动脉功能无创检测临床意义评价中国专家共识
2009-05-26 20:36:09 来源： 作者： 评论：0 点击：
关键词：胡大一 王继光 郭艺芳 无创检测 心血管 动脉硬化 早期筛查 动脉弹性功能 动脉结构
编者按：
动脉硬化病变是多种心血管疾病的病理生理基础。动脉造影术是诊断动脉硬化病变的主要技术手段，但此项技术为有创检查，技术复杂，费用高昂，不能满足临床早期筛查的需要。近年证据显示，早在动脉管腔出现明显狭窄或闭塞性病变之前，动脉血管壁即已发生功能及（或）结构改变。因此早期筛查并积极干预大动脉功能异常在心血管病的“上游防治”中具有独特意义。
本文介绍了评价动脉结构和功能的几种新方法和评估标准。使得早期筛查与发现动脉硬化病变成为可能，有助于将心血管疾病的防治阵线前移，并在疾病的早期阶段采取综合干预措施。
（一）动脉硬化病变无创检测的意义
心血管疾病严重危害着人类健康。对于多数心血管疾病而言，动脉硬化病变是其共同的病理生理基础。作为循环系统的重要组成部分，全身任何部位的动脉均可能发生动脉硬化（特别是动脉粥样硬化）病变，并可能导致相应区域的缺血性功能或结构损伤甚至组织坏死，例如冠心病、脑卒中、缺血性肾病、下肢动脉疾病等。因此，积极防治动脉硬化性疾病被视为心血管疾病防治的核心内容。
加强筛查与早期诊断动脉硬化病变是提高心血管病防治水平的关键环节。长期以来，动脉造影术曾经作为诊断动脉硬化病变的主要技术手段。然而，由于动脉造影属于有创性操作，对技术与设备条件要求较高，检查价格较为昂贵，且有可能发生操作相关性的不良反应（如造影剂过敏与造影剂肾病等），这些不足之处在很大程度上影响了其在临床上的广泛应用。更为重要的是，有创性动脉造影技术只能发现已经发生明显管腔狭窄的动脉病变，对于此类疾病的早期诊断与筛查帮助很小，因此仅仅依靠动脉造影难以有效提高动脉硬化性疾病的早期防治水平。
从病理生理学机制而论，动脉硬化病变包括动脉管壁病变与管腔病变。近年来大量证据显示，早在动脉管腔出现明显狭窄或闭塞性病变之前，动脉血管壁即已发生功能及（或）结构改变。从某种意义上讲，动脉管壁病变是管腔病变的前期病变与病理生理学基础，积极干预管壁病变有助于延缓甚至避免管腔病变的发生。研究显示，在大动脉管壁结构发生改变之前，其血管功能多已出现不同程度异常。换言之，大动脉功能异常可能是目前临床上所能探知的血管病变的最早期阶段。因此早期筛查并积极干预大动脉功能异常在心血管病的“上游防治”中具有独特意义。
近年来，随着一系列新型动脉硬化疾病检测技术的问世，使我们得以通过无创性手段检测动脉结构与功能异常。在临床上广泛推广应用这些检测技术，对于加强动脉疾病的早期筛查与检测、提高动脉硬化性疾病的防治水平具有重要意义。
（二）动脉血管的分类和功能
在人体的体循环系统中，动脉主要分为弹性贮器动脉、肌性分配动脉、小动脉和微动脉。弹性贮器动脉一般指大动脉，包括主动脉主干及其大分支，如颈总动脉等。这些血管富含弹性纤维，有明显的弹性（elasticity）和可扩张性（distensibility）。左心室射血时，主动脉压升高，一方面推动动脉内血液向前流动；另一方面使主动脉扩张，容积增大，心脏射出的一部分血液贮存在扩张的大动脉内。当主动脉瓣关闭心脏停止射血时，扩张的动脉壁弹性回缩，将贮存的血液继续推向外周。大动脉的这种功能既缓冲了收缩压，又维持了舒张压。心脏虽然间断射血，但外周血管内的血液是连续流动的。
肌性分配动脉血管主要指中动脉，如肱动脉、股动脉等，是弹性大动脉至小动脉的动脉管道。其管壁中膜主要由平滑肌组成，收缩性较强。动脉收缩时，流入某部位的血量减少；舒张时，流入的血量增多，故称分配血管。
小动脉和微动脉的管壁富含平滑肌。在神经和体液因素的调节下，通过平滑肌的收缩与舒张调节血管直径，改变血管阻力。由于小动脉和微动脉的直径小，血流速度快，因此其血流阻力大，约占体循环总外周阻力的47%左右，是形成外周阻力的主要部位，故称之为阻力血管。
