血管内皮老化和动脉粥样硬化是促进心血管疾病发生的关键机制。本实验方案描述了评估具有相关危险因素患者动脉僵硬度、内皮功能障碍及动脉粥样硬化的方法,这些方法在心血管研究领域具有重要价值。
血管内皮老化和动脉粥样硬化是促进心血管疾病发生的关键机制。本实验方案描述了评估具有相关危险因素患者动脉僵硬度、内皮功能障碍及动脉粥样硬化的方法,这些方法在心血管研究领域具有重要价值。
脉搏波传导速度(PWV)、血流介导的血管舒张(FMD)以及颈动脉内膜中层厚度(CIMT)是研究和临床中用于评估动脉僵硬度、内皮功能及亚临床动脉粥样硬化形成的成熟方法。这些指标可反映血管疾病及动脉粥样硬化的进展,而这些正是导致不良心血管事件的主要原因。这些方法在评估具有不同危险因素(如糖尿病、高血压及其他与代谢功能障碍相关疾病)人群的心血管功能障碍方面尤为有价值。它们提供了无创且可靠的信息来源,可作为临床实践的有力补充。通过早期检测、风险评估以及制定心血管疾病的治疗决策,最终有助于改善患者的预后。传统的评估心血管疾病的工具无法揭示代谢综合征是否影响肥胖患者早期的亚临床心血管病变。近期研究强调,在全面的心血管评估中纳入动脉僵硬度和内皮功能检测的重要性。因此,本研究旨在介绍一系列方法,用以获取有关早期亚临床血管老化、内皮功能障碍及致动脉粥样硬化性疾病的信息,从而实现对具有不同代谢特征的肥胖人群进行靶向血管风险分层。
肥胖是全球主要的健康问题,因其相关并发症,如高血压、血脂异常、肝病、动脉粥样硬化、胰岛素抵抗和2型糖尿病(T2DM),以及心血管疾病(CVD)风险增加1。
这些状况的组合被称为代谢综合征(Metabolic Syndrome, MS),已被报道是心血管疾病(CVD)发病机制的主要原因之一,而心血管疾病是全球死亡的首要原因之一,占全球所有死亡原因的近30%2。由于血液供应需求增加,肥胖个体全身对氧气和营养物质的需求更高,从而导致显著的血流动力学改变。这些改变可能导致一氧化氮(NO)可用性降低、氧化应激增加以及血管内皮功能障碍3,4,5。
动脉粥样硬化性疾病是主要的心血管疾病,也是全球死亡的首要原因。这是多种可能因素共同作用的临床表现,包括遗传和环境因素6。研究表明,存在代谢异常(如胰岛素抵抗或糖尿病前期)的人群,其冠状动脉粥样硬化的患病率和发病率显著高于健康人群。此外,在代谢功能障碍的临床表现出现之前,已在血管中发现含有大量脂质斑块的血管阻塞现象7,8,9,10。
动脉僵硬度增加、内皮功能障碍以及动脉粥样硬化形成已被认为是心血管疾病发展的重要因素。这些过程与血管老化以及冠状动脉、颈动脉或肢体动脉等关键血管中的致动脉粥样硬化斑块形成密切相关。转化医学研究证实,动脉僵硬度增加、内皮功能障碍以及动脉粥样硬化形成与慢性炎症、一氧化氮(NO)生成减少和氧化应激所引起的常见血管损伤相关11,12。
