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健康成人动脉负荷性别差异的无创评估

摘要

背景

女性患心力衰竭的风险高于男性。虽然心肌对过度后负荷的机械效率低下是心力衰竭的一个重要原因,但动脉负荷的性别差异及其临床意义却很少被关注。

结果

采用经胸超声心动图结合袖口测量的肱血压测定460名健康成人(230名男性)的有效动脉弹性指数(EaI)、总动脉顺应性指数(TACI)和全身血管阻力指数(SVRI)。分析这些动脉负荷指标的性别差异。两组在年龄、心率、卒中量指数等方面无统计学差异P< 0.05)。调整后为袖测血压;女性EaI的估计边际均值(95% ci)高于男性[0.972 (0.952-0.991)vs 0.743 (0.724-0.763) mmHg m2/毫升,P< 0.001],女性的TACI低于男性[0.924 (0.905-0.944)vs 1.055 (1.036-1.075) mL/mm Hg m2P< 0.001],性别间SVRI无统计学差异(P> 0.05)。

结论

对于任何给定的袖带测量血压,女性左心室承受的综合和搏动动脉负荷比男性大,这是女性比男性有更高的心力衰竭风险的证据。

背景

性在调节心血管功能、症状和疾病表现方面起着至关重要的作用[1].心力衰竭的病理生理中广泛存在性别差异[23.4].已证实女性患心力衰竭的风险高于男性[23.4],例如:1)尽管男女高血压患病率相似,但高血压女性发生心力衰竭的风险高于男性;2)射血分数保留型心力衰竭女性患病率高于男性;3)女性心肌梗死后发生从头性心力衰竭的风险高于男性。

在研究中考虑性别差异将对预防和治疗干预措施的开发和测试产生重要影响[5].动脉负荷是左心室后负荷的重要组成部分[6].虽然心肌对过度后负荷的机械效率低下是心力衰竭的重要原因[7的研究结果表明,动脉负荷的性别差异及其临床意义尚未得到重视。因此,本研究的目的是调查健康成人动脉负荷的性别差异,并评价其临床相关性。

结果

研究人群的基线特征

共纳入460名健康中国成人(230名男性),年龄23 ~ 64岁。年龄和心率(HR)在性别之间无统计学差异P> 0.05)(表1).男性的体表面积(BSA)和身体质量指数(BMI)都比女性大P< 0.001)(表1).

表1 460名健康成人的基本特征、左心室容积和功能、血压和动脉负荷的性别差异

血压

虽然正常血压的非性别定义被用作男女的纳入标准之一,但袖扣测量的收缩压(SBP)和袖扣测量的舒张压(DBP)在男性中仍略高于女性(所有)P< 0.05)(表1).计算出的主动脉收缩压(SBP)和脉压(PP)男性比女性低(p < 0.05)。P< 0.001),计算出的男性主动脉舒张压略高于女性(均为0.001)P< 0.05),性别间平均主动脉压(MAP)差异无统计学意义(P> 0.05)(表1).

健康成人左心室容量和功能的性别差异

男性左室舒张末期容积(LVEDV)、左室收缩末期容积(LVESV)、每搏容积(SV)和心排血量(CO)均大于女性P< 0.001);但两性之间SV指数(SVI)、心脏指数(CI)和左室射血分数(LVEF)无统计学差异P> 0.05)(表1).

健康成人动脉负荷指数的性别差异

未调整协变量的动脉负荷的性别差异见表1.对袖带测量的血压进行调整后,动脉负荷指标的估计边际均值(95% ci)的性别差异见表2.未调整协变量的动脉负荷指标的性别差异与调整袖测血压后的差异相似。女性的有效动脉弹性Ea、Ea指数(EaI)、全身血管阻力(SVR)和脉搏负荷均高于男性;女性总动脉顺应性(TAC)和动脉顺应性指数(TACI)均低于男性;女性的Windkessel时间常数(Tau-W)比男性短P< 0.001)。性别间SVR指数(SVRI)无统计学差异(P> 0.05)。

表2 460名健康成人经袖测血压调整后动脉负荷的性别差异

讨论

对动脉负荷最全面和精确的定义是时间分辨的主动脉输入阻抗测量,它描述了脉动压力和流量在频域内的关系,具有幅值和相位的维度[8].然而,时变主动脉输入阻抗的复杂性质和解释使其无法用于日常临床实践和通常的血流动力学监测[8].幸运的是,动脉负荷的无创评估可以提供重要的生理和预后信息[9].

