无创性评估高血压患者主动脉弹性研究进展

【摘要】 高血压是我国常见慢性病之一，其发病率呈逐年上升趋势，目前已有研究发现高血压患者其主动脉弹性会发生改变，从而引起病情加重或并发症。因此若能在早期发现高血压患者主动脉弹性的改变，可对患者采取针对性的治疗，改善患者预后。本篇文章将从主动脉弹性变化的病理生理及影响因素、高血压与主动脉弹性的相关性和临床上主流的无创性评估血管弹性方法及其量化指标进行综述。

【关键词】 主动脉弹性 高血压 无创性评估

Research Progress on Noninvasive Assessment of Aortic Elasticity in Patients with Hypertension/ZHAO Yupu， SUN Weiyang， WANG Ruiqi， WANG Yan， YU Shuting， ZHANG Futian， WANG Ruliang. //Medical Innovation of China， 2024， 21（22）： -183

[Abstract] Hypertension is one of the common chronic diseases in China， and its incidence is increasing year by year. At present， studies have found that the aortic elasticity of patients with hypertension will change， can cause disease aggravation or complications. Therefore， if the changes of aortic elasticity in patients with hypertension can be detected at an early stage， targeted treatment can be taken to improve the prognosis of patients. This article will review the pathophysiology of aortic elasticity and its influencing factors， the correlation between aortic elasticity and hypertension， the mainstream noninvasive methods for evaluating vascular elasticity and its quantitative indicators.

[Key words] Aortic elasticity Hypertension Noninvasive assessment

First-author's address： Department of Radiology， Affiliated Hongqi Hospital of Mudanjiang Medical University， Mudanjiang 157011， China

doi：10.3969/j.issn.1674-4985.2024.22.040

近年来，随着国民生活水平的日益提高及生活方式的改变，高血压患者数量日渐增多，且发病年龄呈年轻化趋势。高血压是我国最常见的慢性病之一，也是心脑血管疾病发病的重要原因，其并发症有脑卒中、心力衰竭、肾损害等，致残、死亡率高，对患者身心造成不良危害，严重消耗医疗和社会资源，给家庭和国家造成沉重负担[1]。

主动脉作为血液从心脏射出后经过的第一站，它不仅承担着缓冲血液从左心室射出后的巨大压力，还负责将血液以合适的血流动力学进入全身的循环中。因此，主动脉的生理意义及重要性不言而喻。目前，已有研究证实主动脉弹性的改变与其病变存在相关性[2]，且血管弹性是心脑血管疾病的独立预测因子。如何评价主动脉的血管弹性引起更多关注。若能在早期发现主动脉的弹性改变，及时调整诊疗方案，可极大改善患者预后。

1 主动脉弹性变化的病理生理及影响因素

动脉是由三个关键层组成的导管结构，由外向内分别为外膜、中膜和内膜。这些层共同作用，通过收缩或扩张感知并响应血压的波动，并通过细胞生长和重塑来对慢性变化进行响应。外膜是动脉管壁的最外层结构，它主要由成纤维细胞及胶原组成，其功能是为血管提供支撑作用，并提供一个用以连接其他组织的表面。弹性蛋白层组成中膜结构，该层提供了一部分顺应性。单层内皮细胞构成的内膜是动脉最内层的结构。动脉的三层结构中的每一层之间都存在一个由有孔的弹性蛋白纤维管组成的弹性层，这使得血管管壁的弹性及顺应性进一步增加，并分隔了血管的不同层。此外，血管壁中的诸多细胞，包括内皮细胞、血管平滑肌细胞和成纤维细胞，它们能够感知机械变化，并通过产生血管活性分子、细胞外基质（extracellular matrix，ECM）和ECM降解蛋白酶等物质，影响血管的顺应性。另外，胶原沉积的增加和弹性蛋白的分解被认为是血管力学性质变化的主要机制之一[3]，Benetos等[4]的研究还表明AngⅡ受体1基因多态性与主动脉的顺应性关系密切。目前，已有研究发现年龄是主动脉弹性下降的独立危险因素，随着年龄的增加，主动脉弹性逐渐下降，且以50岁作为分水岭，当年龄超过50岁时，血管弹性的下降速率将成倍上升[5]。除年龄外，吸烟、高血脂、高血糖及肾病等也会影响主动脉的弹性。

