非侵入性评估血管内皮功能方法研究进展

李 晓，郑元义，胡 兵，白文坤

(上海交通大学附属第六人民医院超声医学科 上海超声医学研究所，上海 200233)

血管内皮功能障碍(即血管内皮损伤)为高血压、动脉粥样硬化(atherosclerosis, AS)、糖尿病等血管相关并发症发生、发展的早期表现及危险因素，且为心血管疾病(cardiovascular disease, CVD)的独立预后因素，早期判断血管内皮功能障碍对改善预后具有重要意义。既往常以侵入性方法，如冠状动脉造影、前臂体积描记等检测血管内皮功能。随着技术的进步，非侵入性方法逐渐用于评估血管内皮功能，且操作简便，可重复性高。本文对非侵入性方法检测血管内皮功能研究进展进行综述。

1 概述

血管内皮功能障碍通常表现为血管舒张功能障碍，即血管对化学刺激(如乙酰胆碱)或机械刺激(如血流剪切应力)的反应性降低。一氧化氮(nitric oxide, NO)是内皮细胞合成的血管舒张因子，可与血管平滑肌细胞鸟苷酸环化酶结合，介导细胞内信号转导而致血管舒张。内皮细胞受损后，其功能或结构发生改变，释放的血管舒张因子减少、收缩因子增加，血管内环境稳态被打破，导致血管功能障碍及CVD。长期或急剧血压升高抑制NO合成及释放，损伤血管内皮[1]。肥胖或高脂血症状态下，血管壁内过多脂质沉积，严重损害内皮细胞及平滑肌细胞，促进AS发生。慢性高血糖条件下的糖毒性不仅直接损伤内皮细胞，还能促进低密度脂蛋白氧化，加速AS斑块形成[2]。

2 无创评估血管内皮功能的方法

2.1 检测血流介导的血管舒张功能(flow mediated dilation, FMD) 检测FMD是目前无创评估内皮功能的最重要的方法之一[3]，通过诱导反应性充血使高速血流冲击血管内壁，促进内皮细胞释放NO而引起内皮依赖性血管舒张，此种舒张形式依赖于结构完整且功能正常的血管内皮[4]。

超声所测FMD与内皮功能呈正相关，可早期识别亚健康人群中的内皮损伤，并通过评估具有CVD危险因素(如长期吸烟、肥胖、糖尿病等)人群早期判断内皮损伤风险并积极干预。研究[5]发现运动干预可改善血管内皮功能，尤其对于FMD较低及CVD风险较高人群，其有氧运动强度与FMD之间存在明显剂量反应关系。血管紧张素转换酶抑制剂为内皮保护性药物，治疗期间常用FMD评估内皮改善情况。他汀类药物治疗高胆固醇血症可促进内皮修复并延缓AS进展，治疗后FMD明显升高[6]。

但检测FMD用于临床仍存在不足：①缺乏标准化检测方案和正常参考值，难以统一或规范不同实验室的操作标准及患者自身条件，存在假阴性或假阳性[7]；②设备昂贵，对操作人员技术要求较高；③加压时间较长，压力值较高，所致不适使患者依从性较低。

MATSUI等[8]采用新型短时FMD测定，袖带充气加压后仅需维持50 s，并在20 s内逐渐放气，如压力降低过程中血管直径变化较小，则内壁剪切应力将显著增加，可在短时间内测量由增加的剪切应力引起的内皮依赖性血管舒张反应。此法操作简单，但尚需大样本临床试验或重复测量加以验证。

2.2 测定外周动脉张力(peripheral arterial tonometry, PAT) 测量PAT的原理及方法与FMD相似，以指尖为测量点，通过测定缺血前后指尖动脉张力的变化以评估微血管功能。PAT和FMD评估CVD的关注点不同，FMD主要评价大血管功能，而PAT主要反映微代谢情况[9]，故对于同时存在大血管及微血管病变的肥胖或2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus, T2DM)患者，联合应用FMD与PAT能更好地预测内皮损伤。

与FMD相比，测定PAT操作更为简便，对操作者的要求相对较低，且其自动检测程序降低了操作者因素对结果的影响，在临床和基础研究领域应用更为普遍。但是，指尖小动脉的舒张机制较为复杂，易受自主神经及环境条件改变影响，其血管舒张仅部分通过NO介导[10]；PAT测量结果的可重复性较低，与FMD相比测量结果的干扰因素较多，不稳定性较高。尽管如此，PAT对于评估血管疾病的作用仍不可忽视，其与FMD联合应用将更具临床价值。

