摘要：背景：在重度动脉粥样硬化性颈内动脉狭窄（ICAS）患者中，大脑血管反应性（CVR）能力——脑缺血的独立危险因素——降低，同时可能伴有动脉血压（ABP）调节异常。因此，本研究评估了脑血管对血管活性刺激的反应（通过经颅多普勒（TCD）测量）所表征的CVR与心血管自主神经系统（CANS）功能之间的变化关系。方法：采用颈总动脉压迫（CCC，n=26）、过度换气（HV）和屏气（BH）试验（n=31）以及Valsalva动作（VM，n=34）评估ICAS患者的CVR。通过TCD监测大脑中动脉的血流速度（BFV），同时无创记录ABP。统计分析基于VM反应选择了描述CANS功能的已验证指标，即交感神经指数（SI）、压力恢复时间（PRT）和Valsalva心率比（VHRR）。定义了多个评价CVR反应的参数，包括脑动脉阻力（CAR=ABP/BFV），并使用Spearman成对相关和典型相关分析将这些参数与CVR指标进行关联。结果：Spearman成对相关检验发现，HV-BH和VM试验的多个CVR指标与VM的CANS指标之间存在显著相关性。在HV-BH的CVR与CANS指标方面，待手术侧CAR达到最大值的时间（CARtimetomaxICAop）与VHRR显著相关（p=0.041）；待手术侧CAR达到最小值的时间（CARtimetominICAop）与SI显著相关（p=0.019）。在VM的CVR与CANS指标方面，待手术侧脑血管Valsalva比（CVARICAop）与PRT显著相关（p=0.002）。典型相关分析证实CANS与CVR的损伤可能相关。结论：在严重ICAS患者中，脑血管反应性与心血管自主神经系统潜在的并发失调可能进一步增加脑缺血风险。
1. 引言
大脑血管反应性（CVR）代表脑小血管根据动脉血压波动和大脑代谢需求调整其直径的能力。动脉粥样硬化引起的严重颈内动脉狭窄（ICAS）可导致CVR受损，这在以往多项使用功能性经颅多普勒（TCD）的研究中已得到证实。在人体中，TCD适用于测量颅内大脑血管（如大脑中动脉，MCA）的血流速度变化。可使用多种已验证的刺激通过TCD测量的血流速度变化来评估CVR。例如颈总动脉压迫（CCC）试验，其中短暂的脑低灌注后会出现一过性反应性充血反应。另一种是CO2反应性，可通过改变血液CO2水平（5% CO2吸入、过度换气（HV）和屏气（BH））来诱发。另一种刺激是所谓的Valsalva动作（VM），它会引起灌注压的同步变化，从而导致脑血管系统血流的变化，并诱发脑血管阻力的变化。Valsalva动作期间心输出量的显著变化以及由此产生的动脉血压变化，除了引起脑血管反应外，还会刺激动脉压力感受器，导致心率（HR）和动脉血压（ABP）的特征性变化。这些反应的动态和程度可用于表征心血管自主神经系统（CANS）的功能。因此，VM允许同时评估CVR和CANS功能。
动脉血压的中枢控制由压力反射机制确保，该机制将ABP自发变化的范围维持在一个相对较窄的范围内。压力反射的完整性可能因多种因素导致的血管壁结构变化（硬化）而受损，例如年龄、糖尿病、高血压和动脉粥样硬化。
我们之前已证明，在严重ICAS患者中，功能性TCD测试引起的大脑中动脉血流速度发生了变化。多个CVR参数已被证明对血流动力学紊乱敏感。有趣的是，我们观察到大多数患者也表现出心血管自主神经功能障碍的迹象。
基于先前的结果，我们假设在严重ICAS患者中，脑血管反应性与心血管自主神经调节紊乱的严重程度之间可能存在相关性。这种相关性可能有助于识别那些有显著颈动脉狭窄且脑缺血事件风险增加的患者。
2. 材料与方法
本研究的基本特征与我们之前的研究相同：一项单中心探索性研究（经塞梅维什大学区域和机构科学与研究伦理委员会批准，编号：256/2018），并在ClinicalTrials.gov注册（标识符：NCT03840265）。TCD检查在塞梅维什大学神经内科多普勒实验室进行。