颈-股脉搏波传导速度(cfPWV)的测量是评估动脉僵硬度的金标准方法。cfPWV 可通过颈动脉压力感受器与下肢袖带同步测量颈动脉和股动脉部位的血压波形来获得。随后,软件可通过计算 D/Δt 得出传导速度,其中 D 为颈动脉与股动脉脉搏点之间的传递距离,Δt 为心电图 R 波峰值至相应压力波形足部之间的时间延迟。中心动脉(如主动脉)僵硬度增加会导致左心室射血产生的脉搏波在动脉系统中传播速度加快,同时反射压波返回速度也加快,从而在左心室射血期间引起血压升高,可能降低冠状动脉灌注。因此,cfPWV 可作为冠状动脉疾病、脑卒中及心血管疾病的潜在标志物13,14。
同样,脉搏波分析(Pulse Wave Analysis, PWA)是一种无创性血管参数检测方法,用于评估中心动脉压力波的特征,其中主动脉收缩压和舒张压是主要变量。通过测量动脉僵硬度和弹性顺应性,PWA 可反映动脉的可扩张性,而该特性与心血管风险密切相关。该方法可用于测量增强指数(Augmentation Index)等参数,后者具有预测心血管疾病和冠状动脉疾病严重程度的能力。增强指数可描述如下:左心室射血后产生一个早期的前向动脉波,随后在周围部位产生反射波。这些波的传播速度随动脉僵硬度增加而加快;若反射波较早到达中心主动脉,则会导致主动脉收缩压升高。这种升高的压力称为增强压(Augmented Pressure, AP),而其相对于脉压的百分比则称为增强指数。PWA 可通过扁平压测量法(applanation tonometry)进行测量,该方法需轻微压迫肱动脉,使其跨壁压为零。在此状态下,可测量平均动脉压。在对动脉压力波形进行校准后,分析 AP 波形的收缩期部分,同时结合生物测量和人口统计学数据15,16,17。特别是,扁平压测量法(SphygmoCor)在测定主动脉脉搏波速度(PWV)时表现出可接受的重复性,并与有创性主动脉导管测量结果具有显著相关性,且与动脉学会指南具有良好的一致性18,19,20。
其他血管检测方法,如血流介导的血管扩张(FMD)和颈动脉内膜中层厚度(CIMT),是采用线性探头超声技术进行的无创性检测手段。这些评估方法分别用于评价血管健康状况,特别是内皮功能障碍和亚临床动脉粥样硬化。两者均已被证实对心血管事件具有预测价值。FMD 通常被视为内皮依赖性动脉功能的反映,主要由一氧化氮介导。它可作为评估血管健康的替代指标,并已被广泛用于无创性地比较不同受试者群体,以及评估干预措施对个体的影响21。
本研究的目的是描述用于检测反映早期亚临床血管老化、内皮功能障碍及动脉粥样硬化性疾病的生物标志物的方法。这些信息有助于对肥胖及具有不同代谢特征的人群进行风险分层。这些方法可用于评估心血管损伤和预后,以及评价血管和动脉粥样硬化对药物和非药物干预的反应,尤其适用于具有代谢危险因素的人群。
国家医疗中心的机构研究伦理委员会 "11月20日" ISSSTE 批准了本方案(编号:386.2013)。所有入组患者均签署了书面知情同意书。本研究中所用设备和软件的详细信息列于下文 材料表.
