等传统的心电指标相比,QRS-T夹角预测的准确性、稳定性和重复性更好。研究发现,无论是正常人群,还是心肌缺血、心梗术后、系统性硬化、肥厚型心肌病、冠心病及心衰患者,QRS-T夹角异常增大均是恶性心律失常的独立预测因子[13-16]。

6.2 QRS-T夹角和高血压

研究表明,高血压患者的QRS-T夹角大于正常人群。Dern等[17]发现在高血压治疗过程中,高血压人群的QRS-T夹角随着血压的降低而减小,因此认为QRS-T夹角的变化可能与心肌缺血及心肌肥厚有关。Atsma等[18]在969名不伴有左室肥厚的绝经后妇女中发现,血压的升高与QRS-T夹角增大相关,并提出在发生左室肥厚前,血压升高可导致心室去极化和复极化异常。至于能否在临床上应用QRS-T夹角来评价高血压治疗效果,仍需进一步的研究证实。

6.3 QRS-T夹角和糖尿病

糖尿病患者发生室性心律失常和SCD的风险增大[19]。而室性复极化异常是心律失常发生的基础[20]。慢性高血糖能引起心脏结构和功能改变,导致心肌复极化异常,从而增加心律失常的发生风险。因此,利用QRS-T夹角预测糖尿病患者发生心律失常的风险具有合理性。研究表明,与对照组相比,糖尿病患者的QRS-T夹角值明显增大;若糖尿病患者伴有心脏自主神经病变，则QRS-T夹角越大，其发生心律失常的风险越高[21-22]。QRS-T夹角还与糖尿病患者的血糖控制情况相关,Voulgari等[23]纳入74名糖尿病患者和74名性别、年龄与之匹配的无糖尿病患者,在分析QRS-T夹角与糖尿病发生的关系时,发现QRS-T夹角与糖化血红蛋白水平呈正相关,即血糖控制不佳时,QRS-T夹角增大。

6.4 QRS-T夹角与心脏性猝死

SCD起病急、进展快、死亡率高。流行病学资料显示,全球每年约有150万人死于SCD[24]。对SCD的高危人群采取及时有效的预防措施,能明显降低SCD发生率。因此,发现SCD的早期预测指标,识别研究高危人群是目前的研究热点。SCD通常继发于室颤,主要表现为心脏电衰竭。早期研究发现衡量复极化异质性的指标如QT间期、QT离散度、Tp-Te等,也能预测SCD的发生。然而,这些传统的心电指标仅能在准确定位T波终点的基础上单纯反映复极化异常,而且目前对于T波终点的测量,尚缺少统一的标准。空间QRS-T夹角则能同时兼顾心脏去极化和复极化,更好地反映心脏整体的电活动。研究发现QRS-T夹角能预测普通中年人群和急性冠脉综合征SCD的发生[25-26]。一项关于QRS-T夹角和普通中年人群SCD风险的研究中入选了10 957名研究对象,主要终点事件为心律失常性死亡,次要终点为全因性死亡和非心律失常性心源性死亡。结果显示QRS-T夹角≥100°增加心律失常性死亡和全因性死亡的风险[10]。Lingman等[26]对643名急性冠脉综合征患者进行了为期30个月的随访,其间77名患者死亡,其中37名死于SCD,21名死于其他心源性疾病;Logistics回归分析结果表明,QRS-T夹角是急性冠脉综合征患者发生SCD的独立预测指标,且在传统的预测模型基础上结合QRS-T夹角,能提高模型预测的准确性。

6.5 QRS-T夹角与冠心病

多项研究表明,QRS-T夹角是冠心病事件发生及死亡的独立预测因子[27-28]。这可能是因为冠心病引起的心肌缺血影响到心肌细胞的电活动,导致心肌去极化和复极化改变[29]。多项研究结果显示,冠心病人群的QRS-T夹角大于正常人群,且经治疗后,QRS-T夹角会减小[30-31]。QRS-T夹角除了能预测冠心病的发病率和死亡率外,研究发现它还能预测冠心病患者发生心律失常事件的风险,且冠心病患者平面QRS-T夹角越大,其发生室性心动过速的风险就越高[30, 32-33]。

6.6 QRS-T夹角的其他应用研究

Voulgari等[34]以105名伴有心脏自主神经病变、127名无心脏自主神经病变的糖尿病患者和与之性别、年龄匹配的232名健康对照者为研究对象,分析QRS-T夹角和2型糖尿病心脏自主神经病变的关系;研究结果显示,糖尿病患者的QRS-T夹角大于对照组,伴有心脏神经官能症的糖尿病患者QRS-T夹角大于无神经官能症者。Jaroszynski等[35]测量了57名腹膜透析患者和54名健康对照者的QRS-T夹角,并分析QRS-T夹角与冠状动脉钙化及粥样硬化之间的关系;结果显示,腹膜透析患者的QRS-T夹角大于健康对照组,可能与这类患者的冠状动脉钙化、动脉粥样硬化负担较重及肌钙蛋白T水平升高有关。一项关于QRS-T夹角与血透患者预后的研究指出,QRS-T夹角是血透患者全因性死亡尤其是心源性死亡的独立预测指标,并进一步建议利用QRS-T夹角对血透患者进行危险分层[36]。透析患者QRS-T夹角增大的机制及临床意义需要进一步的研究证实。Dawood等[37]分析了QRS-T夹角与经抗病毒反转录治疗的艾滋病患者心血管疾病发生风险的关系,研究纳入4453名艾滋病患者,进行了为期28.7个月的随访;结果显示异常增大的QRS-T夹角是接受抗病毒治疗的艾滋病患者发生心血管事件的独立预测因子,提示心电图可用于筛查艾滋病患者的心血管疾病。Chen等[38]对193名急性心肌炎患者随访5.7年,分析入院QRS-T夹角是否与急性心肌炎的发生率和死亡率相关;结果显示QRS-T夹角异常增大时,急性心肌炎的发生率和死亡率升高。早期研究表明,QRS-T夹角与心衰密切相关。2018年有一项关于额面QRS-T夹角与保存心室射血分数的心力衰竭者心室重塑关系的研究,结果显示额面QRS-T夹角与心室重塑之间呈正相关,为我们提供了有关心室重构研究的新方向[39]。

7 总结

QRS-T夹角反映的是心室去极化和复极化之间的关系,它不仅能预测冠心病、SCD的发生,还与高血压、糖尿病等疾病密切相关。早年,由于计算的复杂性及耗时长,限制了QRS-T夹角的临床应用;随着信息化时代的到来,计算工具不断更新、QRS-T夹角算法不断简化,该指标的计算不再成为限制其应用的障碍。QRS-T夹角正常范围的标准成为目前限制其临床应用的主要问题。指标运用于临床的前提条件之一是临床医生必须了解该指标的正常范围,但目前对QRS-T夹角没有统一的标准。由于QRS-T夹角与个体的种族、性别、年龄和体质量等生理因素相关,因此为了推进QRS-T夹角的临床应用,有必要进行大样本中国人群的QRS-T夹角正常范围研究。