姜容容（綜述） 王宜青 黃國倩（審校）

各種心血管危險因素和疾病均可導(dǎo)致動脈生物特性的改變，而后者又進一步在心血管疾病的發(fā)病機制中發(fā)揮重要作用，最終導(dǎo)致心血管不良事件的風險升高。運用超聲技術(shù)可以無創(chuàng)性評估動脈硬度和順應(yīng)性等生物特性，研究已經(jīng)證實脈搏波傳導(dǎo)速度（pulse wave velocity, PWV）和β指數(shù)等對于普通人群和各種心血管疾病患者具有重要的預(yù)后價值，因此成為研究領(lǐng)域的熱點。本文對動脈的生物學(xué)特性、無創(chuàng)性測量技術(shù)和指標及其在不同人群中的應(yīng)用作一綜述。

1 動脈的生物學(xué)特性、作用和病理生理意義

通常近端大動脈更有彈性而遠端小動脈更僵硬。大動脈起傳輸血液和緩沖作用以維持遠端小動脈血流的持續(xù)穩(wěn)定。心室射血產(chǎn)生原始的前向動脈波形，當遇到動脈分叉處和小的肌性動脈時反射回主動脈（反射波）。反射波在舒張晚期回傳至升主動脈，有助于維持舒張壓，以保證遠端有足夠的血流。

近年來動脈硬度在心血管疾病中的作用越來越受到重視，越來越多的學(xué)者認為動脈硬度和反射波現(xiàn)象是導(dǎo)致心血管事件的重要原因。當發(fā)生動脈硬化時，如老人和高血壓患者，反射波傳導(dǎo)速度加快，在心室收縮晚期即回傳至升主動脈，與前向的原始波相互疊加，導(dǎo)致收縮壓升高、舒張壓快速下降以及中心脈壓差增加。收縮壓升高增加了左心室的后負荷，從而導(dǎo)致心肌耗氧量增加；中心脈壓差升高和舒張壓降低導(dǎo)致心臟舒張期冠脈灌注不足，進而導(dǎo)致或加重心內(nèi)膜下心肌缺血。此外，左心室后負荷增加可導(dǎo)致心臟結(jié)構(gòu)改變，如左心室肥厚等，從而導(dǎo)致左心室舒張功能減退。中心脈壓差增加還使得顱內(nèi)和顱外動脈內(nèi)中膜增厚，增加了頸動脈狹窄和斑塊破裂的可能性[1]；如同時伴隨較高的脈壓差和心衰，使得動脈僵硬患者卒中的發(fā)病率增加。在一般人群、高血壓、糖尿病、終末期腎病和老年人中，動脈硬度具有獨立預(yù)測價值。最新的歐洲高血壓診斷和治療指南（2007年版）推薦將動脈硬度作為靶器官損傷的標志。

2 無創(chuàng)性測量動脈生物特性的常用指標和方法

許多參數(shù)可用來評估動脈生物特性，包括動脈硬度和反射波。這些參數(shù)原理不同，適用的臨床范圍不同，不能簡單視為互相通用。

2.1 動脈硬度 分為系統(tǒng)、區(qū)域（兩點之間）和局部（某點）硬度。系統(tǒng)動脈硬度需要估測，而局部和區(qū)域動脈硬度可直接無創(chuàng)測量。

