脑血流动力学预警卒中的研究与应用

黄久仪

 

    脑血流动力学检测是一项通过多普勒和脉动压力传感,在颈动脉处检测脑血管功能的检测技术。基础研究已经证实,脑血流动力学与动脉粥样硬化的发生与发展密切相关;病理解剖也发现,人体动脉粥样硬化均发生在血管分支和拐弯等血流动力发生改变的部位。血液在血管内流动的过程中,层流状态的正常切应力对于维持血管内皮细胞的功能具有重要作用,而湍流部位切应力降低是导致动脉粥样硬化的重要成因。因此,通过血流动力学检测观察血管的功能状态,可客观反映脑血管病的发病风险。自1994年开始,我所对脑血流动力学的应用基础进行了长期深入的研究。


1. 脑血流动力学与卒中发病风险的队列研究

1.1 研究对象与方法

    通过对2.5万年龄≥35岁队列人群的前瞻性研究和7年的随访观察,以多因素分析确定了各项检测指标对卒中发病风险的影响程度,并根据各项指标的权重建立综合评估脑血管功能和定量评估脑卒中风险的脑血流动力学积分规则;通过对正常人、危险因素暴露人群、脑卒中发病前、脑卒中急性期、脑卒中恢复期等不同人群脑血流动力学指标的比较与分析,了解从正常人到中风不同人群脑血流动力学指标的变化规律;通过多因素Cox回归分析,确定脑血流动力学变化在脑卒中发病中的病因学联系及作用地位;通过队列人群中不同危险因素暴露人群脑血流动力学指标的分析与比较,揭示脑卒中危险因素暴露与脑血流动力学指标变化的关系。

    为了验证脑血流动力学检测预警卒中的科学性和可行性,国家“十五”科技攻关滚动课题组织多中心扩展性研究,建立了2.4万年龄≥40岁的前瞻性队列研究人群。通过多中心前瞻性队列研究,验证脑血流动力学检测预警卒中的效能,为临床应用提供科学依据。


1.2 主要研究结果

(1)建立脑血流动力学检测指标的综合积分规则

    通过队列人群前瞻性研究资料的多因素分析,获得各项指标对脑卒中发病影响的权重,再根据权重建立脑血流动力学积分规则:将100分的分值根据权重分配给各项检测指标,赋予每项指标固定的分值。个体各项指标的检测值与正常人参考值比对,若偏离正常值时需在其自身的分值范围内进行扣分,扣分的比例按照偏离正常值的程度确定。将各项指标扣除的分值累加,再以100分的分值减去所扣除的总分,即为个体脑血流动力学检测的得分。分值范围为0-100分,75分为截断点,分值越低,卒中风险越高。

(2)从正常人到中风脑血流动力学指标的变化规律

    将队列人群分为正常人、危险因素暴露人群、中风前的高危状态、中风恢复期患者4组,从医院获得中风急性期人群,通过5组人群脑血流动力学积分值的比较,发现从正常人到中风,脑血流动力学积分值呈现渐进加重的规律性变化,其中位数分别为100分、88.5分、51.5分、30分、55分,这一结果表明中风前脑血流动力学已经出现严重损害,其损害的程度与中风恢复期患者相当,提示脑血流动力学积分值变化是中风发病的重要预警信号!

(3)发现脑血流动力学异常是卒中最强的独立预测因子

    通过队列人群前瞻性研究资料的分析,发现脑血流动力学积分值与脑卒中发病具有显著的病因学联系,当脑血流动力学指标积分低于75分时,脑卒中的发病风险是75分以上者的7.3倍,积分值与卒中发病风险之间有显著的剂量反应关系,即脑卒中的发病风险随着脑血流动力学积分值的降低呈显著升高趋势。多因素Cox回归分析发现,脑血流动力学积分值是被筛选进入回归方程的变量之一,在诸预测因子中其相对危险度最高,是脑卒中最强的独立预测因子。类似的结果在“十五”科技攻关滚动课题中得到验证。

(4)脑血流动力学预警卒中的筛查试验评价

    在上述2项前瞻性队列人群研究中进行了筛检试验评价,2.5万队列人群评价结果显示,脑血流动力学积分预警卒中的敏感度、特异度分别为87.7%和67.7%,ROC曲线下面积为0.86。2.4万人群多种心验证队列评价结果显示,脑血流动力学积分预警卒中的敏感度、特异度分别为80.8%和67.6%,ROC曲线下面积为0.81。2项研究的最佳阶段点均为75分。提示以脑血流动力学积分预警卒中,能将80%以上的中风事件提前预警。

(5)脑血流动力学指标变化反映血管老化规律

    通过对1.4万正常人脑血流动力学指标的年龄分布分析,发现脑血流动力学指标的异常变化趋势与年龄增长密切相关。随着年龄增长,脑血管的最大流速、最小流速、平均流速、平均流量、舒张压与临界压差值均呈现明显的下降趋势,而外周阻力、特性阻抗、脉搏波波速、动态阻力、临界压等指标则呈现明显的上升趋势,表明脑血流动力学检测指标能够客观反映脑血管老化的规律。

 

