心臟舒張力學（2）：舒張功能之指標

文：台大醫學院 張國柱（Chang，Kuo-Chu）

 

日期：2018/1/27

 

研究顯示：許多不同心臟疾病的患者，其收縮功能（systolic function）尚未受損之前，舒張功能（diastolic function）已有趨悪之勢。為了探討心臟病患的舒張功能，甚多學者致力於發展指標或參數用以表徵左心室的舒張特性。Brutsaert 等人所提的三重調控機制（triple control mechanisms）可以幫助吾人更加明確地理解心臟的舒張功能。由於三重調控機制的理論導源於心臓被視為肌肉-幫浦系統（muscle-pump system）而非僅僅是幫浦系統，因此對傳統的心週期（cardiac cycle）所區分的心臟收縮期（systole）與心臟舒張期（diastole）有重新加以定義的必要。

 

心週期的細分期

 

（1） 前一週期僧帽瓣關閉而主動脈瓣尚未開啓前，整個左心室形成密閉的腔室，左心室體積不變而血壓持續增高，此期稱為等體積收縮期（isovolumic contraction period，ICP）。

 

（2） 當左心室壓高過主動壓，主動脈瓣被迫打開，左心室收縮將腔室內的血液壓送至動脈管，左心室體積迅速下降，此期稱為射血期（ejection period，EP）。

 

（3） 當主動壓高過左心室壓，主動脈瓣被迫關閉而僧帽瓣尚未開啓，整個左心室形成密閉的腔室，左心室體積不變而血壓持續下降，此期稱為等體積舒張期（isovolumic relaxation period，IRP）。

 

（4） 僧帽瓣開啓，血液迅速從左心房注入左心室，此時左心房並沒有收縮的動作，左心室體積的增加是舒張吸血（diastolic suction）的效果，此期稱為快速填血期（rapid filling period，RFP）。

 

（5） 左心室快速填血之後腔室體積維持短暫的穩定，是為舒張後期（diastasis）。

 

（6） 隨後左心房收縮，再將剩餘的血量灌流至左心室，完成心臟的舒張填血（diastolic filling），此期稱為心房收縮期（atrial contraction period，ACP）。

 

Systole 和 Diastole 的定義

 

（1） 傳統上Wigger的定義：systole 包括ICP、EP和IRP，也就是從前一週期僧帽瓣關閉到僧帽瓣開啓之前的時間間隔；diastole則涵蓋 RFP、diastasis 和 ACP。

 

（2） 臨床上的定義：systole 包括 ICP 和 EP，也就是從前一週期僧帽瓣關閉到主動脈瓣關閉所產生第二心音的時間間隔；diastole 則涵蓋 IRP、RFP、diastasis和 ACP。

 

（3） 將心臟視為肌肉-幫浦系統的定義：systole 包括 ICP、EP、IRP和RFP，這是因為 EP 的後半期、IRP和 RFP 會受到血行負荷（hemodynamic loads）的調控而將它們納入 systole。於 systole 中，又將 ICP 和 EP 的前半期歸於contraction；而將 EP 的後半期、IRP和 RFP歸於 relaxation，這是因為 relaxation具有負荷相依（load dependence）的特性。因此尋找relaxation 的指標或參數應局限於 EP 的後半期、IRP 和 RFP。至於 diastole 則涵蓋diastasis 和 ACP 兩期。

 

左心室壓與體積所推衍之參數

使用左心室壓所推衍之舒張功能參數常有相互矛盾、衝突的結果，並不足為奇，這是因為研究者僅以數學的近似法（單指數函數或雙指數函數或漸近線）來處理複雜的左心室壓隨時間衰減的部分。往往些許的微小變化也會以相反的方向對這些參數造成不可忽視的影響。相反地，左心室體積的時間函數相對穩定，因此由時間-活性曲線（time-activity curve，TAC）所導衍的參數，便提供了表徵 relaxation 特性較佳的指標。

 

後記

1990年代我們發展了一套電腦程式用以分析左心室之時間-放射活性曲線，此套軟體可自動界定心週期之各細分期。所使用之數學基礎為富利葉級數展開（Fourier series expansion）之技術，此技術可分析時間-放射活性曲線，得到最小誤差之諧波數（number of harmonics）所推導之參數。最小誤差之諧波數的訂定依訊號對雜訊比（signal-to-noise ratio）而定：對 contraction 參數而言，通常使用兩個諧波；對relaxation參數而言，則為參至陸個諧波不等。有興趣的同好請參考如下之文獻：

 

Chang KC*, Tseng YZ, Kuo TS, Chen HI. Impaired left ventricular relaxation and arterial stiffness in patients with essential hypertension. Clin Sci 1994;87:641-647.

 

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