2.1.1 區(qū)域動脈硬度的測量——脈搏波傳導(dǎo)速度 PWV指兩位點間的距離除以脈搏波傳導(dǎo)時間（圖1），是無創(chuàng)評價動脈硬度最簡單穩(wěn)定、重復(fù)性最好的指標，也是目前研究最深入和預(yù)后價值較明確的指標之一。歐洲高血壓協(xié)會推薦以頸-股脈搏波速度（carotid femoral pulse wave velocity, c-fPWV）作為無創(chuàng)性測量動脈僵硬度的“金標準”。主動脈的PWV隨年齡增加呈非線性增加，在50歲以上的人群中增加較快；而外周動脈的PWV并不隨年齡增加而增加[2]。脈搏波在動脈樹各個位置的傳導(dǎo)速度不同，由近及遠逐漸增大；PWV在升主動脈為4～5m/s，腹主動脈為5～6m/s，而在髂動脈和股動脈則為8～9m/s。PWV可以預(yù)測無明顯心血管疾病人群的卒中、冠心病、腎衰竭和認知功能障礙的發(fā)病風險。抗高血壓的治療效果與c-fPWV呈負相關(guān)[3]，但是c-fPWV是否可以作為獨立預(yù)后因子成為治療干預(yù)的目標尚無定論。目前，c-fPWV還未在臨床廣泛使用，原因在于測量方法尚未完全統(tǒng)一，各種測量方法結(jié)果差異很大，各項研究中采取的閾值也不盡相同，正常值范圍尚未完全確定。另外，肥胖、糖尿病和外周動脈疾病患者記錄股動脈的壓力波形比較困難；胸腹動脈迂曲患者的外部測量距離不準確。歐洲一項大型研究（11 092名正常人）首次統(tǒng)一了該指標的測量技術(shù)，即采用正交切線法測定時間，改良直接法測定距離[4]；該研究還建立了不同年齡組和血壓組PWV的參考值，對于該指標今后的臨床推廣具有重要指導(dǎo)意義。

2.1.2 局部動脈硬度的測量 超聲是目前無創(chuàng)測量動脈壁楊氏系數(shù)（Young's modulus）、內(nèi)中膜（intima-media thickness,IMT）厚度和彈性性能關(guān)系的唯一方法。頸動脈是常用的測量部位。圖2顯示了局部動脈擴張度。表1列出了超聲無創(chuàng)測量局部動脈硬度的各項參數(shù)的定義和計算公式。由于測量局部動脈硬度技術(shù)要求高、耗時長，需同時測量局部血壓，目前只用于病理生理研究、藥理學(xué)研究和療效評價，流行病學(xué)研究較少。新出現(xiàn)的e-tracking技術(shù)測量心動周期內(nèi)管腔內(nèi)徑、面積、壓力以及血流速度的變化，不僅可以計算楊氏系數(shù)、局部PWV[5]、β指數(shù)等，還能同時測量IMT，測量的精確度較傳統(tǒng)的血管超聲技術(shù)提高了6～10倍。在血壓正常的中年人群用e-tracking 測量擴張度，胸主動脈為40kPa ×10-3[6]，頸動脈則降至10～20kPa×10-3[7]，在橈動脈則為5kPa×10-3[8]。β指數(shù)是指收縮壓/舒張壓與直徑變化值的比值的對數(shù)，為非量綱指數(shù)，臨床應(yīng)用研究較為廣泛。相對于原發(fā)性高脂血癥兒童和正常兒童，家族性高脂血癥兒童β指數(shù)升高[9]。亞臨床甲狀腺功能減退患者的β指數(shù)較正常人高，且與年齡、舒張壓以及收縮壓呈正相關(guān)。血透患者的β指數(shù)與平均IMT及頸動脈粥樣斑塊評分呈正相關(guān)；此外，在這類患者中，無癥狀腦梗死的患者β指數(shù)高于無腦梗死患者[10]。

2.1.3 系統(tǒng)動脈硬度 動脈順應(yīng)性與硬度成反比，可用來反映系統(tǒng)的動脈硬度。系統(tǒng)動脈順應(yīng)性（systemic arterial compliance, SAC）可以用如下公式進行估算：SAC=SV/PP，其中，SV代表每搏輸出量，可通過M型、二維和彩色多普勒超聲獲得；PP是主動脈內(nèi)的脈壓差。無創(chuàng)技術(shù)不能精確測量SV及主動脈內(nèi)的脈壓差，限制了該參數(shù)的臨床應(yīng)用。

表1 局部動脈僵硬度的參數(shù)

2.2 動脈波形分析（pulse wave analysis, PWA）——反射波如圖3所示，中心動脈壓力波形是由心室收縮產(chǎn)生的前向血流P1和反射波P2疊加而成，中心脈壓差、中心收縮壓和增強指數(shù)（augmentation index, AIx）反映了大動脈生物特性。AIx＝（P2－P1）/PP，P2是第二收縮峰壓，P1是第一收縮峰壓，反映了收縮晚期反射波的疊加所占脈壓差的比例。動脈硬度升高使得原本在舒張期到達主動脈根部的反射波提早到達，導(dǎo)致收縮期血壓升高，中心脈壓差和AIx加大。PWA受心率及左心室功能影響，左心功能受損會影響PWA指標的可靠性；此外，AIx還受到血壓、身高、年齡和性別等因素的影響[11]。與PWV相反，AIx在＜50歲的人群中與年齡呈正相關(guān)；接近或＞50歲人群中增長緩慢。聯(lián)合這兩個指標能更好地評估各年齡人群的動脈硬度。

