作者单位:200032上海,复旦大学附属中山医院心内科上海市心血管病研究所・基础研究・心肌桥对冠状动脉内皮细胞形态和粥样硬化的作用张国辉 葛均波 王克强 张红旗 贾建国【摘要】 目的 观察壁冠状动脉及其近段内皮细胞形态和内皮下组织特征,探讨心肌桥导致的血流动力学变化对动脉粥样硬化形成的影响。
方法 用肝素-生理盐水和4%戊二醛溶液冲洗4例有心肌桥的新鲜人尸左冠状动脉,取壁冠状动脉近段、壁冠状动脉段、壁冠状动脉远段,扫描电镜观察其血管内皮细胞和基膜特征。
结果 冠状动脉近段内皮细胞多呈扁平状或卵圆形,表面粗糙,有“虫啄样”缺损,细胞容易脱落。
壁冠状动脉内皮细胞呈细长梭形,表面可有微绒毛和桥样结构,壁冠状动脉内皮细胞的形态指数低于其近段和远段的形态指数。
结论 壁冠状动脉内皮细胞受到心肌桥压迫导致血流切变力增高产生适应性反应,对内皮细胞有保护作用,而其近段内皮细胞由于切变力较低容易被损伤,成为动脉粥样硬化发生的基础。
【关键词】 心肌桥; 内皮,血管; 冠状动脉硬化The effect of myocardial bridge on endothelial cell sh ape and form ation of atherosclerosis in the coronary artery ZH ANG Guo2hui,GE Jun2bo,WANG K e2qiang,et al1Shanghai Institute o f Cardiovascular Disease, Affiliated Zhongshan Hospital o f FuDan Univer sity,Shanghai200032,China【Abstract】 Objective T o assess the effect of my ocardial bridge on the endothelial cell and formation of atherosclerosis in the coronary artery1Methods The shape of endothelial cell and status of atherosclerosis in4 segments of mural coronary artery and their proximal portion were observed with a scanning electron microscope1 R esult The shape of endothelial cells of the section proximal to mural coronary artery was flat or ellipse with rough and defected surface and likely to be ex foliated1The exposed surface of the base membrane was irregular and rough1The base membrane of the mural coronary artery was covered completely by the long and fusiform endothelial cells with microvilli1The endothelial cell shape index in the mural coronary artery was lower than that in proximal and distal segments(P<0101)1Conclusion The endothelial cell of the mural coronary artery is free from atherosclerosis due to higher shear stress caused by my ocardial bridge1The intima of the section proximal to mural coronary artery was likely to be sclerosed due to the lower and oscillatory shear force1【K ey w ords】 My ocardial bridge; Endothelium,vascular; C oronary arteriosclerosis 血管内皮细胞是血液成分和血管壁之间的天然屏障,它在体内不断受到动脉血流剪切力的作用而发生形态和功能的变化,这种变化和动脉粥样硬化、血栓形成有非常密切的关系。
心肌桥在心脏收缩期对壁冠状动脉的挤压作用使其血流动力学特征发生了显著变化[1],本研究旨在通过扫描电镜观察壁冠状动脉及其近段内皮下组织的变化特征,探讨心肌桥对冠状动脉粥样硬化形成的作用及机理。
材料与方法 11材料:人尸心脏标本4例,均未经福尔马林固定。
21方法:用肝素-生理盐水和4%戊二醛溶液反复冲洗左冠状动脉后,沿前室界沟分离前降支。
观察到覆盖在冠状动脉表面的心肌桥后,分别取壁冠状动脉近段、壁冠状动脉段、壁冠状动脉远段。
标本经常规处理后,扫描电镜观察。