3 分析血管内皮结构

3.1 测定颈动脉内-中膜厚度(carotid intima-media thickness, cIMT) cIMT增加是动脉损伤性病变的常见表现；超声测量cIMT是早期评估AS的有效方法。肥胖及T2DM患者的全身炎症反应及氧化应激损伤血管内皮细胞，导致内皮功能障碍，故其cIMT明显高于健康人[11]。冠心病患者的cIMT较健康人明显增厚，同样提示内皮损伤介导cIMT增加[12]。测定cIMT操作简便、无创且价格低廉，现已广泛用于临床筛查CVD等疾病，对于检出早期无症状AS患者更具优势；但测量cIMT多由医师手动操作，受仪器分辨率影响，并存在观察者间不一致性。目前正在研发提高cIMT检测效率及准确率的新技术，如基于射频数据处理技术定量测量cIMT，相比人工手动测量，其操作者间误差减小，主观因素影响降低，且采用自动化读数能在短时间内多点、多次测量，既可提高检测效率，又能保证测量结果准确性[13]。此外，MRI亦可用于测量cIMT，结果的可重复性高，且与超声测值具有较高相关性。

3.2 测定心外膜脂肪厚度(epicardial fat thickness, EFT) 心外膜脂肪组织为内脏脂肪，在介导肥胖及血管内皮功能障碍中具有重要作用。心外膜脂肪细胞能诱导炎症反应，促进氧化应激，并分泌脂肪细胞因子介导血管内皮损伤。EFT与内皮损伤相关，是发生AS的影响因素[14]。T2DM患者中，随着病程延长，EFT呈上升趋势。 EFT与FMD呈负相关，是内皮功能的独立预测因子[15]。超声心动图测量EFT操作简便、可重复性好且价格低廉，已普遍用于临床和基础研究；但于二维图像中测量的EFT用于反映脂肪组织的三维分布存在一定误差。MRI可较为精确地评估EFT，但检查时间较长且价格昂贵。有待开展三维超声精确测量EFT。

4 评估血管弹性

4.1 检测脉搏波传导速度(pulse wave velocity, PWV) PWV是目前应用最广泛的反映动脉僵硬度的指标，与AS联系紧密：动脉硬度增加致管壁压力及剪切应力增加，引起血压升高并促进血管重塑，加速AS斑块形成。临床测量颈动脉至股动脉(颈-股)的PWV可反映主动脉脉搏波速度[16]。颈-股动脉PWV与冠状动脉AS密切相关[17]。在冠状动脉AS或狭窄、但无明显症状的糖尿病患者中，PWV评估冠状动脉结果与冠状动脉造影评估结果存在相关性，且随访期间的PWV值与无症状者不稳定斑块量明显相关；CVD患者中，PWV评估冠状动脉疾病严重程度与冠状动脉造影评估结果呈明显正相关[18]，故PWV被认为是心血管事件的独立预测因子。目前临床常用压力感受器或超声多普勒检测PWV。血管回声跟踪技术是近年兴起的新型测定PWV手段，通过射频信号时相与距离信息转化而描记管壁运动曲线，其测量准确性较常规方法有明显提高[19]。作为新型的实时、快捷的测量PWV方式，超声全息血管硬度分析可早期发现动脉壁弹性变化[20]；而极速脉搏波技术、瞬时波强技术等也以其操作便捷、准确、采集时间短等优势受到青睐[21-22]。

PWV适用于评价整体动脉状态，用于评估局部血管弹性有其局限性；且临床应用中亦存在不足，例如测量动脉脉搏点间的距离时，不同方法之间的微小误差可能显著影响结果的准确性；易受血压波动影响，血压升高时，管壁张力增加，使功能性动脉僵硬度增加，进而影响PWV测值。

4.2 测定踝肱指数(ankle-brachial index, ABI)及趾肱指数(toe-brachial index, TBI) ABI是踝部动脉收缩压与肱动脉收缩压之比，常用于评估动脉系统供血状态，测量简便、无创且重复性好，已广泛用于初检下肢动脉疾病。ABI可反映血管内皮功能，其异常可作为评估AS严重程度及预测CVD不良结局风险的重要指标[23]；但ABI的准确性不及FMD，尤其T2DM患者出现下肢动脉钙化时动脉管壁弹性已下降，导致踝部动脉压升高而干扰ABI 测值的准确率。利用TBI可弥补上述不足，因动脉壁钙化对足趾动脉的影响较小，可测量足趾动脉收缩压以代替踝部动脉压，所得TBI的敏感度及准确率均较ABI明显提高。但TBI特异度不及ABI，联合应用二者可提高评估下肢周围动脉疾病的准确率。

5 小结与展望

血管内皮损伤早期具有较高可塑性，早期诊断并干预可能恢复内皮功能，有利于避免内皮损伤持续进展为AS等不可逆性疾病，从而降低CVD发生风险。运动或药物干预后，长期监测内皮功能亦可作为评价治疗获益的指标。尽管目前非侵入性血管评估内皮功能的方式较多，但均缺乏标准规范及参考指标，对相关影响因素及作用机制的探索尚处于起步阶段。开发操作简便且准确度高的测量方法以及制定规范化标准，将对早期发现并及时干预内皮功能障碍发挥重要作用。