主动脉腔径、主动脉僵硬度和压力波增强指数

【关键词】  主动脉腔径

    2004年10月美国心脏协会（AHA）高血压专题会议上，针对“主动脉腔径、主动脉僵硬度和压力反射波随年龄增大而增高并容易出现在收缩期高血压患者中”这一议题展开了讨论。讨论这一议题的主要原因是因为，此前的系列文章对主动脉腔径、主动脉僵硬度，尤其是压力反射波随年龄和收缩压增高的改变持有不同观点。本文将就这一问题，回顾有关经典理论及其在过去几十年里对这一问题的认识过程。根据这些观点，源于外周血管的早期压力反射波是衰老相关的病理改变所致，因此也适宜作为临床治疗干预的靶点。

    1  观察和测量

    “提早动脉老化”作为心血管疾病的一个危险因素，很久以前就成为医学研究领域之一。其研究甚至可以追溯到袖带式血压计发明之前，这一问题的描述最初出现在100多年前由Osler和Mackenzie主编的教科书中。在这些教科书的描述中，提早出现的动脉粥样硬化是通过手触摸或用血压计测量桡动脉波动来评估的。1863年，在Marey开展的人类首次脉搏描记研究中，就注意到年轻人和老年人之间的差异，即老年人收缩末期压力波形有所增高。19世纪70年代，Mahomed验证了这一现象，他强调“收缩末期压力波延长并持续较长时间”不仅见于无症状动脉高血压患者，也见于老年人。到1900年，这一发现被用于排除早发动脉老化患者。

    袖带式血压计是20世纪初发明的，到1916年，已经得到了无症状患者收缩压和死亡率之间关系的数据。在其后的几十年间，年龄相关的动脉改变一直通过动脉血压，尤其是收缩压和脉压进行测定。但是，肱动脉收缩压在20~80岁之间仅增加约25 mm Hg（平均约22 mm Hg）。最近关于中心动脉压的研究结果表明，在20~80岁之间，中心动脉压和脉压增加了35~40 mm Hg （例如，收缩期中心动脉压增加了约40 mm Hg，脉压增加量超过100%）。一般认为这些改变缘于年龄相关的动脉硬化，以及从外周到心脏反射波的增强所致。如果用压力反射波的强度作为衡量动脉硬化的指标，在20~80岁之间，将有超过100%的增加量。但是，与此不同的是，在肌性动脉中的脉搏波传导速度随年龄的改变并不明显。在男女之间这种改变也没有明显差异。

    年龄相关的主动脉腔径增加常常被用来解释常规胸片上主动脉弓突出的现象。尸检研究也表明主动脉横截面积与年龄有明确的相关关系，用血管造影和超声等方法开展的主动脉断面研究表明，尽管不如主动脉横截面积与年龄相关那么显著，除了起始部外的其他部位主动脉腔径都随年龄的增加而明显增大。这些指标存在性别差异的现象，在很大程度上可以用女性形体较小来解释。关于随着年龄的增加所发生的主动脉增宽和血压改变的机制还存在着争论。而横断面研究不可能明确回答这些问题。一项在高血压和正常血压人群中所做的研究表明，高血压者主动脉明显增宽。在马凡氏综合症合并囊性主动脉坏死的患者中所做的随访观察表明，主动脉随年龄增加而不断扩张，但使用抗高血压药物可以明显减缓其扩张速度。研究还表明，马凡氏综合症合并囊性主动脉坏死的患者，主动脉扩张的程度与中心动脉压有关，而与肱动脉血压无关。

    对老年人主动脉所作的病理研究表明，承受压力的血管基底层厚度在一生中基本保持稳定，而血管壁厚度增加的主因是内中膜厚度的增加。可以见到弹力纤维的变薄、磨损和断裂，以及弹力层结构的重建，持续的内膜破坏，最终导致囊性内膜坏死。在病理学教科书中，这些见于老年主动脉内的囊性内膜坏死被认为与马凡氏综合症中的病理改变类似，是发生主动脉夹层、扩张和撕裂的病理基础。

    2  研究结果的分析

    针对主动脉随年龄所发生的改变，传统的观点认为主要与主动脉内膜中的内弹力层疲劳和断裂有关。弹力纤维是人体中最没有活力的组织，其化学结构的半衰期长达几十年。材料的疲劳现象在自然界的类似物-橡胶中也可观察到。在经过109次8%的拉伸后，橡胶会出现断裂现象。而人类主动脉近端在40年内会达到这一水平。在相同时间内，当拉伸长度小于5%时，一般不会发生断裂，这一点可以解释为什么外周血管相对于主动脉不容易发生病变。

