【原】早期发现心血管病风险的指标-同时测量上臂脉搏波波形和心音，可简便测量-

【原】早期发现心血管病风险的指标-同时测量上臂脉搏波波形和心音，可简便测量-

日本产业技术综合研究所等机构开发了一种新型心血管疾病风险评估技术，通过同时测量上臂脉搏波波形和心音来评估心脏附近主动脉的硬化程度。该技术具有简便、准确等优点，有望在早期发现心血管疾病风险方面发挥重要作用。

重点

• 开发了评价与心血管病发病相关的心脏近端主动脉硬化度的简易测量技术
• 根据测量上臂血压的要领可以简单地进行测量，因此减轻了检查的负担
• 这是从30多岁开始随着年龄的增长而增大的指标，期待应用于更早期、高灵敏度的心血管病风险鉴定

PWV测量情况:传统方法需要双手双脚安装传感器，仰卧测量(左)，但本方法只能通过心音传感器和肱脉搏波传感器进行测量，也可以进行坐位测量(右)。

概要

国立研究开发法人产业技术综合研究所(以下称为“产总研”)人类信息交互研究部门菅原顺研究小组组长与东京医科大学循环内科领域的富山博史教授·山科章主任教授(研究当时)、以及美国德克萨斯大学奥斯汀分校(以下称为“德克萨斯大学”)的田中弘文教授 开发了利用脉搏波传播速度( pulse wave velocity:PWV，以下记述的baPWV、hbPWV、CAVI也分类为PWV )法的近端主动脉(心脏近端的主动脉)硬化度的简易测量技术。

心血管病( Cardiovascular disease: CVD )是国内的主要死亡原因和需要护理的原因。 测量和评价导致动脉硬化的程度，有助于预防该疾病的发病。 国内外普及的全身性动脉僵硬度指标肱-踝脉搏波传导速度( brachial-ankle pulse wave velocity:BAP wv )在中年以后显著增大。 测量baPWV时，需要采取仰卧姿势，将血压测量用气囊缠绕在上臂和脚踝上。

与此相对，此次研究有用性的心脏-上臂脉搏波传导速度( heart-brachial pulse wave velocity:HBP wv )反映了从30多岁这样的早期开始随着年龄的增长而增大的近端主动脉的硬化度，比baPWV更早 另外，根据心音和上臂脉搏波波形的同时测量计算出的hbPWV，可以按照测量上臂血压的要领在座位姿势下进行测量，减轻了接受检查的人和医务人员的负担。

hbPWV测量的算法有可能安装在点臂式血压计，甚至家用血压计上。 通过实现这一点，可以增加测量动脉硬化度指标的机会，期待更多能早期发现CVD风险的机会。

另外，该技术的详细情况于2024年8月1日刊登在了“Hypertension Research”上。

开发的社会背景

CVD是国内主要的死亡原因之一，也是需要护理的原因，但动脉硬化是其发病风险。 作为动脉硬化程度的指标，表示动脉壁硬度的动脉刚度备受关注。 动脉富有伸展性，起到缓冲从心脏排出的血流的缓冲作用。 但是随着年龄的增长，伸展性丧失，缓冲作用减弱的话，会慢性地给心脏增加负担，成为CVD的风险。 由于动脉刚度会随着年龄的增长而增大，所以通过动脉刚度测量来早期检测风险是很重要的。

研究的经过

使用在动脉内传播的脉搏波速度的“PWV法”，作为可靠性最高的动脉刚度评价法在世界范围内被公认。 但是，由于需要熟练的测量技术，在很多国家，临床现场的普及并不怎么进展。 在这种情况下，我国开发出了在上臂和踝部缠绕血压测量气囊来测量脉搏波传播速度的baPWV以及心脏踝血管指数( CAVI )测量装置，在世界上率先于20多年前就实现了动脉硬化测量在一般临床医疗中的应用。 但是，baPWV和CAVI无法充分评价对减轻心脏负担最有帮助的“心脏附近动脉(近位主动脉)”的刚度。

针对这个课题，产总研与德克萨斯大学共同推进了基于PWV法的近端主动脉刚度评价法的开发。 关注此前被认为是上臂动脉刚度指标的hbPWV，首先，开发了难以实测、以往的仅使用身高的推算式的合理性成为课题的根据性别和身高等来推算动脉长的公式( 2018年6月Hypertension Research刊登) 明确了使用这个推算式得到的hbPWV反映了近端主动脉刚度，与CVD的发病有很强的相关性( 2019年1月American Journal Hypertension刊登)。 此次以这些结果为基础，使用长达10年以上的企业健康检查的跟踪数据，就hbPWV的年龄变化特性以及与CVD风险的相关性，与国内临床检查中广泛使用的baPWV进行了比较研究。

