无创外周血管检测技术评估血管功能的应用及进展

王云飞　汪　丽　杨　萍　李文琦　司道远

(吉林大学中日联谊医院心内科，吉林　长春　130033)



无创外周血管检测技术评估血管功能的应用及进展

王云飞汪丽杨萍李文琦司道远

(吉林大学中日联谊医院心内科，吉林长春130033)

〔关键词〕冠心病；危险因素；血管功能；内皮功能；无创检测

近年来，心血管疾病特别是冠心病的治疗观念及技术得到了极大的发展及进步，但冠心病的发病率及死亡率仍居高不下，因此，如何早期发现及尽早干预成为学界关注的重点。传统的心血管疾病危险因素对于心血管疾病有预测性，但是其价值是有限的〔1，2〕。目前，针对血管功能的检测手段发展迅速，而无创检查具有操作简便、易于重复及随访、无创等优点，便于临床开展及早期评价心血管疾病的危险程度。本文将讨论多种通过无创检测外周动脉功能评估血管功能的技术及其应用、进展作一综述。

1内皮功能检测

1.1血流介导的血管扩张(FMD)FMD已经被证明是由一氧化氮(NO) 介导的，可以有效地反映内皮局部的NO生物利用度，反映了内皮依赖性血管舒张〔3〕。FMD现已经成为临床上应用最广泛的检测血管内皮细胞功能的方法，其及与已经确定的冠心病因素危险具有明显相关性的无创方法〔4〕。方法：受试者保持禁食至少6 h，停止血管活性药物(如血管紧张素转换酶抑制剂类、钙离子拮抗剂类及β受体阻滞剂类等)>12 h，禁止咖啡、茶，香烟或尼古丁>12 h，没有练习>6 h 绝经期前的妇女在其月经周期的1～7 d内。在安静适宜温度的操作室，患者平卧至少10 min，将压力袖带置于患者上臂用以阻断肱动脉血流5 min，然后释放袖带，导致反应性充血〔3〕，即外周局部动脉血流增加对血管壁的切应力增加，NO的释放，从而引起血管舒张。高分辨超声(>7.5 MHz)分别测量充血后管腔内径、管腔基础内径、充血前管腔内径，FMD=(充血后管腔内径-管腔基础内径)÷充血前管腔内径×100%。Yeboah等〔5〕经过多年对FMD的研究，FMD可作为心血管疾病的独立预测因素。这是一种无创的手法，而且具有较高的预测性，对于那些未行冠脉造影术的低风险患者具有良好的预测价值，以及其低廉的设备价格、可重复性操作、安全性让其成为一种应用广泛的评价方法。但其存在主要3点不足：(1)对于操作者依赖性，超声作为一种定量方法，过于主观，检测血管的内径具有差异；(2)缺乏广泛的培训及标准规范化〔6〕，如压力袖带的位置选择、探头的切面选取及按压力度；(3)在释放袖带压力后的峰流量有很大变异，使得不能检测到真正的FMD峰值〔7〕。因此，将不同的标准规范化，才能提高FMD的可靠性及可重复性〔8〕。随着电子科技设备的迅速发展，部分技术上的问题已得到解决〔9〕。FMD现已成为无创检测内皮功能的“金标准”，多种新型技术的出现均首选与FMD进行对比分析。

1.2低血流量介导的血管收缩(L-FMC)2008年，Gori等〔10〕运用同FMD同样的装置，描述了低流量导致的桡动脉收缩，可以作为评估一种新的评估血管功能指标。L-FMC对FMD提供了补充。发生在前臂血流闭塞期间减少的血流量引起的前臂动脉直径减小，其机制可能是由其他物质介导，通过血流介导的血管收缩剂(如ET-1)增加和血管扩张剂(EDHF和前列腺素)减少共同完成。一些证据表明，L-FMC是内皮依赖性〔11〕，但导致在肱动脉、桡动脉或颈动脉的L-FMC机制仍不清楚。方法：L-FMC需要受试者保持与FMD相同的条件下，同FMD相同的设备，如压力袖带、高分辨超声仪，将压力袖带置于患者上臂用以阻断肱动脉血流5min，以高分辨超声测量加压的最后30 s的桡动脉管腔内径相较于内径基线水平的最大变化〔12〕。评价：Gori等〔13〕报道，较单独使用FMD，联合L-FMC可以提高对冠心病患者预测的敏感性及特异性。近期的研究〔12〕表明，FMC在不稳定型心绞痛及稳定型心绞痛患者之间的差异，以及NESTEMI患者PCI术后及恢复期的变化。这种易于重复且无创的方式为血管功能提供了更多的信息，可作为对FMD是一种补充。但其机制仍有待于进一步的研究。