2 高血压与主动脉弹性的相关性

高血压患者主动脉弹性下降涉及多种生理机制。（1）长期的高血压会导致动脉内膜损伤和斑块形成，使血管壁变得更加僵硬，弹性下降。（2）由于长期的高血压及其他危险因素，如高血脂等，动脉壁会逐渐发生纤维化和钙化，这些病理改变会增加主动脉壁的僵硬度，降低其弹性。（3）长期血压负荷对血管壁造成直接损伤吗，导致相应的炎症反应，引起血管细胞增生和重塑，从而导致主动脉壁肥厚，从而影响其弹性。（4）高血压可能导致内皮细胞功能障碍，产生一系列炎症介质和血管活性物质，如内皮素、氧化应激物质等，进一步损害主动脉的弹性。

国内外有学者提出高血压患者的主动脉弹性会下降，并且在高血压形成之前主动脉就已经存在弹性丧失，这意味着主动脉弹性的下降是导致高血压的一个重要影响因素[6-7]。同时，血压的升高也会增加血流和血管壁上的应力，这将进一步导致主动脉弹性降低，形成恶性循环。此外，主动脉弹性下降也是高血压患者死亡的原因之一，同时也是冠心病事件的独立预测因素[8-9]。

3 主动脉弹性的无创性评估方法

目前主流评估主动脉弹性的方法可分为侵入性及非侵入性，侵入性方法主要包括导管法血管造影及血管内超声等，非侵入性方法主要包括脉搏波传导速度（pulse wave velocity，PWV）、超声（ultrasound）、磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）及计算机体层血管成像（computed tomography angiography，CTA）等。非侵入性检查由于其操作简单、安全性高、较高的灵活性等优点现已成为临床评估主动脉弹性的首选方法，但其原理、可靠性及其优缺点各不相同，以下对这几种检查方法及动脉弹性参数量化指标进行简述。

