壓力體積迴圈介紹：了解壓力體積迴圈上的點和心臟功能測量

前言

壓力-體積(PV)迴圈是目前公認最準確的方法，可以直接、即時地測量心臟的功能。透過即時同步繪製心室壓力和心室體積的變化，壓力體積迴圈能提供一種獨特且量化的方式，用來判斷心臟的收縮力，而且不會受到前負荷和後負荷的影響。

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為什麼要研究壓力體積迴圈？還有其他替代的方法嗎？

現在有各種侵入式和非侵入式的技術，可以用來評估心臟的生理狀況。不過，在小鼠心臟功能的測量中，最常用的三種技術是：心臟超音波、心臟核磁共振(MRI)，以及壓力-體積(PV)導管。Mary Lindsey在2018年發表了一篇論文，評估了這些不同技術的優缺點，接下來的影片中會簡單介紹一下重點。

影片連結：https://www.adinstruments.com/blog/introduction-pv-loops-understanding-points-pv-loop-and-measures-cardiac-function

心臟超音波和心臟核磁共振

心臟超音波和心臟核磁共振(MRI)是目前除了壓力體積迴圈以外，評估小鼠心臟功能最主要的兩種非侵入式技術。就跟所有工具一樣，這兩種技術各有優缺點，但它們的共同優勢是可以重複量測，並評估心臟心室的結構。

心臟超音波通常比核磁共振更普遍，也更方便攜帶。不過，核磁共振能提供更清楚的血液與組織對比度，以及更好的空間解析度。心臟超音波另一個吸引人的地方是，可以在清醒的動物身上進行檢查。不過有個需要注意的地方，動物在做檢查前需要有足夠的適應時間，因為過程中的壓力可能會影響結果，導致實驗數據有偏差。

每種系統都有它們自己獨特的限制，影片中也有提到，但兩個共同的點是：它們只能在短時間內收集數據，心臟功能的測量結果會受到負荷的影響。

這些限制也是壓力體積導管跟心臟超音波和核磁共振最大的不同，因為壓力體積導管可以在整個實驗過程中，同時收集到受負荷影響的和不受負荷影響的數據。

壓力體積導管

壓力-體積導管提供了一種特殊的方法，可以直接從心臟取得血流動力學和收縮力的數據。將壓力體積導管插入麻醉動物的左心室或右心室後，從裝置完成開始到實驗結束，都可以測量每個心跳週期中所有受負荷影響的數據。

以下的影片展示了幾個常見的心臟參數，這些都可以用壓力體積導管來測量。

影片連結：https://www.adinstruments.com/blog/introduction-pv-loops-understanding-points-pv-loop-and-measures-cardiac-function

和心臟超音波及核磁共振類似，壓力體積導管也能測量心室舒張末期體積和收縮末期體積，進而計算出心搏量(stroke volume)、射血分數(ejection fraction)以及心輸出量(cardiac output)。也可以計算像是輸出功(stroke work)、Tau、最大與最小壓力變化速率(dP/dt Max 和 Min)、收縮時間以及舒張時間等參數，這些都和「心肌收縮力」這個概念有關。

不過，這些參數都被認為會受到負荷影響(也就是會受到心臟的前負荷或後負荷影響)，而真正的心肌收縮力，其實是一種不受負荷影響的現象。要了解如何利用壓力體積導管測量不受負荷影響的心肌收縮力，首先必須先了解什麼是壓力體積迴圈。

了解壓力體積迴圈

壓力體積導管會記錄一個心臟週期(也就是一次心跳)中，心室壓力和體積的變化。當把這些壓力和體積的數據畫在同一張圖上時，就會形成所謂的「壓力-體積迴圈(PV迴圈)」。

壓力體積迴圈的圖表中，通常都是把心室體積放在X軸，心室壓力放在Y軸來呈現。以下這段影片會帶你一步步了解，在左心室中發生哪些心臟活動，才會形成一個完整的壓力體積迴圈。

心室壓力-體積迴圈是一個非常重要的工具，有助於我們了解心臟功能的變化，特別是在心臟衰竭的情況下。在心室舒張充血期間，隨著舒張壓下降，左心室的體積會增加。這段時間是主動脈瓣關閉的關鍵時期，心室內的血液量也會達到最高點。當主動脈瓣打開時，主動脈的壓力會推動血液流出，心室的體積也會隨之減少。

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影片連結：https://www.adinstruments.com/blog/introduction-pv-loops-understanding-points-pv-loop-and-measures-cardiac-function

壓力體積迴圈上的點

如果我們從右圖的C點開始，那表示剛剛完成了心臟的舒張期(充血階段)。心室已經充滿血液，準備開始收縮期。

當心室開始收縮時，二尖瓣會關閉，曲線就會從C點移動到D點。在這個階段，心臟會產生壓力變化，但心室的體積不會改變，這種現象稱為「等容收縮」。

當心室內的壓力超過主動脈的壓力時，主動脈瓣就會打開，心臟開始進入射血期。這時曲線就會從D點開始移動到E點。在這個階段，心臟持續產生壓力，直到在E點達到最高的收縮壓。

