血管内皮细胞功能检测方法及意义

乔 华,何胜虎

血管内皮细胞是覆盖在血管内腔表面的连续单层扁平细胞,面积 400～500m2,质量约 1.5kg,正常成人约有 1×1012个血管内皮细胞[1]。其已被证明具有多种自分泌及旁分泌功能,可认为是体内最大的内分泌器官,它不仅为血管壁及血流之间的物理屏障,而且凭借对血管张力、炎症、纤溶与凝血和对活性氧族的调节成为血管体内稳态的主要参考者。

1 血管内皮功能检测的重要意义

内皮细胞功能失调指:以血管痉挛,血管收缩,异常的血凝与纤维蛋白溶解和血管增殖为特征的内皮功能损伤[2]。内皮细胞功能障碍表现为血管张力增高,血管外周阻力增高,加重心脑血管负荷,从而引起多种心脑血管疾病。Halcox等[3]研究显示,内皮功能紊乱同样对冠状动脉造影正常的患者心血管事件的发生有预测意义。由此可以推断,冠状动脉内皮功能紊乱可以出现在冠脉造影异常之前,较冠状动脉造影对冠心病具有更早的预测价值。另外有研究证实,冠状动脉造影正常,而血管内皮功能减低的亚群,这一亚群可通过药物和生活方式的干预治疗改善内皮功能而受益[4]。内皮功能的检查以及复查可以揭示不同治疗方案的效果,以帮助我们决定药物的选择,以及是否还需要进一步的治疗[5]。自从 Furchgott和 Zawadaki发现了血管内皮细胞释放内皮依赖性舒张因子以来,多年的研究证实,内皮功能障碍是多种疾病之源,逆转内皮功能障碍是心血管疾病防治的趋势[6]。

2 评价内皮细胞功能的主要方法

2.1 有创评价内皮细胞功能的方法

2.1.1 应用定量的冠状动脉造影方法评价心外膜冠状动脉内皮功能 将乙酰胆碱和硝酸甘油分别分级注入冠状动脉,测量冠状动脉内径对乙酰胆碱和硝酸甘油的反应。乙酰胆碱使内皮细胞合成和释放一氧化氮增多从而起到扩张血管的作用;乙酰胆碱还通过释放内皮源性超极化因子和直接作用于平滑肌引起收缩血管反应。对乙酰胆碱的正常反应是轻度的血管扩张,内皮功能障碍的患者,乙酰胆碱引起血管收缩。血管平滑肌的完整性可通过冠状动脉内注射非内皮依赖的血管扩张剂硝酸甘油引起血管扩张来验证。Ludmer等[7]已经证实上述方法是安全、可行的。

2.1.2 冠状动脉阻力血管内皮功能的评价 对冠状动脉血流量进行调节的各项因素中,最重要的是心肌本身的代谢水平。心肌代谢对冠状动脉血流的调节主要发生在微小血管,冠状动脉血流部分依赖于微血管的内皮功能,因此冠状动脉血流的改变可以大致反映冠状动脉阻力血管的内皮功能。冠状动脉微循环的内皮依赖的血管扩张功能可通过冠状动脉内注射乙酰胆碱评价,如果引起的冠状动脉充血反应减弱则认为冠状动脉微血管存在内皮功能障碍[8]。目前对有创评价内皮细胞功能的方法主要集中在对冠状动脉内皮细胞功能的评价。应用定量的冠状动脉造影方法评价心外膜冠状动脉内皮功能的基本方法在心导管室已经很好的建立起来。该方法是评价冠状动脉内皮功能的金标准[9]。

2.2 无创评价血管内皮功能的方法

2.2.1 血流介导的血管扩张 (Flow-mediated dilation,FMD)血管通过舒张导致血流增加或表现为更精确的切变应激,这一现象称为 FMD[10]。目前,通常以肱动脉直径变化的百分比表示结果,结果显示,肱动脉 FMD测量可反映冠状动脉内皮功能[11]。Celermajor等[12]最早应用肱动脉超声评价内皮功能,通过测量肱动脉 FMD功能来评价内皮功能。Takase等[13]比较了 15例疑诊为冠心病患者肱动脉内皮依赖性血管舒张功能与注射三磷腺苷后的血流图,发现冠状动脉异常与肱动脉 FMD呈显著相关,暗示肱动脉 FMD可以作为评估冠状动脉内皮功能障碍的方法。其原理可能是血管对管腔内理化刺激的反应与其自身调节、调整流量及分布的能力相关。