动脉负荷的性别差异

我们在460名健康成人中对动脉负荷的性别差异进行了非侵入性调查,主要发现有或没有调整袖测血压;与男性相比,女性的EaI和搏动负荷较高,TACI较低,Tau-W较短。动脉负荷描述了所有反对心室射血的心外因素[8].SVR主要依赖于远端电阻性小动脉,调节动脉负荷的稳定成分[10].TAC主要依赖于近端弹性大动脉,调节动脉负荷的搏动成分[10].TAC越低,说明动脉硬度越高,导致搏动负荷越高[11].Ea是施加在左心室上的净动脉负荷的度量,综合了SVR、TAC、主动脉特征阻抗、心率以及收缩压和舒张压时间间隔的影响[1213].由于动脉负荷严重依赖于身体大小,因此使用异速扩张的EaI、SVRI和TACI进行比较[9].根据广泛使用的Windkessel模型,au- w表示舒张期主动脉压指数衰减的时间常数[10].Tau-W较短表明主动脉壁较硬。总之,我们的研究结果表明,对于任何给定的袖测血压,健康女性的综合动脉负荷和脉动动脉负荷都高于男性。

Coutinho等人通过将动脉血压计与超声心动图相结合,发现在461名无心衰的参与者(189名男性和272名女性)中,女性的主动脉特征阻抗高于男性,TAC低于男性,SVRI在性别之间相似[14].在另一篇论文中,Coutinho等人报道了600名非西班牙裔白人高血压兄弟姐妹(249名男性和351名女性)中,女性的主动脉特征阻抗和SVR高于男性,且SVRI在性别之间相似[15].利用有创血流动力学参数和直接菲克心排血量,Lau等人发现,在190例射血分数保留的心力衰竭成人(83名男性和107名女性)中,女性的动脉硬化比男性大[16].这些研究的证据[141516也表明女性的动脉负荷比男性高。

较高的静息EaI增加给定SVI的心肌能量消耗[12].我们发现,男性的SV大于女性,但SVI在性别之间相似;这与强心脏研究完全一致[17].此外,我们发现女性的EaI高于男性。Haider等人发现,与男性相比,女性的基线和充血心肌血流通常都更高[18],这意味着女性的心肌能量消耗高于男性。有证据表明,女性的心肌能量成本高于男性,这与女性相对较高的动脉负荷密切相关。

临床意义

动脉负荷是左室收缩和舒张功能的关键决定因素[79].例如,动脉硬化是搏动负荷的主要原因,是内皮和平滑肌细胞功能、细胞外基质组成、遗传、血流动力学因素和血管活性特性复杂相互作用的结果[11].较低的动脉顺应性表明较高的动脉僵硬度或较大的搏动负荷,这已被证明是射血分数保留、心室-动脉耦合受损、左室舒张期和亚临床收缩期功能障碍的心衰发病机制的核心[19].在正常主动脉瓣存在的情况下,左心室后负荷对应于全身动脉树施加的机械负荷(动脉负荷)。动脉负荷是在射血过程中左心室必须克服的外部阻力,它聚集了所有反对血液从心脏进入主动脉的心外因素,影响了不同的动脉特性、血液粘度和动脉波反射的影响[20.].在大样本调查中;其中27 542名受试者(54%女性)没有基线心血管疾病,随访超过28±12年,其中4081名受试者出现心力衰竭[21].然后,研究人员将血压分为8类,发现在任何血压水平下,女性发生心力衰竭的风险都高于男性[21].已经证实,心衰的潜在原因可能并不总是原发性心脏病理,而是心肌对过度后负荷的机械效率低下[6].我们发现,对于任何给定的血压,女性的综合动脉负荷和脉动动脉负荷高于男性。因此,我们的研究结果为解释在相同的血压水平下,为什么女性发生心力衰竭的风险高于男性奠定了力学基础。