    用弹力纤维断裂机制可以很好地解释主动脉随年龄增加而发生的扩张和硬化现象。一般来讲，弹力纤维承受主动脉的应力。如果弹力纤维受损，血管壁就会发生扩展，血管会扩张；血管内的应力会传递到相对不易扩展的血管胶原成分，而在血压升高时，这种现象也会发生在正常血管中。而发生在正常血管中的这种现象，可以解释大家熟悉的血压/血管腔径的非线性关系。

    主动脉僵硬度的增加会引起动脉脉搏波传导速度的加快。动脉脉搏波传导速度加快会导致从外周血管返回的压力反射波提早抵达心脏，引起收缩末期而不是舒张早期压力的增高。动脉脉搏波传导速度的加快导致的压力反射波从舒张期前移到收缩期，可以解释Marey，Mackenzie和Mahomed等描述的脉搏形态随年龄而改变的现象。Mahomed在1872年指出，随年龄增加而发生的收缩末期血压增高现象，在肱动脉比桡动脉明显，而在颈动脉更明显。这些论点也被Kelly等的研究所验证。他们同时还观察到，在30岁以后的正常人颈动脉和中央大血管中，晚期收缩波峰值超过了早期收缩波峰值，而早期收缩波峰值或肩部与收缩期腔内最大血流相对应。在老年人群中，早期收缩波上升支的肩部在收缩晚期又出现一个波动，这一波动是由于过早出现的压力反射波引起的。在一些老年人中，压力反射波可以出现的更早并且与收缩波融合，而不出现压力反射波的切迹。这些临床研究验证了早期用动物实验和计算机模型所做的动脉系统研究的结果。这些研究将波动压/血流关系与血管阻力联系起来，表明主动脉僵硬度增加所引起的异常现象可以用近端主动脉硬化和压力反射波提早出现，进而导致阻抗频率增加来解释。这些作用的共同结果是，显著增加左心室在特定频率段（1~4赫兹）的射血阻力，而这一频率段往往包含左室射血波的最大耗能部分。

    3  研究结果的意义

    压力反射波可以通过计算中心（颈动脉、主动脉和左心室）动脉压波形上的增加值而获得。左心室和主动脉的压力波形可以通过心脏导管进行有创测量，或者采用一种被FDA批准的方法，用平面压力波测量仪进行测量后计算合成。颈动脉压力波形可以用平面压力波测量仪直接测定，也可通过颈动脉腔径压力波形关系进行粗略估算。计算压力反射波所引起的增加值时，首先要鉴别出局部波形的峰顶，收缩波的肩部或者拐点，因为肩部或拐点与管腔内最大血流相对应。这需要仪器的感应器、记录器和传输系统能够动态准确地记录频率的细微变化，正如Chen和Smulyan等提出的那样，目前的一些临床研究还达不到这样的要求。

    了解与年龄相关的主动脉改变，其主要意义在于可以了解左心室功能是否受影响以及受影响的程度，并为修订治疗方案提供参考。传统测量肱动脉压或脉压的方法往往低估了年龄所产生的影响。也就是说，主动脉收缩压，尤其是脉压随年龄的增加程度比人们以往认识的水平高很多。这些变化在很大程度上是发生左心肥厚、左心功能减退和动脉粥样硬化进展的原因。这些变化可以通过测量心室阻力而得到精确计算，或者通过计算中心动脉压的压力波增强指数而间接获取。中心动脉压的压力波增强指数与左室射血状态有关，在左室功能受损时，这一增加值往往会降低。一些老年人收缩末期不能维持左室射血功能，可能是颈动脉压或计算的颈动脉压增加值低平的原因。

    对与年龄相关的主动脉变化的认识，可以对与年龄有关的一些疾病如单纯收缩期高血压、心衰、心绞痛等制订更合理的治疗方案有益。单从主动脉发生的年龄相关性改变来看，很难想象会有药物对这些主要的病理变化产生影响。用药物治疗这些病理改变已经有研究进行探讨，有关阳性治疗效果也有报道，比如血管内皮肽酶抑制剂omapatrilat和组织衰老阻断剂AT 771，但这些结果还没有被最终确认。在老年人中，使用硝酸酯类药物对主动脉硬化没有明显影响。在精心设计的有对照的动物实验中，尽管硝酸酯类药物对周围肌肉血管的阻力有明显影响，但对主动脉特征性的阻力却没有明显影响。