2.2.2 外周脉搏波形分析 小动脉是血管床中的阻力血管,其扩张依赖于内皮释放一氧化氮。内皮功能障碍时,小动脉的一氧化氮释放减少,使得小动脉扩张能力减弱,导致外周阻力变大;大动脉壁因为有更多的平滑肌和胶原纤维,不容易受内皮释放一氧化氮舒张效应的影响,因此测定小动脉的振荡顺应性和小动脉的阻力可以作为评价内皮功能的一种方法。Christophers等[14]报道,外周动脉压力波形变化对 β2受体激动剂敏感,这种变化基于 β2受体激动剂刺激一氧化氮的释放。应用压力测量法和增加指数定量,观察应用 β2受体激动剂后的桡动脉脉压波形变化,与应用硝酸甘油及血管造影方法对照评价动脉内皮功能,其相关性和可重复性良好,故 β2受体激动剂吸入前后的动脉波形改变可以提供一种无创性的评价内皮功能的方法。

2.2.3 微血管功能检侧 Westermen等[15]首先报道运用激光多普勒-离子电诊透技术测定糖尿病患者皮肤微血管血管内皮细胞功能,该技术是目前惟一的无创性测量微血管内皮功能的方法。激光多普勒仪检侧皮肤毛细血管的血流,而毛细血管反映的是阻力血管的开放情况,故毛细血管血流量大小实际上反映了小动脉和微动脉的扩张程度,结合激光多普勒血流仪可测定用药前后局部皮肤血流量的改变,以此评价血管内皮细胞依赖性和非血管内皮细胞依赖性血管舒张功能。

2.2.4 外周血检测内皮细胞形态以及数量 当内皮细胞受到各种因素而发生损伤时,可导致血循环中内皮细胞的形态和数量异常。正常人的外周血内皮细胞多为核缺如、细胞皱缩,提示为正常组织新陈代谢致衰老导致的细胞脱落。急性心肌缺血或急性心肌梗死时,其计数可明显增加。此方法可反映内皮细胞的异常变化,简单直观,对判断血管性疾病的病情变化,指导治疗有参考价值。

2.2.5 其他 多平面食管超声心动图能很清晰地显示左前降支冠状动脉,且声束方向与血流夹角很小,便于测得最大血流速度,是一种较好的损伤小的评价冠状动脉血流的手段。Anthony等[16]发现该方法能很好地评价冠状动脉内皮功能。此外,正电子发射断层扫描[17]和时相对比的磁共振成像[18]可以分别定量心肌和冠状动脉的绝对血流量,与冷加压实验联合可以用于评价内皮功能。

2.3 内皮功能障碍的循环生物标记物

2.3.1 一氧化氮及与血管张力相关的分子剂型 血管内皮细胞自精氨酸通过一氧化氮合成酶 (eNOS)形成一氧化氮,eNOS除总 NOS(t-NOS)有两种异构体,包括诱异型 (iNOS)及固有型 (cNOS)[19]。在上述过程中四氢生物喋呤及左旋精氨酸耦合催化内皮依赖性一氧化氮的产生[20]。因此当辅助因子四氢生物喋呤不足,或有拮抗物存在,如不对称二甲精氨酸 (ADMA)存在时,则有一氧化氮的生成不足和血管舒张功能的损害[21],而同型半胱氨酸导致内皮功能障碍的机制很可能是通过 ADMA水平的增加引起,ADMA作为一个冠心病的预测因子已被越来越多的临床研究证实[21]。由血管内皮细胞释放一氧化氮导致的血管扩张称为内皮依赖性血管扩张,而对外源性硝酸甘油给予后的血管扩张则称为硝酸甘油介导的血管扩张 (NMD),鉴于生化测定一氧化氮变异性较大,二维彩超可在反应性充血条件下监测肱动脉的血流介导的内皮依赖性血管舒张功能并与硝酸甘油介导的血管扩张 NMD比较[22-23]。此项超声检测已经是众多研究作为判断内皮功能障碍最可靠的手段,其判断内皮功能障碍存在及其程度与实体动脉粥样硬化(AS)斑块的易损性,未来冠心病事件及心力衰竭的发生率均密切相关,已成为当前临床研究监测内皮功能障碍的金标准,将在心血管危险性的临床估测中起重要作用。内皮素-1(ET-1)是血管内皮细胞产生的强烈的血管性缩性多肽,已证明在血脂异常及 AS时常伴发内皮功能障碍而有 ET血浓度明显升高,且与受累血管的数量呈正相关[20,24],此外 ET-1增加血管内皮细胞损伤脱落,血中循环内皮细胞 (CEC)升高,并与 ET呈正相关,提示 CEC也可与 ET-1同样作为内皮功能障碍存在的指标。内皮功能障碍及 ET-1升高,均可抑制前列环素 (PGI2)的合成和释放,同时又促进血小板血栓烷 A2(TXA2)的产生,引致 PGI2/TXA2的失衡而加重血管张力的增加及 AS的发展,也可作为内皮功能障碍存在的一个参考指标,可用通常使用的放免法测定。

