心電圖技術在慢性阻塞性肺疾病并肺源性心臟病中的應用進展

楊浩毅，呂晉琳，向呈浩，趙航

作者單位：1.671000 云南省大理州大理市，大理大學臨床醫學院 2.671600 云南省大理州，賓川縣人民醫院功能科 3.671000 云南省大理州大理市，大理大學第一附屬醫院老年病科 4.161006 黑龍江省齊齊哈爾市，齊齊哈爾醫學院附屬第二醫院腎臟內科

慢性阻塞性肺疾病（chronic obstructive pulmonary disease，COPD）是一種肺部異質性表達的狀態，以咳、痰、喘、呼吸困難等慢性呼吸道癥狀為主要特征［1］。多數COPD患者長期且反復處于缺氧狀態，呼吸道癥狀急劇惡化，肺循環阻力增高到某一閾值后常出現肺動脈高壓（pulmonary hypertension，PH），PH若未得到及時、有效診療，心臟負擔加重會并發肺源性心臟病（pulmonary heart disease，PHD）、右心衰竭等；此外，隨著COPD病情加重，患者肺動脈壓力增高，進而出現心臟結構改變〔如右心室肥大（right ventricular hypertrophy，RVH）〕及功能改變（心律失常）。因此，早期診斷COPD并評估其嚴重程度非常重要［2］，而心電圖技術可以反映心臟形態、功能改變。本文旨在綜述心電圖技術在COPD并PHD中的應用進展。

1 COPD導致PHD的機制

PHD多是由COPD患者長期缺氧出現PH后引起的心肺共病，缺氧是肺中小動脈內皮功能紊亂、胃腸道功能紊亂的誘因，機體缺氧時肺臟各級動脈急劇痙攣，內皮細胞釋放大量一氧化氮、內皮素1，進而導致肺血管重塑、肺血管橫截面積縮小及呼吸肌負荷增加，引起大量清蛋白分解、前列環素合酶表達下調，致使肺功能損傷、肺血管阻力逐漸增加［3-4］。因此，肺血管重塑對COPD患者肺動脈壓改變具有重要作用。COPD患者的PH會增加右心負荷，導致PHD，甚至引發右心衰竭。據統計，80%的COPD會發展為PHD，而PHD又與心力衰竭住院有關［5-6］。但COPD發展為PHD的過程比較緩慢，可經歷代償期和失代償期兩個階段，臨床上常以RVH、PH等病理表現區分上述兩個階段［7］。

2 心電圖技術在COPD并PHD中的應用

2.1 心電圖在COPD并PHD中的應用

目前，COPD并PHD的診斷依據主要是患者的主訴、病史、臨床表現及影像學檢查結果。心電圖是臨床常用的心血管疾病診斷技術，具有操作簡單、方便快捷、無創、價格低廉等優勢，使用率較高，特別是用于疾病篩查及預后評估，但其診斷COPD并PHD的靈敏度不高［8］，為60.1%～88.2%［9］，特異度較高［10］。按照中國PHD的診斷標準，心電圖檢查必須存在以下任意一項才能確診為PHD：（1）額面平均心電圖軸≥＋90°；（2）順鐘向轉位≥1；（3）嚴重順鐘向轉位≤1；（4）（RV1＋SV5）≥1.05 mV；（5）aVR導聯R/S或R/Q≥1；（6）除心肌梗死外，V1～V3導聯呈QS、Qr或qr型；（7）肺型P波（P波電壓≥0.22 mV）［9］。

2.1.1 心電圖P波

心電圖P波代表心房除極活動，臨床上根據P波形態結合患者病史推斷疾病，如“高尖P波”常見于PH、PHD、先天性心臟病患者［11］。近年研究發現，心電圖P波可以預測COPD患者死亡風險，如P波異常時COPD患者死亡風險較高［12］。此外，心電圖P電軸垂直化與COPD密切相關，多位學者認為，COPD及PHD患者肺部長期處于膨脹狀態，右心房通過下腔靜脈周圍致密的心包韌帶牢固地附著在橫膈膜上，且隨著橫膈肌逐漸變平，右心房向下扭曲、移位，導致P波向量出現明顯的向右偏移（垂直化）［13-18］。研究表明，P波向量與COPD、PHD患者第1秒用力呼氣容積呈負相關，而下肺葉或基底段肺氣腫似乎是心電圖P電軸垂直化程度和肺功能質量的主要決定因素之一［19］。P波離散度是研究P波的另一個方向，CELIK等［20］、CAGLAR等［21］研究發現，COPD患者由于右心房壓力增加、內徑增大，心房除極時間延長，并出現心房電機械延遲現象，導致最長P波時限（P-wave maximumtime，Pmax）和最短P波時限（P-wave minimum-time，Pmax）差值增大，從而導致P波離散度增加，提示COPD患者預后不佳。

