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動脈老化是心血管疾病的重要特征

時間:2019-12-03 16:39:25 來源:新華網

中國有近2億老年人,其中10%左右的患有老年性疾病且為多臟器損害,對老年人關愛的具體表現之一就是規范老年心血管病的診療。

動脈老化(即動脈硬化)可直接導致單純收縮性高血壓、舒張性心力衰竭、老年人癡呆和腎功能衰竭等微血管病變,已成為當下臨床醫生所面臨的最常見和最重要的問題。雖然非致動脈粥樣硬化作用已明確成為“心血管事件鏈”的組成部分,但今日醫學過分強調動脈粥樣硬化血栓形成,而忽略了動脈老化的重要意義。

近年人們對血管老化的研究著重在分子、基因、細胞和酶學等方面,但卻忽略了老化潛在的機械影響和后果。事實上,老化問題復雜地存在于人體不同血管床,隨年齡增加、勞動力的喪失和死亡呈正增長,在所有人群中,它們均獨立于我們常知的動脈粥樣硬化之外。 

正常動脈兼具管道和緩沖功能

動脈系統具有2項功能:

(1)根據需要將血液從左心室輸送至全身各器官和組織的毛細血管,即管道功能;

(2)緩沖心臟搏動而保持毛細血管血流的連續性,即緩沖功能。從主動脈到外周動脈(如橈動脈)的平均壓僅下降約1 mmHg,而從上述肌性動脈到阻力小動脈起點的平均壓的下降僅輕度增加;搏動血流通常只存在于內徑>200 μm的較大動脈,不會波及小動脈和更遠端的毛細血管;由于搏動血流不存在于阻力血管,因此全身血管系統搏動造成的能量損失很小,動脈、小動脈、毛細血管和靜脈中穩定推進血流僅損失能量約10%。動脈系統的另一作用體現在整個收縮期的平均壓僅比整個心動周期的平均壓高3~4 mmHg,而舒張期平均壓降低2~3 mmHg。

心血管系統另一作用在于使血管活動(反射波返回)和心臟活動(主動脈瓣關閉)相一致。理想狀態下,反射波不會增加收縮壓,而僅增加舒張壓,增加心肌微血管床的血流灌注。因此,心臟和血管通常協同作用達到最佳效能。升主動脈的最小阻抗系數與左心室最大射血波的頻率分布區域一致也進一步證實了這一點。

動脈老化主要累及大動脈

關于老化的研究大多專注于影響血管內皮和內膜的因素,而忽略了承受負荷的大動脈中層,因此,并不能將老化作用從疾病的作用中分離,也不能區分破壞作用與修復或“重構”作用。我建議應用物理術語將動脈比作被動彈性管道的經典觀點,老化改變也是如此,我們應主要關注動脈中層的彈性。隨年齡增加,彈性動脈將發生2種物理變化——管壁的擴張和僵硬,在主動脈近端及其主要分支(頭臂干、頸動脈和鎖骨下動脈)最明顯,老化改變最先影響管壁的順應性(彈性)。

在年輕人,心臟跳動引起近端彈性動脈和主動脈擴張約10%,而肌性動脈僅擴張2%~3%。從動脈成分疲勞角度看,這種擴張程度的差異可以解釋近端和遠端動脈老化改變的差異。疲勞原理指的是材料變形引起的晶體結構改變,且根據變形的程度及次數可預測斷裂的可能性。當擴張度為10%時,天然橡膠經9×108次擴張后可發生斷裂(心率為60次/分時,相當于30年)。隨著人的不斷老化,可以見到主動脈彈力層的斷裂,這可以歸結為動脈擴張(通過伸長,其次是承受負荷成分的斷裂)和僵硬(通過將壓力傳遞至動脈壁更為僵硬的膠原成分)。如果擴張度為5%,在心率相同的情況下,橡膠在超過3×108次擴張后才會發生斷裂,相當于100多年的壽命。組織學研究發現,近端動脈的中層彈力蛋白發生嚴重損傷(見圖1),而遠端肌性動脈很少出現老化改變。因而,動脈老化的主要特征是主動脈近端的結構破壞、僵硬和擴張,這就是所謂的 “老年性動脈硬化”。 

衰老對動脈功能的影響

老化僅引起近端彈性動脈擴張,對動脈系統的管道功能沒有影響,但顯著進行性影響緩沖功能,最終對心臟、微循環,尤其是腦和腎的微循環造成損害。增齡增加動脈僵硬度表現為脈搏波速度增加,以主動脈為著,肌性動脈(如上肢動脈)變化最小。

主動脈脈搏波速度(PWV)是脈搏波沿動脈壁傳導的速度,可通過壓力波底部從頸動脈部位傳導到股動脈部位的時間延遲和脈搏傳導的距離實現無創測定,20歲時為5 m/s,80歲時則達12 m/s(見圖2)。根據經典的Moens-Korteweg公式,PWV取決于彈性模量的平方根,因此,提示主動脈的彈性模量增加了4倍以上。值得注意的是,由于過度依賴肱動脈袖帶血壓計和由其測得的收縮壓,人們一直低估了老化對動脈功能的影響。  