本研究按照《赫尔辛基宣言》中概述的原则进行。2019年1月15日至2021年9月30日期间，因显著ICAS入住塞梅维什大学血管外科进行颈动脉内膜切除术（CEA）的患者在提供书面知情同意后连续入组。根据北美症状性颈动脉内膜切除术试验（NASCET）标准，通过CT血管造影确定ICAS的严重程度，≥70%的狭窄定义为血流动力学显著。在整个研究期间，患者接受持续临床监护。
2.1. 患者基线特征
共有48名符合条件的患者接受了双侧TCD记录（男性：36名，平均年龄±标准差：68.08±7.23岁；女性：12名，平均年龄±标准差：70.16±7.35岁）。由于并非所有测试在技术上均合适，可评估的测试如下：26名患者的CCC测试、31名患者的HV和BH测试以及34名患者的VM测试。在行HV-BH和VM测试的患者中，6名有显著的双侧ICAS，行CCC测试的患者中4名有显著双侧ICAS。患者对ICAS无症状，并接受抗血小板治疗以及降压药和他汀类药物治疗。在其余患者中，对侧狭窄不超过70%。双侧TCD监测的目的是测量严重ICAS侧和对侧MCA中血流速度的变化，并比较差异。两侧定义如下：拟手术侧为ICAop，不手术的对侧为ICAnonop。TCD测量在CEA前进行。功能性TCD操作期间未发生不良事件。表1总结了患者数据。
2.2. TCD测量与方案
使用2 MHz经颅多普勒（TCD）探头（DWL Multi-Dop T2，Compumedics Germany GmbH，德国锡普林根）在半坐位下通过颞窗在深度45-55 mm处测量双侧大脑中动脉（MCA）血流量速度。TCD测量期间，通过桡动脉压平眼压测量法（Colin-BP508，Colin Medical Technology Corporation，日本）持续无创逐搏测量ABP。通过心电图（ECG）连续测量心率。
为了计算逐搏MBFV和MABP，我们使用了公式（1）和（2）：
MBFV = (BFVsys + 2 BFVdia)/3
MABP = (ABPsys + 2 ABPdia)/3
其中BFVsys是最大收缩期速度，BFVdia是舒张末期速度，ABPsys是收缩期峰值血压，ABPdia是舒张末期血压。
CCC测试、通过过度换气和屏气测试的CO2反应性以及VM测试均按照先前描述进行，并计算了多个指标。其中几个指标在我们之前的出版物中对血流动力学紊乱敏感。
2.3. 数据处理
来自四个通道（TCD1、TCD2、ABP压平眼压测量法和ECG）的模拟信号同时以500 Hz的采样率数字化。原始数据以欧洲数据格式文件保存，然后导入LabChart软件（ADInstruments，LabChart v8，美国科罗拉多斯普林斯）进行数字滤波和分段。预处理后的片段作为单独的文本文件导出以进行进一步分析。使用自定义Python脚本（Python v3.12.2）处理这些文件，将心动周期数据线性插值为0.5秒等距间隔。插值数据导出到Microsoft Excel（Microsoft 365版本2602）。
2.4. 颈总动脉压迫测试（CCC测试）
CCC测试在颈动脉双功超声（CDS）检查后进行。检查前，使用CDS筛除高风险、易破裂斑块以确保检查安全。根据我们之前的出版物定义变量，包括一过性充血反应比（THRR）和恢复至基线（RTB）。图1展示了CCC测试的过程。
CCC测试期间血流速度变化的指标如下：
（1）恢复至基线：从解除颈动脉压迫到MCA速度值恢复至基线的时间间隔。
（2）一过性充血反应比（THRR）：
THRR = (F3 - F1)/F1
其中F1反映基线BFV，F3反映解除压迫后的BFV值。THRR根据收缩期峰值速度和平均速度（PSV和MBFV）计算。
2.5. 过度换气和屏气测试
通过HV和BH操作评估脑血管的总CO2反应性。患者过度换气30秒，然后被要求尽可能长时间屏气。定义了多个时间和速度变量。此外，通过平均动脉血压与平均血流速度的比值计算脑动脉阻力（CAR）的变化，即CAR = MABP/MBFV，如前所述。图2显示了HV和BH引起的MBFV和CAR的变化。