局限与展望

动脉负荷不仅损害了动脉系统的力学特性,如顺应性或动脉阻力,而且损害了动脉波反射的影响[20.].由于我们使用肱动脉血压来计算主动脉压,而不是用动脉血压计来量化中心血流动力学,因此无法确定动脉波反射。因此,虽然不影响我们的研究结果,但本研究调查的动脉负荷指标只能部分代表动脉负荷的综合定义。此外,尽管计算出的主动脉血压的准确性在大量成人人群的有创动脉内测量中得到了验证[2223],由于个体差异,计算出的主动脉压仍可能与真实值略有差异。

通过动脉血压计或精细超声检查对主动脉和肱动脉膨胀波形进行充分校准,利用袖带测量的肱动脉血压与形状因子校准相结合,可以无创量化主动脉压力[2425].然而,我们的研究受限于最初的设计,并没有获得动脉膨胀波形。因此,我们无法验证Van Bortel等人提出的主动脉压测量方法之间的一致性。[2425并在我们的研究中使用。对这一主题的进一步研究具有潜在的重要临床意义,这显然是有必要的。

结论

对于任何给定的袖带测量血压,女性左心室的综合和搏动动脉负荷比男性大,这是一个证据,表明女性比男性有相对更高的心衰风险。减少动脉负荷的性别差异可能是一个新的治疗目标,以降低相对较高的女性心力衰竭风险。

方法

研究人群

从2017年10月至2020年9月,共前瞻性招募了460名健康的中国成年人(230名男性)参加本研究。本研究纳入符合以下标准的健康成人:1)年龄≥18岁;2) BMI正常(18.5-24.9 kg/m)2);3)经胸超声心动图(TTE)结果正常;4) TTE术前或术后心电图检查正常;5)袖测肱动脉收缩压(90-120 mm Hg)和舒张压DBP (60-80 mm Hg)正常,在TTE前用HBP-1300振荡测量仪(Omron, Kyoto, Japan)测量;6)血红细胞、血红蛋白、甘油三酯、血清总胆固醇、高密度脂蛋白、低密度脂蛋白、空腹血糖、总蛋白、白蛋白、球蛋白、钠、钾、血尿素氮、肌酐等血检结果正常(各受试者于TTE当天采血分析)。我们排除了职业运动员、孕妇或正在服用任何药物的受试者。患有任何已知疾病,或患有任何已知身体或精神障碍,或酗酒或吸毒成瘾的受试者也被排除在外。

超声心动图和计算

综合二维TTE使用Philips iU22、iE33或EPIQ超声系统(Philips医疗系统,Bothell, WA, USA)进行;并根据建议对图像进行分析、测量和解释[2627].本研究之所以采用二维TTE,是因为我们认为:1)二维TTE在临床实践中是一种被广泛接受和应用最广泛的技术,被推荐为一种可靠的心脏结构和功能评估技术[2627].2)虽然三维TTE没有几何假设,但由于容易受到信号衰减和低帧率的影响,在一些受试者中测量的可靠性不可避免地不足[28].3)两性二维TTE测量的偏差相似,因此对本研究的影响可以忽略不计。

BSA是用Mosteller公式计算的。BMI的计算方法是体重(公斤)除以身高(米)的平方。LVEDV、LVESV和LVEF是由双面Simpson法推导出来的。SV的计算方法为LVESV减去LVEDV;SVI为SV除以BSA。CO的计算方法为SV乘以HR;CI的计算方法为SVI乘以HR。

根据袖带测量的肱血压、动脉内肱血压和动脉内主动脉血压的平均差值计算出主动脉压[22].根据综合荟萃分析[22]: 1)袖带测得臂收缩压比动脉内收缩压低约5.7 mm Hg,袖带测得臂舒张压比动脉内舒张压高约5.5 mm Hg。2)动脉内肱动脉收缩压比主动脉内收缩压高约8.0 mm Hg,动脉内舒张压比主动脉内舒张压低约1.0 mm Hg。因此,主动脉收缩压可计算为袖带测得的肱收缩压+ 5.7-8.0 mm Hg,主动脉舒张压可计算为袖带测得的肱舒张压- 5.5 mm Hg + 1 mm Hg。

