心电图技术在慢性阻塞性肺疾病并肺源性心脏病中的应用进展

慢性阻塞性肺疾病（COPD）是一种肺部异质性表达的状态，以咳、痰、喘、呼吸困难等慢性呼吸道症状为主要特征^[1]。多数COPD患者长期且反复处于缺氧状态，呼吸道症状急剧恶化，肺循环阻力增高到某一阈值后常出现肺动脉高压（pulmonary hypertension，PH），PH若未得到及时、有效诊疗，心脏负担加重会并发肺源性心脏病（pulmonary heart disease，PHD）、右心衰竭等；此外，随着COPD病情加重，患者肺动脉压力增高，进而出现心脏结构改变〔如右心室肥大（right ventricular hypertrophy，RVH）〕及功能改变（心律失常）。因此，早期诊断COPD并评估其严重程度非常重要^[2]，而心电图技术可以反映心脏形态、功能改变。本文旨在综述心电图技术在COPD并PHD中的应用进展。

1　COPD导致PHD的机制

PHD多是由COPD患者长期缺氧出现PH后引起的心肺共病，缺氧是肺中小动脉内皮功能紊乱、胃肠道功能紊乱的诱因，机体缺氧时肺脏各级动脉急剧痉挛，内皮细胞释放大量一氧化氮、内皮素1，进而导致肺血管重塑、肺血管横截面积缩小及呼吸肌负荷增加，引起大量清蛋白分解、前列环素合酶表达下调，致使肺功能损伤、肺血管阻力逐渐增加^[3,4]。因此，肺血管重塑对COPD患者肺动脉压改变具有重要作用。COPD患者的PH会增加右心负荷，导致PHD，甚至引发右心衰竭。据统计，80%的COPD会发展为PHD，而PHD又与心力衰竭住院有关^[5,6]。但COPD发展为PHD的过程比较缓慢，可经历代偿期和失代偿期两个阶段，临床上常以RVH、PH等病理表现区分上述两个阶段^[7]。

2　心电图技术在COPD并PHD中的应用

2.1　心电图在COPD并PHD中的应用

目前，COPD并PHD的诊断依据主要是患者的主诉、病史、临床表现及影像学检查结果。心电图是临床常用的心血管疾病诊断技术，具有操作简单、方便快捷、无创、价格低廉等优势，使用率较高，特别是用于疾病筛查及预后评估，但其诊断COPD并PHD的灵敏度不高^[8]，为60.1%～88.2%^[9]，特异度较高^[10]。按照中国PHD的诊断标准，心电图检查必须存在以下任意一项才能确诊为PHD：（1）额面平均心电图轴≥＋90°；（2）顺钟向转位≥1；（3）严重顺钟向转位≤1；（4）（RV₁＋SV₅）≥1.05 mV；（5）aVR导联R/S或R/Q≥1；（6）除心肌梗死外，V₁～V₃导联呈QS、Qr或qr型；（7）肺型P波（P波电压≥0.22 mV）^[9]。

2.1.1　心电图P波

心电图P波代表心房除极活动，临床上根据P波形态结合患者病史推断疾病，如"高尖P波"常见于PH、PHD、先天性心脏病患者^[11]。近年研究发现，心电图P波可以预测COPD患者死亡风险，如P波异常时COPD患者死亡风险较高^[12]。此外，心电图P电轴垂直化与COPD密切相关，多位学者认为，COPD及PHD患者肺部长期处于膨胀状态，右心房通过下腔静脉周围致密的心包韧带牢固地附着在横膈膜上，且随着横膈肌逐渐变平，右心房向下扭曲、移位，导致P波向量出现明显的向右偏移（垂直化）^{[13,14,15,16,17,18]}。研究表明，P波向量与COPD、PHD患者第1秒用力呼气容积呈负相关，而下肺叶或基底段肺气肿似乎是心电图P电轴垂直化程度和肺功能质量的主要决定因素之一^[19]。P波离散度是研究P波的另一个方向，CELIK等^[20]、CAGLAR等^[21]研究发现，COPD患者由于右心房压力增加、内径增大，心房除极时间延长，并出现心房电机械延迟现象，导致最长P波时限（P-wave maximum-time，Pmax）和最短P波时限（P-wave minimum-time，Pmax）差值增大，从而导致P波离散度增加，提示COPD患者预后不佳。

2.1.2　心电图ST-T段及T_p-e间期

研究表明，多数无其他并发症的COPD并PHD患者心电图可出现ST-T段改变，分析原因可能为：患者长期缺氧，心肌对氧气的需求量增加，出现包括高碳酸血症、低氧血症等在内的内环境紊乱，造成心肌缺血、心肌损伤、心脏复极异常，从而出现ST-T段缺血性改变^[22]，而胸闷、胸痛缓解或服用扩血管药物后ST-T段缺血性改变减轻，甚至恢复基线水平^[23]。PANIKKATH等^[24]、SYROMYATNIKOVA等^[25]、VAN DEN BERG等^[26]研究表明，T_p-e间期延长与心源性猝死密切相关。