HV-BH测试期间获得的指标定义如下：
（1）过度换气指数（HVI）：根据以下公式计算：
HVI = (ΔMBFVHV / MBFVbl) × 1/30 × 100
（2）过度换气期间平均血流速度达到最小值的时间：从HV开始到MCA MBFVHVmin的时间。
（3）屏气指数（BHI）：根据以下公式计算：
BHI = ((MBFVBlend - MBFVBlstart) / MBFVBlstart) × 100 × (1 / tBH)
（4）从基线CAR值到最大CAR值的时间：从CARbl到CARmaxHV的时间。
（5）从最大CAR值到最小CAR值的时间：从CARmax到CARmin的时间。
2.6. Valsalva动作
VM引起MCA等脑血管中ABP和BFV的显著变化。对VM的反应可分为四个阶段，适用于评估CVR和CANS功能：
- I期：胸腔内压升高传递到主动脉，导致ABP短暂升高。
- IIa期（早期）：胸腔内压升高减少心脏静脉回流，导致每搏输出量减少和ABP进行性下降。
- IIb期（晚期）：颈动脉压力感受器感知到ABP下降，激活交感心血管自主神经系统。这种反应增加外周血管阻力和心率，导致ABP随后升高。
- III期：停止用力呼气后，胸腔内压突然下降，引起ABP暂时下降。
- IV期：由于先前升高的外周血管阻力和增加的静脉回流，观察到ABP的过冲。
Valsalva动作以标准化方式执行（相同体位和持续时间，产生40 mmHg的胸腔内压，重复三次）。
在心血管自主神经功能障碍的情况下，可观察到血压/心率的反应受损，表现为IIb和IV期缺乏代偿性ABP升高。
心血管自主神经系统指标如下：
已有多项指标用于表征心血管自主神经功能，包括交感神经指数（SI）、Valsalva心率比（VHRR）和压力恢复时间（PRT）。
交感神经指数（SI）：表示II期末MABP相对于基线MABP的变化百分比。正常SI值≥0。CANS功能障碍患者SI为负值。SI = (MABP IIend - MABP BL) / MABP BL × 100。
Valsalva心率比（VHRR）：定义为Valsalva动作期间最大心率与最大心率后30秒内记录的最小心率之比。年龄>60岁的个体，正常VHRR >1.35。低于1.35提示心血管自主神经功能障碍。VHRR = HRmax/HRmin。
压力恢复时间（PRT）：指第3阶段最低收缩压与第4阶段收缩压恢复至基线值的时间间隔（秒）。正常PRT小于4秒。PRT超过4秒的患者被认为有心血管自主神经系统功能障碍。PRT = t2 - t1。
图3显示了正常和病理状态下VM期间收缩压、平均动脉压、MCA平均血流速度和心率的变化。与其他血管活性刺激类似，有多个指标描述VM。
与CANS和CVR功能障碍相关的相关参数如下：
（1）Valsalva动作IIb期开始时间：代表直到IIb期开始的时间变量。
（2）Valsalva动作过冲开始时间：代表直到过冲开始的时间变量。
（3）中心-外周Valsalva比值（CPVR）：代表IIb期和III期之间MFBV和MABP的变化：
CPVR = (MBFV3 - MBFV2b) / (MABP3 - MABP2b)
（4）中心-外周过冲指数（CPOI）：基于CPVR定义，分子为过冲与基线平均BFV之差，分母为过冲与基线MABP之差。
CPOI = (MBFVos - MBFVbl) / (MABPos - MABPbl)
（5）脑血管Valsalva比值（CVAR）：代表IIb期与III期之间MBFV的增加：
CVAR = (MBFV3 - MBFV2b) / (t3 - t2b)
2.7. 统计分析
本研究的主要目的是将ICAop侧的CVR变量与VM的自主神经变量相关联，以评估ICAS患者中CVR损伤与心血管自主神经功能障碍之间的关系。基于CCC、HV-BH和VM测试计算的表征CVR的参数，与指示心血管自主神经功能的指标（SI、PRT和VHRR）进行相关分析。配对数据的可用性允许将CCC测试、HV-BH测试和VM的CVR指标与VM衍生的自主神经指标进行相关分析。相关分析的元素数量见表2、表3和表4。