（三）评价动脉结构和功能的方法
除了应用直观的影像学检查手段外，目前还可以通过记录脉搏波（波形和传导速度）检测动脉弹性功能，借以评价动脉的结构和功能。此外，各种生物标记物和内皮功能的检测，也有助于诊断动脉血管的结构和功能病变。
无创动脉功能检测的方法主要有三种：①测量动脉的脉搏波传导速度（pulse wave velocity, PWV）；②通过进行脉搏波波形分析（pulse contour analysis），计算反射波增强指数（augmentation index，AI）；③使用超声成像手段，直接检测某个特定动脉的管壁的可扩张性和顺应性（compliance）。
动脉结构检测主要有两种方法：①使用超声成像、CT、磁共振成像等影像学手段，检测某个动脉的管壁内中膜厚度（intima-media thickness, IMT）和粥样斑块形成情况；②通过测量上臂与踝部血压，计算踝臂血压比值，即ankle-brachial index（ABI），评估下肢动脉血管的开放情况。
本文主要介绍上述血管结构与功能的检测方法。其他也常在临床研究中应用的一些检测方法，如内皮功能测定等，尚缺乏足够的前瞻性研究结果的支持。许多生物标记物如微量白蛋白尿、C反应蛋白等，也可以间接反映血管的早期病变，并已被广泛应用。本文不对这些检测项目进行详细介绍。
（四）动脉弹性功能的检测
动脉弹性取决于动脉壁的僵硬度（stiffness）或可扩张性和动脉腔径的大小。动脉的僵硬度主要取决于管壁中弹性蛋白和胶原蛋白的比例，但也受动脉壁钙质沉积和动脉血压的影响。大动脉近端（主动脉及其大分支）由于弹性蛋白丰富，弹性非常好。随着年龄的增长，动脉壁中弹性蛋白的比例下降，导致动脉硬化，动脉壁脂肪退行性变，导致动脉粥样硬化形成，最终使动脉僵硬度增加。此外，动脉内压越大，胶原纤维的作用就越大，动脉僵硬度越高。
1.脉搏波传导速度（PWV）
（1）定义
心脏每次向大动脉射血约70ml，从心脏射出血液的冲击作为波动向末梢传出，这种波动叫脉搏波。脉搏波在动脉壁的传导速度即为PWV。其数值可通过测量脉搏波传导时间和两个记录部位的距离求得，计算公式为：PWV（mm／s）＝L／t。传播时间（t）为两个波形的时间差，距离L是两个探头间的距离。目前多采用测定颈动脉-股动脉（catroid-femoral artery PWV, cfPWV）和肱-踝动脉（brachical-ankle artery PWV, baPWV）的脉搏波传导速度。
（2）临床意义
PWV是反映动脉僵硬度的早期敏感指标。健康成年人一般cfPWV<900mm／s，baPWV<1400mm／s。由于年龄、血压水平和情绪状态是影响PWV的重要因素，故此值仅供临床参考，目前国内尚缺乏针对不同年龄组健康人所制订的统一的正常值标准。cfPWV增大提示主动脉硬度增高，baPWV反映大动脉和中动脉系统的弹性状态，此值增大提示大动脉和外周动脉的硬度增加。许多研究显示，PWV是动脉硬化性心血管事件的独立危险因素，与患者整体心血管危险性密切相关。即便在仅存在部分危险因素（如高血压、糖尿病、吸烟等）而尚未出现明显靶器官损害者，这种相关性已存在。在针对有PWV增高和血压增高的患者，舌下含服硝酸甘油后观察PWV和血压的变化有助于判断是功能性的张力增高还是器质性的动脉硬化。若含服硝酸甘油后baPWV改善明确，常提示是功能性的张力增高所致；否则则提示可能出现了病理性的结构改变。
PWV检测有较广泛的临床应用价值。一般推荐在以下人群中应用此技术进行动脉功能异常的筛查：①年龄≥60岁的老年人；②高血压、高胆固醇血症、糖尿病、吸烟或有2项以上其他致动脉粥样硬化的危险因素者（早发冠心病家族史、肥胖、持续精神紧张、缺乏运动）；③已确诊的冠心病、脑卒中与缺血性肾脏疾病者检测PWV可有助于评估其整体危险水平。
（3）测量方法
