一、 代謝症候群及其危險因子與發病機制

第貳章 文獻探討

本章主要分為下列四大部分加以敘述：一、代謝症候群及其危險 因子與發病機制；二、代謝症候群對心肺功能之影響；三、代謝症候 群和心血管疾病相關性之探討；四、心磁圖原理及臨床上的應用價 值；五、本章總結。

一、 代謝症候群及其危險因子與發病機制

代謝症候群近年來已經成為對健康造成嚴重威脅的病症之ㄧ

(Meigs, 2002; Eckel, Grundy, & Zimmet, 2005; Grundy, 2006)。早在西 元 1923 年，瑞典醫生 Kylin 集合高血糖 (hyperglycaemia)、高尿酸 血症 (hyperuricemia) 及高血壓 (hypertension) 而提出類似代謝症候 群的觀點 (Nilsson, 2001)；Reaven (1988) 學者在美國糖尿病協會 (American Diabetes Association) 的演講中提出症候群 X (Syndrome X) 的 理 論 ， 其 中 包 括 葡 萄 糖 耐 受 度 不 佳 (impaired glucose tolerance)、血脂異常 (dyslipidaemia) 及高血壓和其他會同時增加第 二型糖尿病及 CVD 的危險因子後，才對此一症狀有較明確的認識；

而後 Kaplan (1989) 學者將有關高胰島素血症 (hyperinsulinaemia)

相關的代謝異常症狀稱為「死亡四重奏」 (deadly quartet)，其中包括

上半身肥胖(特別是腹部)、高血壓、高三酸甘油脂 (triglycerides) 及

高 血 糖 ； WHO 於 1999 年 提 出 的 代 謝 症 候 群 (metabolic syndrome)，則是現在世界各國及機構較為採納並廣泛使用的名稱。

Grundy (2006) 指 出 目 前 對 於 代 謝 症 候 群 的 瞭 解 可 從 肥 胖 和 ASCVD 與第二型糖尿病的關聯，以及肥胖和心血管危險因子關聯

（例如：血漿膽固醇、血壓上升、糖尿病…等）此兩種型態研究得知，

當 ASCVD 形成時 CVD 的併發症（例如：心律不整、心臟衰竭、

血栓）通常會產生，患有糖尿病者會更進一步產生腎衰竭、糖尿病心 肌症及多種神經病變，並且同時擁有 ASCVD 及糖尿病者，因 CVD 的死亡率會相當高。

綜觀 Grundy 等 (2004)、Grundy 等 (2005) 及 Grundy (2006) 的 文章後發現，代謝症候群會群集 (constellation) 代謝來源的危險因子 且通常伴隨著肥胖的產生，也會提高 ASCVD 及第二型糖尿病的罹患 率。其中代謝症候群最主要的兩個潛在性危險因子為肥胖及胰島素抵 抗 (Isomaa, 2003; Yang 等，2007)，其他諸如身體不活動 (Isomaa)、

老化 (Park 等，2003; Meigs, 2002)、內分泌失調 (Deen, 2004) 及遺 傳…等，則是加速惡化的危險因子。以下將代謝症候群者表現於生理 上的危險因子及其發病機制分別說明：

（一） 腹部肥胖 (abdominal obesity)

腹部肥胖和代謝症候群有高度相關，臨床上意謂腰圍的增加，坐

式生活型態是加速肥胖惡化的因素之ㄧ。

（二） 胰島素抵抗 (insulin resistance)

代謝症候群者大部分會有胰島素抵抗的現象，胰島素抵抗和代謝 及 CVD 的危險因子高度相關，長期胰島素抵抗族群通常會伴隨葡萄 糖耐受度不佳的現象，此外遺傳也會影響胰島素抵抗的程度。

（三） 致粥瘤性血脂異常 (atherogenic dyslipidemia)

致粥瘤性血脂異常會伴隨脂蛋白異常而發生，包括三酸甘油脂的 增 加 及 低 濃 度 的 高 密 度 脂 蛋 白 膽 固 醇 (high density lipoprotein

cholesterol, HDL-C)。

（四） 血壓升高 (elevated blood pressure)

