超声评估内皮功能：血流介导的血管扩张试验技术指南

摘要

血流介导的血管舒张（FMD）试验是目前最常用的人类内皮功能无创超声评估方法。尽管FMD试验已被证实与未来心血管疾病及事件的预测相关，但作为一种生理学评估手段，其存在多种内在的混杂因素，需加以考虑。

摘要

心血管疾病是全球范围内导致死亡的主要原因，也是致残的重要原因。血管内皮功能障碍是一种病理状态，其主要特征是血管舒张物质与血管收缩物质之间的平衡遭到破坏，被认为在动脉粥样硬化性心血管疾病的发生发展中起着重要作用。因此，对人类内皮功能进行精确评估是一项重要工具，有助于更深入地理解多种以心脏为中心的病理状况的病因学。

在过去的二十五年中，已开发出多种方法学手段用于评估人类内皮功能。1989年提出的血流介导性舒张（FMD）试验，通过前臂阻塞及随后的反应性充血，促进一氧化氮的生成以及肱动脉的血管舒张。目前，FMD试验已成为应用最广泛的、用于评估人类内皮功能的无创性超声检测方法，并且已被证实与未来心血管事件相关。

尽管内皮依赖性血管舒张功能（FMD）检测可能具有临床应用价值，但它是一种生理学评估方法，存在若干需要考虑的混杂因素。本文介绍了一种测定FMD的标准化方案，包括推荐的方法学，以帮助最大限度地减少生理和技术方面的干扰，提高评估的精确性和可重复性。

引言

心血管疾病是全球范围内发病率和死亡率的首要原因。血管内皮功能障碍是多种血管相关疾病发展的初始阶段¹。因此，对人体内皮功能进行准确评估是一项重要的技术手段，有助于理解多种心血管病理的病因，最终目标是提高疾病治疗和预防的有效性。

内皮

内皮细胞是一层单层细胞，可合成多种血管活性物质，如一氧化氮（NO）、前列环素、内皮素、内皮细胞生长因子、白细胞介素以及纤溶酶原抑制剂²。这些因子参与内皮细胞调节血液流动性、血管张力、血小板聚集、血浆成分通透性以及血管壁炎症反应的功能^2-4。此外，NO在促进血管舒张和维持内皮完整性方面发挥关键的抗动脉粥样硬化作用。NO通过调节组织氧供与其代谢需求之间的平衡，调控血管张力和管径^3,5。多种内源性、外源性及机械性刺激因素可诱导内皮型一氧化氮合酶（eNOS）的活化，该酶可将L-精氨酸转化为NO^6,7。其中最显著的机械刺激是剪切应力。管壁剪切应力可显著增强eNOS的活化，从而促进NO生成，并引起平滑肌松弛⁴。因此，NO生物利用度的降低常被用作评估内皮功能障碍的指标⁸。

内皮功能障碍

血管舒张因子与血管收缩因子之间的失衡导致内皮功能障碍²。此外，炎症介质的释放以及局部剪切力的改变可能增强内皮来源的活性氧（ROS）的合成。这种氧化还原信号通路的上调不仅会改变内皮完整性并减少一氧化氮（NO）的合成⁹，还可导致eNOS解偶联，从而直接产生更多的自由基。最终，NO生物利用度的降低促进了血管收缩、血管僵硬度增加以及动脉扩张能力下降⁴。

内皮功能障碍的程度与多种疾病的严重程度相关，例如高血压¹⁰、动脉粥样硬化¹¹、缺血性脑卒中¹²、糖尿病¹³、子痫前期¹⁴以及肾脏疾病¹⁵等。因此，人们广泛关注不仅在时间进程中内皮功能的变化，还包括在治疗干预后的变化。已有多种方法用于临床评估冠状动脉和外周循环中的内皮功能，包括有创方法（如心脏导管插入术和静脉阻断体积描记法^3,16）和无创方法（如血流介导的血管扩张、桡动脉张力测定和脉搏轮廓分析^4,17,18）¹⁹。

血流介导的血管扩张

血流介导的血管扩张（FMD）是一种无创性超声评估内皮功能的方法，已被证实与血管健康问题的发生发展相关。自1989年首次提出以来²⁰，FMD已被广泛用作一种可靠、活体（in vivo）的方法，主要用于评估人类以一氧化氮（NO）介导为主的内皮功能^19,21,22。事实上，肱动脉FMD检测结果已与其他有创性技术结果相关联²³，大量研究报道了FMD与心血管损伤之间存在显著的负相关关系^24,25，即血管病理程度较重的个体表现出更低的FMD值²⁵。因此，这些数据强调了该技术在预测无症状个体未来发生心血管疾病方面的预后价值^26-30。