隨年齡增長,主動脈僵硬度增加導致收縮壓增加、舒張壓降低,引起左心室肥厚,需氧量進一步增加。舒張壓降低和舒張期縮短均可導致冠脈供血減少。當舒張期左心室壓力升高時,冠脈供血進一步減少。因此,冠脈供血能力損害的進展完全不依賴于冠脈狹窄,任何程度的動脈粥樣硬化均可使其加重。冠脈血流需要量增加與血流灌注減少并存最易導致心肌缺血。任何程度的心肌缺血均可進一步損害左心室舒張功能,使心臟射血時間進一步延長,導致舒張期冠狀動脈灌注減少。 

老化可造成惡性循環(即左心室肥厚),易于誘發心肌缺血和心絞痛,即使通常認為無血液動力學意義的冠脈狹窄甚或無冠脈狹窄時,以及在心率增加時易發生舒張功能不全,其中左心室舒張性衰竭,最常見于老年人。

影響腦和腎微循環,微循環血管對血流的阻力最大,并通過反射來自較大動脈的搏動使搏動血流變成毛細血管內的穩定血流。但在靜息血流量較大的器官(特別是腦和腎),較大動脈的平均動脈壓降低越多,搏動越深入到毛細血管內。晚近的研究顯示,獨立于傳統肱動脈收縮壓和舒張壓的數值,動脈僵硬度(主動脈脈搏波速度、增強指數、脈壓及其增幅)不僅與心血管病變結局密切相關,還與腦和腎微血管改變密切相關,包括腦白質缺血和腎臟蛋白尿。同樣,針對降低動脈僵硬度不良效應的治療可逆轉或延緩腦和腎損害的損傷。另有證據支持,動脈僵硬度與炎癥有關,且炎癥在女性中更為明顯,動脈硬化程度比動脈粥樣硬化更顯著是其特征。繼發于主動脈僵硬的微循環老化改變與腦和腎功能的進行性下降有關,并嚴重到足以引起血管炎癥反應,伴C反應蛋白和其他心臟標志物的升高。針對降低動脈僵硬度和波反射的治療有可能預防、延緩甚至減輕這種微血管損害改變。

與老化和動脈僵硬相關的腦血管高壓和血流搏動增強可造成小動脈病變,結果導致腦損傷和老年癡呆。老年人腦部病變的原因是微循環高搏動壓力和高血流,全身的損害也與此相似。那么伴有主動脈僵硬的老年人的腦動脈和微血管搏動為什么會增強?因為主動脈和彈性動脈非常僵硬,不能緩沖心臟產生的血流搏動,勢必使其擴展至微血管床,且優先進入血管舒張及高血流灌注器官——腦和腎。因此薄弱血管的壓力和血流波動加劇能量丟失可增加腦的微出血和梗塞。

腎臟入球小動脈和腎小球與腦部動脈一樣暴露于高搏動的微血管壓力和緊張度,但目前關于腎臟微血管搏動損傷的證據尚不充分,我們相信這只是暫時的。

預防動脈老化及不良取向

動脈老化的病變基礎與決定固有物體的老化過程一樣,都是反復勞損的結果。動脈老化的關鍵因素是主動脈彈力蛋白層的疲勞和斷裂,防治重點應在于如何減少動脈伸展的幅度和次數,應用β受體阻滯劑治療可以減少伸展次數,但中心收縮壓升高時,可能導致伸展幅度增加。而且,心動過緩時,心臟射血時間延長,收縮期入射波增加導致反射波總和增加,致使β受體阻滯劑治療的潛在不良作用明顯,尤其并存微循環損害時,但β受體阻滯劑治療可以延緩馬方綜合征患者升主動脈的進行性擴張。堅持一段時間的規律有氧運動也是減少累計伸展次數對心臟損傷的較好方法。運動時心率固然增加,但在更長時間的運動間歇期內,心率卻通常保持在較低水平。由于運動可改善肌性動脈的內皮功能,降低返回心臟的反射波振幅。上述原理目前已用于血壓控制以及糖尿病、心衰和腎功能不全患者,即通過規律運動、應用擴張全身大動脈和小管道動脈平滑肌的藥物(ACEI、ARB、CCB和硝酸酯類),可以使早期波反射減少,降低主動脈阻抗的低頻成分、表觀相位速度、中心動脈壓和血流搏動。而且測量中心主動脈壓力為監測和控制外周波反射和大動脈僵硬度降低,保持適當的平均動脈壓,實現心、腦、腎及其他重要臟器灌注提供了有效幫助。

現代研究證實,隨年齡增長,雖然人體主動脈脈搏經歷著與橈動脈脈搏同樣的變化,但是目前的動脈老化評價通常只根據血壓值評價而忽略了對波形的分析。在整個20世紀,人們對舒張壓的偏見誤導了臨床醫生對心血管老化風險的全面認識。脈搏波分析的新技術拓展了人們最初的病理和生理學認識,并在人體動脈老化及其并發癥的研究中得到了更多關注。(盧長林 高潤霖)

編輯:李娟

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