2.3.2 与炎症相关的内皮功能障碍标记物 AS是一种炎症性疾病的概念已被广泛接受[25],因此炎症标志物的检测对冠心病及 AS的诊断有重要的临床意义,但应强调某些标志物特别是涉及与血管黏附性增加的常与内皮功能障碍密切相关。内皮功能障碍存在时,这些相关分子可从血管内皮细胞表面脱落,以可溶性形式存在于血液中而被检测。它们包括可溶性细胞间黏附分子 (sICAM-1)、血管细胞黏附分子 (VCAM-1)及 P-选择素。

2.3.3 与血栓形成相关的内皮功能障碍标记物 包括组织因子、组织型纤溶酶原激活剂、冯维勒布兰德因子、纤溶酶原激活物因子抑制剂 (PAI-1)等。

2.3.4 与需氧细胞在代谢过程中产生的活性氧族 (ROS)有关的内皮功能障碍标记物许多研究表明 ROS直接灭活一氧化氮激活 TXA2,促血小板黏附聚集,并直接破坏细胞膜使血管内皮细胞受损。脂质过氧化链式反应在 AS始发及进展中起重要作用[26],低密度脂蛋白胆固醇 (LDL-C)经过氧化后转变为氧化修饰性 LDL-C(OX-LDL),其理化性质发生明显变化,从而被巨噬细胞摄取,使后者转变为富含胆固醇的泡沫细胞,进入血管壁成为动脉壁上始发的 AS病变。OX-LDL可用单抗 ELISA法检测,而超氧化物 (O2-)的测定可根据 Fenton反应原理,用 Gress试剂显色,形成红色物质,其呈色与OH的多少成正比关系,可用分光光度计测定吸光度值,ROS的检测除 OX-LDL、O2-外,也可检测常用的超氧化物歧化酶作为标记物,可用黄嘌呤氧化酶法检测。

3 总结和展望

目前,逆转内皮功能障碍已成为心血管病领域一个新的研究方向,可以为心血管疾病的诊断、治疗提供新的思路,具有广阔的研究前景。临床内皮功能的检测及疗效的评价需要客观、可靠、可以推广的指标。目前对有创评价内皮细胞功能的方法主要集中在对冠状动脉内皮细胞功能的评价。应用定量的冠状动脉造影方法评价心外膜冠状动脉内皮功能的基本方法在心导管室已经很好的建立起来。该方法是评价冠状动脉内皮功能的金标准[27]。但是由于操作有创、价格昂贵而且应用限制在导管室,需要有经验的专家操作,所以只适用于有适应证进行心导管检查的患者,而不适合于临床前的动脉粥样硬化的研究,也不宜重复检查。其他有创检查方法也因为患者的接受程度、费用、实施检查所需要的硬件条件等原因未得到充分的普及。无创性检查方法由于其对身体的无创伤性、相对低廉的检查费用以及简单易行性,可以检查无症状的患者和儿童等特点,更易于被人们接受。其中,高分辨率超声探头用于肱动脉血流介导舒张功能的测定,可以在 AS功能性改变的极早期(内皮功能障碍)检测出内皮依赖性血管舒张功能受损,其方法不仅无创,而且具有良好的精确性和可重复性、可重现性,成为目前替代血管内皮功能有创性测定的重要方法[28],但其推广受到条件的局限 (如价格高昂的彩超探头)。根据大量研究结果提示,脂质的过氧化参与各类心血管疾病以及代谢疾病的发生、发展,脂质过氧化产物检测技术已经相对成熟,且操作简单、检测费用低廉。作为无创检测内皮功能的方法由于其以上特点有可能在临床得以推广应用,并将加深临床上对内皮功能的认识,推动对内皮功能障碍的治疗。

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