使用成对Spearman相关分析和典型相关分析来量化变量之间的关系。典型相关分析是一种用于评估和最大化两组变量之间相关性的统计方法。仅保留那些与至少一个自主神经指标成对相关性绝对值≥0.3的CVR变量用于典型相关分析。此外，观察值<30的CVR变量被排除。典型相关系数的统计显著性使用Pillai-Bartlett迹的F近似（渐近）进行检验。
所有检验的显著性阈值设为p<0.05。统计分析使用TIBCO Statistica 13.5.0程序和R编程语言4.4.1版进行。数据可视化使用Microsoft Excel软件、InkScape 1.4软件和我们继续翻译原文的剩余部分。
3. 结果
3.1. Spearman成对相关性
根据VM的心血管自主神经指标的既定临界值，23名患者的SI异常，15名患者的VHRR异常，8名患者的PRT异常。三个功能测试的多个CVR指标已在先前描述。Spearman成对相关性分析的结果，即与VM的心血管自主神经指标显著相关的CVR指标，总结在表2、表3和表4中。
3.1.1. CCC测试CVR变化与CANS指标的相关性将先前描述的CCC测试指标与VM的CANS指标进行相关分析，未观察到任何显著相关性。
3.1.2. HV-BH测试CVR与CANS指标的相关性发现CARtimetomaxICAop与VHRR呈正显著相关（p = 0.041），而CARtimetominICAop与SI呈正显著相关（p = 0.019）。
3.1.3. VM CVR与CANS指标的相关性发现CVARICAop与PRT呈正显著相关（p = 0.002）。
3.2. 典型相关分析
以下八个反应性指标满足成对相关和样本量要求：timetoMBFVBHblICAop、BHIICAop、CARmaxICAop、CARtimetomaxICAop、CARtimetominICAop、CARAUCHVICAop、CPOIICAop和CVARICAop。共有17名患者被纳入典型相关分析，因为需要在CVR和自主神经域的所有变量中都有完整案例。表5列出了所有三个典型变量（在每组变量——CVR或CANS指标中）的典型相关系数和相关检验结果。第一行显示第一个典型变量的系数以及所有三个典型变量共同考虑的显著性；第二行显示第二个变量的系数以及第二和第三变量的联合显著性；最后一行仅显示第三个变量。
反应性集的第一个典型变量主要由CARtimetominICAop和CARtimetomaxICAop决定。第二个典型变量主要由相同两个指标的反向以及CARHVAUC-ICAop决定。自主神经集的第一个变量主要由PRT和SI决定。对于第二个变量，SI占主导地位。第一组自主神经和反应性变量之间的典型相关系数为0.782。对于第二个典型变量，典型相关系数略低，为0.725。虽然观察到相对较强的相关性（高于0.7），但均不显著。
4. 讨论
通过测量大脑中动脉血流速度、动脉血压和心率对各种血管活性刺激的反应，本研究表明脑血管反应性指标与Valsalva动作的自主神经指标之间存在显著相关性，提示在许多患有严重颈内动脉狭窄的患者中，同时存在脑血管反应性和心血管自主神经系统的损伤。
4.1. 结果解释
4.1.1. 颈总动脉压迫测试颈总动脉压迫（CCC）测试的脑血管反应性变量与VM的自主神经指标的相关性测试未显示显著相关性。这一发现可以用以下事实解释：对CCC刺激的反应受Willis环吻合支的数量和容量显著影响。因此，源自CCC的脑血管反应性指标承载着复杂的信息，除了局部颈动脉脑血管反应性外，还包括Willis环可用吻合支的修饰效应。
4.1.2. 过度换气、屏气测试和Valsalva动作HV-BH和VM测试影响整个脑血管系统；因此，Willis环的吻合作用可以忽略不计。HV-BH和VM CVR指标与CANS功能之间的显著关系可能表明存在有效的机制联系。