2. 脑血流动力学指标变化与脑卒中危险因素的关系

2.1 高血压

    在排除年龄因素的影响后,血压正常、轻度高血压、中度和重度高血压、脑卒中前高血压患者及脑卒中后合并高血压的患者,脑血管血液动力学指标的综合积分值呈现渐进降低的趋势,提示血液动力学异常随着高血压病进程而显著加重。尤其是脑卒中发生前的高血压病患者,其血液动力学异常改变居各组人群之首。高血压患者的血液动力学指标异常改变,随着收缩压或舒张压升高而加重,提示从脑血管血液动力学角度,理想的血压水平应不超过130/90mmHg。

 

2.2 糖尿病

    对糖尿病与血液动力学异常的关系的研究发现,糖尿病患者的脑血管平均流速和最小流速显著低于对照组,而外周阻力、特性阻抗、脉搏波波速及临界压等指标则显著高于对照组,提示糖尿病患者的脑血流速度和反映血管弹性的外周阻力、特性阻抗等指标均呈现明显异常。

 

2.3 心血管病

    心血管病患者的脑血管最大、最小和平均血流速度、平均血流量等指标显著低于对照组,外周阻力和动态阻力则显著高于对照组。血液动力学指标综合积分值比正常人低约10个百分点,异常率为32%。提示心脏病患者的血液动力学主要变化特征为脑血流速度下降、外周阻力升高。

 

2.4 超重或肥胖

    随着体重指数(BMI)的增加,脑血管最大、最小和平均血流速度均呈明显的下降趋势,而外周阻力、特性阻抗、脉搏波波速、动态阻力及临界压等指标则呈现明显的升高趋势。提示不论超重或肥胖,脑血管血液动力学指标均呈现广泛性的异常改变,异常的程度与BMI具有明显的剂量依赖关系。

 

2.5 危险因素聚集

    研究发现,危险因素聚集与脑学管血液动力学异常密切相关,随着危险因素聚集程度加重,血液动力学积分值明显降低,异常率显著增加。脑血管最大、最小和平均血流速度明显下降,而外周阻力、特性阻抗、动态阻力、脉搏波波速及临界压等指标显著上升。提示随着危险因素聚集的加重,脑血管血液动力学异常的程度逐渐加重。

 

3. 脑血流动力学检测在脑卒中预警中的应用

3.1 以脑血流动力学积分值定量评估脑卒中风险

    根据队列研究脑血流动力学积分值与脑卒中风险的关系,当脑血流动力学积分值低于75分,脑卒中的风险上升至7.3倍。临床可根据个体脑血流动力学检测的积分值,以75分为阶段点,判定脑卒中风险,定义高危个体。根据积分值与脑卒中风险的剂量反应关系,积分值越低,脑卒中风险越高。表1和表2为脑血流动力学积分与卒中风险的对照表。

 

表1  2.5万队列人群研究结果: 

脑血流动力学积分值

75-100

50-74.9

25-49.9

0-24.9

脑卒中相对危险度

1

5

7

14

 

表2  国家“十五”科技攻关多中心验证队列研究结果: 

脑血流动力学积分值

75-100

50-74.9

25-49.9

0-24.9

脑卒中相对危险度

1

4.5

9

14

 

 

3.2 脑血流动力学检测在脑卒中预防研究的应用 
(1)上海市南汇区70万人群中风预防试点研究:1999年-2001年,在上海市政府重大专项研究基金和上海市科技发展基金的资助下,在上海市南汇70万人群中建立了中风高危人群预防试点。在试点人群中,以脑血流动力学检测作为高危人群的筛查手段,从52174例有危险因素暴露的人群中筛查出18271例脑卒中高危人群,进行重点预防。研究结果表明,脑血流动力学积分值<70分组:18271例,发生卒中404例,卒中累积发病率22.1‰;积分值≥70分组:33903例,发生卒中162例,卒中累积发病率4.8‰。两组比较,脑卒中发病的相对危险度男性:RR=4.59(3.51-5.98);女性:RR=4.92(3.83-6.33),提示即使有干预因素的影响,积分值降低组的脑卒中发病风险依然是积分值正常组的4倍以上。此外,通过对人群中筛查组和漏筛组的卒中发病率的观察与分析发现,筛查组:共检测52174人,发生卒中566例,发病率10.8‰;漏筛组:未检测15449人,发生卒中383例,发病率24.8‰。两组比较:男性:OR=0.43(0.35-0.52);女性:OR=0.45(0.37-0.53),表明脑血流动力学检测有明显的筛查效应,能使卒中的发病率显著降低。
(2)国家科技支撑项目研究:国家“十一五”和“十二五”科技支撑社区脑卒中预防项目,将脑血流动力学检测遴选为社区脑卒中高危人群筛查技术和示范社区脑卒中高危人群的筛查技术,进行多中心研究。证实脑血流动力学检测是社区脑卒中高危人群筛查的适宜技术。
(3)其它中风预防项目研究:在上海市科委中风预防与诊治重大项目、上海市卫生局公共卫生重点学科建设项目、上海申康医院发展中心慢性病综合防治项目等脑卒中预防研究项目中,均以脑血流动力学检测作为脑卒中高危人群的筛查手段,在应用研究的过程中进一步验证了其科学性和可行性。


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