    与其在主动脉硬化治疗方面没有明显作用相反，硝酸酯类或其他血管扩张药物对压力反射波有明显作用。实际上这些药物可以完全抑制由压力反射波引起的收缩末期波形放大现象。由于这一效果是通过压力反射波而实现的，因此在测量肱动脉压时很难观察得到。硝酸酯类药物通过压力反射波所产生的良性效果，可以用其对血管的扩张效应和外周血管吸纳压力反射波后使其不能返回心脏来解释。硝酸酯类药物引起压力反射波的减弱可以在低剂量下获得，而不会对动脉系统和外周阻力产生明显影响。大多数研究压力反射波的实验均使用硝酸酯类药物进行，这主要是因为硝酸酯类药物的作用短暂而且作用明显。当然，类似的效果在培哚普利和其他抗高血压药物中也观察到了。

    4  对不同观点的保留态度

    关于年龄增加导致主动脉硬化，而外周肌性血管相对不受影响这一观点目前已经没有争论。近胸主动脉远端随年龄增加扩张最明显也是一个不争的事实，而存在争论的是这种扩张到底是由年龄增加引起，还是由动脉压增高引起。研究发现“主动脉效应腔径”在患有单纯收缩性高血压的患者中比实际值要小，这一结果从Framingham研究中获得了一些支持，因为该研究发现，在对年龄因素进行修正后，在主动脉腔径和肱动脉压之间存在一个负性相关关系，来自Mayo诊所的Agmon等人也报道了类似结果。在这两项研究中，在评估血压作用时，均对年龄、性别和体格大小进行了修正。但这种血压相关的作用还可能受治疗（在Agmon的研究中，超过三分之一的观察者在使用降压药物）和血压测量位点的影响。Jondeau等发现，在马凡氏综合症的患者中，主动脉腔径与肱动脉脉压没有相关性，但主动脉腔径与主动脉脉压有明确相关关系。Framingham研究组观察到，主动脉起始处狭小的患者更容易出现较强的脉搏血流和较高的脉压。基于多方面的证据，我们对主动脉效应腔径的概念和变异性提出了质疑。

    在Framingham研究中选择的一组健康人群（＜20%总体观察人群）观察发现，颈动脉扩张指数在女性中随年龄增加而减少，而在男性中随年龄增加而增加，而前向波的波幅在男性和女性中均随年龄增加而增高。这种存在于性别间的动脉扩张的差异性此前还没有人报道过，而动脉扩张随年龄增加而减少的现象更罕见。

    5  中心动脉压和增强指数测定的临床意义

    传统上我们在临床上仅测定外周肱动脉血压，事实上，中心动脉压力与外周动脉压力并不完全相同，中心动脉压力与动脉僵硬度密切相关，后者是影响左室负荷，因此，测定中心动脉压力及其用于反映动脉特征的指标增强指数（Augumentation Index,AI）对于评价患者全身血管功能状态及其对临床干预的反应，对于预防心血管事件具有重要意义。

    最近完成的ASCOT（Anglo-Scandinavian Cardiac Outcome Trial）亚组研究CAFE（Conduit Artery Function Evaluation Study）结果显示，阿替洛尔/噻嗪为基础的降压治疗与氨氯地平/培哚普利为基础的降压治疗对中心动脉压力的影响存在差异。共有参加ASCOT研究的5个中心2199例患者入选了CAFE研究。为期4年的随访中桡动脉平面压力波测定和脉搏波分析用于评价中央动脉压力及其动脉功能改变。两组不同治疗的观察结果显示肱动脉收缩压无显著差异（P=0.2），而氨氯地平治疗组其中心动脉收缩压（P＜0.0001）和中央主动脉脉压（P＜0.0001）明显降低。回归分析显示中央动脉脉压与心血管事件发生与肾脏功能恶化显著相关（P＜0.05）。因此，对于包括高血压在内的心血管疾病危险人群应关注动脉功能和中央动脉压力的测定，药物治疗不仅仅观察其对危险因素，如血压和血脂本身的控制，还应该关注其对血管病变的逆转，中心动脉压力及增强指数的测定有助于识别存在动脉系统病变的患者，其应用前景广阔。

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作者单位：北京大学人民医院心脏中心，北京 100044