2.1.3　心电图QT间期

心电图QT间期指整个心室除极和复极的总时间，QTc间期是校正心率后的QT间期，可反映心脏去极化和复极作用，二者均对恶性心律失常和心源性猝死具有预测作用；此外，QT间期或QTc间期还对COPD及PHD患者发生PH具有预测作用^[27]。COPD患者气道阻塞、肺过度通气会间接影响QT间期^[28]，既往研究表明，COPD严重程度与QT间期呈正相关^{[29,30,31,32,33]}。VAN OEKELEN等^[33]使用Fridericia公式校正QT间期并获得了QTc间期，结果显示，约11%QT间期延长的COPD患者会发生急性加重。此外，LAI等^[34]、SIEVI等^[35]、赵莉等^[36]、聂春根等^[37]研究表明，COPD并PHD患者长期心脏负担重，QT离散度可作为其发生心律失常的预测指标，且校正QT离散度≥48 ms时患者死亡风险升高^[38]。因此，心电图QT间期可为COPD并PHD患者心脏损伤程度评估提供参考。

2.2　动态心电图（dynamic electrocardiogram，DCG）在COPD并PHD中的应用

DCG起源于20世纪60年代初，其可弥补心电图时程短的弊端，可捕捉偶发心律失常、阵发性心房颤动等异常心电信号波段^[39]。研究表明，DCG技术对COPD并PHD患者ST段压低或抬高的电生理现象具有较高的特异度^[40]。

2.2.1　心率变异性（heart rate variability，HRV）、心率震荡（heart rate turbulence，HRT）

HRV属于DCG的线性指标，可评估机体自主神经功能，特别是窦房结自主神经功能，其包括时域指标〔如24 h窦性R-R间期的标准差（standard diviation of all normal to normal intervals，SDNN）、5 min窦性R-R间期标准差的均值（standard deviation of average 5 min NN intervals，SDANN）、相邻RR间期差值>50 ms占比（percentage of RR intervals differing more than 50 ms from the preeding one，pNN50）〕和频域指标〔如高频谱功率（high frequency power，HF）、低频谱功率（low frequency power，LF）〕。研究表明，PHD患者存在的缺氧与高碳酸血症可影响其心肌收缩功能及颈动脉窦、主动脉体化学感受器，导致交感神经系统兴奋，反射性地增加儿茶酚胺分泌量，破坏交感-迷走神经平衡，并引起HRV降低^[41]，具体表现为SDNN、SDANN、相邻窦性R-R间期差值均方根（square root of the mean of the differencesbetween adjacent normal RR intervals，rMSSD）、pNN50、HF、LF降低^{[42,43,44,45]}。邵克锐等^[46]研究表明，HRV对PHD具有一定预测作用。

研究表明，HRT与恶性心脏事件的发生密切相关，其中震荡斜率（turbulence slope，TS）、震荡初始（turbulence onset，TO）、动态心率震荡（turbulence dynamics，TD）是评估慢性心力衰竭危险分层及预后的重要指标^{[47,48,49,50,51]}。吴文芳^[52]、王月文等^[42]、袁冬梅^[53]研究结果显示，PHD患者TD、TO明显升高，而TS明显降低，提示HRT对COPD并PHD患者发生心脏恶性事件具有一定预测价值。

2.2.2　心率减速力（deceleration capacity of rate，DC）

DC是通过24 h心率的整体趋向性分析和减速能力的测定，定量评估受检者迷走神经张力，进而筛选和预警猝死高危患者的一种新的无创心电技术^[54]。王兴德等^[55]、黄佐贵等^[56]、冯伟等^[57]、张佳琪^[58]研究发现，COPD、PHD患者DC呈降低趋势，DC能有效区分迷走神经与交感神经的活跃程度^[59]，特别是合并室性心律失常和/或心力衰竭的患者。DC降低说明迷走神经活跃度下降，猝死风险升高。RIZAS等^[60]研究发现，短期DC对心血管疾病发生风险的预测能力优于其他短期HRV指标。