患者纳入/排除标准:
符合条件的患者年龄需超过18岁,且被诊断为病态性肥胖(体重指数 [BMI] >40 kg/m²,或BMI >35 kg/m²并伴有与肥胖相关的健康问题,如糖尿病、高血压或阻塞性睡眠呼吸暂停/低通气综合征),并符合减重手术的适应证。若患者在入组前6个月内曾接受过减重治疗,或患有显著的炎症性疾病、严重肾功能和/或肝功能疾病、活动性恶性肿瘤、妊娠,或存在心血管疾病证据(包括自我报告或已被诊断为缺血性心脏病、冠状动脉疾病、心肌结构异常、接受过心脏介入治疗,或正在接受上述任一疾病治疗者),则被排除在外。
1. 心脏代谢谱的评估
注意:本实验所用研究样本包括21名代谢健康型肥胖(MHO)患者和25名代谢不健康型肥胖(MUO)患者,分别根据是否存在代谢综合征进行判定。受试者年龄为43 ± 9岁,BMI为45 ± 7.8 kg/m²,其中女性占78%。最常见的合并症为2型糖尿病、系统性动脉高血压和/或血脂异常。样本设计时力求年龄匹配。
2. 血管老化(动脉硬化)
注意:血管老化可通过主动脉僵硬度来评估,后者由中心主动脉脉压和颈股脉搏波传导速度(cfPWV)决定。目前,cfPWV 是测定动脉僵硬度的金标准13。
3. 内皮功能障碍(血流介导的血管舒张 [FMD])
注意:血流介导的血管扩张(Flow Mediated Dilation, FMD)试验是一种评估血管健康的无创技术;该方法特别适用于评价内皮功能,且已被描述为预测未来心血管事件的有效工具21。该检测使用线阵探头的超声成像设备进行。
4. 亚临床动脉粥样硬化(颈动脉内膜中层厚度 [CIMT])
注意:患者应舒适地仰卧,头部转向一侧以暴露颈静脉和颈动脉;可在颈部下方放置卷起的毛巾或枕头,以更好地暴露颈动脉。
根据心脏代谢特征,将受试者分为代谢健康型肥胖(MHO)和代谢异常型肥胖(MUO)。MUO组中慢性疾病(如全身性动脉高血压、2型糖尿病(t2DM)和血脂异常)的患病率更高。同样,MUO表型表现出更高的葡萄糖和HbA1c水平,以及在甘油三酯和总胆固醇水平上的差异(表1)。
随后评估了血管老化情况,通过主动脉血流动力学参数、血流介导的血管舒张功能(FMD)和一氧化氮(NO)分别反映动脉僵硬度和内皮功能障碍。此外,通过测量颈动脉内膜中层厚度(CIMT)来评估亚临床动脉粥样硬化(表 2)。
MUO 组的 FMD 值显著低于 MHO 组(4.87% ± 1.80% vs. 7.32% ± 2.90%,p = 0.001;表 2),血浆一氧化氮(NO)水平也较低(154.3 µM/L ± 6.15 µM/L vs. 170.6 µM/L ± 4.97 µM/L,p = 0.04;表 2 和 图 5)。然而,两组在主动脉血流动力学参数和颈动脉内膜中层厚度(CIMT)方面均未发现统计学差异。

图1:颈-股动脉脉搏波速度评估的示意图。 本图展示了颈-股动脉脉搏波速度(PWV)的评估方法,PWV是衡量动脉僵硬度和心血管健康状况的关键指标。图中显示了颈动脉张力测定和股动脉脉搏检测作为动脉PWV测量系统中的关键步骤。请点击此处查看此图的放大版本。

图 2:用于评估颈-股动脉脉搏波传导速度的颈动脉和股动脉脉搏波形。 横轴表示时间,纵轴表示波形的幅度。请点击此处查看该图的放大版本。

图3:血流介导的血管扩张(FMD)。 对肱动脉在(A)阻塞前或(B)阻塞后的直径进行评估,以通过计算扩张程度来判断内皮功能。 请点击此处查看该图的放大版本。

图 4:通过颈动脉超声检查测定内膜-中膜厚度(CIMT)。 需从前方、侧方和后方三个角度进行测量。CIMT 测定应在患者颈部双侧进行。请点击此处查看该图的放大版本。

图5:内皮功能检测。 代谢健康型肥胖(MHO)与代谢异常型肥胖(MUO)患者血流介导的血管舒张(FMD,左图)和血浆一氧化氮(NO,右图)水平的比较。代谢综合征显著降低了NO的生物利用度,因此在FMD检测中,这些患者的动脉在应激后的舒张能力下降。*p < 0.05。 请点击此处查看该图的高清版本。
| 代谢健康型肥胖(MHO) | 代谢异常型肥胖(MUO) | p 值 | |
