血流动力学与动脉粥样硬化

肖红梅刘晶陈慧波万永伦陈立晗

【摘要】血流动力学在动脉粥样硬化病理学过程中起着重要作用。研究动脉粥样硬化过程中血流动力学变化的规律,对了解和掌握心脑血管病的发病机制和早期预防有重要意义。

【关键词】动脉粥样硬化血流动力学

HemodynamicsandAtherosclerosis

Departmentofcardiology，theSecondHospitalofHarbin，Harbin,Heilongjiang150001，China

Abstract：Hemodynamicsplayanimportantroleintheprocessofatheroscleroticpathology.Thestudyofthechangelawofhemodynamicsintheprocessofatherosclerosisisofgreatsignificanceforunderstandingandcontrollingthepathogenesisofcardio-cerebrovasculardiseasesandearlyprevention.

Keywords:arteriosclerosis，hemodynamics；

【前言】动脉粥样硬化(atherosclerosis,AS)是由多种危险因素长期累积形成,表现为血管物理性状的改变，是血液动力学因素如血压、切应力或周向应力等导致血管结构与功能变化。适当的应力对维持血管正常功能必不可少,但如果应力变化超出阈值,血管壁发生病变,Krizanac-Bengez[1]等人文献报道,AS常发生于大血管分支或弯曲处,该处血液动力学复杂及所造成血管壁细胞力学性质的改变可能是AS生成的重要病因。本文主要就血液动力学因素与AS发生的关系及作一介绍。

1.1AS的病理生理学。

AS是一种以大动脉内膜粥样硬化性损害为特征的血管病变[2,3],主要累及大、中型动脉,引起不同程度的血管腔闭塞,使受阻动脉远端缺血而导致局部组织坏死。AS的发病机制主要涉及以下方面:血管内皮细胞功能和形态损伤;内膜下脂质沉积;单核细胞与内皮黏附进入内皮下并转变为巨噬细胞吞噬脂质;血管平滑肌细胞增殖并向内膜迁移和合成细胞外基质。近年来,动物实验、分子和细胞学等对内皮细胞和切应力的研究为探讨AS的发病机制开辟了新的方向[4.5]。损伤应答学说认为,粥样硬化斑块形成的途径之一是各种原因引起的内皮细胞损伤,在血流动力学因素作用下发生血管内皮细胞通透性改变,低密度脂蛋(low-densitylipoprotein,LDL)进入内皮,内皮细胞分泌单核细胞趋化蛋白-1(monocytechemotacticprotein-1,MCP-1)使单核细胞进入血管内皮并吞噬LDL,最终形成泡沫细胞,后者即是AS形成的基础。大量研究表明,粥样硬化斑块并非随机出现在动脉系统的任何部位,而只在特定的动脉部位(如动脉分叉、分支、狭窄和弯曲等部位)出现,这些部位血流缓慢或存在涡流,造成血管局部通透性增高和内膜增厚[6]。血流状态的稳定性、血流速度和方向以及血流对血管壁细胞(内皮细胞和平滑肌细胞)产生的切应力大小都会因血管几何构型的改变而发生复杂的变化。因此,血流动力学因素被认为是AS发生的一个关键因素。粥样斑块的特定解剖学定位是由于这些部位的血流动力学环境,特别是流动的血液对血管内壁施加的切应力产生的特异性变化。

1.2临床常见动脉粥样硬化。

1.2.1颈动脉粥样硬化。

颈动脉粥样硬化好发于颈总动脉分叉处，目前认为与老年人缺血性脑卒中的发生密切相关。Jessica[7]等人认为在血流动力学发生变化的部位，局部血流形成湍流和应切力发生变化，促使动脉内膜细胞回缩、连续性中断，暴露内皮下组织，激活血液中的血小板，在内膜发生粘附、聚集、形成附壁血栓。活化的血小板进一步释放许多细胞因子，促进粥样硬化病变中的平滑肌细胞增殖。JingY[8]等人通过对高血压病人的血管壁剪切应用力和颈动脉粥样硬化关系的研究，认为高血压病人的管壁平均剪切应力和收缩期剪切应力峰值均低于正常血压者,血管在低切应力作用下，内膜增厚、内皮细胞下脂质增多,动脉硬化加重。高血压患者血管内血流冲击血管内膜,管壁内膜受损，易为胆固醇、脂质沉积,加重了动脉粥样形成。在血压与颈动脉硬化的关系研究中，Yacob[9]等人认为，单纯控制血压不能延缓颈动脉硬化。