血壓升高和肥胖者相關聯，且通常發生於胰島素抵抗者身上，因 此高血壓常被列於代謝的危險因子。

（五） 發炎前期 (proinflammatory state)

代謝症候群患者中普遍會有發炎前期現象產生，藉由臨床診斷中

C-反應蛋白 (C-reaction protein, CRP) 增加可發現，肥胖是 CRP 提 高的原因之ㄧ，過量的脂肪組織會釋放炎症細胞激素 (inflammatory

cytokines)，造成 CRP 濃度增加。

（六） 血栓生成前期 (prothrombotic state)

血栓生成前期也和代謝症候群相關，特徵為血漿素原活化抑制劑

1 (plasminogen activator inhibitor 1) 及纖維蛋白 (fibrinogen) 的增 加，纖維蛋白的急性期反應類似 CRP，會提高對高狀態細胞激素

(high-cytokine state) 的反應。

代謝症候群危險因子及其病因、進展與後果可由（圖 2-1）更清 楚瞭解。

圖 2-1、代謝症候群的病因、進展與後果（楊宜青與張智仁，2007）

由圖 2-1 得知代謝症候群危險因子並非獨立存在，通常會相互

作用，並經長期的過程使症狀形成，最終演變成 CVD 和第二型糖尿

病。黃麗卿與黃國晉（2007）指出代謝症候群定義標準與危險因子量

測仍有可能改變，未來應會有更多組成因子加入診斷，例如：內臟脂

肪 與 肝 脂 肪 、 發 炎 指 標 CRP 、 內 皮 功 能 指 標 、 微 量 白 蛋 白 尿

(microalbuminuria)、胰島素阻抗測量或口服葡萄糖耐性試驗…等，以

期盼能充分預測 CVD 及第二型糖尿病罹患率。

二、 代謝症候群對心肺功能之影響

肥胖和胰島素阻抗是導致代謝症候群的主因，並與長期身體活動 量不足和不良的生活習慣息息相關；代謝症候群者具有多項 CHD 和

CVD 的危險因子，因此該族群在心肺功能及其結構上或許會有不利 的改變。

臨床上藉由心跳變異率 (heart rate variability, HRV) 量測交感及 副交感神經控制力判斷心臟功能好壞。許多研究也應用於量測自主神 經病變患者 (Chen, Lee, Chiu, & Jeng, 2007; Yazici 等，2007; Pagkalos 等，2007)、運動訓練後心臟功能反應及運動後心跳變化 (Berkoff, Cairns, Sanchez, & Moorman, 2007; Hottenrott, Hoos, & Esperer, 2006)，並可預測 CVD 罹患率和致死率 (Heffernan, Jae, & Fernhall, 2007)。Liao 等 (1998) 以 2359 名 45~64 歲中年男性及女性（1137 名沒有代謝症候群症狀，1148 名有 1~2 種症狀，74 名同時有三種 症狀），測量 2 分鐘 HRV 探討代謝症候群者和心臟自主神經活動力

(cardiac autonomic activity) 間關係。結果發現代謝症候群者 HRV 顯 著低於對照組，且安靜狀態下副交感神經活動力也低於無代謝症候群 者。結論指出，代謝症候群者於心臟自主神經控制上會有不利的影 響，心臟自主神經控制力減弱可能會導致罹患 CVD 的危險性增加。

Carney, Freedland, Miller, and Jaffe (2002) 亦指出減少副交感神經及

增加交感神經系統作用，易促使 CHD 患者產生心肌缺血、心室頻脈

(ventricular tachycardia)、心室纖維顫動 (ventricular tachycardia) …等 心臟病變。

Chinali 等 (2004) 使用心臟超音波 (echocardigraphic) 檢驗 612 名非糖尿病代謝症候群者心臟結構；調整混淆因子 (confounder) 後 發現代謝症候群者有顯著較大的左心室面積 (greater left ventricular

dimension)、質量 (mass)、相對室壁厚度 (relative wall thickness) 和左 心房內徑 (left atrial diameter)，以及顯著的左心室肥大、低射出量 (lower ejection fraction)。

