動脈彈性功能檢測的理論與實踐

動脈彈性功能檢測的理論與實踐

上海第二医科大学附属瑞金医院 上海市高血压研究所 张维忠   
    动脉弹性是指动脉的舒张功能。动脉弹性功能不仅是收缩压、舒张压和脉压水平的重要决
定因素，而且相当程度上反映了动脉内皮功能状况。动脉弹性功能减退已经成为心血管危险的
重要标记(marker)之一[1]。虽然脉压也可反映动脉弹性功能，但是脉压大小是心搏量、左心室
射血速率、动脉弹性和外周血管压力反射波多种因素影响的结果，通常临床上肱动脉部位测得
的脉压增大往往是动脉弹性功能明显减退的晚期标记， 不能将脉压作为敏感与准确评估动脉弹
性功能的指标。虽然血管超声、磁共振方法通过观察收缩期与舒张期动脉腔径变化也可获得动
脉弹性功能状况，但这仅表示动脉某一截断面的功能，不能反映整个动脉系统的弹性功能。目
前已有多种无创性手段检测动脉系统的弹性功能，例如脉搏波传导速度、压力反射波的收缩期
增强指数、脉搏波舒张期衰减参数和血压测量时袖带内压力震荡波分析等。本文简要介绍这些
检测的理论原理、方法，以及临床意义与评价。

    一、 脉搏波传导速度
    1， 原理：心脏将血液搏动性地射入主动脉，主动脉壁产生脉搏波，并
以一定的速度沿着血管壁向外周血管传导。脉搏波传导速度(Pulse Wave Velocity, PWV)取决于
动脉壁的生物力学特性(粘弹性)、血管几何特征(腔径与壁厚度)以及血液密度。由于血管几何
特征和血液密度变化相对较小，因此 PWV 大小可以反映动脉壁硬度[2]。

    2， 方法：PWV 测定已有 100 年历史，由于测定与计算烦琐，已经很长时期废弃不用。
近 10 年来采用电脑图象识别技术，使检测快速又简便，重新引起人们注意。PWV 测定可用压
力感受器或多普勒信号方法拾取不同动脉部位的脉搏波。 现在较多使用脉搏波速度自动测定仪
(Complior, France)，测定颈动脉-股动脉脉搏波传导速度[3]。受检者取仰卧位，确定右侧颈部和
腹股沟动脉搏动最明显部位，测量这两点之间的体表距离(D)，然后将压力感受器分别置于上
述搏动最明显处，仪器自动测量颈动脉-股动脉脉搏波传导时间(T))，计算 PWV，PWV=D/T。
连续记录 16 个脉搏波传导速度测量值，舍弃 3 个最大值和 3 个最小值，取 10 个测量值的平均
值。PWV 正常参照值：10 米/秒(<60 岁)；12 米/秒(360 岁)。

    3， 临床意义：PWV 增大提示主动脉硬度较高，PWV 与脉压呈正相关。
年龄和血压水平是影响 PWV 的最重要因素。随着年龄增长，动脉管壁常发生粥样硬化和/或纤
维性硬化，年龄每增加 10 岁，PWV 一般增大 10-15%。随着血压水平升高，管壁承受压力的
部位从具有较大弹性的弹力纤维转移到硬度较高的胶原，管壁也变硬。已经有较多前瞻性的证
据，认为 PWV 是预测心、脑血管病发生和死亡的一种有价值的指标[4]。在高血压患者 PWV
每增加 4 米/秒，致死性脑卒中危险增大 1.72 倍。在终末期肾功能衰竭患者 PWV 每增加 1 米/
秒，心血管病死亡率增加  34%。  
4， 评价：PWV 是评价主动脉硬度的经典指标，PWV 改变是主动脉结构与功能异常的总体反
映。PWV 测定方法简单、快捷，个体随访过程中重复性好。比较适宜于大样本的流行病学调
查和随访观察。然而，PWV 的敏感性较差，不容易发现轻微的动脉弹性改变；PWV 数值受较
多因素影响，例如血压高度、身高、心率，在个体之间作比较时要注意；如果体表距离测量有
误差，可明显影响数据的准确性。


   二、 反射波增强指数   
    1， 原理：当压力波沿着动脉壁向外周前向传导时，在组织结构明显不同的血管(通常是
阻力小动脉)处产生波反射，反射波以同样的速度向近心端动脉逆向传导，前向传导与前向传
导的压力波将重叠。产生波反射的位置，称为反射点，一般平均距心脏约 80 厘米。在压力波
传导速度正常时，通常反射波与前向压力波在舒张期相重叠。如果反射点提前或 PWV 增快，
那么重叠就可以发生在收缩晚期。在中心动脉(即主动脉)部位，收缩期发生重叠的反射波高度
除以整个收缩期压力波高度(即中心动脉脉压)，称为反射波增强指数(Augumentation Index,
AI)[5]，AI=⊿P/PPc (⊿P：中心动脉压力反射波增幅，PPc ：中心动脉脉压)。