當心室的收縮力漸漸耗盡，開始放鬆時，心室內的壓力會降到比主動脈還低。這時主動脈瓣就會關閉。這時候代表收縮期結束，舒張期開始了。我們可以把這點視為收縮末期的壓力-體積點(這點以後會很重要喔)。

當心室放鬆且所有瓣膜都關閉時，心室內的壓力會下降，但體積保持不變，這就是所謂的「等容舒張」。這個過程會持續，直到心室內的壓力低於心房的壓力，這時二尖瓣就會打開，心室開始充血(從A點到C點)，完成一個心臟週期。

不受負荷影響的心臟功能測量

測量不受負荷影響的心肌收縮力參數，是壓力體積迴圈分析的一大優點。透過即時同步收集壓力與體積的數據，你可以掌握一個獨特的優勢-能夠觀察心臟在不同負荷條件下的血流動力學變化。

影片連結：https://www.adinstruments.com/blog/introduction-pv-loops-understanding-points-pv-loop-and-measures-cardiac-function

前負荷降低(下腔靜脈阻斷)

透過下腔靜脈(IVC)阻斷來降低前負荷，是取得不受負荷影響的心肌收縮力指標的黃金標準方法。前負荷是指心室在收縮前所經歷的拉伸程度。透過阻斷回流到心臟的血液，你可以在心室前負荷逐漸減少的情況下，產生一系列壓力體積迴圈(會向左移動)，就如右圖所示。

每一個迴圈都有自己獨特的收縮末期點和舒張末期點。這些點可以用來建立收縮末期壓力-體積關係(ESPVR)和舒張末期壓力-體積關係(EDPVR)，分別被視為不受負荷影響的心肌收縮力與順應性指標。

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收縮末期壓力-體積關係

收縮末期壓力-體積關係(ESPVR)代表左心室在特定體積下所能產生的最大壓力，是衡量心肌收縮力的一個指標。ESPVR的斜率，也就是我們常見的Ees，是「收縮末期彈性係數」的指標，用來評估心臟的收縮功能。

心肌收縮力是指心臟肌肉(也就是心肌)本身在不受前負荷影響下的自主收縮能力。所以，Ees的變化就可以看作是心肌收縮力的改變。

如果Ees的斜率比起正常狀態增加，代表心肌收縮力變強；反之，如果斜率下降，則表示收縮力減弱。ESPVR斜率變化的程度可以反映心臟的整體健康狀況，並用來判斷某些心臟疾病的特徵。

舒張末期壓力-體積關係

在降低前負荷的過程中，你也會發現每個迴圈的舒張末期點會往下移動。把這些點畫出來後，就會形成所謂的舒張末期壓力-體積關係(EDPVR)。

EDPVR是一條曲線關係，它能告訴你心臟的順應性，也就是心室充血時擴張的容易程度。

左心室的順應性是EDPVR斜率的倒數。所以，當EDPVR曲線向上移動時，代表心室順應性下降(也就是心室變得比較硬)；反之，曲線向下移動則表示順應性增加。

透過降低前負荷來準確計算EDPVR相當重要，因為心室順應性的改變是某些疾病的特徵，比如心室肥大會讓順應性下降，而擴張型心肌病變則會讓順應性增加。

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心臟能量學

ESPVR和EDPVR了解心臟運作效率的關鍵指標。這種分析在文獻中常常被忽略，但這並不代表它不重要。

影片連結：https://www.adinstruments.com/blog/introduction-pv-loops-understanding-points-pv-loop-and-measures-cardiac-function

機械效率的測量

看下面的壓力體積迴圈圖，我們可以看到有兩個明顯標示的區域，分別是PE和EW。其中一個區域是由壓力體積迴圈本身所包圍，而另一個在壓力體積迴圈左邊的「三角形」區域，則是由ESPVR和EDPVR所界定。

外部做功(EW)

如果我們把壓力體積迴圈裡面的面積算出來，就能得到所謂的外部做功(EW)或每搏做功(SW)。可以理解為心室把血液射出到主動脈所做的功。

位能(PE)

當我們看壓力體積迴圈左邊那個類似三角形的區域，就能找到潛在做功或位能(PW/PE)。這部分可以理解為心室收縮時產生，但沒有轉換成外部做功的能量，也就是用來拉伸和延長心室內黏滯組織(例如：運送鈣離子)的能量。

壓力體積面積(PVA)

外部做功和潛在做功加起來，就是壓力-體積面積(PVA)。PVA代表心臟總共做的功，並且與心肌耗氧量成正比。當PVA增加時，心肌耗氧量也會隨之上升；反之亦然。

如果比較兩顆PVA相近的心臟，那麼外部做功在整體壓力-體積面積中佔比越高的那顆心臟(也可以理解為外部做功相對於潛在做功較多)，就代表效率越高，因為它用同樣的總能量，能夠輸出更多的血液。

這些計算出來的參數可以讓你了解心臟到底做了多少功，也就是所謂的心輸出功率(外部做功 × 心跳速率)，以及它執行這些工作的效率，也就是心臟效率(每單位耗能所產生的外部做功)。

希望這些資訊對你有幫助！如果你想了解更多關於壓力體積迴圈資料的擷取與分析，歡迎觀看Adam Goodwill博士和DeWayne Townsend博士的完整線上研討會，他們會分享心臟壓力體積迴圈分析的實用技巧與心得。

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