Anzai and Hayashida (2007) 並指出代謝症候群者有較高的風險 罹患心肌缺氧疾病 (ischemic cardiovascular disease)。

由以上研究發現，代謝症候群者心臟結構及功能有不利的影響。

心肺適能好壞常以最大攝氧量 (V •

O

max) 作為客觀指標，最大攝氧量 主要受到心臟功能與周邊組織細胞利用氧氣能力的影響，由以下公式 即可瞭解：

最大攝氧量 ＝ 最大心輸出量 × 最大動靜脈含氧差

過去研究指出心肺適能是預測代謝症候群發生率強而有力的獨 立因子，且較佳的心肺適能有潛在的保護機制預防代謝症候群發生。

Nagano 等 (2004) 將 200 名 22~81 歲葡萄糖耐受度不佳及二

型糖尿病的受試者（為代謝症候群），經漸進式腳踏車測驗（達 70 % 最大心率即停止測驗）預測最大攝氧量後，把心肺適能依性別分為 低、中、高三個等級。研究發現中、高體適能組高胰島素血症顯著較 低，HDL-C 濃度也皆顯著高於低體適能組，並且指出心肺適能也許 可歸類為代謝異常的獨立預測因子。而高體適能組最大攝氧量平均為

38.2 ± 4.9 也較一般正常人低，顯示代謝異常者心肺功能確實較一般 人差。

Bertoli 等 (2003) 以 22 名平均年齡 54.59 歲有一至兩種代謝 症候群症狀且無 CVD 家族病史者，接受漸進式最大攝氧量測驗。結 果發現，最大攝氧量和胰島素敏感度呈顯著正相關，和 BMI 及低密 度脂蛋白膽固醇 (low density lipoprotein cholesterol, LDL-C) 成顯著 負相關。因此胰島素敏感度越高時，最大攝氧量也會相對提高，然代 謝症候群者通常有胰島素阻抗現象，由此可推測代謝症候群者於心肺 適能表現上可能較為低落。

LaMonte 等 (2005) 以 9007 名男性及 1491 名女性年齡介於 20~80 歲的非代謝症候群者，接受漸進式最大攝氧量測試，並將心肺 適能依年齡和性別分成低、中、高三組。結果發現中及高體適能組罹 患代謝症候群機率，相較於低體適能組分別低 20~26 % 及 53~63

%；結論指出，排除混淆因子後，不論性別，心肺適能是預測代謝症

候群罹患率強而有力的獨立因子，且較佳的心肺適能有潛在保護機制 預防代謝症候群發生，即使個體已有代謝症候群症狀。

由上述的研究得知，心肺適能好壞與似乎和代謝症候群罹患率有 密切關係。運動訓練可促進肌肉質量、微血管密度和心臟自主神經系 統控制力增加，有助於提高心肺適能表現。過去研究指出較高的身體 活動量及運動訓練介入 (Bertrais 等，2005; Brage 等，2004; Brien, Janssen, & Katzmarzyk, 2007; Katzmarzyk 等，2003; Orchard 等，2005;

Watkins 等，2003)、低~中程度碳水化合物飲食、低脂肪飲食、無吸 煙習慣者及 BMI 維持在非肥胖範圍內 (Zhu, St-Onge, Heshka, &

Heymsfield, 2004)，可以減少代謝症候群危險因子及其罹患率。另外，

Okura 等 (2007) 也發現有氧運動結合減重可降低代謝症候群症 狀；Laaksonen 等 (2002) 指出較佳的心肺適能可降低代謝症候群罹 患率，即使是過重或是肥胖者；Gami 等 (2007) 則建議以生活型態 介入來減少代謝症候群罹患率。