2.1.2 心電圖ST-T段及Tp-e間期

研究表明，多數無其他并發癥的COPD并PHD患者心電圖可出現ST-T段改變，分析原因可能為：患者長期缺氧，心肌對氧氣的需求量增加，出現包括高碳酸血癥、低氧血癥等在內的內環境紊亂，造成心肌缺血、心肌損傷、心臟復極異常，從而出現ST-T段缺血性改變［22］，而胸悶、胸痛緩解或服用擴血管藥物后ST-T段缺血性改變減輕，甚至恢復基線水平［23］。PANIKKATH等［24］、SYROMYATNIKOVA等［25］、VAN DEN BERG等［26］研究表明，Tp-e間期延長與心源性猝死密切相關。

2.1.3 心電圖QT間期

心電圖QT間期指整個心室除極和復極的總時間，QTc間期是校正心率后的QT間期，可反映心臟去極化和復極作用，二者均對惡性心律失常和心源性猝死具有預測作用；此外，QT間期或QTc間期還對COPD及PHD患者發生PH具有預測作用［27］。COPD患者氣道阻塞、肺過度通氣會間接影響QT間期［28］，既往研究表明，COPD嚴重程度與QT間期呈正相關［29-33］。VAN OEKELEN等［33］使用Fridericia公式校正QT間期并獲得了QTc間期，結果顯示，約11%QT間期延長的COPD患者會發生急性加重。此外，LAI等［34］、SIEVI等［35］、趙莉等［36］、聶春根等［37］研究表明，COPD并PHD患者長期心臟負擔重，QT離散度可作為其發生心律失常的預測指標，且校正QT離散度≥48 ms時患者死亡風險升高［38］。因此，心電圖QT間期可為COPD并PHD患者心臟損傷程度評估提供參考。

2.2 動態心電圖（dynamic electrocardiogram，DCG）在COPD并PHD中的應用

DCG起源于20世紀60年代初，其可彌補心電圖時程短的弊端，可捕捉偶發心律失常、陣發性心房顫動等異常心電信號波段［39］。研究表明，DCG技術對COPD并PHD患者ST段壓低或抬高的電生理現象具有較高的特異度［40］。

2.2.1 心率變異性（heart rate variability，HRV）、心率震蕩（heart rate turbulence，HRT）

HRV屬于DCG的線性指標，可評估機體自主神經功能，特別是竇房結自主神經功能，其包括時域指標〔如24 h竇性R-R間期的標準差（standard diviation of all normal to normal intervals，SDNN）、5 min竇性R-R間期標準差的均值（standard deviation of average 5 min NN intervals，SDANN）、相鄰RR間期差值＞50 ms占比（percentage of RR intervals differing more than 50 ms from the preeding one，pNN50）〕和頻域指標〔如高頻譜功率（high frequency power，HF）、低頻譜功率（low frequency power，LF）〕。研究表明，PHD患者存在的缺氧與高碳酸血癥可影響其心肌收縮功能及頸動脈竇、主動脈體化學感受器，導致交感神經系統興奮，反射性地增加兒茶酚胺分泌量，破壞交感-迷走神經平衡，并引起HRV降低［41］，具體表現為SDNN、SDANN、相鄰竇性R-R間期差值均方根（square root of the mean of the differences between adjacent normal RR intervals，rMSSD）、pNN50、HF、LF降低［42-45］。邵克銳等［46］研究表明，HRV對PHD具有一定預測作用。

研究表明，HRT與惡性心臟事件的發生密切相關，其中震蕩斜率（turbulence slope，TS）、震蕩初始（turbulence onset，TO）、動態心率震蕩（turbulence dynamics，TD）是評估慢性心力衰竭危險分層及預后的重要指標［47-51］。吳文芳［52］、王月文等［42］、袁冬梅［53］研究結果顯示，PHD患者TD、TO明顯升高，而TS明顯降低，提示HRT對COPD并PHD患者發生心臟惡性事件具有一定預測價值。

2.2.2 心率減速力（deceleration capacity of rate，DC）

DC是通過24 h心率的整體趨向性分析和減速能力的測定，定量評估受檢者迷走神經張力，進而篩選和預警猝死高危患者的一種新的無創心電技術［54］。王興德等［55］、黃佐貴等［56］、馮偉等［57］、張佳琪［58］研究發現，COPD、PHD患者DC呈降低趨勢，DC能有效區分迷走神經與交感神經的活躍程度［59］，特別是合并室性心律失常和/或心力衰竭的患者。DC降低說明迷走神經活躍度下降，猝死風險升高。RIZAS等［60］研究發現，短期DC對心血管疾病發生風險的預測能力優于其他短期HRV指標。