平面张力法是无创测量PWV的传统方法。该方法主要适用于浅表动脉，如颈动脉、股动脉和桡动脉等。选定测量部位后，测量两点间的体表距离输入计算机，将压力感受器置于测量部位搏动最明显处，启动脉搏波传导速度测定装置。需要注意以下几点：第一，传感器放置在动脉上的位置至关重要，因为操作者的手的活动和受检者的活动可能产生假象。第二，向下按的力量要刚好能将动脉压平。第三，探头要尽量与血管轴线垂直。因此，要准确检测颈股脉搏波传导速度，需要适当的培训和一定的技巧。
随着近年来相关检测技术的不断改进，现已能够自动化测量PWV。以欧姆龙科林动脉硬化检测仪VP-1000为代表的新型检测设备具有操作简便，重复性好，精确性高等优点，与传统的平面张力法测定的cfPWV相关性良好。baPWV的测得值略高于cfPWV，主要因为周围肌性动脉的PWV显著高于主动脉。示波法baPWV作为筛查和判断预后的工具，用途更为广泛。
2.反射波增强指数（AI）
（1）定义
血液从中心动脉流向外周的过程中，因遇到阻力形成反射波，该反射波在收缩晚期形成增强压（augmentation pressure）。通过对外周或颈动脉收缩晚期的波形进行分析，可以计算出能够反映动脉弹性的指标AI。AI通常指反射波高度（增强压）除以整个收缩期压力波高度（即脉搏压）。但也有学者认为，收缩晚期反射波所达到的压力除以收缩早期（即反射波发生前）压力更能反映动脉硬化情况。
（2）临床意义
AI可以定量反映整个动脉系统的总体弹性，能够较敏感的显示因大小动脉弹性改变引起的压力波反射状况。AI是记录血液从中心动脉流向外周的过程中形成的反射波，该反射波在收缩晚期形成增强压。由于AI所直接反映的是压力波反射情况，因此可明显受到身高、心率、舒张压、甚至年龄与性别等因素的影响。身材矮小或心率减慢，AI均显著增加。在解释AI检查结果时，应注意考虑这些因素。也正因此，目前尚难以提供统一的正常值。今后应针对不同人口学特征的人群进行广泛研究，以获取可供参考的正常值范围。
有研究显示，AI是心脑血管事件的发生和死亡的独立预测因子。AI每增加10%，受试者全因死亡率可增加1.51倍，心血管死亡率增加1.48倍。但目前尚无证据显示AI是否可以替代PWV，或具有独立于PWV的预测价值。AI检测方便，对药物的作用反应敏感，适合对比观察药物特别是降压药物的疗效。此外，通过检测脉搏波，可以使用转换方程根据肱动脉血压计算出中心动脉血压。与肱动脉血压相比，中心动脉血压更能预测心脑血管事件的发生。
（3）测量方法
目前常用的测量方法是用压力传感器，在很小的压力敏感区域范围内，从体表动脉（通常在桡动脉）处获得连续的高保真动脉压力波形，称为平面压力波测定（applanation tonometry），再加上测量血压。通过记录桡动脉脉搏压力波形，电脑软件可以计算出外周动脉的AI。使用转换方程可以将桡动脉压力波形转换成中心动脉压力波形，计算出中心动脉的压力。
目前市售的欧姆龙科林中心动脉压检测仪HEM9000AI，通过先进的多点压力传感技术，将多点压力传感探头固定在手腕桡动脉处，探头自动寻找最强的桡动脉搏动点，采集压力波信号，计算出AI值，比平面压力波测量法更有优势。由于也测量同一心动周期的血压，可以据此推算中心动脉压。
3.动脉的可扩张性和顺应性
（1）定义
使用超声成像技术，可以检测浅表动脉如颈动脉、股动脉和肱动脉的腔径从舒张期到收缩期的变化，此即扩张幅度（distention）。根据该扩张幅度可以计算出血管横截面积的变化，该变化除以脉搏压即为顺应性系数，再除以舒张末期横截面积则为可扩张性系数。
（2）临床意义
可扩张性和顺应性系数能够比较准确地反映所测量动脉的弹性，但因测量的只是一段血管的弹性，因此不能准确了解其他部位的血管的情况。另外，此测量方法有一定的技术难度，因而测量结果的准确性可能在一定程度上受到测量者经验与技术水平的影响。初步研究显示，可扩张性和顺应性系数可以预测心脑血管事件的发生和死亡。因技术难度大，大样本研究较少，其临床意义仍需更进一步研究。其直观准确的特点，特别适合观察影响血管功能的药物的疗效。