    2， 方法：使用一种有高品质压力传感器的笔形探头，在很小的压力敏
感区域(0.5mm′1.0mm)范围内，从体表动脉(通常在桡动脉)处获得不失真的连续的动脉压力波
形，这称为平面压力波测定(applanation tonometry)。具体操作过程如下：受检者取坐位，右上
臂平放，使用桡动脉压力波形分析仪(SphygmoCor, Sydney，Australia)记录桡动脉脉搏压力波形，
笔式高保真度压力探头(Millar Instruments, Houston, Texas, USA)置于桡动脉搏动最明显处，探头
与动脉走行保持垂直，调整探头压力和位置直至获得稳定理想的桡动脉压力波形，连续记录
10 秒钟以上。仪器的电脑软件实时将桡动脉压力波形转换成中心动脉(主动脉)压力波形[6]，自
动测量中心动脉收缩压、舒张压、脉压，并计算出 AI。AI 的正常值应小于 0。

    3， 临床意义：AI 能定量反映整个动脉系统的总体弹性，敏感地显示因大、小动脉弹性
改变引起的压力波反射状况。AI是压力波反射点、强度和速度改变的综合表现。AI 越大，提
示压力反射波在收缩压和脉压增大中的作用越强；缩小AI，收缩压和脉压也随之下降。除了
年龄和心血管危险因素(高血压、糖尿病、高胆固醇血症与吸烟等)影响AI 增大外，应注意身
高也是一个重要的影响因素，身材矮小者 AI增大。AI与心、脑血管病发生关系的前瞻性观察
目前正在进行之中。

    4， 评价：AI 具有较合理和可信的理论依据，能具体解读收缩压和脉压增大的机理，已
成为评价总体动脉弹性有价值与前景的指标。AI 也常被用于观察药物改善动脉弹性的疗效，
近年来有关硝酸酯类、他汀类和西地那非改善动脉弹性的文献报道中，大多使用 AI。AI比较
适宜于小样本临床研究和治疗随访观察。AI测定方法虽然不复杂，但记录到的桡动脉波形准
确程度明显受操作影响，例如探头角度，施加的压力大小，手抖动等，需要熟练操作后数据才可信，否则在随访过程中可能重复性较差。AI 数值同样也受较多因素影响，解释数据时要注
意。AI 的主要局限性是不能区分大动脉弹性与小动脉弹性。
    三、 大动脉弹性指数(C1)和小动脉弹性指数(C2)
    1，原理：大动脉弹性指数 C1 是舒张期血流容积减少与压力下降之间的比值，又称容量
顺应性。小动脉弹性指数 C2 是舒张期血流容积振荡变化与振荡压力变化之间的比值，又称振
荡顺应性。1967 年Goldwyn 根据人体血液循环Windkessel模型建立了从舒张期脉搏波形计算
大动脉弹性指数(C1)和小动脉弹性指数(C2)的理论方程式：P(t)=A1exp(-A2t)+A3exp(-A4t)
cos(A5t+A6)，就是将动脉舒张期压力波形分解为指数幂衰减曲线和反射波震荡曲线，P(t)是时
间t时的舒张压；A1exp(-A2t)是呈指数幂衰减的压力；A3exp(-A4t)cos(A5t+A6)是动脉系统反射
波压力。这样，动脉舒张期任一时间点的压力与大动脉和小动脉弹性建立起一种函数关系。从
系数A2、 A4和A5可以分别计算大动脉弹性指数C1和小动脉弹性指数C2： C1=2A4[( A2+ A4)2+
A5]/[R A2(2 A4+ A2) ( A42+ A52)]；C2=1/(2 A4+ A2)。尔后20 年内，J.N.Cohn 通过大量动物和
临床有创性研究，根据动脉腔内压力波计算并验证 C1 和 C2。1989 年 Kelly 发明桡动脉平面脉
搏压力波测量技术(applanation tonometry)提供高质量信号后，对 C1 和 C2 研究进入了无创性检
测和电脑软件分析阶段[7]。

