腹主动脉瘤的发病机制及类型

(一)发病原因动脉粥样硬化被认为是腹主动脉瘤的最基本的病因，肾动脉开口以下的腹主动脉是粥样硬化最易发生的部位，也是动脉瘤最易形成的部位，并常常延伸至主动脉分叉处，仅有2%～5%的腹主动脉瘤发生在肾动脉开口上方，后者大多是胸主动脉瘤向腹主动脉的延伸所致。遗传性因素在腹主动脉瘤的发展中起一定作用，有报道约有28%的患者一级亲属中有遗传性疾病，进一步的研究也表明，细胞组织的缺陷也是腹主动脉瘤的发病因素，可表现为主动脉中层弹力纤维断裂和炎症反应，有大量的巨噬细胞和细胞活性物质的浸润。(二)发病机制为了解腹主动脉瘤的形成，我们首先应该了解一下正常动脉壁的结构，弹力蛋白和胶原蛋白是主动脉壁最重要的结构成分，它们与平滑肌细胞一起共同构成主动脉的中膜，正常情况下，弹力蛋白呈折叠的筛状结构，在外力作用时，可以比其自然长度伸展70%，为动脉提供纵向上的回缩牵引力和周径方向上维持动脉正常截面积的牵引力，是动脉壁承受压力负载的第一级力量，它的降解是动脉形成瘤样扩张的关键起始步骤，动脉壁中胶原蛋白的主要形式是胶原蛋白Ⅰ型和Ⅲ型，胶原纤维由三股螺旋形缠绕的多肽链构成，伸展性虽小，但抗拉强度却比弹性纤维大20倍，其功能是维持动脉壁的抗张强度，正常结构时，主动脉的胶原蛋白是按照弹力蛋白承担负荷的形式围成的，从而使主动脉成为一个易于伸展的弹性管道，当负荷增加，且血管持续伸展时，胶原纤维即螺旋形展开，并作为承担负荷的成分，而补充弹力蛋白的作用，使血管减少膨胀，弹力蛋白是负荷的主要承担者，而胶原蛋白则作为储备，充当起牢固而且几乎不扩张的安全网络，二者构成的基质层对压力负载有一个明确的界限，遗传基因的异常，弹力蛋白和胶原的降解，动脉硬化对基质连接层的毁损以及逐渐增大的脉冲压力，都集中作用于该层，超过一定的限度，将导致腹主动脉瘤的形成。1.动脉硬化的作用由于腹主动脉瘤和动脉硬化均主要发生于老龄人群，两者常并存，故人们一直认为腹主动脉瘤是动脉硬化演变的结果，并常把之描述为“动脉硬化性的腹主动脉瘤”，研究表明，粥样硬化与动脉瘤的形成和扩张有关，其可能机制主要有以下3个方面，首先，由于缺乏滋养血管，人腹主动脉壁的营养供应主要来源于管腔内血液的弥散，而动脉硬化斑块及其附壁血栓的形成，势必造成营养弥散障碍，导致动脉内膜，中膜的坏死，使管壁力量薄弱，易于形成动脉瘤，其次，动脉硬化斑块脱落后，裸露的平滑肌细胞将激活胶原酶，使大量的胶原蛋白降解，这也是导致主动脉壁中膜薄弱易于成瘤的因素之一，此外，在低切应力区域(如主动脉分叉的上方)，血流迂曲，血液中的致硬化因子与管壁接触时间延长，硬化斑块及其附壁血栓使分叉处的两个髂总动脉口径更狭窄，从而使主动脉壁承受更大的反射压力，也极易诱发动脉瘤的形成。Allardice等人的研究结果表明，在腿部及颈部动脉有硬化表现的病人中，腹主动脉瘤的发病率明显增加，而Gaspar通过对进行腹主动脉瘤手术的病人的研究发现，在约44%的病人中同时患有动脉硬化性疾病。尽管近来的研究提示动脉硬化很可能是一种与腹主动脉瘤相并存的疾病，在其形成和发展过程中发挥着趋动作用，但多数研究和临床资料表明，动脉硬化仍是腹主动脉瘤最常见最重要的原因。2.腹主动脉的结构缺陷与主动脉壁结构成分的变化是导致腹主动脉壁力量减弱，是腹主动脉瘤形成必不可少的局部因素，首先与主动脉相比，腹主动脉壁比较薄弱，弹力蛋白层数目显著减少，往往低于40层，实验证明，当主动脉的弹力蛋白层经破坏降至40层以下时，就易形成动脉瘤，弹力蛋白的半衰期为70年，这刚好与临床上动脉瘤的发病高峰时期相一致，其次，腹主动脉的滋养血管较少，其中膜，内膜的营养供应主要来源于管腔内血液的弥散，当有动脉硬化斑块形成时，可导致营养弥散障碍，以至内膜，中膜坏死，管壁变得薄弱，再次，腹主动脉壁的修复能力较弱，平滑肌细胞在血管壁受到损伤的修复中起到重要的作用，而该细胞需要在脉冲压震荡力的刺激下合成胶原和弹力蛋白，由于腹主动脉的僵硬度较大，脉冲压对平滑肌细胞刺激的震荡