中心動脈壓力波形代表左心室和中心動脈壁的真實負荷，但由于測量困難，常以橈動脈或頸總動脈波形替代。頸動脈AIx略低于主動脈內(nèi)AIx，兩者相關(guān)性良好，但存在技術(shù)要求高、易致患者不適，不能用于頸動脈有大斑塊和鈣化的患者。由于年輕人脈搏波的放大效應(yīng)，用肱動脈的脈壓差來代替主動脈或者頸動脈的脈壓差不夠準確；而由于老年人中心動脈硬化，脈壓差放大效應(yīng)減弱，外周脈壓差較年輕人更接近于中心脈壓差。用筆形探頭（SPT-301, Millar Instruments）可記錄橈動脈和頸總動脈的血壓波形，以橈動脈更加方便易行，也更常用。外周動脈波形可用手指光體積描記術(shù)進行分析，其測值與主動脈的擴張度以及動脈粥樣硬化的程度相關(guān)[12]。各種方法測量所得AIx的預(yù)后價值尚需進一步研究。

3 PWV在各類人群中的應(yīng)用

3.1 普通人群 PWV在普通人群中有著很好的預(yù)后價值。一項包含1678名普通人群的研究證實，PWV升高是心血管事件的獨立預(yù)測因子，PWV每升高一個標準差，則心血管事件的風險就上升16%～20%[13]。另一項包含2835名健康者的研究發(fā)現(xiàn)，調(diào)整多種傳統(tǒng)心血管危險因素后，PWV是卒中和冠心病的獨立預(yù)測因子[14]。在調(diào)整PWV后，肱動脈脈壓差與心血管事件并無特別明顯的關(guān)系，可能與脈搏波的放大效應(yīng)有關(guān)，因此相對于肱動脈脈壓差，PWV在普通人群危險分層中更有優(yōu)勢[15]。

3.2 高血壓患者 PWV升高與高血壓患者發(fā)生冠脈事件和卒中事件相關(guān)；AIx與高血壓患者的左心室壁重量和頸動脈內(nèi)中膜厚度的變化相關(guān)。頑固性高血壓患者的AIx和PWV顯著高于血壓可控制人群及血壓正常人群，主動脈應(yīng)變和主動脈擴張性則顯著降低[16]。一項包含15項隨機雙盲對照研究的Meta分析提示所有治療組的PWV均較安慰劑組降低，其中ACEI改善動脈硬度的效果優(yōu)于鈣離子拮抗劑[3]。

3.3 老年患者 老年患者的脈壓差放大效應(yīng)較弱，因此肱動脈脈壓差是評估心血管風險的簡便可靠指標，PWV也是老年人重要的預(yù)后指標。一項包含2488名老年人的大型研究發(fā)現(xiàn)，在調(diào)整年齡、血壓、血肌酐、既往心血管疾病等影響因素后，PWV是心血管死亡、冠心病和卒中的預(yù)后因子[17]。AIx在65歲以上人群中上升很少，因此在老年人中的預(yù)測價值并不高[18]。弗明漢心臟研究發(fā)現(xiàn)，社區(qū)中動脈硬度異常的發(fā)病率與老齡化顯著相關(guān)，特別是肥胖和糖尿病患者，隨著老齡化的加劇，由動脈硬度增加導(dǎo)致的疾病負擔也顯著加重[2]。對873名80歲以上老年人的微型精神狀態(tài)評估（MMSE）及c-fPWV隨訪1年，結(jié)果顯示，PWV異常越明顯，老年人的認知功能障礙就越明顯，因此c-fPWV可作為檢測認知功能減退的篩選指標[19]。

3.4 冠心病患者 動脈硬度和冠脈造影中冠脈病變的嚴重程度呈正相關(guān)；其中，PWA和中心動脈壓預(yù)測冠脈病變的嚴重程度比外周動脈壓更加敏感[20]。冠心病患者行再血管化治療后c-fPWV并無明顯變化，提示再血管化的心臟局部治療作用并不伴隨動脈功能的改善[21]。