三、代謝症候群和心血管疾病相關性之探討

人體有許多重要的組織系統在運作，以維持生命，其中包括循環

系統（又稱心血管系統）。安靜時，心臟本身對氧氣和養分有高度需

求，藉由冠狀循環左右兩邊的冠狀動脈 (coronary arteries) 運送氧氣

及養分供應心臟本身使用，冠狀動脈血流被阻斷（如：冠狀動脈堵塞）

超過數分鐘時，會導致心肌細胞缺氧而死亡，心臟便會產生永久性的 傷害。因此，不論是心臟、血管或血液，對維持組織器官的正常運作 皆有相當重要的影響，當心血管系統病變時 CHD、CVD 及中風…等 病症會產生。

Liao 等 (1998) 發現代謝症候群之族群有較低的心跳變異率。較 低的心跳變異率代表心臟自主神經系統控制能力減弱，會導致 CVD 罹患率的危險性增加。

Pyörälä, Miettinen, Laakso, and Pyörälä (1998) 研究指出高胰島素 血症可預測 CHD 罹患率，且獨立於其他危險因子；Pyörälä, Miettinen,

Halonen, Laakso, and Pyörälä (2000) 以健康男性為受試者，經 22 年 追蹤後發現，胰島素阻抗因素能預測 CHD 及中風，脂質因素能預測

CHD；Meigs (2002) 指出相較於無胰島素阻抗者，胰島素阻抗者高出

數倍 CVD、CHD 和第二型糖尿病的罹患率。由此可知，胰島素阻

抗及高胰島素血症是造成動脈硬化 (atherosclerosis) 和 CHD 的危

險因子 (Smiley & Shane, 2001)，而結合胰島素阻抗及代償性高胰島

素血症被認為最主要導致脂質 (lipid) 及非脂質 (non-lipid) 異常的

原因 (Reaven, 2002; Reaven, 1993)，高胰島素血症和粥狀動脈血管疾

病 (atherosclerotic vascular disease) 間的關聯，可由胰島素對動脈管

壁直接的影響，及高胰島素血症會聚集多種危險因子且相互影響加以

說明 (Laakso, 1996)，胰島素阻抗和 CVD 的相關性，應是由氧化壓 力 (oxidative stress) 間接調控而成，氧化壓力會造成內皮細胞功能壞 損，促使血管損壞及動脈粥樣化形成 (Deen, 2004)，導致 CVD 、CHD 和中風…等心臟、血液及血管的相關疾病產生。胰島素阻抗是代謝症 候群者常見的現象，因此在上述疾病其罹患率也較高。

Lakka 等 (2002) 以 1209 名中年男性代謝症候群者，檢驗代謝 症候群與整體及 CVD 死亡率之關聯，11 年半追蹤後有 109 名受試 者死亡（46 名為 CVD；27 名為 CHD）。結論指出代謝症候群會 提高 CVD 及整體的死亡率，即使個體起初沒有 CVD 及糖尿病症 狀，且高達 2.3、3.2 及 3.6 倍的死亡率，分別死於任何原因、CVD 及 CHD。

Gami 等 (2007) 研究分析 172,573 受試者，發現代謝症候群者 約較同年紀無代謝症候群者有 1.54 倍機率罹患 CVD 及死亡率。

Malik 等 (2004) 以 6255 名年齡 30~74 歲的受試者（1228 名無 代謝症候群症狀、1650 名 1-2 種、1698 名 3 種以上，及 1697 名有

CVD）探討代謝症候群者和 CHD、CVD 及任何原因造成的死亡率

影響。結論指出代謝症候群者會顯著提高 CHD、CVD 及整體死亡

率，且糖尿病或潛在性 CVD 及合併兩者之患者，會更加提高其危險

性，即使只有 1~2 種代謝症候群危險因子也會增加 CHD 及 CVD 的

死亡率。

Yokoyama 等 (2007) 以 536 名 30 歲以上的第二型糖尿病合 併代謝症候群者且特徵為：1.無糖尿病引起之腎病、2.無動脈粥樣硬 化血管疾病。結果發現代謝症候群者尿蛋白分泌率 (urinary albumin

excretion rate, UAE) 較高、脈波傳導速率 (pulse wave velocity, PWV) 較快、頸動脈內膜中層厚度 (carotid intima-media thickness, IMT) 較 厚且皆達顯著差異。文中提到增加 UAE 而導致罹患 CVD 的機制 尚不明確，但研究指出微量白蛋白尿可預測 CVD 罹患率 (Dinneen