（3）测量方法
由于不同公司生产的检测设备操作方法有所不同，具体检测方法请参照相应设备的产品说明。
4.动脉弹性功能的其他检测方法
通过分析桡动脉脉搏波中的舒张压部分，可进行舒张期脉搏波分析，可以使用Windkessel公式计算出“大动脉弹性指数（C1）”和“小动脉弹性指数（C2）”。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。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。但该方法测定动脉弹性的准确性还有待于进一步探讨。
脉压（即收缩压与舒张压的差值）也可反映血管硬化的程度。脉压增大与心血管危险之间关系密切。脉压增大表明大动脉弹性降低，僵硬度增加，间接反映大动脉功能。但肱动脉脉搏压增大往往是动脉弹性功能明显减退的晚期标记。脉压作为评估动脉弹性功能的指标不够敏感，准确性也欠佳。
动态的动脉硬化指数（AASI）是最近研发的一个建立在动态血压监测基础上的反映动脉硬化程度的新指标。其定义是用1减去舒张压与收缩压变化的回归斜率。AASI与PWV相关性良好，可以独立预测心脑血管疾病尤其是脑卒中的发生。
（五）动脉结构的检测
1. 动脉内中膜厚度(IMT)
（1）定义
动脉IMT是指采用高频B型超声探头测定的动脉腔-内膜界面与中膜-外膜界面之间的距离。虽然应用超声技术可检测身体多部位浅表动脉IMT，但在临床上多经颈总动脉采样测量。
（２）临床意义
随着动脉超声检测技术不断发展，其在临床上的应用日益广泛。对身体浅表动脉进行超声检查除了可以直接提供关于斑块形成与管腔狭窄的信息之外，还可以定量测量IMT。越来越多的研究证据显示，颈总动脉IMT是心脑血管事件危险性的独立预测指标。颈动脉IMT每增加0.1mm，患者发生心肌梗死的危险性可增加11%。虽然在健康人群中随着年龄增长，IMT呈现逐渐增加的趋势，但在有动脉粥样硬化性心血管危险因素的人群中，IMT的增长速度明显加快。研究显示，增龄、男性性别、吸烟、高胆固醇血症、高血压以及糖代谢异常等危险因素的存在均可显著增加IMT增厚的速度。另一方面，积极控制危险因素（例如应用他汀降低胆固醇水平或有效的降压治疗）则可能逆转IMT。因此，目前此指标不仅被用于评估整体心血管危险水平，还被用于监测各种干预措施的疗效，并且近年来在一些大型心血管病临床试验中也越来越多的采用IMT作为中间终点或替代终点。
虽然人群研究显示IMT具有重要临床意义，但其在具体患者中的临床应用价值尚且有限。这主要是由于IMT的检测值受许多因素（如种族、性别、年龄等）影响，故其正常值尚难以确定。同时，不同医疗机构检测IMT时所采用的采样部位甚至超声探头角度均有所不同。只有进一步规范技术方法并针对各组特定人群确定正常参考界值以后，才有可能为临床提供更有价值的信息。
（３）测定方法
如前所述，所有表浅大动脉的内中膜厚度均可测量，但经颈总动脉采样相对比较容易。颈动脉分叉处、颈内动脉甚至股动脉虽可测量，但较困难。此外，远侧壁通常成像清晰，可以较准确测量。与之相比，近侧壁成像则常欠清晰，测量较困难。多种因素可影响IMT测量的准确性，如超声波的分辨率、患者血管位置（深且弯曲）以及测量人员的操作技术等。
以颈总动脉为例，一般取颈总动脉分叉处近端远侧壁1~1.5cm处，测量IMT，若该处存在斑块，则取病变近端1~1.5cm处进行测量，前文已述。目前国际上尚无统一的IMT正常界值，一些学术机构推荐以下正常参考值：20～29岁＜0.5mm；30～39岁＜0.6mm；40~49岁＜0.7mm；50~59岁＜0.8mm；60岁以上＜0.9mm。动脉硬化斑块的判定标准：血管纵行扫描及横断面扫描时，均可见该位置存在突入管腔的回声结构，或突入管腔的血流异常缺损，或局部IMT≥1.3mm。斑块可进行分类包括：①纤维斑块：突入管腔内、边界清晰的均匀回声，或局部IMT≥1.3mm；②复杂斑块：斑块钙化（强回声，常伴后方声影）、溃疡（带有明显壁龛的不规则表面）或斑块内出血（斑块内含无回声区）。