3.5 慢性腎?。–KD）患者 相對于年齡和血壓水平相同的人群，CKD患者動脈硬度升高。主動脈PWV與CKD的心血管死亡顯著相關(guān)，PWV＞12m/s的患者罹患心血管事件的風險是PWV＜9.4m/s患者的5.9倍；在血壓控制后，PWV每降低1m/s可進一步降低21%的心血管死亡風險。在未行透析的CKD患者中，PWV和AIx與GFR呈負相關(guān)；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，提示透析能改善動脈硬度[22]。在另一項包含367名CKD患者的研究中，PWA的各項指標，包括AIx、主動脈脈壓差、中心收縮壓和舒張壓均與IMT顯著相關(guān)，可用來預(yù)測腦血管事件的發(fā)生風險[23]。

3.6 心衰患者 在慢性心衰患者中，主動脈僵硬和心血管死亡率之間的關(guān)系尚不明確；但主動脈的硬度和活動耐量相關(guān)[24]，而活動耐量是死亡率的重要決定因子之一。

3.7 行心血管外科手術(shù)的患者 馬方綜合征患者的腹主動脈硬度較正常升高。主動脈硬度異常升高是馬方綜合征患者發(fā)生主動脈夾層和主動脈擴張（OR＝2.2）的預(yù)后因子。主動脈縮窄修補術(shù)后血壓正常者的AP、AIx、APP和PWV仍較正常升高，且與手術(shù)時的年齡無關(guān)，提示手術(shù)不能緩解縮窄對大血管的損傷[25]。

4 現(xiàn)狀和發(fā)展前景

動脈硬度反映心血管的危險負荷，在各種心血管疾病的發(fā)生、發(fā)展和預(yù)后中扮演重要角色。運用超聲等無創(chuàng)技術(shù)可定量評價動脈硬度、順應(yīng)性、反射波等指標，有助于了解疾病的進程、靶器官的損害程度及預(yù)后信息。然而目前大多數(shù)資料主要來源于流行病學(xué)和預(yù)防醫(yī)學(xué)研究。雖然技術(shù)和指標眾多，但各有優(yōu)勢和不足，臨床意義和適用范圍尚未完全明確，方法學(xué)尚未統(tǒng)一，缺乏大規(guī)模的隨機對照雙盲的前瞻性研究和公認的正常值，因此，動脈生物特性的指標尚不能常規(guī)應(yīng)用于臨床診斷、預(yù)后評價和指導(dǎo)治療。相信今后隨著研究的不斷深入及測量方法的逐漸完善，超聲無創(chuàng)性檢測動脈生物特性必將成為臨床早期識別高?；颊呒爸笇?dǎo)干預(yù)治療的有效手段。

[1]von Sarnowski B, Ludemann J, Volzke H, etal. Common carotid intima-media thickness and Framingham risk score predict incident carotid atherosclerotic plaque formation:longitudinal results from the study of health in Pomerania.Stroke, 2010, 41(10): 2375-2377.

[2]Mitchell GF, Guo CY, Benjamin EJ, etal. Cross-sectional correlates of increased aortic stiffness in the community:the Framingham heart study. Circulation, 2007, 115(20):2628-2636.

[3]Ong KT, Delerme S, Pannier B, etal. Aortic stiffness is reduced beyond blood pressure lowering by short-term and long-term antihypertensive treatment: a meta-analysis of individual data in 294 patients. J Hypertens, 2011, 29(6):1034-1042.

[4]Reference Values for Arterial Stiffness' Collaboration.Determinants of pulse wave velocity in healthy people and in the presence of cardiovascular risk factors: 'establishing normal and reference values'. Eur Heart J, 2010, 31(19):2338-2350.

[5]Pandit D, Kinare A, Chiplonkar S, etal. Carotid arterial stiffness in overweight and obese Indian children. J Pediatr Endocrinol Metab, 2011, 24(1-2): 97-102.

[6]Isnard RN, Pannier BM, Laurent S, etal. Pulsatile diameter and elastic modulus of the aortic arch in essential hypertension: a noninvasive study. J Am Coll Cardiol,1989, 13(2): 399-405.