& Gerstein, 1997; Gerstein 等，2001)；Alpert and Collins (2007) 指出 PWV 和粥狀動脈硬化及高血壓有高度相關，速度增加時，代表動脈 血管損傷及阻塞更加嚴重，Im 等 (2007) 研究指出 PWV 和 CVD 危險因子有顯著關聯，也是動脈硬化 (arterial stiffness) (Lehmann,

1999)，及血管損傷程度的指標 (van Popele 等，2001)；而 IMT 可 用來預測 CHD 及中風，也是心血管危險因子之ㄧ (Bots, Hoes,

Koudstaal, Hofman, & Grobbee, 1997)。

另外，Wang 等 (2007) 根據 6 種不同代謝症候群定義分析

65~74 歲 1025 位受試者。結果發現，雖然因定義的不同代謝症候群

罹患率差異達 22.5 ~66.4 % 之多，但因 CHD 死亡率皆顯著高於一

般人，且達 1.40~1.72 倍不等。

由上述研究發現，代謝症候群者有較高的 CHD 及 CVD 罹患 率，且死亡率也高出非代謝症候群者數倍不等，並在心臟結構上產生 不利的變化，因此針對代謝症候群者進行心臟結構及功能上的檢測似 乎有其必要。

臨床上，傳統的方式是以心電圖作為評估心臟功能的工具。而心 磁圖和心電圖有一定的相關性 (Lant, Stroink, ten Voorde, Horacek, &

Montague, 1990)；吳宗曄（2005）發現心磁及心電同時量測時，兩者 訊號的一致性相當高；洪斌峰（2006）更進一步指出心電圖量測的是 表面電訊號，不完全包含心臟所發出的訊號，而心磁圖所得訊號，是 真正由心臟表面細胞的電位差產生微小磁場所得到，最接近心臟的電 訊號。近年來心磁圖開始運用於心臟疾病臨床診斷（例如：CHD、心 房振顫、心肌缺血和心室心肌肥大…等），也是目前心磁圖研究主要 課題。以下進一步說明心磁圖原理及臨床的應用價值。

四、心磁圖原理及臨床上的應用價值

（一）心磁圖原理

Baule 和 McFee 學者於 1963 年提出心磁圖的觀念。其基本原

理是利用生物體內電流訊號傳遞所感應出的磁場 (Baule & McFee,

1963; Tavarozzi 等，2002b) 加以量測。人體的呼吸、心跳及肌肉…

等運動，均會使體內組織細胞的膜電位產生變化，進而產生動作電 位，微弱的生物電流同時也會產生出相對應的磁場。心磁波是心臟的 電性活動作用時，同一時間產生的磁場，利用心磁儀器加以量測所獲 得的心磁訊號。因此，心磁訊號和心電訊號的基本型態皆相同（吳宗 曄，2005；洪斌峰，2006） 。一個正常心電圖訊號，其中包含 P 波、

QRS 複合波及 T 波，而心磁波和心電波很相似，也是由 P 波、QRS 複合波及 T 波組成（吳宗曄，2005；洪斌峰，2006）。

（二）心磁圖優點及臨床上的應用價值

心磁圖以非侵入性方式進行通過心臟之脈衝電流所產生的磁場 量測，藉由磁場向量、強度的變化 (Takala 等，2002; Tavarozzi 等，

2002)，來判別心臟的節率，進而針對心律不整、心室心律過快 (Wakai, Leuthold, Wilson, & Martin, 1997) 及心肌缺氧 (Hailer, Van Leeuwen, Sallner, Lange, & Wehr, 2000; Van Leeuwen, Hailer, Lange, &