在FMD检测过程中，持续测量肱动脉在前臂循环阻断前（基础状态）以及阻断释放后的直径变化。当解除袖带压迫后，诱发的反应性充血会促进剪切应力介导的一氧化氮（NO）释放，进而引起血管舒张^19,31。FMD以袖带释放后动脉直径较基础状态直径增加的百分比来表示（FMD%）。

尽管该技术在临床上日益受到关注，但血流介导舒张（FMD）试验是一种生理学评估方法，因此需要考虑多个变量，以对人体内皮功能进行精确评估。本文介绍了一种标准化操作流程及推荐的方法学，旨在尽量减少技术和生物学因素带来的影响，从而提高FMD试验的准确性、可重复性及结果解读的可靠性。

方案

注意：以下内皮依赖性血管舒张功能（FMD）操作流程是整合性血管与运动生理学实验室（LIVEP）在血管功能评估研究中常规采用的方法。所有实验程序均遵循《赫尔辛基宣言》的原则，并经佐治亚 Regents 大学机构审查委员会批准。在获得书面知情同意书之前，已向所有受试者详细说明该技术的目的及可能存在的风险。图1展示了进行肱动脉FMD超声评估时应考虑的关键要素的示意图。

1. 受试者准备（到达前）

1. 确认受试者已停止运动（≥12 小时）、摄入咖啡因（≥12 小时）、吸烟或接触烟雾（≥12 小时）、服用维生素补充剂（>72 小时）以及任何药物（停药时间至少为药物半衰期的 ≥4 倍，非甾体抗炎药需停用 1 天，阿司匹林需停用 3 天）。
2. 确保受试者处于空腹状态，或在检测前仅摄入低脂饮食⁴。
3. 对绝经前女性进行检测时，建议在月经周期的月经期进行 FMD 检测，以减少内源性雌激素和孕激素的影响^8,32,33。

2. 受试者准备（到达后）

1. 在开始测量前，确保受试者在安静、温度受控（22 °C 至 24 °C）的环境中仰卧休息约 20 分钟，以达到血流动力学稳定状态。
2. 连接标准肢体导联 II 的三导联心电图。按照美国标准仪器配置，将白色/负极导联置于右肩锁骨下方，黑色/双极导联置于左肩锁骨下方，红色/正极导联置于胸部左侧外侧基底部、左胸大肌下方。
3. 将受试者手臂外展约 80°，并用真空固定枕固定前臂远端，以在测量期间保持手臂位置准确（图 2）。
4. 将前臂袖带放置于内上髁远端紧邻处，并确保袖带未接触任何物体，包括下方的桌面（图 2）。

3. 基线测量

1. 使用超声成像定位肱动脉：
   1. 用手持探头，将其置于横截面位置，从肱二头肌止点开始，沿上臂内侧向近端方向进行扫描。
   2. 在B型模式（灰阶）下识别肱动脉及其伴行血管，并使用彩色血流（CF）模式辅助确认动脉位置。需结合探头方向仔细判断颜色信号和脉动性，以确保评估的是动脉而非静脉。
      注：当探头指示器朝向头部时，红色表示血流朝向探头（动脉血流），蓝色表示血流远离探头（静脉血流）。
2. 肱动脉的识别：
   1. 找到肱动脉后，将探头旋转90°，沿手臂纵向扫描。获取肘前窝上方2至10 cm范围内的图像。
   2. 识别静脉和筋膜平面等解剖标志，以便在同一受试者中进行多次评估（图3）。
3. 固定探头：
   1. 将探头固定在立体定位探头架上，确认探头已稳妥固定，避免过度移动。在探头固定后，确保所获图像质量与未使用支架时手动获取的图像质量相当。
4. 优化图像分辨率：
   1. 探头固定后，使用时间增益控制（TGC）优化图像。
      注：当腔内与血管壁之间的前、后内膜界面在B型模式下呈现最清晰图像时，即达到最佳成像效果。
   2. 由技术人员手动调节增益、焦点、动态范围和谐波，以获得内皮近壁和远壁清晰明确的图像。
5. 双功多普勒模式：
   1. 完成B型成像后，进入脉冲多普勒模式下的双功扫描。
   2. 探头置于支架内时，采用“ heel-to-toe”方法，通过将探头一端抬高多于另一端的方式调整肱动脉图像，使声束入射角达到60°。
6. 基线数据采集：
   1. 获取一幅满意的B型图像，清晰显示动脉内膜层及内膜-内膜边界。确保多普勒信号声音清晰锐利，无杂音或减弱现象。
   2. 通过冻结再解冻图像来重置超声CINE循环。按下F1键开始在图像软件中记录数据。至少连续记录30秒的基线数据，并分析这30秒内的平均血管直径和血流速度，作为基线值。注：不同型号的超声设备和软件设置可能需要不同的操作流程以实现相应功能。