[7]Laurent S, Caviezel B, Beck L, etal. Carotid artery distensibility and distending pressure in hypertensive humans. Hypertension, 1994, 23(6 Pt 2): 878-883.

[8]Laurent S, Hayoz D, Trazzi S, etal. Isobaric compliance of the radial artery is increased in patients with essential hypertension. J Hypertens, 1993, 11(1): 89-98.

[9]Riggio S, Mandraffino G, Sardo MA, etal. Pulse wave velocity and augmentation index, but not intima-media thickness, are early indicators of vascular damage in hypercholesterolemic children. Eur J Clin Invest, 2010,40(3): 250-257.

[10]Ogawa T, Shimada M, Ishida H, etal. Relation of stiffness parameter beta to carotid arteriosclerosis and silent cerebral infarction in patients on chronic hemodialysis. Int Urol Nephrol, 2009, 41(3): 739-745.

[11]Lemogoum D, Flores G, Van den Abeele W, etal. Validity of pulse pressure and augmentation index as surrogate measures of arterial stiffness during beta-adrenergic stimulation. J Hypertens, 2004, 22(3): 511-517.

[12]Takazawa K, Tanaka N, Fujita M, etal. Assessment of vasoactive agents and vascular aging by the second derivative of photoplethysmogram waveform. Hypertension, 1998, 32(2):365-370.

[13]Weber T, Ammer M, Rammer M, etal. Noninvasive determination of carotid-femoral pulse wave velocity depends critically on assessment of travel distance: a comparison with invasive measurement. J Hypertens, 2009,27(8): 1624-1630.

[14]Weber T, Rammer M, Eber B, etal. Determination of travel distance for noninvasive measurement of pulse wave velocity: case closed? Hypertension, 2009, 54(5): e137.

[15]Lakatta EG, Wang M, Najjar SS. Arterial aging and subclinical arterial disease are fundamentally intertwined at macroscopic and molecular levels. Med Clin North Am,2009, 93(3): 583-604.

[16]Pabuccu T, Baris N, Ozpelit E, etal. The relationship between resistant hypertension and arterial stiffness. Clin Exp Hypertens, 2012, 34(1): 57-62.

[17]Sutton-Tyrrell K, Najjar SS, Boudreau RM, etal. Elevated aortic pulse wave velocity, a marker of arterial stiffness,predicts cardiovascular events in well-functioning older adults. Circulation, 2005, 111(25): 3384-3390.

[18]Dart AM, Gatzka CD, Kingwell BA, etal. Brachial blood pressure but not carotid arterial waveforms predict cardiovascular events in elderly female hypertensives.Hypertension, 2006, 47(4): 785-790.

[19]Benetos A, Watfa G, Hanon O, etal. Pulse wave velocity is associated with 1-year cognitive decline in the elderly older than 80 years: the PARTAGE study. J Am Med Dir Assoc,2012, 13(3): 239-243.

[20]Bangalore S, Messerli FH, Franklin SS, etal. Pulse pressure and risk of cardiovascular outcomes in patients with hypertension and coronary artery disease: an international verapamil SR-trandolapril study (INVEST) analysis. Eur Heart J, 2009, 30(11): 1395-1401.

[21]Giannattasio C, Capra AC, Calchera I, etal. Persistence of arterial functional abnormalities after successful coronary revascularization. J Hypertens, 2011, 29(7): 1374-1379.

[22]Yang L, Lin Y, Ye C, etal. Effects of peritoneal dialysis and hemodialysis on arterial stiffness compared with predialysis patients. Clin Nephrol, 2011, 75(3): 188-194.

[23]DeLoach SS, Appel LJ, Chen J, etal. Aortic pulse pressure is associated with carotid IMT in chronic kidney disease:report from chronic renal insufficiency cohort. Am J Hypertens, 2009, 22(12): 1235-1241.

[24]Patrianakos AP, Parthenakis FI, Karakitsos D, etal.Proximal aortic stiffness is related to left ventricular function and exercise capacity in patients with dilated cardiomyopathy. Eur J Echocardiogr, 2009, 10(3): 425-432..

[25]Szczepaniak-Chichel L, Trojnarska O, Mizia-Stec K, etal.Augmentation of central arterial pressure in adult patients after coarctation repair. Blood Press Monit, 2011, 16(1): 22-28.