Gronemeyer, 2003) …等症狀進行評估。心電圖測量須黏貼電極片於皮 膚上，增加來自於肌電的干擾，降低敏感度，並會因電極片黏貼位置 錯誤，而使準確性下降，心磁圖則無此方面顧慮，且具有非侵體性特 性，更比心電圖有方便快速的量測優勢存在。

心磁圖能提供比心電圖更多資訊，如心臟受傷供血不足或心肌

梗死時，可檢測到出現的恆定磁場並對病變部位定位，且磁強計可檢

測到心電圖無法檢測出的胎兒心率 (Wakai, Leuthold, Wilson, &

Martin, 1997; Zhuravlev, Rassi, Mishin, & Emery, 2002)。心磁圖也能量 測較大的區域範圍，除了時間性訊號資料，亦可以獲得空間性訊號資 料 (Chen, Thomson, Nolan, & Clarke, 2004)；臨床應用上，空間性訊 號資料可讓心肌缺氧部位的判定更為精確，並且若是針對運動時的量 測，心磁圖不易受到呼吸、肌肉收縮時所產生的干擾影響 (Chen,

Thomson, Nolan, & Clarke)，且運動過程中，心磁圖較心電圖有更高 的敏感度可偵測出心肌缺血疾病患者的 ST 波提早轉移之現象

(Tavarozzi 等，2002)。另外，洪斌峰（2006）進一步指出高血脂兔於 心磁圖檢測中第二週即可發現判斷心肌缺氧參數 SI

的變化，而心 電圖中在第六週才有明顯變化。由此可知，心磁圖的測量較心電圖是 更為敏感。

影響心磁圖參數，包括年齡、健康狀況…等因素，以下分敘之：

1. 年齡

同性別族群中，年輕人（25 至 50 歲）和老年人（50 歲以 上）比較後發現，老年族群休息時心室再極化 (repolarization

stabilization interval) 的穩定時間較年輕人為長，且運動後 ST

波 (ST amplitude) 和 T 波 (T amplitude) 的強度較低 (Chen,

Thomson, Nolan, & Clarke, 2004)。

2. 健康狀況

心 磁 圖 被 證 實 可 判 別 暫 時 性 缺 血 和 慢 性 缺 血 (Takala 等，2002)。電生理學上，其中一個判斷心電波是否正常的參 數為 QT 波時間間隔，代表 Q 波開始至 T 波結束的時間區 間（吳宗曄，2006）。研究發現，針對運動時心磁圖量測結果 在冠狀動脈疾病 (coronary artery disease, CAD) 患者缺血情 形，會導致心磁圖所測量的 QT 波有分散現象，並且磁場圖 方向和健康人有所差異 (Hanninen 等，2002; Takala 等)。

目前心臟疾病患者之心臟功能偵測仍以心電圖或心臟超音波為

主。然而，代謝症候群者心臟功能及結構上有不利的影響，目前不僅

缺乏這類病症之心臟功能變化之研究，亦缺乏心磁圖運用於代謝症候

群上，因此利用心磁圖高敏感度和非侵入性特質，建立代謝症候群心

臟組織的病理特徵，將有助於臨床診斷和預防醫學之運用。

五、本章總結

（一） 代謝症候群者會群集 CVD 的危險因子，包括肥胖、身體缺乏 活動、胰島素抵抗、血壓升高和脂質異常…等。

（二） 心肺適能較佳者罹患代謝症候群機率較低，而代謝症候群者的 心肺適能表現較差；代謝症候群者經訓練後，可以減少其危險 因子，更進一步降低代謝症候群罹患率。

（三） 代謝症候群者於 CHD 及 CVD 罹患率顯著高於非代謝症候 群者，即使只有 1~2 種危險因子也會增加 CHD 及 CVD 罹 患率，並且罹患代謝症候群者後死亡率會顯著攀升。

（四） 代謝症候群者心臟結構及功能有不利的影響，但此方面研究仍

稍嫌不足，目前亦缺乏心磁圖運用於代謝症候群者研究上，以

及心磁圖和心肺適能、身體組成相關性的建立。