2.3　心电散点图在COPD并PHD中的应用

随着DCG技术不断发展，各类心电散点图出现并应用于临床，进而提高了临床疾病的诊断正确率。Lorenz散点图又称为Poincaré散点图，其是运用非线性混沌学原理分析DCG中繁多的心电数据RR间期序列，以图形形式分析结果呈现在二维平面坐标系中，故又称为二维Lorenz散点图^[61,62]；通过进一步排布推导，将二维平面向立体空间延伸得到三维Lorenz散点图^[61]。二维Lorenz散点图是通过图形、数量、B线斜率等为心律失常的诊断提供依据，而三维Lorenz散点图是在二维Lorenz散点图及RR间期差值散点图的基础上，具有特有的"空间"优势，除去标准面xoy面及yoz面外，沿y轴观察的xoz面散点图形总体上与空间等速线对称；xyz面是沿空间等速线观察的散点图形，与二维RR间期差值散点图有相似之处，能反映相邻RR间期的规律^[61,63,64]。研究表明，多数COPD、PHD患者存在心律失常，如心房颤动、频发室性期前收缩等，Lorenz散点图显示的心律失常多呈复杂形、扇形、鱼雷形，其长宽均明显缩短，且宽大尾部形态不清楚或消失^[65]，且散点图上的偏离于"棒球拍状"主图的各区"梭形"或不规律的"树枝状分叉"即为心脏期前收缩投影点，可通过观察其大小、数量及范围评估心律失常严重程度。COPD、PHD患者散点图"窦律点"上的非线性HRV指标可反映自主神经张力，如矢量长度指数（vector length index，VLI）、矢量角度指数（vector angle index，VAI）、散点图长度、散点图离散度、垂直标准差、水平标准差、长轴、短轴等。张建勇等^[66]研究指出，针对COPD并PHD患者，Lorenz散点图可以直观、定量地分析其HRV指标，其中VLI、VAI等明显降低，提示COPD并PHD患者心脏自主神经功能受损。因此，Lorenz散点图对COPD并PHD患者心功能不全具有一定评估价值。

2.4　心电向量图（vectorcardiogram，VCG）在COPD并PHD中的应用

VCG是一种常用的心功能检查方法，与心电图仅能反映两个电极的电位差不同，其可以准确显示人体心脏的三维空间；此外，与超声心动图价格昂贵不同，VCG价格较低且同样能很好地显示心脏结构改变^[67,68,69]。既往研究表明，与心电图相比，VCG能更准确地诊断早期PHD患者的右心室肥厚与扩张^{[7,70,71,72,73,74]}。VCG诊断PHD患者右心室肥厚的条件如下〔（1）～（2）为主要条件，（6）～（7）为辅助条件〕^[75]：（1）横面QRS环向前面积＋向右面积>总面积的70%；（2）横面QRS环向右后面积>总面积的20%；（3）横面QRS环最大向量方位>20°或<－90°；（4）额面QRS环在右下面积或右上面积>总面积的20%；（5）QRS环右向力>1.0 mV，右向力/左向力比值>1；（6）最大P向量>0.18 mV（横面或右侧面），横面P环呈顺时针转向；（7）横面QRS环呈顺时针方向运行，最大角度>110°，右向力≥左向力。李倩等^[7]研究发现，早期PHD患者伴有轻度RVH时，心电图仅表现为V₁～V₃、V₅导联QRS波群呈RS型（顺钟向转位），VCG显示最大横面QRS向量环转到右侧且尚居左下，投影在心电图Ⅰ导联上的R/S仍然≥1，提示不同PHD患者的横面QRS环转向不同，RVH类型及其严重程度可能不同。因此，VCG记录轻中度COPD和PHD患者心脏空间向量的准确度较高，能更好地显示心脏激动顺序及瞬间电位变化，反映心房和心室激动顺序及空间改变情况。

2.5　频谱心电图（frequency-domain electrocadiogram，FCG）在COPD并PHD中的应用

FCG又称为频域心电图、心电频谱图、心电频域相关图，是临床上用来反映心电功率谱变化情况的新的检查方法。虽然FCG与心电图同源于心电信号，但其能提供时间域、空间域和频率域信息。研究表明，FCG高、低频成分下降考虑心肌缺血所致，其对COPD及其重要并发症PHD和/或呼吸衰竭具有一定诊断价值，且可以定位PHD患者心肌缺血部位^[21,76]。

3　小结

心脏导管术是目前临床上诊断PHD的"金标准"，其能有效评估心功能，但属于侵入性检查，可能引发血液凝集，且存在造影剂后肾损伤、动脉损伤等并发症发生风险^[77]。近年来随着心电图技术不断发展，其因准确、安全、直观而备受临床工作者关注，其中心电图、DCG、VCG、FCG、Lorenz散点图对COPD并PHD具有一定诊断价值；此外，信号平均心电图、心室晚电位已被证实与COPD并PHD无相关性^[78,79]，时间RR间期散点图（t-RR散点图）、RR间期差值散点图、心电瀑布图等在COPD并PHD中的应用仍有待进一步探索。

引用: 杨浩毅, 吕晋琳, 向呈浩, 等.  心电图技术在慢性阻塞性肺疾病并肺源性心脏病中的应用进展 [J] . 实用心脑肺血管病杂志, 2024, 32(2) : 135-140.

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