4. 血管闭塞测量

1. 前臂阻塞：
   1. 使用压缩空气迅速充气前臂阻塞袖带，使其压力达到收缩压以上水平（250 mm Hg），持续5分钟，以诱导动脉阻塞。
   2. 在前臂阻塞开始后4分30秒时，开始采集数据。
      注意：阻塞期间的测量数据将以阻塞最后30秒的数据表示。

5. 反应性充血（袖带释放后）测量

1. 继续采集袖带释放前的数据：
   1. 在第5分钟时放气袖带。
   2. 袖带释放后继续记录两分钟。
2. 在袖带释放后记录2分钟数据后，停止并保存记录。将2分钟再灌注期采集过程中最高5秒的平均值区间用于代表峰值充血直径。

6. 结果分析：边缘检测与壁面追踪

1. 由于FMD分析的复杂性，根据制造商的说明，在整个FMD检测过程中应使用边缘检测和血管壁追踪软件，以提高结果的可重复性。
   注意：这种离线分析方法比人工评估受操作者影响更小，因此可提高FMD数据的准确性^4,34-36。此外，该离线分析系统还可与心电图（ECG）同步，用于识别舒张末期动脉直径，避免脉搏相关直径变化带来的干扰⁴。需要注意的是，尽管建议使用ECG以减少脉动变异性，但也可在不使用ECG门控的情况下进行FMD检测³⁷。尽管不推荐，若无法获得计算机辅助边缘检测分析时，应仔细进行人工评估，记录直径和血流速度数据³⁶。
2. 在评估血管直径时，需对每一帧图像进行目视检查，以确定超声测径游标在B型图像上的最佳放置位置³⁸。
   注意：无论采用何种数据分析方法，均建议在反应性充血开始的前20秒内每4秒采集一次直径和速度数据，随后的阻塞后阶段每5秒采集一次⁴。

结果

一个表观健康队列组的基线特征见表1。在整合性血管与运动生理学实验室（LIVEP）进行的血流介导舒张（FMD）检测中最常见的变量列于表2。以下变量被认为是已发表的FMD操作指南⁴和指南文件³⁶中建议分析的主要FMD参数。

基线直径和峰值直径

经过充分的适应阶段后，选取10至30秒时间内至少10个心动周期的血流速度进行平均³⁹ 应使用该数值表示基线直径。此外，峰值直径应根据阻塞解除后两分钟内采集期中最高的连续5秒平均值来计算。⁴.

FMD 反应

讨论

FMD 检测于1989年首次提出²⁰，已被广泛用于人类作为评估内皮功能的一种非侵入性方法。FMD 不仅被证明可预测未来血管相关疾病的风险^19,52,53，较低的 FMD 值还被发现与心血管功能损害密切相关^24,25,54。尽管存在其他评估内皮功能的技术，包括侵入性方法（如冠状动脉造影）和非侵入性方法（如静脉容积描记法和指端容积描记法），但由于 FMD 具有非侵入性和能够快速评估外周动脉功能的优势，已成为应用最为广泛的技术²³。

FMD 检测包含短暂的前臂阻塞，可诱导反应性充血及随后的剪切应力^2,4。剪切应力的增强可导致内皮源性一氧化氮合酶产生的一氧化氮（NO）局部增加^31,55，NO 扩散通过血管壁，从而引起平滑肌松弛和继发性血管扩张³¹。通常认为，5 分钟的阻塞期主要由 NO 介导，而较长时间阻塞后血流增加可能涉及除 NO 以外的缺血诱导型血管扩张因子⁵⁶。

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
多普勒超声	GE Medical Systems	Logiq 7	必须包含双工模式，以同步获取B型图像和多普勒信号
心电图（ECG）门控	Accusync Medical Research	Accusync 72
12-MHz线阵探头	GE Medical Systems	11L-D	必须使用高分辨率线阵探头
前臂阻塞袖带	D.E. Hokanson	SC5	5 cm x 84 cm
超声传导凝胶	Parker	01-08
快速袖带充气装置	D.E. Hokanson	E-20 AG101
立体定位探头支架	Flexabar	18047	带磁性底座的微调装置
边缘检测分析软件	Medical Imaging Applications	Brachial Analyzer 5