4.1.3. 典型相关分析的解释典型相关评估了CVR和CANS指标之间可能的最强线性关系。根据典型变量，最强的关系存在于CVR指标的CARtimetomax变量与CANS指标的PRT和SI变量之间。换句话说，在三个血管活性测试的多个定义的CVR变量中，只有少数对ICAS引起的血流动力学紊乱敏感。此外，VM的自主神经指标并不指代相同匹配的患者组，因此两个指标都不太可能足以充分验证血管反应性障碍和相关的CANS功能障碍。典型相关结果的当前临床意义在于前述指标之间观察到的相对较强关系。因此，在晚期动脉粥样硬化中，CVR和CANS的损伤在许多情况下并非相互独立，两方面在评估脑缺血风险方面均具有临床意义。
4.2. 与颈动脉狭窄相关的心血管自主神经功能障碍的临床意义及其与本研究发现的关系
本研究的患者群体和方法不同于先前已引起对动脉粥样硬化和常伴随的心血管自主神经功能障碍可能性的注意的研究。在本研究中，我们基于Valsalva动作的已验证自主神经指标评估了心血管自主神经功能，该动作可重复且适合用于检查脑血管反应性。通过这种方法，也证实了功能障碍-血管反应性障碍的显著相关性。我们认为VM是一项信息量很大的测试，易于执行、标准化，在日常临床实践中极其有价值；根据我们的经验，即使在老年患者中也具有良好的可重复性。
将这些参数关联起来的想法源于这样一个事实：识别该患者群体的自主神经功能障碍可能具有相关性，因为它除了其他临床特征外，还可能增加他们的脑缺血风险（图4）。
在显著ICAS患者中，自主神经功能障碍可能具有以下重要的临床意义：
（1）根据先前研究的结果，在患有ICAS的动脉粥样硬化患者中，应预期到CVR和CANS功能的同时损伤。
（2）关于颈动脉内膜切除术（CAE）过程中的程序相关性，受损的脑血管反应性加上心血管不稳定性可能导致动脉血压控制不良，并可能增加低脑灌注的风险。
（3）心血管自主神经系统功能障碍与脑缺血有关，具有预后意义，可能恶化功能结局，并可能增加心血管死亡率。
4.2.1. 多模式功能方法的重要性，如带有ABP监测的TCD：心血管自主神经功能障碍与脑血管反应性之间的关系对脑血流速度、动脉血压和心率的监测允许同时评估脑和体循环变化及其对血管活性刺激的反应的相互作用。使用经颅多普勒方法测量血流速度被广泛接受用于测试自主神经失调对脑灌注的影响。该方法适用于诊断血管迷走性晕厥、直立不耐受、慢性自主神经衰竭和压力反射衰竭。评估颈动脉狭窄患者脑缺血的风险非常重要，尤其是在术前时期。已证实受损的脑血管反应性与脑缺血风险增加、认知能力下降以及缺血性卒中后较差的临床结局相关。
4.2.2. 心血管自主神经系统功能障碍作为缺血性卒中的风险压力感受器是通过动脉压力反射实现逐搏调节ABP的重要组成部分，该调节使ABP保持在相对较窄的范围内，尽管体位或心输出量发生显著变化。在动脉粥样硬化性ICAS患者中，血管壁硬化可因颈动脉球部扩张性降低而降低压力感受器的敏感性，这可通过舌咽神经和迷走神经传入信号受损导致压力反射敏感性降低。压力反射效果降低可导致动脉血压的显著波动，在极端情况下（例如手术期间），可能超过脑压力/血流自动调节的压力极限，导致关键的脑高灌注或低灌注。以下现象是CANS损伤的表现：压力反射敏感性降低、心率变异性降低、交感迷走平衡失调和动脉血压变异性增加。先前多项研究已证实自主神经系统损伤与脑缺血事件和心肌梗死风险较高之间存在关系。
基于这些，我们建议在考虑行颈动脉重建术的显著颈动脉狭窄患者中，评估CANS的损伤具有临床相关性，同时结合对CVR损伤的复杂评估来评估脑缺血风险。
本研究补充了我们之前的出版物，其中我们评估了几个脑血管反应性变量，发现血流阻力对ICAS引起的血流动力学紊乱足够敏感。我们当前的结果表明，除了众所周知的屏气指数外，主要指示脑血管阻力变化的参数与Valsalva动作的自主神经指标相关。这一结果进一步加强了先前的发现，即更全面的术前检查可能需要监测其他生命体征，如动脉血压和心率，以准确评估脑缺血风险。