2.踝臂指数(ABI)
（1）定义
ABI是指胫后动脉或足背动脉的收缩压与肱动脉收缩压的比值。
（2）临床意义
ABI检测是诊断下肢动脉疾病的简便、可靠的无创性技术，可提供客观可靠的信息，因此应在临床上大力推广应用。与下肢动脉造影相比，ABI诊断下肢动脉疾病具有很高的敏感性、特异性和准确性。ABI的阳性预测率为90%，阴性预测率为99%，总的准确率为98%。除用于诊断以外，ABI检测还有助于对患者预后进行评估，从而为患者治疗策略的制订提供可靠依据。近年研究表明，检测ABI比测量踝部血压对于下肢动脉疾病具有更高的诊断价值。ABI<0.90以下为异常。通常认为ABI值在0.41～0.90时提示血流量轻到中度减少；ABI值≤0.40时常提示血流严重减少，此组患者发生静息痛、缺血性溃疡或坏疽的风险很高。当高度怀疑下肢动脉疾病但静息ABI值正常时，运动ABI和测量踝部的血压对确定诊断有帮助。ABI异常增高（＞1.3）时，可能提示下肢动脉僵硬度明显增加，此时可测定趾收缩压和趾臂指数（TBI），通常TBI<0.7即可诊断下肢动脉疾病。
随着对ABI研究的不断深入，此指标的意义已经不仅仅限于对下肢动脉疾病的诊断。越来越多的证据表明，ABI可作为心血管系统风险评估的重要指标，与心血管死亡率以及全因死亡率密切相关。因此，ABI检测应成为所有动脉粥样硬化疾病高危人群的常规筛查项目之一。
ABI检测的适用人群主要包括：①下肢动脉疾病的高危人群（主要包括年龄<50岁的糖尿病患者伴有一项其他动脉粥样硬化的危险因素者、年龄在50～69岁之间有吸烟或糖尿病史者、年龄在70岁以上者、与活动相关的肢体症状或缺血性静息痛者、下肢动脉搏动异常者以及已确诊的冠状动脉粥样硬化性心脏病、颈动脉和肾动脉疾病患者），应测量静息ABI。若ABI正常，应至少5年测量一次。当ABI的变化大于0.15时即认为出现了显著变化。②间歇性跛行患者应测量ABI，若静息ABI正常，应测量运动后ABI。③已诊断外周动脉疾病的患者，不管疾病严重程度如何，都应测量双侧ABI。④已接受下肢动脉血管成形术的患者，应定期测量静息ABI，必要时测量运动后的ABI。⑤临床怀疑下肢动脉疾病，但因为血管僵硬而ABI检查不可靠的患者（通常是糖尿病史多年或高龄）应检查TBI。TBI正常参考值≥0.6，0.6~0.4之间为轻-中度缺血，<0.4为重度缺血。⑥结合平板运动试验，在运动前后测量ABI值，以鉴别跛行和非动脉跛行（假性跛行）。
（3）检测方法
患者仰卧休息10分钟后，通过测量双上肢动脉和双侧胫后动脉和（或）足背动脉的收缩压，计算出ABI。使用特制听诊器或使用多普勒辅助听诊，可以听诊测量胫后动脉和足背动脉血压。在自然人群中，单纯使用听诊器测量踝部血压的成功率仅为80%左右。借助多普勒听诊，成功率可接近100%。但人工测量方法非常耗费人力，而且上、下肢血压测量之间有一定时间间隔。
欧姆龙科林动脉硬化检测仪VP-1000采用示波测量技术，可以快速同步测量四肢血压，计算出双侧ABI。
（六）总结
动脉硬化病变是多种心血管系统疾病的病理生理学基础。早期筛查与发现动脉硬化病变有助于将心血管疾病的防治阵线前移，并在疾病的早期阶段采取综合干预措施。现有的多种动脉硬化检测技术已经能够非常准确地对血管的结构与功能进行综合评估，使我们可以在疾病的早期阶段发现高危人群。对于已经发生明显心血管疾病者，这些新技术手段则有助于我们更为深入细致的了解其动脉病变的严重程度。因此，应大力推广其在日常临床工作以及健康管理工作中的应用。
共识起草专家：
胡大一 王继光 郭艺芳
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