正常人颈总动脉、肱动脉、胫后动脉牛顿射血力分析

肖沪生 银浩强 徐智章 张爱宏 徐芳 任亚娟 彭欣 靳炜 王奇

根据牛顿射血力直接检测心脏收缩功能已见报道,但通过对全身多处动脉的施加力分析间接判断心脏收缩功能的研究尚属空白。本文运用多普勒超声检测正常人颈总动脉、肱动脉、胫后动脉的牛顿射血力, 研究从心脏到外周血管轴向力的分布, 分析人体动脉长度、内径、血管弹性变化及动能势能转换对牛顿射血力传导的影响, 为该参数的临床应用提供科学依据。

1 资料和方法

1.1 研究对象

选取2011年5—11月间本院健康人群中的自愿受检者30例, 其中男性7例, 女性23例, 年龄20～39岁, 平均（27.1±3.8）岁。受检者无吸烟嗜好, 间隔用餐1 h以上。

1.2 仪器和方法

1.2.1 仪器 采用ALOKA公司SSD 5500SV彩色多普勒超声诊断仪, 血管宽频探头频率5～13 MHz。

1.2.2 检测方法 受检者平卧于检查床上, 前后分3次选取左侧颈总动脉起始段、左肘横纹近心端1.5 cm范围肱动脉及左侧内踝后方胫后动脉搏动最明显处,利用超声探头寻找3处动脉的纵切面, 测量3段动脉的血管内径, 然后适当调节增益、滤波等设置, 多普勒取样门宽1 mm, 且放在管腔中央, 取样线与血管夹角＜60°, 选取select键检查获得颈总动脉、肱动脉、胫后动脉多普勒血流流速曲线。待多普勒血流流速曲线稳定后, 按“冻结”键进行测量分析。测量3段动脉血流加速度及加速度流速曲线下面积（图1、2）。

图1 左侧颈总动脉内径的测量 图2 左侧颈总动脉血流加速度、加速期流速积分的测量

1.2.3 血管截面积计算 A=πr2=3.14(d/2)2, 其中A为血管截面积, d为血管内径。加速期容积计算:Vol=TVIat×A, 其中Vol为加速期容积, TVIat（time velocity integrals of acceleration）为加速期流速积分,A为血管截面积。加速期质量计算: Mat=Vol×ρ,其中Mat为加速期质量, Vol为加速期容积, ρ为血液的密度1.06 g/m3。牛顿射血力计算: F=Mat×A,其中F为牛顿射血力, Mat为加速期质量, a为加速度。

1.2.4 统计学处理 统计分析用SPSS 13.0统计软件对资料行正态性和方差齐性检验进行统计分析。计量资料以x±S表示, 组间比较采用方差分析。

2 结 果

3 0例正常人左侧颈总动脉的血管内径为（0.59±0.05）cm, 血管截面积为（0.28±0.05）cm2,血流加速度为（1 681.53±1 590.88）cm/s2, 加速期流速积分为（4.31±1.01）cm, 牛顿射血力为（1 941.73±958.68）dynes。左侧肱动脉的血管内径为（0.32±0.04）cm, 血管截面积为（0.08±0.02）cm2, 血流加速度为（1 018.40±287.28）cm/s2, 加速期流速积分为（3.21±1.17）cm, 牛顿射血力为（319.57±228.93）dynes。左侧胫后动脉的血管内径为 (0.21±0.03)mm, 血管截面积为（0.03±0.01）cm2, 血流加速度为（658.13±173.94）cm/s2, 加速期流速积分为（2.28±1.15）cm, 牛顿射血力为（68.11±69.34）dynes。正常人左侧颈总动脉、肱动脉、胫后动脉各参数之间比较, 差异有统计学意义(表1) 。

表1 30例正常人左侧颈总动脉血流动力学参数检测结果

3 讨 论

多年来, 许多血流动力学参数被用来评估左心室收缩功能。Isaaz等[1]根据牛顿第二运动定律计算出主动脉起始部左心室射血力, 正常人左心室射血力为（29±5）kdynes, 慢性充血性心力衰竭且射血分数小于40%的患者左心室射血力只有（12±4）kdynes。Lee等[2]也证明了甲状腺功能低下患者的左心室射血力明显低于正常人。令人感兴趣的是, 收缩早期由于心脏的收缩, 使血流产生加速度, 从而推动血液前向流动,而收缩晚期心脏收缩力甚低, 血流由于惯性继续克服外周阻力前行。因此, 研究心脏早期收缩功能的牛顿射血力引起了研究者的注意[3]。

心血管是一个密闭连续的管道系统, 心动周期中左心室节律性的收缩将血液搏动性地射入主动脉, 再由中央动脉流向周围及末梢动脉, 该过程中血液作为流体在血管中不断地循环, 因此, 血管的血流动力学变化可反映心脏泵血功能、血管的弹性及外周阻力的变化。上世纪50年代开始的中医脉象仪研究[4]以及近年来出现的回声跟踪技术（eTRAKING, ET）[5]、瞬时波强技术（instantaneous wave intensity, WI）[6]都是通过检测外周血管诊断疾病的。由于从近心端到远心端血管的管径不断变细, 血管的解剖结构也发生了变化, 通过检测一个外周血管部位的血流动力学很难全面反映心血管系统状态。任亚娟等[7]通过运用超声检查技术对全身多处动脉的血流动力学进行检测, 为外周血管血流动力学研究提供了一个新思路。