另外，本研究开发是作为产业综合研究所生命工学领域、其他5个领域推进的新一代治疗·诊断·技术研究实验室推进的领域融合项目的一部分而进行的。 另外，还得到了独立行政法人日本学术振兴会科学研究费资助事业“基础研究( b )”( 2020-2024年度)以及挑战性研究(开拓) ( 2021-2024年度)的支持。

研究内容

主动脉富有伸展性，对来自左心室的血流驱动反复伸展和复原。 这样可以缓解左心室送出血液时产生的血压过大上升(降低左室后负荷)，减弱对大脑和肾脏等末梢脏器的物理压力造成的血流血压搏动性波动(图1 )。 但是，动脉壁的伸展性会随着年龄的增长而降低(动脉刚度增大)。 从而增强左室后负荷及血流血压的搏动性波动。 这种情况会慢性化，心脏和末梢内脏器官经常受到损伤，从而诱发CVD。 考虑到对心脏和大脑的伤害，连接心脏和大脑的近端主动脉的刚度被认为是重要的。

图1主动脉搏动缓冲功能

动脉刚度低、柔软的动脉可以缓冲心脏产生的血压、血流的搏动性波动。 另一方面，一般认为，动脉硬的话，在残留强烈的搏动的状态下，血压·血流会传递到末梢的内脏器官，这会对内脏器官造成损伤。

※右侧两个面板使用的是引用了o’rourke and Hashimoto的论文1 )的图进行修改后的内容。

1 )引用文献: o’rourke and Hashimoto.mechanical factors in arterial aging:a clinical perspective.j am coll cardiol 2007； 50:1–13

目前，无创评价近端主动脉功能的方法只有MRI。 但是，为了预防CVD发病，需要简便且高精度地评价近端主动脉刚度。 针对这个课题，产总研与德克萨斯大学共同推进了基于PWV法的近端主动脉刚度评价法的开发。 到目前为止，我们报告了通过心音和上臂脉搏波波形的同时测量计算出的hbPWV反映了近端主动脉刚度，与CVD风险指标有很强的关系。 这次的目的是进一步发展这项研究，更加明确hbPWV在预防CVD发病中的有用性。

使用10年以上的企业健康检查的跟踪数据，进行横断研究(对象7，868名)和跟踪研究(对象3，710名，平均跟踪期间9.1 关于与年龄的相关性，横向研究、跟踪研究都显示出hbPWV比baPWV更强的相关关系。 图2显示了跟踪研究中男性的hbPWV和baPWV的年龄变化(图中只显示了男性的结果，女性也获得了大致相同的结果)。 从每个人的直线的倾斜度来调查随着年龄的增加PWV的增加量，baPWV的增加量越老越大，也就是说随着年龄的增加刚度的增大越急剧，显示出了与先行研究2 )和本研究的横断研究相同的倾向(图3 )。 相比之下，hbPWV的增加量在年龄组之间未表现出显著差异。 这表明，由hbPWV评估的动脉刚度从30多岁开始持续增大。

2 )引用文献: tomi yama et al.influences of age and gender on results of non invasive brachial-ankle pulse wave velocity measurement-- a survey

脚注这次发表的论文中，用先行研究中提出的两个动脉长推算式(不考虑随年龄增长的动脉长伸长的式和考虑的式)计算HBP wv ( hbpwveq 1及hbPWVeq2)。 本新闻稿将hbPWVeq2的结果作为hbPWV进行介绍，hbPWVeq2与年龄相关性强，且在CVD风险估计方面很出色。 但是，两个hbPWV的有用性没有发现显著的差异。

图2追踪研究中成年男性PWV的增龄变化

表示各被检者中年龄与PWV的回归直线。 hbPWV与年龄的直线关系性比baPWV强。

※使用的是引用原论文的图改变后的东西。

无论是与CVD风险的相关性，还是横断面研究、追踪研究，hbPWV与火烈鸟一般CVD风险评分的相关关系都明显高于baPWV。 进一步的ROC曲线分析结果显示，hbPWV比baPWV判别有无CVD风险的能力明显更高(图4 )。

图4使用roc曲线分析的基于PWV的CVD高风险判别精度的比较(横向研究)

ROC曲线下面积hbPWV比baPWV大。 该结果显示，hbPWV在判别是否为高CVD风险(阳性)的精度上更出色。

※使用的是引用原论文的图改变后的东西。

hbPWV从成人期早期开始随年龄增长呈线性增加，与CVD风险呈较强相关性，这表明hbPWV是早期发现CVD风险的有前景指标。 另外，由于hbPWV评估与baPWV不同部位的动脉刚度，因此通过评估两个指标，有可能从多方面评估因随着年龄的增长动脉刚度的增大而引起的肾脏病和闭塞性动脉疾病等各种疾病风险。 该用于测量hbPWV的算法具有可安装在点臂式血压计、甚至家用血压计上的潜力。 通过实现这一点，可以期待测量动脉硬化度指标的机会增加，进一步增加能够早期发现心血管系统疾病风险的机会。