    2，方法：采用动脉弹性功能测定仪(CVProfilor DO-2020, HDI公司, USA)，记录桡动脉脉搏
波形。测定仪的探头中有许多微型平面压力传感器，每个相距0.2mm，可以精确记录直径小于
1.0mm动脉搏动的幅度。具体操作过程如下：受检者平卧位，将合适大小的袖带置于受检者左
上臂，触摸右侧桡动脉搏动最强处并作记号。桡动脉搏动最强处一般在桡骨远端外侧隆突与肌
腱之间，约离拇指基底部 2cm。然后将腕部固定装置缚在右前臂和腕部，使固定装置支架上的
平面压力波测定探头置于右侧桡动脉搏动最强处，屏幕上显示桡动脉压力波形。缓慢调节固定
装置支架上的旋钮，直到获得理想的桡动脉脉搏压力波形和最大的信号强度。然后，同步启动
左上臂血压测量和右侧桡动脉脉搏压力波记录(30 秒)，在记录 30 秒的波形时，每秒有 200 个
数据被收集和分析。 仪器内的软件系统自动识别、 计算并显示出压力波形和动脉弹性功能数据，
包括收缩压、舒张压、平均动脉压、脉压、脉率、大动脉弹性指数 C1(mm/Hg′10)和小动脉弹
性指数 C2(mm/Hg′100)。国内 10 个临床单位协作已建立了中国健康人群男、女性和各年龄组
C1、C2 的正常参照值，10 个地区实际入选 1924 例，测定获得的 C1、C2 平均值分别为
16.0±4.1ml/mmHg′10、6.6±3.0ml/mmHg′100[8]。

    3，临床意义：C1 与 C2 分别反映大动脉与小动脉弹性功能，C1 和 C2 越小，表示大动脉
与小动脉弹性越差。尽管获取的信号只是桡动脉压力波形，但是 C1 和 C2 反映的则是整个系
统动脉内压力与容积的关系(ml/mmHg)，即动脉顺应性或弹性。C1 与 C2 明显受性别、年龄和
血压水平(尤其收缩压)的影响。国内协作研究结果显示，女性 C1 和 C2 均低于男性；无论男、
女性C1 和C2 均随年龄增加而下降，年龄与C1、C2 的回归方程：LogC1=3.163-0.008′年龄(男
性)，  LogC1=3.163-0.008′年龄-0.110(女性)；LogC2=2.731-0.019′年龄(男性)，
LogC2=2.731-0.019′年龄-0.195(女性)。因此，C1 和C2 的正常参照值范围应根据男、女性和不同年龄组确立。目前，许多研究已经证实 C1 和 C2 能较敏感地早期发现动脉弹性功能减退，
最早受到影响的是 C2[9]。不仅在高血压患者，甚至在正常血压的糖尿病、高胆固醇血症患者
都可发现 C1 和 C2 下降。多种心血管危险因素同时存在时，C1 和 C2 数值更低。由于血压水
平在预测心血管危险方面其敏感性和特异性不很高，大多数心、脑血管病患者血压并不升高，
因此 C1 和 C2 被认为有可能对心血管危险分层提供更有实际意义的依据，这在随访研究中已
经初步获得证实，大样本人群的随访观察正在进行中。   

    4，评价：PWV 和 AI 虽然可反映系统动脉弹性功能，但是由于小动脉弹性只有大动脉弹
性的 1/10，测得的系统动脉弹性更接近大动脉弹性。由于多种心血管危险因素和氧化应激反应
首先影响动脉内皮功能，小动脉的内膜层较薄，中层平滑肌细胞最容易受到一氧化氮(NO)缺乏
的影响，导致舒张功能受损，因此小动脉弹性减退往往发生较早而且明显。C2 测定使临床上
能检测到小动脉弹性功能，这显然十分重要而有意义。C1 和 C2 有较好的重复性，相隔 7-28
天前、后检测数据显示，无论男、女性 C1 和 C2 均值的绝对差值都较接近，尤其 C2。然而，
数据也显示绝对差值与首次检测的C1 和C2 值大小有关，C1 和C2 越大，绝对差值也越大。
如果将数据作对数(log)转化，这种差别则消失。
    四、 袖带内压力震荡波分析(AOCS)
    1， 原理和方法：通过记录测量血压时袖带内的压力震荡波，分析震荡波的特征性信号，
采用数学公式计算肱动脉弹性和系统顺应性,称为袖带内压力震荡波分析(Analysis of the
Oscillometric Cuff Signal, AOCS)[10]。此方法采用 DynaPulse 5000A 分析仪(Pulsemetric Inc., USA)，
将测量肱动脉血压时袖带内的压力信号转换成数字信号， 由电脑软件分析最大和最小压力变化
导数(dp/dtMax, dp/dtMin)以及两者的时间差(tpp)，然后根据循环系统经典的弹性腔模式计算出
血管总体顺应性(C)。

    2， 临床意义和评价: 从这种途径获得的弹性功能参数反映的是整个血管系统的顺应性，
其中 90%取决于大动脉弹性。研究证实，AOCS与有创性方法获得的血管顺应性以及脉压有很
好的相关性。虽然已经有些研究采用此方法观察与靶器官损害的关系，观察药物治疗的改变，
但是应用相对较少。需要进一步研究检测的重复性，影响因素以及临床意义。

新东西，要是能做到无创，并有良好的数据重现性，那一定大有“钱途”啊。