1.3外周动脉压力测定(RH-PAT)2003年，RH-PAT成为评估内皮功能的一项的新的指标〔14〕。PAT是通过外周动脉压力设备(Endo-PAT2000；Itamar Medical，Caesarea，Israel)〔15〕测定反应性充血后指尖张力变化程度，其原理与FMD基本相似，有研究表明这种反应指尖小血管的内皮功能的机制是复杂的，但仍是部分依赖于NO〔16〕。近10余年，因其具有简便、易于重复、实时的完全自动化的分析技术等优点，使其广泛使用。方法：受试侧手臂：将指尖探头于食指，压力袖带置于其上臂。对照侧手臂：相同的指尖探头置于食指。加压前10 min记录患者双侧指尖的基础张力幅度，后以大于收缩压50 mmHg的压力加压受试侧手臂5 min，计算机自动记录双侧指尖袖带释放后3min的指尖张力的平均变化程度。评价：Rubinshtein等〔17〕报道称以该指数<0.4预测心血管事件具有良好的敏感性及特异性。近期，Matsuzawa等〔18，19〕对具备高危因素的冠心病患者进行PAT测试后报道称，PAT对冠心病风险评分方面可作为独立的预测因素。完全性的计算机自动化技术因其取代超声需测量读数的方式，消除了依赖于操作者引起的误差。然而，在Framingham心脏研究中，RH-PAT 和FMD之间无明显相关性，通过肱动脉和指尖血管评估内皮功能与心血管危险因素之间有不同的关系，而且它们之间基本不相关，这可能表明，FMD和PAT在肱动脉与较小的指尖血管测定血管功能上提供了不同的信息〔20〕。

1.4激光多普勒血流仪(LPF)LPF是一种检测组织血流的无创方式，基于激光遇到血细胞会发生偏移这一原理，通过光传感器收集反射光产生的光流量变化，我们可以得到血流量、血流速度及血细胞浓度。通过离子电渗透法或微透析的方式，将乙酰胆碱或硝普钠导入皮肤组织，或者采用闭塞后反应性充血、局部加热充血等刺激方式，LPF记录了局部皮肤刺激后血流灌注量变化。激光技术不能直接测量血管内皮细胞功能，而是局部微血管功能反应内皮功能，经过多年研究，LPF测量微循环功能可以作为评估内皮功能的指标〔21〕。虽然LPF存在了多年，但是仍未被广泛使用，同时也缺乏大样本量的研究验证，限制其发展的原因可能为以下两点：(1)因几种刺激方式的机制尚不完全清楚，以及刺激方式、测量的局部区域的选择等缺乏统一的标准，皮肤灌注区域的异质性导致其重复性变异系数很高，可重复性差〔22〕。(2)包括环境因素及自身情绪、交感神经兴奋等因素对局部血流的影响，限制了它的发展〔23〕。近期报道的包括激光多普勒血流成像(LDPI)〔24〕，激光散斑成像(LSCI)〔25〕因其改善了对欲测区域的空间分辨能力，提高了可重复性。

1.5静脉体积闭塞描记法(VOP)早在一个多世纪前，VOP就被用作测量血流的手段〔26〕。其基本方法为，用一可调的压力袖带置于前臂，以40 mmHg压力阻断静脉回流，但不阻断动脉流入，前臂体积膨胀的程度就与动脉血流量有关，通过体积描记器计算反应性充血或应用血管活性药物前后前臂膨胀程度的变化来反映前臂动脉血流量的变化，使其成为评估内皮功能的方式〔27，28〕。有报道称心血管疾病与VOP具有有一定关系〔28〕，虽然具备相对较好重复性，但因其结果以注射乙酰胆碱的前臂血流和未注射乙酰胆碱的前臂血流之比表示，这种半有创性和操作的复杂性，限制了其临床推广〔27〕。

1.6指尖热检测(DTM)DTM检测血管功能技术已经成为一种新的无创评估心血管功能的方式〔29〕。其原理与PAT相似，在肱动脉血流介导的血管扩张中引起反应性充血，而内皮功能受损的病人血管在这种反应下将下降，DTM正是利用，阻断释放后，扩张的血管引起血流反应性增加，增加的血量带来大量的热，使温度反弹性的增高，以此增高的大小及速度来评估内皮功能状态，较为普遍使用的检测设备为美国休斯敦生产的VENDYS system。DTM检测血管功能障碍已被证明与传统心血管危险因素、Framingham危险评分(FRS)密切相关，且在预测冠状动脉钙化方面作用明显优于FRS〔30〕。近期的一项研究，Schier等〔31〕对60例胸外科手术的病人，在其术前测出基线水平及术后24、 48 、72 h、5 d分别检测其DTM，其目的用以检验DTM技术是否可以作为一种替代性的评价血管功能的方法上，尽管研究结果表明患有心血管危险因素能显著降低DTM，但这种新型的无创技术在对术后评估血管功能及评价标准仍需进一步研究。