力减少，其合成动力下降，再加上血管发生瘤性扩张后，有许多平滑肌细胞被纤维化的结缔组织所代替，使得胶原蛋白和弹力蛋白的合成减少，定量分析显示，正常主动脉中层的干重组织中弹性纤维占35%，但在动脉瘤患者仅占8%，已有的动物模型证明，在动脉内滴注弹力蛋白酶或开腹暴露一段腹主动脉用弹力蛋白酶浸渍，破坏弹性蛋白，均可导致腹主动脉瘤的形成，1988年Loosemore等人也提供了胶原蛋白质和量的变化，可能是动脉瘤形成基础的证据，就这样，动脉壁的基质不断失活和降解，同时又不能得到有效的营养和及时的补充，修复，使得动脉壁不断变薄，强度下降，最终导致动脉瘤的出现。腹主动脉的局部负荷增加，在动脉瘤的形成过程中同样起着不可忽视的作用，主动脉系统中，由近心端向远心端，其顺应性逐渐变小，加上其先天的上阔下窄的椎形结构，使得主动脉壁承受的压力由上向下逐渐增大，另外，传向周围血管动脉血压脉冲在腹主动脉内被反射放大，其大小决定于主动脉和分叉后血管口径的比例，当两个髂总动脉口径的总和是腹主动脉口径的1.1～1.2倍时，该反射最小，随着年龄的增长，该比例逐渐下降，50岁时已降至0.75，临床上肾动脉以下的腹主动脉段动脉瘤的发病率最高，这是由于在高龄患者常伴有动脉硬化疾患，动脉硬化斑块及其附壁血栓，使分叉处的两个髂总动脉的口径更狭窄，从而使肾动脉水平以下的腹主动脉段承受更大的反射压力，加之局部致硬化因子的滞留时间较长，从而使该部位动脉瘤的发病率明显增高。3.遗传学因素的作用研究表明，腹主动脉瘤具有家族遗传的倾向，Johnson和Koepsell对250例腹主动脉瘤患者及对照者的家族史进行了比较，发现19.2%的患者与已知的动脉瘤病人具有一级血缘关系，而在对照者中仅为2.4%，其患病的危险性增加了11.6%，尤其同胞兄弟具有更大的危险性，腹主动脉瘤遗传主要为X染色体的伴性遗传，以及常染色体显性遗传，弹力蛋白和胶原蛋白的遗传缺陷，会直接引起主动脉壁的薄弱，而各种酶的遗传变化，则使动脉壁基质结构蛋白的失活和降解增加，以及其间的整合联合受到破坏，从而间接导致动脉壁的薄弱，如Marfan综合征发生的胸腹主动脉瘤。(1)与弹力蛋白降解有关的基因变异：弹力蛋白的基因变异尚未在动脉瘤病人中得到证实，目前比较清楚的是第16号常染色体长臂上的结合珠蛋白基因和与其相邻的胆固醇酯转移蛋白基因的变异，腹主动脉瘤患者当中，结合珠蛋白α1等位基因的表达频率明显增加，致使结合珠蛋白的合成增多，该蛋白可以促进弹力蛋白酶对弹力蛋白的降解，从而影响到动脉壁弹力结缔组织的完整性，导致动脉瘤的发生，而胆固醇酯转移蛋白基因的变异，可影响到脂类代谢，使患者血液中高密度脂蛋白(HDL)的浓度下降，而甘油三酯，低密度脂蛋白(LDL)的浓度升高，导致动脉硬化的出现，间接促进动脉瘤的形成和发展。与之相对应的是α1-AT(α1抗胰蛋白酶原)基因表达的缺失，α1-AT是弹力蛋白酶的主要抑制剂，负责α1-AT的基因表型约35%为单合子基因，这种基因表型在约90%的腹主动脉瘤病人中不发生表达，从而使α1-AT的抑制水平明显下降，弹力蛋白酶的活性则显著上升，大量的弹力蛋白被降解，主动脉壁变得薄弱，易于动脉瘤的发生和发展。(2)与胶原蛋白及其代谢有关的基因变异：Ⅲ型胶原基因的一个或单个碱基发生突变，其619号位的甘氨酸被精氨酸所取代，可引起Ⅲ型胶原蛋白的异常表达，实验已经证明这与腹主动脉瘤的形成有关，但由于该基因突变表现为个性化，而未在广大病人中得到证实，最近一项关于54例腹主动脉瘤患者基因变异的研究结果提示，Ⅲ型前胶原蛋白的基因突变虽仅存于少数患者，但单个氨基酸残基的替换也会使胶原蛋白发生深刻地质的变化，该基因突变在腹主动脉瘤的发病中起着重要作用。与胶原代谢有关的胶原酶抑制体的基因则位于X染色体上，在腹主动脉瘤病人中，该基因出现缺失，胶原抑制体的合成减少，胶原酶抑制水平降低，最终导致胶原的降解明显增加，动脉壁薄弱，动脉瘤形成。