2.3 心電散點圖在COPD并PHD中的應用

隨著DCG技術不斷發展，各類心電散點圖出現并應用于臨床，進而提高了臨床疾病的診斷正確率。Lorenz散點圖又稱為Poincaré散點圖，其是運用非線性混沌學原理分析DCG中繁多的心電數據RR間期序列，以圖形形式分析結果呈現在二維平面坐標系中，故又稱為二維Lorenz散點圖［61-62］；通過進一步排布推導，將二維平面向立體空間延伸得到三維Lorenz散點圖［61］。二維Lorenz散點圖是通過圖形、數量、B線斜率等為心律失常的診斷提供依據，而三維Lorenz散點圖是在二維Lorenz散點圖及RR間期差值散點圖的基礎上，具有特有的“空間”優勢，除去標準面xoy面及yoz面外，沿y軸觀察的xoz面散點圖形總體上與空間等速線對稱；xyz面是沿空間等速線觀察的散點圖形，與二維RR間期差值散點圖有相似之處，能反映相鄰RR間期的規律［61，63-64］。研究表明，多數COPD、PHD患者存在心律失常，如心房顫動、頻發室性期前收縮等，Lorenz散點圖顯示的心律失常多呈復雜形、扇形、魚雷形，其長寬均明顯縮短，且寬大尾部形態不清楚或消失［65］，且散點圖上的偏離于“棒球拍狀”主圖的各區“梭形”或不規律的“樹枝狀分叉”即為心臟期前收縮投影點，可通過觀察其大小、數量及范圍評估心律失常嚴重程度。COPD、PHD患者散點圖“竇律點”上的非線性HRV指標可反映自主神經張力，如矢量長度指數（vector length index，VLI）、矢量角度指數（vector angle index，VAI）、散點圖長度、散點圖離散度、垂直標準差、水平標準差、長軸、短軸等。張建勇等［66］研究指出，針對COPD并PHD患者，Lorenz散點圖可以直觀、定量地分析其HRV指標，其中VLI、VAI等明顯降低，提示COPD并PHD患者心臟自主神經功能受損。因此，Lorenz散點圖對COPD并PHD患者心功能不全具有一定評估價值。

2.4 心電向量圖（vectorcardiogram，VCG）在COPD并PHD中的應用

VCG是一種常用的心功能檢查方法，與心電圖僅能反映兩個電極的電位差不同，其可以準確顯示人體心臟的三維空間；此外，與超聲心動圖價格昂貴不同，VCG價格較低且同樣能很好地顯示心臟結構改變［67-69］。既往研究表明，與心電圖相比，VCG能更準確地診斷早期PHD患者的右心室肥厚與擴張［7，70-74］。VCG診斷PHD患者右心室肥厚的條件如下〔（1）～（2）為主要條件，（6）～（7）為輔助條件〕［75］：（1）橫面QRS環向前面積＋向右面積＞總面積的70%；（2）橫面QRS環向右后面積＞總面積的20%；（3）橫面QRS環最大向量方位＞20°或＜－90°；（4）額面QRS環在右下面積或右上面積＞總面積的20%；（5）QRS環右向力＞1.0 mV，右向力/左向力比值＞1；（6）最大P向量＞0.18 mV（橫面或右側面），橫面P環呈順時針轉向；（7）橫面QRS環呈順時針方向運行，最大角度＞110°，右向力≥左向力。李倩等［7］研究發現，早期PHD患者伴有輕度RVH時，心電圖僅表現為V1～V3、V5導聯QRS波群呈RS型（順鐘向轉位），VCG顯示最大橫面QRS向量環轉到右側且尚居左下，投影在心電圖Ⅰ導聯上的R/S仍然≥1，提示不同PHD患者的橫面QRS環轉向不同，RVH類型及其嚴重程度可能不同。因此，VCG記錄輕中度COPD和PHD患者心臟空間向量的準確度較高，能更好地顯示心臟激動順序及瞬間電位變化，反映心房和心室激動順序及空間改變情況。

2.5 頻譜心電圖（frequency-domain electrocadiogram，FCG）在COPD并PHD中的應用

FCG又稱為頻域心電圖、心電頻譜圖、心電頻域相關圖，是臨床上用來反映心電功率譜變化情況的新的檢查方法。雖然FCG與心電圖同源于心電信號，但其能提供時間域、空間域和頻率域信息。研究表明，FCG高、低頻成分下降考慮心肌缺血所致，其對COPD及其重要并發癥PHD和/或呼吸衰竭具有一定診斷價值，且可以定位PHD患者心肌缺血部位［21，76］。

3 小結

心臟導管術是目前臨床上診斷PHD的“金標準”，其能有效評估心功能，但屬于侵入性檢查，可能引發血液凝集，且存在造影劑后腎損傷、動脈損傷等并發癥發生風險［77］。近年來隨著心電圖技術不斷發展，其因準確、安全、直觀而備受臨床工作者關注，其中心電圖、DCG、VCG、FCG、Lorenz散點圖對COPD并PHD具有一定診斷價值；此外，信號平均心電圖、心室晚電位已被證實與COPD并PHD無相關性［78-79］，時間RR間期散點圖（t-RR散點圖）、RR間期差值散點圖、心電瀑布圖等在COPD并PHD中的應用仍有待進一步探索。

作者貢獻：楊浩毅進行文章的構思與設計，撰寫論文；向呈浩進行文章的可行性分析，論文的修訂；向呈浩、趙航負責文獻收集、整理；呂晉琳負責文章的質量控制及審校，并對文章整體負責、監督管理。

本文無利益沖突。