脉压从主动脉向肱动脉远端移动时逐渐增加,健康男性的脉压放大值通常比女性高5毫米汞柱[23].为了尽量减少脉压放大的性别差异对结果的潜在影响,我们从男性的主动脉收缩压中扣除5毫米汞柱,因为从主动脉到肱动脉的脉压放大几乎完全是由于收缩压的增加[23].因此,男性的主动脉收缩压按袖测肱收缩压+ 5.7-8.0 mmHg -5 mmHg计算,女性的主动脉收缩压按袖测肱收缩压+ 5.7-8.0 mmHg计算,男女的主动脉收缩压按袖测肱收缩压- 5.5 mmHg + 1 mmHg计算。

主动脉PP计算为主动脉收缩压减去主动脉舒张压;MAP计算为双主动脉舒张压+主动脉收缩压,再除以3;脉动负荷定义为主动脉PP/MAP比值[29].Ea通常用稳态左室压/ sv比值近似表示,其中LVESP为左室收缩压结束压;LVESP几乎等于0.9 ×主动脉收缩压[30.].因此,Ea计算为(0.9 ×主动脉收缩压)/SV [30.].TAC以SV/主动脉PP的比值计算[30.].SVR的计算公式如下式[31]:

$$SVR = {79}{\text{。993.432}} \times \frac{MAP - CVP}{{CO}},$$

CVP为中心静脉压,等于右心房压,正常成人可用3mmhg代替[26].为了比较目的(生物尺度),将Ea、TAC和SVR与BSA归一化,计算EaI、TACI和SVRI [30.32].EaI计算为(0.9 ×主动脉收缩压)/SVI比值[30.].TACI的计算方法为SVI/PP的比值[30.].SVRI的计算方法为SVR与BSA的乘积[32].Tau-W的计算方法为SVR和TAC的乘积[10].

统计分析

使用SPSS 16.0 (SPSS, Chicago, IL)进行分析。具有正态分布的连续变量总结为平均值±标准差,不具有正态分布的连续变量总结为中位数(四分位差)。正态性检验采用Kolmogorov-Smirnov检验。独立样本t用检验比较具有正态分布的两个独立样本的均值,用非参数检验比较非正态分布数据的均值。采用一般线性模型的单变量程序来评估袖扣测量的肱血压调整后动脉负荷的性别差异,并计算并给出估计的边际平均值(95% ci)。一个P< 0.05为有统计学意义。

数据和材料的可用性

在当前研究中使用和/或分析的数据集可根据合理要求从通讯作者处获得。

缩写

LV:

左心室

BSA:

体表面积

体重指数:

身体质量指数

SBP:

收缩压

菲律宾:

舒张压

页:

脉压

地图:

平均主动脉压

LVEDV:

左室舒张末期容积

LVESV:

左室收缩期末期容积

SV:

中风的体积

有限公司:

心输出量

SVI:

行程容积指数

置信区间:

心脏指数

LVEF:

低压射血分数

Ea:

有效动脉弹性

EaI:

Ea指数

SVR:

全身血管阻力

SVRI:

SVR指数

TAC:

动脉顺应性

TACI:

TAC指数

Tau-W:

Windkessel的时间常数

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下载参考

确认

不适用。

资金

四川省医学科学院、四川省人民医院临床与转化研究基金(No. 2017LY06)、四川省科技计划项目(No. 2021YFS0379)。资助机构在研究设计、数据收集、分析和解释以及撰写稿件方面不发挥作用。

作者信息

作者和隶属关系

作者

贡献

JL数据采集;数据分析和解释;起草稿件;保证整个研究的完整性。对稿件进行批判性修改;统计分析;数据解释;对稿件进行批判性修改;概念与设计;保证整个研究的完整性。 All authors read and approved the final manuscript.

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道德声明

利益冲突

作者声明他们没有竞争利益。

伦理批准和参与同意

本研究依据《世界医学协会赫尔辛基宣言》进行,由四川省医学科学院、四川省人民医院和中国电子科技大学医学院机构研究委员会共同批准。

发表同意书

所有受试者均授权查阅其医疗记录用于研究并同意发表。

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吕俊,尹丽。健康成人动脉负荷性别差异的无创评估。动脉Res28, 105-111(2022)。https://doi.org/10.1007/s44200-022-00020-2

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关键字

  • 心脏衰竭
  • 后负荷
  • 血压
  • 超声心动图
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