总之，腹主动脉瘤的遗传是一个非常复杂的多因素机制，它牵涉到数个不同的基因，正是由于这些基因的相互协同作用，才导致了动脉瘤的发生和发展。4.酶化学的作用(1)弹力蛋白酶的作用：研究结果表明，腹主动脉瘤患者壁内弹力蛋白酶的含量及活性均高于主动脉阻塞患者，目前中性粒细胞弹力蛋白酶(NE)和平滑肌细胞弹力蛋白酶(SME)已罅康腘E也被同时携带于动脉壁上，另外，在动脉硬化发生后，动脉壁的平滑肌细胞受刺激大量产生和分泌SME，这两种弹力蛋白酶的大量增加，使弹力蛋白的降解率异常升高，其正常的折叠筛状结构被破坏，在纵向及周径方向上均不能提供足够的弹性牵引力，从而造成动脉迂曲变形，进一步扩张成瘤，整个主动脉壁内弹力连接组织的裂解破坏，为动脉瘤的形成奠定了基础，弹力蛋白酶活性的升高除受遗传学因素影响外，还受到诸多环境因素的影响，有研究表明，吸烟，创伤，高血压等可促使弹力蛋白酶的活性在原来的基础上升高2倍。(2)胶原酶的作用：研究表明，腹主动脉瘤患者主动脉壁内的胶原酶浓度及活性均增加，其可能机制为胶原酶抑制体基因表达的缺失，另外当弹力蛋白被降解后，动脉所形成的气球状瘤变，也能激活胶原酶，在浓度和活性均增加的胶原酶的作用下，胶原的正常结构遭到破坏，降解显著增加，使动脉壁的抗张强度明显下降，当胶原的储备耗竭，无法承受因弹力蛋白失活所转嫁的压力负载时，动脉瘤即发生破裂。(3)金属酶的作用：1984年Tilson等在制作腹主动脉瘤的动物模型时发现，小鼠铜代谢的缺乏，将引起一种含铜的金属酶——溶解氧化酶的活性下降，而该酶对胶原和弹性蛋白的整合连接起着重要作用，提示该酶的缺乏，将导致主动脉壁的薄弱，易于动脉瘤的发生，Menkes综合征的患者中也同时发现有动脉壁弹性组织的减少和铜代谢的异常，说明金属酶的异常在腹主动脉瘤的发病中，也起着一定的作用，1994年Karen等人的研究发现，在腹主动脉瘤患者当中，与锌有关的基质金属蛋白酶MMP-3和MMP-9的活性均增高，该酶主要负责血管壁中基质成分的降解，而动脉壁正常基质成分的破坏，将导致动脉壁的薄弱，严重时可形成动脉瘤。5.危险因素以上诸多因素为腹主动脉瘤形成的基本条件，而各种危险因素则在动脉瘤的发生发展当中起了促进作用。(1)吸烟：二十多年前即明确了吸烟与腹主动脉瘤之间相关密切，腹主动脉瘤的发生率随着香烟消费的升高而增加，这除和香烟焦油中多种有毒成分有关外，烟草燃烧时产生的气态物质被吸收入血后，可以将蛋氨酸氧化成蛋氨酸亚砜，从而致α1-AT失活，蛋白水解酶的活性增加，加重主动脉壁弹力蛋白的降解，引起主动脉壁力量的减弱，导致动脉瘤的发生和发展，统计表明，吸烟者死于动脉瘤破裂比不吸烟者多4倍，而吸烟成癖者比后者要多达14倍。(2)炎症反应：在4%～10%的腹主动脉瘤病人，手术时发现具有较厚的白色瘤壁，与周围粘连紧密，这就是所谓的“炎性腹主动脉瘤”，其特征为大量的炎性细胞浸润，常蔓延至主动脉壁外远处的周围组织，目前认为这种动脉瘤性变化，是动脉壁成分的自身免疫反应，脂质氧化产物——蜡样质，渗出毗邻组织引起的。对任何动脉瘤的主动脉壁进行组织学检查，均可以见到不同程度的炎性浸润，并且淋巴细胞和组织细胞在外膜和中膜的炎症浸润范围是与触诊时的压痛和扩大的主动脉直径相关的，近来的研究表明，巨噬细胞和活化的T，B淋巴细胞均参与慢性炎症反应，在炎症过程中巨噬细胞分泌的TL-1B和TNF-α起到了重要作用，他们可以刺激金属蛋白酶的产生，促进结缔组织的降解，从而削弱和破坏主动脉的中层，因而炎症也可能是腹主动脉瘤的诱因之一。(3)创伤的影响：有文献报道，10例病人在经历剖腹探查术后36h内出现腹主动脉瘤的破裂，这很可能是剖腹探查打乱了基质蛋白结缔组织合成代谢与分解代谢之间的动态平衡，而成为促使动脉瘤破裂的危险因素，研究表明，手术创伤如肠切除，剖腹探查等均可引起主动脉弹力蛋白酶活性的明显增加。(4)高血压的作用：高血压也是腹主动脉瘤的危险因子，它与其发病率的增高和破裂危险性的增加均有联系，近来腹主动脉瘤的紧缩棉线小鼠模型的研究结果表明，高血压的存在是动脉瘤形