3.1 检查方法

（1）PWV：在临床中，广泛使用的评价动脉硬度的参数是PWV，被认为是血管弹性测量的“金标准”。PWV是指沿主动脉和大动脉传播的动脉压力波速度的量度，通过两个动脉搏动点的传导距离除以脉搏波传导时间来计算。根据不同的靶向动脉，确定了各种类型的PWV测量，如颈动脉-股动脉PWV（cfPWV）、肱动脉-踝动脉PWV（baPWV），这两种PWV在临床和研究领域应用最广泛。PWV测量可以通过使用压力传感器、超声心动图等方法获得[10]。近年来一些学者用PWV测定动脉弹性时，发现受试者的血压变化及自主神经功能状况对动脉弹性的结果影响较大，另一方面，PWV并不是测量真正的血管，而是血管到身体的投影，测量过程中易受患者个人情况及体表记录点间距离误差的影响。（2）超声：超声技术可以对动脉内、中膜厚度及管腔内斑块形成等动脉壁的结构进行测量，也可以根据多普勒血流速度和动脉舒缩时内径的变化，计算动脉顺应性系数等参数，可反映大动脉某一横断面的顺应性。近年来，血管回声追踪等技术成为超声研究的热点，可在早期发现动脉弹性的改变，但由于超声可重复性较差，以及肺部气体干扰、升主动脉及降主动脉的解剖位置等因素，超声在评估升主动脉、降主动脉等深动脉弹性时存在一定的局限性，因此临床中一般多用于评价一些表浅动脉弹性，如下肢动脉等多为常用[11]。（3）MRI：MRI因其出色的软组织分辨率，现已大范围应用于大动脉管壁结构、功能及心脏功能的评价。冠状动脉MRI检查现已成为冠状动脉检查的一种新型趋势，其中，磁共振弹性成像（magnetic resonance elastography，MRE）作为一种新型的能直观显示及量化组织顺应性（即弹性或硬度）的无创性成像方法，已成为学者们讨论的重点[12]。MRE作为一种相位对比MRI技术，它使用改进的MRI脉冲序列对施加声波的传播进行成像。MRE研究涉及常规MRI扫描仪、包含运动编码梯度的改进脉冲序列及产生感兴趣组织中剪切波的谐波运动源。近年来国内外有研究证实MRE评价主动脉壁硬度具有可行性，且与PWV评价弹性的结果有良好的对应性。但由于MRI较长的扫描时间、高昂的费用等，影响了MRI的普及和应用，但发展潜力依然很大。（4）CTA：以往CTA主要用于观察血管解剖结构及形态，近年来，随着CT技术的革命性进展，心电门控技术的出现可以对主动脉进行多期像采集，并对原始数据重建可得出心动周期中不同时期的图像，动态观察主动脉在心动周期的搏动特点，准确测量其变化幅度，因此其在心血管功能学评估中的应用得到发展。高排数的CTA具有卓越的时间分辨率，可大大降低对患者心率的要求，避免了心脏搏动对成像造成的影响，结合心电门控技术，实现“一站式扫描”。冠状动脉CTA可获得患者冠状动脉的全部信息，不仅可以观察冠状动脉的狭窄程度、斑块性质等，还可同时评估肺血管、主动脉形态，并且能够在心动周期的任意时相重建图像，从而获得心动周期中最佳收缩期及最佳舒张期的动脉管径及面积，为准确评估动脉弹性及大范围人群的普及应用提供了客观条件[13]。目前心电门控技术主要有回顾性及前瞻性心电门控技术两种，其中，前瞻性心电门控技术能在一次扫描中获取患者所有心动周期的参数，大大减低了患者承受的辐射剂量[14]。近年来，心电门控式冠状动脉CTA多应用于冠心病的诊断及主动脉病变，研究血管弹性的学者仍是少数，冠状动脉CTA评估血管弹性的价值仍存在巨大潜力等待被发现。