1.2.2冠状动脉粥样硬化

冠心病是一种由冠状动脉器质性狭窄或阻塞引起的心肌缺血缺氧或心肌坏死的心脏病。冠心病的临床表现与冠状动脉粥样硬化狭窄的程度和支数有密切关系。高血压病是冠心病的主要危险因素，冠心病患者60%~70%伴有高血压病，由此可见压力在冠状动脉硬化中起着重要作用。据报道[10]血压增高使血管壁张力增大，使血管壁张力增大，持续的张力增大可引起血管内膜损伤、血小板聚集、脂质沉积和中层平滑肌增生，最后形成粥样纤维斑块。同时，血压增高对冠状动脉壁的机械压力增加，释放出较多的血管活性物质，如内皮素-1，导致血管收缩。另外在损伤或炎症产生的化学介质作用下，使血管壁增厚、僵硬，在粥样斑块形成及其它危险因素的相互作用下，导致冠状动脉狭窄[11]。血压水平的高低直接影响冠状动脉狭窄的范围和程度，血压越高病程越长，则越易发生多支病变。另外，在冠状动脉分叉部位由于血流动力学作用,局部受力较重,特别是在高血压病患者,分叉部血管由于血流剪切力的作用,同时血流搏动过强,使血管内皮易于受损而引起动脉粥样硬化的改变[12]。也已证明,动脉粥样硬化病变易发生在动脉分支处,冠状动脉分叉、腹主动脉分叉处等,这一规律与该部位的解剖学和血流动力学特点有关,动脉分叉处有一定的角度和走向,对局部血流动力学有显著影响,易使层流变为湍流,对管壁冲击力增强,产生较大的剪切应力,从而损伤血管内膜,有利于脂质沉积和血小板聚集,形成动脉粥样硬化[13.14]。心肌桥是冠状动脉血管的特殊情况，冠状动脉或其分支的某个节段行走于室壁心肌纤维之间,被心肌纤维覆盖,在收缩期时出现暂时性管腔狭窄或闭塞,被心肌纤维覆盖的动脉段称为壁冠状动脉[15]。在冠脉血管心肌桥处冠动脉内血流动力学异常，心肌桥段冠状动脉近端易发生内皮受损,并发生动脉粥样硬化等。Schwarz[16]等运用冠状动脉造影、冠状动脉多普勒检查发现:壁冠状动脉内仍可缩小约35%,且血管最大截面积舒张中期才出现,基于上血流速度明显增加,收缩期血管内径达80%以上,舒张期血管内径述病理生理基础,当心肌负荷增加时心率加快,舒张期缩短,心肌灌注时间缩短;但心肌收缩增加,可致壁冠状动脉痉挛,或血流剪切力更易致动脉粥样硬化而导致严重心肌缺血事件发生。尸检和血管内超声检查也发现心肌桥血管位于心肌内部和远端的节段一般不发生动脉粥样硬化，而近端节段往往倾向于发生动脉粥样硬化。冠脉搭桥术在冠心病的治疗中起重要作用。目前,临床上大隐静脉仍然是冠脉搭桥的主要材料,然而其长期通畅性受到限制,其10年闭塞率高达50%,在3、8、12年桥仍通畅的病例中,分别有13%、27%、50%的桥粥样硬化病变[17]。这段无粥样硬化的静脉由于长期起着动脉的作用，而承受来自心脏的强大压力，久而久之也会发生与原来冠状动脉一样的粥样硬化改变，甚至再次狭窄或发生阻塞。这些替代了冠状动脉的静脉也不是永远不会堵塞的，如果这个人的血压总是控制不好，时间久了，这段静脉仍旧发生粥样硬化乃至堵塞。一旦静脉承担了动脉的功能，就有发生硬化的危险，和动脉承受的血液冲击力有直接关系，甚至可以说，这是引起动脉硬化的第一诱因。

1.2.3.脑动脉粥样硬化

脑动脉硬化被公认是卒中发病的重要病理基。脑动脉粥样硬化中,欧美以颅外颈动脉粥样硬化严重的居多,我国以颅内Willis动脉环周围供血大动脉最为显著[18]。有报道，脑动脉硬化程度与高血压密切相关,高血压所致的细小动脉硬化是一个复杂的病理过程,脑小动脉硬化主要发生在脑实质直径<200μm小穿通动脉，血流侧压力持续超过中膜平滑肌最大收缩力时，血管平滑肌变性坏死，失去收缩力，血管被动扩张，内膜受损，通透性增加，血浆成分渗入，导致小动脉纤维素性坏死。持续慢性高血压，在血流侧压力与各种血管活性物质作用下，小动脉壁发生结构性代偿，平滑肌肥大增生、玻璃样变，胶原、蛋白和聚糖等结缔组织成分增加，管壁增厚，称为高血压小动脉硬化，血管壁耐受高血压能力增强，但调节血流的舒缩功能减低，血压降低时可引起腔隙性梗死[19]。在长期高血压作用下，肌性动脉中膜平滑肌也经历小动脉平滑肌由功能代偿至结构代偿的过程，管壁硬化、增厚和管腔变窄，为维持原血流量，流速加快可导致血管内皮细胞损伤。内皮细胞是血流动力学效应的关键性媒介体，内皮受损使血管舒缩功能破坏，启动止血凝血过程，血脂蛋白渗入，内膜增厚，粥样硬化斑块形成，血管腔进一步变窄。在血流动力学作用下，粥样硬化斑块发生破裂、溃疡和出血，诱发血栓形成，引起动脉闭塞及脑梗死。可见，长期高血压是脑动脉粥样硬化最重要的成因。此外，据报道，血流动力学因素在脑动脉硬化的分子生物学机制中起重要作用[20]。