1.7光电体积描记术(PPG)即脉搏容积测定(PAV)，其原理同FMD，动脉血管紧缩加压，使之经过一段时间的缺血状态，然后开放压力，血管受到血流的剪切应力刺激后，血管内皮释放NO，使血管平滑肌弛缓，产生血管扩张反应。其扩张反应的程度界定了血管内皮功能状况。手指的的脉管系统有高度吻合的动静脉组成，无明显团块肌肉组织，因此为评估搏动血流量体积提供的容易检测的窗口。采用红外方法检测指尖脉搏波，分析末梢循环信息从而评价血管内皮细胞功能状态。患者6 h内禁烟、禁咖啡，安静环境下在有靠背的椅子上休息至少5 min。取坐位，上肢裸露伸直并轻度外展，肘部置于心脏同一水平，将诊断仪袖带均匀紧贴皮肤缠于左上臂，使其下缘在肘窝以上约2～3 cm，气袖中央位于肱动脉表面，将诊断仪两个指夹按照标识分别夹在患者左、右手食指指尖。检测开始后诊断仪自动运行一下程序：记录2 min基础振幅值后袖带加压至180 mmHg，维持3 min后放气，记录2 min反应性充血振幅值，比较加压前后振幅比及参照侧振幅比后运行得出PAV数值。小样本的研究表明，与FMD进行对比，PPG与FMD具有良好的相关性〔32〕，相对于传统的FMD，该方法成本低，并且不需要依赖操作者的技能，测量双侧手指能够有效地消除系统误差。因此，以其作为临床心血管事件的筛选工具易于推广，但仍需大量样本验证其在临床中的指导价值。

2动脉弹性

2.1脉搏波传导速度(PWV) 心脏于收缩期射入主动脉内的血液，产生的脉搏波经血管壁向外周血管传导，因PWV 取决于动脉壁的弹性、血管腔径与壁厚度以及血液黏度。由于血管腔径与壁厚度以及血液黏度变化相对较小，因此通过PWV的测量可反映动脉僵硬度〔33〕。采用的PWV压力感受装置多为或法国Colson&Les Lilas公司生产的自动PWV分析仪(Complior SP，Arteh medical)置于已选择的动脉段搏动最明显处并自动记录某一动脉段两点之间的传导的时间，从而计算算出动脉顺应性(亦称为动脉弹性、动脉僵硬度)，常用的方式为颈-股动脉(CF-PWV)、肱-踝动脉(BA-PWV)、颈-踝动脉(CA-PWV)、颈-桡动脉(CR-PWV)及肱-桡动脉(BR-PWV )〔34〕。研究表明，不同动脉段之间的动脉顺应性可以代表不同的临床意义〔35〕，CF-PWV可反映主动脉弹性，相关研究证明CF-PWV对主动脉弹性评估可对心血管事件进行预测〔36〕，CA-PWV可一定程度上可替代CF-PWV作为大动脉僵硬度的指标，也可反映部分外周肌性动脉的僵硬度。CR-PWV主要反映周围肌性动脉的僵硬度，与CF-PWV、CA-PWV不可相互替代〔37〕。基于其无创、简便、可重复性高的特点，PWV已经成为国内外研究的热门方式〔34〕。有研究表明，随年龄增长，PWV显著升高，大多数的冠心病危险因素与PWV高度相关〔38〕。PWV是一种较新兴的测量动脉硬化的重要指标，其对全身动脉硬化的预测血管事件的价值应该继续探讨。

2.2脉搏波形分析(PWA)PWA是利用一种特定探头置于桡动脉搏动最明显处记录心动周期中的压力变化曲线，反应中心动脉压，这种方式可以将压力信号经计算机转化得到脉搏波波形及幅度，其中蕴含了大量的心血管状态的病理生理信息。如动脉硬化早期和高血压的无症状患者，其血管弹性、血管阻力及血压等指数上已发生变化，而且均已在PWA中的波形及幅度上已得到反应〔39〕。