3.2 动脉弹性参数量化指标

在评价血管弹性的改变时，临床中常用一些参数来量化或代表血管弹性，下面介绍近年来国内外评价血管弹性常用的部分参数及计算方法。（1）血管僵硬度（β）。计算公式为：β=ln（Ps/Pd）/[（Ds-Dd）/Dd]，其中Ds、Dd为心动周期中最佳舒张期和收缩期对应的管腔最大、最小直径，Ps、Pd为外周收缩压及舒张压，ln为自然对数。通过该参数即可反映大动脉某一横断面的顺应性，目前已被临床广泛应用于超声评估动脉弹性中[15]。（2）动脉扩张性（aortic distensibility，AD）、动脉顺应性（aortic compliance，AC）、动脉僵硬度（aortic stiffness index，AoSI）。以上为临床CTA中常用于评价血管弹性的相关参数，计算公式为：AD=[（Ss-Sd）/Sd]/△P；AC=（Ss-Sd）/△P；AoSI=ln（Ps/Pd）/[（Ds-Dd）/Dd]，其中Ds、Dd为一次心动周期中最佳舒张期和收缩期对应的主动脉管腔的最大、最小直径，Ss、Sd为管腔的最大、最小面积，Ps、Pd为外周收缩压及舒张压，△Ｐ为脉压差，ln为自然对数。与超声相比，CTA的动脉弹性指标加入了管腔面积的变化，对弹性的评估更加准确，并且CTA可以运用心电门控技术，可以重建出心动周期中的最佳舒张期及最佳收缩期，灵活性明显提高，可以更加深入地发现各种疾病发生时管壁弹性的变化，AD、AC、AoSI现已经大量应用于CTA评估动脉弹性中[16-18]。（3）CT主动脉硬度指数（CT aortic stiffness index，CTASI）。其是2021年Broyd等[19]提出的一种新型计算方法，计算公式为：Distensibility（mmHg-1）=（Amax-Amin）/（Amax×Pulse Pressure）；Distensibility PWV（m/s）=1/ ρ×Distensibility；CTASI（m/s）=3.40+0.19×Distensibility PWV+（1.29×lg（Aortic Calcification）。Amax：主动脉测量的最大面积；Amin：主动脉测量的最小面积；Pulse Pressure：脉压；ρ：血液的密度，假定为1 055 kg/m3；Aortic Calcification：主动脉钙化。它是将CT技术与PWV技术相结合的产物，结合了主动脉健康的解剖学（钙化）和生理学（扩张性），是最新的评价主动脉弹性的参数之一。（4）心-踝血管指数（cardio-ankle vascular index，CAVI）。CAVI是日本学家提出的一个新参数，计算公式如下：CAVI=a[（2ρ/ΔP）×ln（Ps/Pd）×haPWV]+b。Ps是收缩压，Pd是舒张压，haPWV是从主动脉起点通过股动脉到踝关节胫动脉的PWV，ρ是血液密度，ln为自然对数，a和b是将CAVI的值转换为长谷川心脏-股骨PWV（hfPWV）值的常数[20]。在许多临床研究中，CAVI在冠状动脉疾病、脑梗死和慢性肾脏疾病等动脉硬化性疾病及大多数有各种冠状动脉危险因素的人群中显示出很高的价值。由于目前通用的CAVI诊断标准来自日本的一项研究，而日本与我国的地域、民族、生活方式等存在较大差异，因此评估动脉僵硬度的CAVI这一参数可能也会有所差异，故CAVI这一参数在我国的实用性还需进一步讨论。（5）脉压（pulse pressure，PP）及脉压指数（pulse pressure index，PPI）。PP也被认为是评估大动脉血管弹性的指标之一[21]。PP为收缩压与舒张压的差值，PP越大，往往代表血管弹性的下降，但PP本身存在诸多局限性：PP的大小取决于收缩压及舒张压的数值，收缩压受心率、每搏输出量等影响，舒张压则受外周血管的阻力等影响，因此PP这一参数计算的可靠性仍存在一些疑问。近年来，有学者开始使用PPI[22]，它被定义为PP与收缩压的比，即：PPI=PP/收缩压，不仅考虑了血管固有的顺应性，而且还将血管动态顺应性纳入考虑范围，该数值>0但<1，越接近1代表血管顺应性越小，越接近0则代表血管顺应性越大。所以从理论上讲，PPI的大小能够反映血管顺应性的大小。目前国内外学者已经将PPI用于评估血管弹性及探讨PPI与其他疾病相关性。但同时也有学者对PPI的应用持有怀疑态度[23]，因此，PPI在临床应用中的可靠性需要进一步研究。

4 总结和展望

通过以上技术及参数可以对高血压患者的主动脉弹性进行评估，PWV及超声由于其操作简便，现已成为临床中常用的方法。MRI及CTA在血管弹性的评估中存在相当大的潜力，以后有望成为评价血管弹性的金标准之一。PPI仍需更多的研究证实其可靠性。

如今，随着大数据、人工智能AI的不断兴起，更多大模型的搭建[24-25]，为临床中评估动脉弹性提供了更加高效、便捷的方案。基于大量临床数据及高新计算机构建出的模型，使得医师可以更加便捷地获得患者的动脉弹性指标及血流动力学等参数，但该方法仍处在起步阶段，相信会是今后研究的热点话题及方向。

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（收稿日期：2023-12-07） （本文编辑：陈韵）

①牡丹江医学院附属红旗医院放射科 黑龙江 牡丹江 157011

②牡丹江医学院附属红旗医院磁共振科 黑龙江 牡丹江 157011

③牡丹江医学院附属红旗医院介入血管科 黑龙江 牡丹江 157011

通信作者：王汝良