4.2.3. 围手术期并发症在本研究中，还考虑了另一个方面。在患者群体中，通过在颈动脉内膜切除术之前立即进行功能性TCD测量脑血流速度，这具有临床重要性。在手术过程中，由于颈动脉夹闭，脑灌注压可能暂时降低。在存在严重血流动力学不稳定和动脉血压控制不足的情况下，这可能给该患者群体带来额外的显著脑缺血风险。考虑到所有这些，术前评估CANS功能很重要。此外，由持续性颈动脉狭窄引起的长期低灌注可能显著降低脑小动脉的扩张和收缩血管反应能力。对颈动脉狭窄进行手术重建消除了脑低灌注的风险，但血管反应能力的稳定不会在重建手术后立即发生。在收缩能力长期稳定受损的情况下，重建后高灌注综合征的风险具有临床意义。特别是当由于心血管自主神经功能障碍、压力反射敏感性降低或缺失（双侧颈动脉狭窄）导致动脉血压波动变得如此显著以至于为局灶性脑高灌注的发展创造了基础时。这些观察结果得到了先前研究的支持。由于脑血管反应性和动脉血压调节的频繁并发功能障碍——如本研究结果所示——应预期在这组手术患者中出现术后局灶性高灌注综合征。因此，为了优化患者护理，延长术后动脉血压和MCA血流速度的监测应成为一个重要方面。
4.3. 研究优势
本研究的优势在于，我们能够以复杂的方式评估Valsalva动作和其他血管活性刺激引起的心血管和脑血管反应，这些测试即使在患有显著颈动脉狭窄的相对老年患者中也能轻松安全地执行。从神经学角度来看，已知脑血管反应性降低是脑缺血的独立危险因素。基于我们的结果，这也与先前出版物的发现一致——包括将心血管自主神经功能障碍作为脑缺血事件的风险因素进行评估，尤其是在CEA之前——可能有助于预防因脑血管储备能力耗尽而导致的术中夹闭引起的围手术期神经并发症。
4.4. 局限性
本研究的局限性在于纳入的患者数量相对较少，这是由于以下原因：（1）缺乏合适的双侧颞窗和（2）严格的TCD方案要求加上选择标准；仅评估了信噪比极好的记录。由于检查的患者数量较少，无法纳入额外的控制变量来允许亚组分析。
5. 结论
本研究的发现表明，在严重颈内动脉狭窄患者中，脑阻力血管能力降低与心血管自主神经系统损伤之间存在显著相关性。一个潜在的潜在机制是由于颅外大动脉重塑（硬化）导致压力感受器信号受损，从而导致血压不稳定，这增加了脑低灌注和缺血的风险，尤其是在血管内外科手术期间。
作者贡献：概念构思，R.D.和P.S.；方法论，R.D.和T.H.；软件，T.H.；验证，R.D.；形式分析，R.D.；调查，H.P.、R.M.-S.、B.C.、A.G.和R.D.；资源，P.S.和A.K.；数据管理，H.P.和B.D.；初稿撰写，H.P.、R.D.、A.K.、D.B.和R.M.-S.；审阅与编辑，R.D.、H.P.、A.K.和D.B.；可视化，T.H.和H.P.；监督，R.D.和P.S.；项目管理，R.D.、Z.M.、R.M.-S.和Z.C.；资金获取，P.S.。所有作者均已阅读并同意发布的手稿。
资助：本研究得到国家研究、发展与创新办公室的支持。由匈牙利创新与技术部从国家研究、发展与创新基金提供的支持。NRDI TKP2021-EGA 基金。匈牙利科学院/MTA Post-Covid 2021-34。匈牙利创新与技术部从国家研究、发展与创新基金提供的支持。
机构审查委员会声明：本研究按照《赫尔辛基宣言》进行，并获得了塞梅维什大学区域和机构科学与研究伦理委员会的批准，批准日期：2019年1月14日。已在ClinicalTrials.gov注册。
知情同意声明：获得了所有参与者的知情同意。
数据可用性声明：支持本文结论的原始数据可根据要求由作者提供。
利益冲突：作者声明无利益冲突。资助者在研究设计、数据收集、分析或解释、手稿撰写或决定发布结果中没有发挥作用。
缩写（已在本文章节中列出，此处省略具体列表以避免重复）
参考文献（已按原文格式保留，并去除URL）
【全文结束】