2.2.1反射波增强指数(AI)血液向外周血管流动的同时，脉搏波亦沿动脉壁向外周做前向传导，在如血管分叉处这种压力突然增大的地方可产生反射波。反射波与前向波一般在舒张期相叠加。但阻力提前出现或脉搏波传导速度增快，叠加点出现在收缩期，收缩压将增加，舒张压下降。AI通常采用脉搏波分析，将反射波引起的第二峰值压力(即中心动脉压力反射波增压)与前向波引起第一峰值收缩压(即中心动脉脉压)之比值来表示AI。它表示在脉压中反射波增量所占的百分比。目前测量AI的仪器为澳大利亚SphygmoCor系统及日本Omron HEM-9000AI脉波检测仪，国内相关研究对两者进行比较表明，测量外周桡动脉AI上一致性较好，都较适合大规模的临床及流行病学研究〔40〕。AI与动脉弹性有较好的相关性，即随着AI值降低表示动脉弹性越差，因此其可以较好的反映动脉硬化程度〔41〕。但近期的研究，Mitchell等〔42〕发现，PWV可较好地预测心血管事件，在Framingham心脏研究中AI却不能作为心血管事件的独立预测因子。van Sloten等〔43〕也并未发现发现AI的预测性。

2.2.2舒张脉搏波形分析(DPCA)通过桡动脉脉搏波分析法可无创评估大动脉弹性C1，小动脉弹性C2，检测设备有美国HDI公司生产的CVProfilor DO-2020型动脉弹性功能测定仪，将探头置于桡动脉搏动最明显处，记录30 s桡动脉搏动波形，得到桡动脉脉搏波舒张压力曲线〔44〕。C1又称为容量顺应性，C2称为震荡顺应性。前者主要反映近端大动脉的功能，为血流体积下降与动脉树中压力下降的比值；后者主要反映外周小血管的功能，血流体积振荡性变化和动脉中压力振荡性变化的比值，且二者均须在舒张期压力呈指数样衰减时期测得。早期的研究表明，内皮功能受损及年龄增长可明显对C1和C2造成影响〔45〕。

2.3踝肱指数(ABI)ABI作为一种无创的测量方式广泛用于外周血管的检测，早期的研究发现，ABI<0.9在外周动脉疾病的诊断上其敏感性和特异性分别为95%和99%，ABI即踝动脉收缩压与肱动脉收缩压之间的比值，已成为评估下肢动脉疾病(PAD)的重要指标〔46〕。测量方法为用同一血压计袖带分别置于上臂及近踝的下肢动脉搏动最明显处，重复2次以上测量选择较大者作为踝动脉和肱动脉收缩压较大值，将两者相除得到ABI，相关研究表明〔47〕，反复的多次测量所得数值在PAD早期诊断中意义更大。经过多年研究，ABI降低已成为动脉硬化性疾病的重要危险因素，并可对包括死亡在内的心血管疾病患者进行独立预测，ABI的降低将导致心血管事件风险的增加〔48〕。尽管如此，ABI仍存在其局限性：(1)任一踝部以上动脉段的病变均可导致踝部动脉压降低，且不能对病变动脉段进行准确定位。(2)相关的研究报道，在糖尿病患者中钙化的下肢动脉导致血管弹性减低，血管回缩力减小，异常升高的踝部收缩压可使本应较低德尔ABI正常或升高，干扰诊断结论〔49〕。相关研究结果表明，因动脉钙化对足趾动脉影响较小，利用足趾动脉收缩压代替踝动脉收缩压，即趾肱压指数(TBI)，因此TBI对糖尿病人有更好的预测价值，且对ABI做了良好的补充价值〔50〕。

3小结

血管内皮功能障碍是心血管疾病发生发展的关键环节，检测血管内皮功能可以有效地评估疾病的发展和预后情况，通过外周血管无创地检测血管功能易于在临床中推广，尤其在心血管疾病的筛查上做出巨大贡献，协助预测了心血管事件的发生发展，并减低了不良事件的风险，因此建立并规范内皮功能检测操作指南将从根本上有益于心血管疾病的防治工作，对内皮功能检测无创手段的进一步研究在临床上具有广阔的应用前景，需要我们继续对已存在的方式进行更多样本的研究以及开创更多简便、重复性好、可信程度高的无创手段。

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〔2015-08-10修回〕

(编辑滕欣航)

〔中图分类号〕R543.3

〔文献标识码〕A

〔文章编号〕1005-9202(2016)08-2014-05；

doi：10.3969/j.issn.1005-9202.2016.08.109

通讯作者：司道远(1984-)，男，主治医师，主要从事动脉粥样硬化的早期诊断与治疗研究。

基金项目：吉林省科技厅资助项目(No.20140204016SF);长春市科技计划项目(No.14KG063)

第一作者：王云飞(1988-)，男，在读硕士，主要从事内皮功能评估及早期检测研究。