心脏指数与脑体积在英国生物银行中的关联性

《Cerebral Circulation - Cognition and Behavior》：Relationship between cardiac index and brain volume in the UK Biobank

　　

目的：尽管心脏功能与终末期心脏病的认知障碍相关，但心脏功能与脑结构之间的联系仍不清楚。研究人员旨在探讨心脏指数（cardiac index，CI）（一种根据体表面积校正的心输出量测量指标）与中老年期脑体积之间的关系，以及这些关系如何受年龄、性别和心血管代谢因素的影响。材料与方法：研究人员利用来自英国生物银行（UK Biobank）（一个英国基于人群的队列，年龄>40岁）中老年期人群的脑和心脏磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）数据。采用线性回归模型检验CI与总脑体积（total brain volume，TBV）、灰质体积（gray matter volume，GMV）、白质体积（white matter volume，WMV）、白质高信号体积（white matter hyperintensity volume，WMHV）和总海马体积（total hippocampal volume，THV）的关联，并评估这些关联是否受性别、年龄或心血管代谢因素影响。结果：可获得22,199名个体的完整数据（平均年龄64岁[标准差7]，64%为女性）。在单变量分析中，较低的CI与较低的TBV、GMV、WMV、THV和较高的WMHV相关（p<0.001）。在调整后的模型中，观察到TBV、GMV和THV存在统计学显著的CI×年龄交互作用（所有p<0.01），表明在老年个体中关联更显著。未发现CI×性别交互作用。结论：较低的心脏指数与中老年期较低的脑体积和较大的血管病变负荷相关，并存在TBV、GMV和THV的年龄修饰证据。

**论文解读：《心脏指数与脑体积在英国生物银行中的关联性》**

**研究背景与问题**
心脏功能与认知障碍在终末期心脏病中已有明确关联，但心脏功能与脑结构之间的直接联系仍不清晰。既往研究表明，心力衰竭（heart failure，HF）与痴呆风险增加相关，但该关联可能受发病年龄影响——晚期HF（而非中老年期HF）与痴呆风险两倍增加相关。若HF与痴呆存在因果联系，中老年期HF患者的竞争性死亡风险可能掩盖了真实关联。为深入探索心脏功能对脑健康的早期影响，研究人员利用磁共振成像（MRI）技术，同时评估心脏泵血能力与脑结构体积，以中老年人群为对象，探究心脏指数（cardiac index，CI）与脑体积的关联，并考察年龄、性别及心血管代谢因素的修饰作用。该研究有助于揭示心血管健康与脑衰老的潜在机制，具有重要的公共卫生意义。论文发表在《Cerebral Circulation - Cognition and Behavior》。

**关键方法**
研究人员利用英国生物银行（UK Biobank）基于人群的队列数据，纳入22,199名完成心脏和脑MRI扫描的中老年参与者（年龄40~69岁，平均64岁，64%女性）。核心方法包括：通过心脏MRI计算心脏指数（CI，即心输出量除以体表面积），并获取脑MRI衍生的总脑体积（TBV）、灰质体积（GMV）、白质体积（WMV）、白质高信号体积（WMHV）及总海马体积（THV）。采用线性回归模型分析CI与各脑体积的关联，并纳入年龄×性别交互项、CI×年龄交互项及CI×性别交互项；进一步调整社会人口学因素（种族、教育、社会经济指数）和心血管代谢因素（血压、糖尿病、高血压、卒中、高胆固醇血症、体重指数、饮酒吸烟状态及载脂蛋白E ε4携带状态）。异常值经Tukey法剔除，排除已确诊心肌病或缺血性心脏病患者以减少结构心脏病的混杂。

**研究结果**
**3.2.1 总脑体积（TBV）**
单变量分析显示，CI每降低1 L/min/m2，TBV减少18.63 mL（95%置信区间[CI] 16.65~20.60，p<0.001）。调整年龄×性别交互后，关联减弱（β=2.66 mL，p=1.48×10^-3），但存在显著的CI×年龄交互（p=9.2×10^-4），且完全调整后仍显著（p=0.003）。分层分析表明，在>68岁年龄组中，CI与TBV的关联最强（β=7.67 mL，p=2.91×10^-7），而<58岁组无显著关联（p=0.64）。

**3.2.2 灰质体积（GMV）**
低CI与低GMV相关（β=10.77 mL，p<0.001），但调整年龄×性别交互后关联不显著（p=0.12）。存在CI×年龄交互（p=8.9×10^-4），完全调整后仍显著（p=0.004）。>68岁组中CI与GMV显著关联（β=3.61 mL，p=0.0002），<58岁组及58~68岁组无显著关联。

**3.2.3 白质体积（WMV）**
低CI与低WMV相关（β=7.85 mL，p<2×10^-16），调整年龄×性别后仍显著（β=3.45 mL，p=2.1×10^-10）。未发现CI×性别或CI×年龄交互（p分别为0.31和0.04）。

**3.2.4 白质高信号体积（WMHV）**
低CI与高WMHV（对数转换后）相关（β=-0.17，p<2×10^-16），调整年龄×性别后关联不再显著（p=0.048）。

**3.2.5 总海马体积（THV）**
低CI与低THV相关（β=0.17 mL，p<2×10^-16），调整年龄×性别后关联减弱（β=0.03 mL，p=0.03）。存在CI×年龄交互（p=0.01），但年龄分层后交互不显著（p=0.79）。>68岁组中CI与THV显著关联（β=0.10 mL，p=0.0003），其他年龄组不显著。

**3.2.6 敏感性分析**
纳入异常值后，CI与脑体积的关联未见实质性改变，表明结果稳健。

**讨论与结论**
讨论部分指出，本研究与Framingham后代队列研究结果一致，但发现CI与脑体积的关联在更广泛年龄组中存在，且年龄修饰作用更为显著，这可能得益于更大的样本量（超过2.2万人）和更高的统计效力。潜在机制包括：低CI导致脑灌注不足，引发缺血性损伤；心力衰竭模型显示脑血流可降低30%，并伴有交感神经张力增高导致的脑血管收缩和自身调节障碍，进而影响神经元存活及淀粉样蛋白-β和tau蛋白清除。研究优势在于大规模人群、高质量MRI数据及严格质控；局限性包括志愿者选择偏倚（健康素养较高、种族多样性较低）、排除心脏疾病患者后仍可能包含亚临床心功能不全者，以及横断面设计限制因果推断。

**结论翻译**：较差的心脏指数与较差的总脑、灰质、白质、白质高信号和海马体积相关。存在年龄修饰的证据，尤其对于总脑、灰质和海马体积。未来需要研究纵向关联以及心脏指数可能影响中老年期脑健康的潜在机制。