今后的计划

与销售baPWV测量仪器的企业进行共同研究，在推进搭载hbPWV计算算法的测量仪器开发的同时，实施从预防医学、临床医学方面的研究开发。

论文信息

刊登杂志: Hypertension Research

论文标题: cross-sectional and longitudinal evaluation of heart-to-brach ium pulse wave velocity for cardio vascular disease risk

作者: Sugawara J，Tanaka H，Yamashina A，Tomiyama H。

DOI:10.1038/s41440-024-01805-5

用语解说

脉搏波传播速度( Pulse wave velocity: PWV )法

全世界最普及的动脉刚度指标。 根据血液从心脏送出产生的脉搏波通过分开的两点之间的时间和传递之间的距离(动脉长)的时间计算速度。 这个速度越快动脉刚度越高。 在欧美，一般是将脉搏波传感器抵在脖子和腹部(大腿根部)进行测量的“颈动脉-股动脉间PWV”。 在日本国内，用脉搏波传感器接触上臂和脚踝进行测量的上臂-脚踝间脉搏波传播速度( baPWV )以及心脏脚踝血管指数( CAVI )被广泛使用。

上臂-踝部脉搏波传导速度( brachial-ankle pulse wave velocity:BAP wv )

将脉搏传感器缠绕在上臂和脚踝上进行测量。 从以心脏为起点，向脚踝方向传播的脉搏波的传播距离和时间中，减去向上臂方向传播的脉搏波的传播距离和时间，计算速度。 被认为是全身动脉硬化度的指标。

心脏-肱脉搏波传导速度( heart-brachial pulse wave velocity:HBP wv )

使用固定在胸部的心音传感器和固定在上臂的脉搏波传感器，测量从心脏传到上臂的脉搏波的传播速度。 对象动脉大部分是血管平滑肌非常多，有时也是具有随年龄增长变化小特征的动脉，是临床医学领域鲜为人知的PWV指标。

心血管病( Cardiovascular disease: CVD )

冠状动脉疾病、中风、高血压、心力衰竭、外周动脉疾病等与心脏及血管相关的各种疾病的总称。 主要由动脉狭窄、硬化、功能障碍引起，因心脏和其他脏器供氧不足而发病。

动脉刚度

由动脉结构(壁厚、弹性体含量、钙和最终糖化物的蓄积等)以及构成动脉壁的血管平滑肌的紧张度决定的壁的硬度。 被称为中心动脉的主动脉及颈动脉原本伸展性就很高，但从30多岁开始硬化。 主动脉刚度高的话，驱血时左室受到的阻力(左室后负荷)变高，会导致CVD的发病。 许多流行病学研究表明，中心动脉刚度与心血管病的发病、预后和死亡密切相关。 另一方面，血管平滑肌多的四肢动脉比中心动脉硬，但随着年龄的增长变化很小。

心脏踝血管指数( Cardio Ankle Vascular Index: CAVI )

这是反映包括主动脉在内的从心脏到脚踝的动脉硬度的指标，在求出该部位的PWV后，排除了血压的影响。 血压越高，PWV越高，但CAVI不依赖于血压，因此不易受到紧张等引起的血压变动的影响。

左室后负荷

指左心室向主动脉内送出血液时左室受到的阻力。 如果因高血压等原因导致左室后负荷增大，为了排出血液，左心室需要在每次心脏收缩时发挥超过这个压力。 如果这种情况慢性化，就会引起左心室肥大和心泵功能下降，诱发CVD。 主动脉刚度高的情况下，由于左室后负荷增大，也会成为CVD的发病风险。

火烈鸟常见CVD风险评分

一种根据年龄、性别、总胆固醇、HDL胆固醇、收缩期血压、有无血压治疗、有无吸烟、有无糖尿病8个因素来推测心肌梗塞、中风、心力衰竭、外周动脉疾病等一般心血管病在10年内发病的风险的系统。

ROC曲线分析

应收操作符号化( roc )曲线分析是用于评价指标二值化分类性能的图表及其分析方法。 x轴取假阳性率，y轴取真阳性率。 由连接各曲线和x=1，y=0这2条直线包围的面积( ROC曲线下面积)越大，指标的判别精度越高。 通过比较不同指标的ROC曲线下面积，可以判断哪个指标更好。 本研究将火烈鸟一般CVD风险评分判定为“10年内发生一般心血管病的风险”较高的情况定义为“阳性”。