1.2.4肺动脉粥样硬化

在临床过程中，由于肺动脉硬化使肺动脉管壁变厚,管腔狭窄,使肺循环阻力增大,而形成肺动脉高压,加重了右心的负担,引起右心室扩张和肥厚,最后导致右心衰竭。肺动脉硬化与主动脉、冠状动脉硬化的病变相同，但结构和功能并不完全相同,临床上肺动脉硬化较少见[21]。由于动脉受血流冲击，引起血管壁受损，加上胆固醇脂类在血管内积贮，进而发生动脉硬化，而静脉管壁薄、弹性小，血流缓慢，承受的压力也低，受伤的机会就比动脉少，发生动脉硬化的机会也少。肺动脉内的血压是低的，不会发生粥样硬化，但是，在肺动脉高压的病人那里，他们的肺动脉也会发生粥样硬化，可见，血流动力学是独立于高血脂以外的，促动脉粥样硬化发生的重要因素，是血压先给动脉冲出了损伤，而我们一直视为动脉硬化大敌的胆固醇，原本是跑来修复损伤的。

1.2.5肾动脉粥样硬化

动脉粥样硬化是一种全身性的血管病变，在这些动脉粥样硬化患者中，局限于肾动脉的约为15％～20％，而大多数患者的肾动脉粥样硬化则是弥漫性动脉粥样硬化的全身表现之一(约80％-85％)，其他累及血管为腹主动脉、冠状动脉、脑血管及下肢血管等[22,23]。肾动脉粥样硬化，它主要位于肾动脉开口及近端据文献报道，左侧多发。血流动力学因素在肾动脉粥样硬化中起重要作用，如长期的高血压会引起肾脏动脉硬化并损伤肾功能，血压越高，病程时间越长，高血压肾病和肾功能衰竭的发病率越高。高血压状态下，血管的痉挛性收缩和机械性撞击，使血管负荷增加，管壁损伤，纤维增生，管壁增厚及退行性变。肾血管的改变程度和高血压的严重程度呈正相关。病变早期阶段，特征性的改变是入球小动脉增厚、屈曲，管壁内层及中层透明变性，最后导致管腔狭窄。透明变性呈斑块状，散布于整个入球小动脉，但以近端更明显。出球小动脉很少出现玻璃样变，除非同时合并糖尿病。肾脏的大动脉和中小动脉，如叶间小动脉及弓形动脉内膜也可发生不同程度的纤维增厚、管腔内径变窄、弹性层重叠断裂。高血压可促使肾动脉粥样硬化，同时肾动脉粥样硬化亦可引起高血压或加重高血压，但是两病并不完全平行，既可相互影响，亦可单因素发生。Harding等J对1302例平均年龄58岁的患者行动脉造影发现，即使在血压正常的患者中，肾动脉粥样硬化发生率也很高，在老年人群更明显[24]。

1.2.6静脉粥样硬化

动脉粥样硬化是一种常见病,但很少听说静脉有粥样硬化的情况。静脉至所以罕见发生动脉硬化，很可能与动脉与静脉所担负的生理功能与长期所处的血流动力学环境有关。事实与研究表明，血流切应力是维持和影响血管内皮细胞形态和功能的重要因素；动脉管壁比静脉厚，弹性强，以适应心脏收缩时射出血液的压力，并在心脏舒张时，使血管壁回缩，以保持血流持续前进。正是由于动脉长期受动脉较大血流量与较高压力的冲击，才容易引起血管壁受损，加上脂质在血管壁内积贮，对血管内皮细胞损伤，进而发生动脉硬化[25]。相反，静脉的管壁薄、弹性小、管腔很大，血管内血流缓慢，压力较低，血流速度较慢，当血液不充盈时，管腔呈塌陷状态，较少受到血流的冲击与损害,静脉硬化的机率相对较少。静脉压力比中心静脉压还较低，中心动静脉压是上、下腔静脉进入右心房处的压力，通过上、下腔静脉或右心房内置管测得，它反映右房压，是临床观察血液动力学的主要指标之一。可见，血流动力学是独立于高血脂以外的促动脉粥样硬化发生的重要因素。这也是动脉与静脉在粥样硬化中，发病率不同的重要原因。另外，是否与动脉与静脉的自身结构有关，还有待于研究。在研究动静脉分流处静脉管壁结构的变化，以自体静脉段作为动脉替代物,近期通畅率为80%~90肠,以后每年递减25%。术后早期移植静脉闭塞的原因为血栓形成,后期为组织增生一般均认为,手术创伤和高压动脉血流的冲击,是并发血栓形成的原因;动脉血流是造成管壁增殖反应的主要因素[26]。

3.展望未来

近年来的研究发现,在AS发生之前血流动力学就已发生改变,研究血流动力学指标的变化规律对于及早预防AS的发生有着重要意义。因此,血流动力学指标的研究越来越受到人们的重视。对于在临床早期出现的动脉硬化有一定预见性指导，避免或延迟动脉粥样硬化的发生有着重要义。

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