| n = 21 | n = 25 | ||
| 年龄 | 43.3 ± 7.63 | 46.7 ± 7.75 | 0.0695 |
| 男性性别 | 5 (23.8) | 9 (36) | 0.5223 |
| 系统性动脉高血压 | 7 (33.3) | 19 (76) | 0.0067* |
| 2型糖尿病 | 1 (4.8) | 17 (68) | <0.0001* |
| 血脂异常 | 3 (14.3) | 16 (64) | 0.0009* |
| BMI | 46.27 ± 4.86 | 47.61 ± 6.90 | 0.2288 |
| 血糖 | 90.59 ± 2.46 | 100.4 ± 3.38 | 0.0273* |
| HbA1c | 5.514 ± 0.10 | 6.186 ± 0.19 | 0.0053* |
| 胰岛素 | 26.68 ± 3.6 | 46.64 ± 9.57 | 0.2723 |
| 甘油三酯 | 109.5 ± 7.82 | 197.1 ± 37.15 | 0.0005* |
| HDLc | 49.86 ±5.38 | 40 ± 1.72 | 0.1163 |
| LDLc | 115.9 ± 7.095 | 115.3 ± 8.23 | 0.7131 |
| 总胆固醇 | 186.7 ± 6.47 | 167.7 ± 11.84 | 0.0392* |
| 分类变量采用Fisher精确检验进行比较;定量变量根据正态性评估结果采用双侧独立U-Mann Whitney检验或t检验进行比较。统计学显著性定义为p<0.05。缩写:BMI,体重指数;HbA1c,糖化血红蛋白A1c | |||
表1:患者基线特征。 该表格比较了代谢不健康型肥胖(MUO)与代谢健康型肥胖(MHO)受试者之间的基线特征。
| 代谢健康型肥胖(MHO) | 代谢不健康型肥胖(MUO) | p | |
| n = 21 | n = 25 | ||
| 主动脉收缩压(mmHg) | 121.1 ± 3.77 | 119.7 ± 2.93 | 0.9608 |
| 主动脉舒张压(mmHg) | 79.9 ± 2.56 | 75.96 ± 1.79 | 0.515 |
| AIX(%) | 26 ± 3.16 | 30.08 ± 2.19 | 0.2823 |
| 脉搏波传导速度(m/s) | 6.089 ± 0.32 | 6.854 ± 0.26 | 0.3154 |
| FMD(%)& | 7.32 ± 2.90 | 4.87 ± 1.80 | 0.0011* |
| CIMT(mm) | 0.69 ± 0.02 | 0.704 ± 0.03 | 0.933 |
| 一氧化氮(uM/L) | 170.6 ± 4.97 | 154.3 ±6.15 | 0.0443* |
| 根据正态性评估结果,采用双因素、独立样本U-Mann Whitney检验或T检验比较定量变量。当p<0.05时认为差异具有统计学意义。缩写:AIX – 主动脉增强指数;FMD – 血流介导的血管舒张;CIMT – 颈动脉内膜中层厚度。(&)由于本实验室物理空间有限,所展示的FMD数据是在坐位下获得的,这可能影响FMD数值,因为推荐在仰卧位进行FMD测量。 | |||
表2:心血管风险评估。 该表格比较了代谢性肥胖异常(MUO)与代谢性肥胖正常(MHO)个体之间的心血管风险因素。
改善血管健康,以及认识和管理心血管风险,对于预防、早期干预并减轻全球心血管疾病的负担至关重要。为此,联合使用多种方法评估动脉壁的弹性和顺应性(包括主动脉血流动力学参数、动脉僵硬度的颈-股脉搏波传导速度cfPWV以及增强指数Augmentation Index)、内皮一氧化氮生成,以及动脉粥样硬化情况,可实现更全面的评估。这些方法在转化医学研究、心血管危险因素的特征分析以及临床试验中的心血管评估中具有重要价值,从而加深我们对血管健康以及心血管疾病和冠状动脉疾病进展机制的理解30,31。