用Scion Image软件测量内皮细胞周长和面积,并根据公式SI= 4πAΠp2计算形态指数[2][SI=形态指数(shape index), A=面积,P=周长]。
31统计学处理:数据以均数±标准差( x±s)表示,采用非配对t检验比较同一标本的壁冠状动脉及其近段内皮细胞形态指数的差异,以P<0105为差异有显著性。
结果114例标本均发现有心肌桥存在,位于前降支中段和近段行程中,长度为210～411mm ,平均为314mm 。
21壁冠状动脉近段内皮细胞:细胞多呈卵圆形,长轴和血流方向一致,细胞核区隆起,细胞表面可见到许多“虫啄样”缺损(图1)。
与同一标本壁冠状动脉内皮细胞相比,细胞容易脱落,血管基膜暴露且粗糙,表面凹凸不平,形成许多“破溃样”改变(图2)。
31壁冠状动脉内皮细胞:细胞形态明显细长,呈梭形,长轴和血流方向一致,细胞较少脱落(图3),2例标本在内皮细胞表面见到微绒毛(图4),其密度相差很大,并可见有特殊的桥样结构,该结构常始于细胞的一端,在管腔内游离一段后再与相邻的细胞形成连接。
41壁冠状动脉远段内皮细胞:细胞形态较不规则,表面有少量有“虫啄样”破坏(图5、6)。
边缘境界清楚,很少脱落。
51壁冠状动脉内皮细胞与近段、远段内皮细胞相比,面积基本相同,但周长明显增加,形态指数显著较低,均有显著差异(表1)。
讨论 作为一种特殊的解剖现象,心肌桥对心肌血流表1 壁冠状动脉与近段和远段内皮细胞形态比较( x ±s ,n =20) 指标桥下内皮近段内皮远段内皮面积(μm 2)77.85±17.9978.01±12.9673.20±20.39周长(μm )71.16±9.3249.73±7.71345.58±7.393形态指数0.20±0.050.41±0.1030.44±0.073 注:与桥下内皮细胞比较3P <0.01注和动脉粥样硬化的影响一直得到人们的广泛关注。
不少人从组织学角度对此进行了观察研究,但国内外尚未见对心肌桥作用下的壁冠状动脉及其近段、远段内皮细胞的超微结构特征进行过观察。
我们的观察结果显示壁冠状动脉内皮细胞明显被拉长,结构完整,内皮细胞几乎完全覆盖了基膜表面。
部分壁冠状动脉细胞表面见到突出于管腔内细指状的微绒毛。
而壁冠状动脉近段的内皮细胞呈现为扁平或卵圆形,形态指数显著区别于壁冠状动脉内皮细胞,表面常有“虫啄样”缺损,容易脱落,细胞脱落后血管表面粗糙,凹凸不平。
既往的观察显示壁冠状动脉近段管壁厚度显著较壁冠状动脉厚,统计学调查显示同没有心肌桥的冠状动脉相同节段比较也显著增厚,常常发展成粥样硬化病变[3]。
本研究的结果显示壁冠状动脉近段同壁冠状动脉相比,内皮细胞明显受到损伤,容易剥脱,血管表面不平整、僵硬,从超微结构的角度为壁冠状动脉近段容易发生动脉粥样硬化的理论提供了有力证据。
图1 壁冠状动脉近段内皮细胞多呈卵圆形,表面有“虫啄样”改变 图2 壁冠状动脉内皮脱落,基膜粗糙,形成“破溃样”改变 图3壁冠状动脉内皮细胞明显增长 图4 壁冠状动脉内皮细胞微绒毛 图5 壁冠状动脉远段内皮细胞比较完整 图6 壁冠状动脉远段内膜完整(图1、3、5来自同一标本,图2、4、6来自同一标本) 有研究表明血管细胞和血流切应力密切相关,比较一致的结论是:血管内皮细胞在切应力作用下被拉长,其长轴与流场方向趋于一致,其周长和长轴长度与血流切应力大小呈正相关,和形态指数呈负相关。
而细胞面积不因切应力的作用而变化。
我们观察到的壁冠状动脉内皮细胞呈现细长的梭形,其形态指数显著低于其近段和远段,说明壁冠状动脉处血流切应力要高于其他部位,而其近段和远段的形态指数较高提示这些部位的切应力较低,这和临床上观察到的壁冠状动脉及近段的血流动力学的特征是符合的[1]。
切应力对动脉粥样硬化的影响长期受到重视,人们曾认为高切应力可能导致血管内皮的损伤,但近来发现体内血管切应力的增高程度难以达到损伤内皮的程度。
而有关流体力学对病灶分布影响的研究提示动脉粥样硬化常常发生于低切应力的区域[4,5]。
我们的观察结果也为低切应力容易导致动脉粥样硬化的理论提供了新的证据。
对上述现象的机理还未完全肯定。
有人认为血管的低切应力状态可能使脂质大量透过动脉壁导致动脉粥样硬化[6]。
这种现象的原理和心肌桥导致的血流动力学的改变有关,血流通过壁冠状动脉时,其近段血流速度减慢,对该处血管壁产生压力梯度改变,造成血流对血管壁侧压力的重新分布,导致该段血管壁增厚。
已有研究资料显示动脉血流切应力增高(>15 dyneΠcm2)将导致血管内皮处于静息状态,抗动脉粥样硬化的基因得以表达,而低切应力(<4dyneΠcm2)将刺激致动脉粥样硬化的基因得以表达[7]。
高切应力往往增加内皮细胞表达血管舒张因子、生长抑制因子、纤维蛋白溶解物质和抗氧化剂的表达,抑制血管收缩因子、生长因子、炎症介质和黏附因子的表达,使内皮细胞不易受损伤,也不利于细胞增生、脂质摄取和血细胞黏附,具有抗粥样硬化的作用。
而低切应力对内皮细胞基因的调节作用与此相反,使内皮细胞易受化学物质刺激,有利于细胞增生和血细胞黏附,促使粥样硬化的发生[8,9]。
近期的研究已经证实,壁冠状动脉处的内皮细胞血管紧张素和内皮素21的表达水平非常低,而这些因子和动脉粥样硬化的发生密切相关[10]。