本文的实验结果进一步证实, 左侧颈总动脉的牛顿射血力为: （1 941.73±958.68）dynes; 左侧肱动脉的牛顿射血力平均为: （319.57±228.93）dynes; 左侧胫后动脉的牛顿射血力平均为: （68.11±69.34）dynes。从颈总动脉到肱动脉最后到胫后动脉, 牛顿射血力逐渐变小, 这可能与血流不断地流向外周, 能量不断分散到各分支动脉, 各分支动脉的动力不断变小有关。从生理学角度分析, 血管内射血力的大小与所支配的组织对血液的需求量有关, 肱动脉所支配的组织对于血液的需求量大于胫后动脉, 故肱动脉内对于血流的驱动力也应该大于胫后动脉。胫后动脉与肱动脉和颈总动脉相比较, 前者距离心脏较远且管径较细, 符合血管越长阻力越大、管径越细阻力越大的血流动力学原理,这可能是正常人不同部位血管内射血力的不同的原因之一。在病理状态下, 如果心脏的泵血功能降低或外周血管病变导致血管阻塞或血流阻力增加等均可引起动脉局部牛顿射血力的改变, 因此血管局部的牛顿射血力检测可以为临床提供有价值的信息, 比如糖尿病患者下肢动脉病变导致胫后动脉牛顿射血力异常, 而颈总动脉和肱动脉牛顿射血力可能是正常的。

心室收缩射血过程中, 由于外周阻力的存在, 大动脉内的血液不可能迅速充盈至外周动脉, 在射血力的作用下, 大动脉壁的弹力纤维被拉长, 管腔扩大, 心脏收缩时所输出的能量, 一部分由动能转化成势能, 暂时贮存在大动脉壁上。脉象仪与ET技术主要研究血管壁运动, 属于势能研究范畴, 牛顿射血力主要研究血管内血流驱动, 属于动能研究范畴, 需要说明的是牛顿射血力虽然主要研究动能, 但也能提供势能的信息, 当射血力大时对血管壁冲击也大, 一部分能量转化成势能。动能与势能结合研究就能较全面地反映心脏输出功能。WI技术虽然能同时反映心脏输出的势能与动能,但由于价格昂贵不易临床推广, 牛顿射血力不需要额外装置, 任何彩超都可以检测, 便于临床推广应用。

牛顿射血力已运用于心脏功能的检测[8], 但至今还未见运用于外周动脉多点检测的报道, 本文在不同动脉段检测牛顿射血力参数为临床推广提供依据。考虑到不同年龄段、不同性别、不同部位的血管内牛顿射血力不同, 若能进行大样本实验, 统计获得不同动脉的正常值并将该方法运用于不同病种患者的牛顿射血力检测, 则有望能发现血管病变导致不同动脉牛顿射血力的联动改变, 揭示不同疾病导致的牛顿射血力改变的原理。

通过检测人体多处动脉牛顿射血力可以分析从心脏到外周血管轴向力的分布, 分析人体动脉长度、血管内径、血管弹性变化及动能势能转化对牛顿射血力传导的影响, 为该参数的临床应用提供科学依据。

[1] Isaaz K, Ethevenot G, Admant P, et al. A new Doppler method of assessing left ventricular ejection force in chronic congestive heart failure [J]. Am J Cardiol, 1989, 64(1): 81-87.

[2] Lee R T, Plappert M, Sutton M G. Depressed left ventricular systolic ejection force in hypothyroidism [J]. Am J Cardiol,1990, 65(7): 526-527.

[3] John H, Phillips. Practical quantitative Doppler echocardiography [M]. CRC Pr, 1991:82-87.

[4] 肖沪生, 彭 欣, 徐智章, 等. 从瞬时波强与脉象仪的技术对比探讨脉象研究的新方向 [J]. 上海医学影像, 2010, 19(1):2-7.

[5] 肖沪生, 徐智章, 张爱宏, 等. eTRACKING技术的原理及参数探讨 [J]. 上海医学影像, 2006, 19(4): 242-245.

[6] 肖沪生, 徐智章, 张爱宏, 等. Wave intensity的命名探讨 [J].上海医学影像, 2008, 17(2): 81-82.

[7] 任亚娟, 徐芳, 徐智章, 等. 正常人颈总动脉、肱动脉、胫后动脉血流动力学参数分析 [J]. 上海医学影像, 2011, 20(3):183-185.

[8] 王岳恒, 王建华, 韩若凌. 高血压病患者左心房射血力改变及其影响因素分析 [J]. 中华超声影像学杂志, 2003, 12(3):146-148.