例如,血流介导的血管扩张(Flow Mediated Dilation, FMD)已被用于深入理解由 COVID-19 引起的内皮和血管变化,表征系统性红斑狼疮等免疫系统疾病中的内皮功能障碍,并探讨高尿酸血症中内皮损伤是否与高血压及心血管风险相关32,33,34。
此外,其他研究还探讨了生活方式干预(如运动和饮食改变)对动脉僵硬度、内皮功能和颈动脉内中膜厚度(CIMT)的影响。通过利用这些工具,研究人员可以客观地评估干预措施的有效性,并随时间推移监测动脉健康状况的变化35。
本研究比较了反映具有心代谢风险人群中血管衰老的标志物。有趣的是,心代谢风险较高组的内皮功能显著受损,这一结果通过FMD和NO水平测定确定;而根据CIMT评估,动脉粥样硬化进展在各组间未见差异。
本研究中,FMD 的结果与其他研究的发现一致36,37,支持代谢风险对血管舒张反应的影响。FMD 与 CIMT 之间缺乏关联性,可能是由于内皮功能障碍与随后血管病变的发生之间存在时间滞后。此外,内皮功能障碍可能与炎症反应相关,而血管结构的形态学改变可能与细胞外基质重塑有关38。这表明,代谢综合征患者对靶向血管功能治疗的反应可能存在差异,而动脉粥样硬化的进展可能受其他因素影响。因此,使用多种生物标志物全面评估整体血管健康状况具有重要意义。
在进行动脉僵硬度、血流介导舒张功能(FMD)和颈动脉内中膜厚度(CIMT)测量时,若设备不足或环境不适宜,可能会遇到一些挑战。为确保结果可靠性,建议通过评估观察者间和观察者内变异来进行验证。此外,这些技术也存在一些局限性:(1)所得结果可能仅适用于特定的血管功能和解剖区域,因而无法反映整体血管健康状况;(2)测量的准确性可能依赖于操作者,且由于水合状态、体位和近期进食等因素的影响,同一受试者在不同时间点的结果可能出现变异;(3)尽管这些检测可提示动脉僵硬度、内皮功能障碍或动脉粥样硬化加速的存在,但可能无法揭示其潜在病因。此外,血管健康是动态变化的,会随时间而改变,测量结果可能无法全面反映个体的心血管风险特征。目前持续进行的研究正在加深我们对这些测量指标的理解,测量技术和结果解读方法也在不断改进和完善。
综上所述,主动脉血流动力学参数、血流介导的血管舒张功能(FMD)以及颈动脉内中膜厚度(CIMT)是评估心血管健康与疾病的有用且无创的诊断工具。
作者无任何利益冲突需要披露。
作者感谢机构项目 E015 的支持。
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 用于测量动脉波反射和脉搏波分析的设备 | ATCOR | SphygmoCor | 中心血压脉搏波分析仪。包含上臂袖带和股动脉袖带 |
| 用于吸光度检测的酶标仪,Sunrise | Tecan | 30190079 | 检测模式:吸光度;波长范围:340 nm - 750 nm;滤光片波长:405 nm, 450 nm, 492 nm, 620 nm;板型格式:96孔板 |
| 一氧化氮检测试剂盒 | Abcam | ab65328 | Abcam 一氧化氮比色法检测试剂盒,货号 ab65328,适用于96孔板 |
| 用于测量FMD的便携式超声设备 | Sonolife | MED 36-13 | 线性超声探头 |
| FMD专用软件 WirelessUSG | SonoStarMed Technologies | WirelessUSG v. 3.6.52 | 用于测量血管直径以计算FMD的软件 |
| 用于通过波形分析计算血管参数的软件 | ATCOR | SphygmoCor XCEL | 用于整合患者资料、波形分析、脉搏波分析(PWA)、脉搏波传导速度(PWV)及其他血管参数计算的软件 |
| 血压计 | Homecare | ANEROIDE 1000 | 100%棉质自调节腕带,带钩扣,成人动脉指示袖带 |
| 用于测量CIMT的超声设备 | Philips | EPIQ7L12-3 Broadband Linear Array Transducer | 线性探头(宽带线性阵列探头) |