主动脉瓣膜钙化

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看超声看的头大,所以今天来聊一聊主动脉瓣钙化(Aorticvalvecalcification,AVC)。

位于左心室和主动脉交界处的主动脉瓣膜,其功能由复杂的、高度分化和高度响应(机械和生物学)的动态宏观组织和微观结构实现,其中无血管的主动脉瓣叶由纤维层(靠近主动脉侧),中央层(海绵体)和心室层组成。通常,瓣叶的厚度≤1mm,由外表面的瓣膜内皮细胞(Valveendothelialcells,VECs);瓣膜间质细胞(Valveinterstitialcells,VICs),<5%的平滑肌细胞,以及成肌纤维细胞组成的三层构成。如下图:(记住这些缩写~)

图1主动脉瓣叶的分子结构。其中,VEC可限制炎症细胞浸润和脂质积聚;纤维层最接近主动脉侧,包含I型和III型纤维状胶原,并具有承重功能;海绵层/海绵体内含有糖胺聚糖(GAG),当在心动周期中发生剪切和变形时,GAG可润滑纤维层和心室层;心室层则含有弹性蛋白纤维以减少径向应变

正常瓣膜细胞和基质结构可因暴露于生物化学(高胆固醇血症,高血糖)或机械应力(高血压)而受到破坏(机械应力升高或剪切应力降低均会引起内皮破坏,譬如不存在冠脉血流的无冠瓣瓣叶,因剪切应力较低,通常第一个受损)。这其中,覆盖在冠窦和瓣叶表面的单层VEC与主动脉内膜表面的内皮细胞并不相同。即便单看瓣叶本身,覆盖纤维层和心室侧的VECs还分别具有不同的基因表达谱,因此VEC可能有助于调节瓣膜钙化,纤维层的VEC有望促进钙化,而心室面的VEC则下调钙化。与之相反,VICs则为异质细胞的集合,具有成纤维细胞、平滑肌细胞和成肌纤维细胞的可变和动态特征,在正常的主动脉瓣膜中,大多数VIC表现为成纤维细胞表型,但当受到某些生物力学或生化刺激时,会被激活表现出成肌纤维细胞表型,出现收缩特性以及增加蛋白质合成。在某些刺激下,VIC还可表现出成骨细胞的表型。有趣的是,老年成人的瓣膜VIC密度仅为胎儿的10%,胶原蛋白纤维也会随着年龄的增长逐渐增加排列,这证实成年后瓣膜结构仍不断“蠕变”,并与瓣膜游离缘顶端逐渐变硬相符。(人老瓣膜先老~)

图2涉及VIC的主动脉瓣钙化机制的假说,目前尚不清楚这些途径是相互排斥还是叠加的,及其程度(细胞凋亡/营养不良/被动钙化理论,骨化/主动钙化理论)

图3主动脉瓣钙化的分子、细胞和生物力学机制(注意钙化大多数位于纤维层)

因此药物治疗有了两个总体方向:1)抑制钙化调节剂;2)主动脉瓣叶组织中的诱导吸收剂。然而,即使靶向治疗成功(不靶向就连骨组织一块破坏了),矿物质吸收后也会留下破损的小叶。

图4正常主动脉瓣和严重钙化者的比较,注意严重钙化者的组织病理切片显示存在纤维化组织和钙化结节,多余的纤维化组织会使组织增厚,而钙化结节则会改变小叶的正常结构

图5主动脉瓣膜纤维钙化过程中与性别有关的信号通路。蓝线代表男性,红线代表女性,绿线代表通用信号通路(所以为什么说男性患者钙化多见~)

主动脉瓣或者血管的钙化沉积通常类似骨,在早期观察中,即被描述为类似骨骼的成分,但其组成成分究竟为何?例如磷酸钙已知就有超过10种不同的存在阶段/形式,斑孔雀、螳螂、虾外骨骼的一部分也是由磷酸钙组成的,但与血管和瓣膜钙化沉积并不相同。电子显微镜下显示,主动脉瓣叶的无机钙化病变具有以下三种结构,如下图6,最常见的结构是nm至5um圆形颗粒,由钙、磷酸、氧和镁组成,由从中心沿径向的同心矿物质层组成。(注意这种主动脉瓣叶中的球囊矿物颗粒在组成和结构上,与基质囊泡完全不同)

图6主动脉瓣钙化的纳米结构和组成。(A)钙化颗粒;(B)钙化纤维;(C)钙化颗粒的纤维照片,注意钙化球;(D)穿过钙化球形颗粒的电子显微镜图像;(E)球形颗粒(红色箭头),紧密无定形磷酸钙(白色箭头)和胶原蛋白纤维(黑色箭头);(F)和(G)钙化球形颗粒的电子衍射图

另两个常见结构是钙化纤维和致密钙化,具有这些结构的大多数钙化病变可能是由于退行性变/营养不良钙化造成的,尽管有报道称13%的钙化病变具有成熟的层状骨组织特征,但大多数缺乏纳米级骨组织表现。有意思的是,钙化病变中的大多数矿化物质不会与胶原纤维互相作用,相反会保持自己的独立结构特征。

图7骨骼与主动脉瓣钙化病变特征比较。与不均匀的主动脉瓣钙化相比,骨骼的层次和结构要有序得多

今天就姑且聊到这了,最后看一个,3D打印出的培训测试用主动脉瓣钙化模型。笔者今晚重新开始听了《极乐净土》,神曲不愧是神曲~无限循环~~

本视频有声音,点开需谨慎》》》

视频13D打印的主动脉瓣狭窄模型。使用一名71岁女性患者的CT数据,为了准确模拟真实的钙化,使用3D-打印机堆积0.75mm的三角形创建了人工钙化。模拟的钙化病变较脆,可轻易使用手术器械压碎,因此可用于训练精密的手术技巧

引用文献:

1.FrancesoSturla,MattiaRonzoni,MattiaVitali,etal.Impactofdifferentaorticvalvecalcificationpatternsontheout


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