動(dòng)脈粥樣硬化及其并發(fā)癥,，如冠狀動(dòng)脈疾病,、腦血管疾病和外周動(dòng)脈疾病及其急性并發(fā)癥,，是目前我國發(fā)病和死亡的主要原因,。已經(jīng)描述了許多危險(xiǎn)因素,，傳統(tǒng)的危險(xiǎn)因素包括吸煙、糖尿病,、高膽固醇血癥,、動(dòng)脈高血壓、肥胖等,。然而,，血流動(dòng)力學(xué)因素也在斑塊的形成或破裂中起重要作用。這些包括切向應(yīng)力（動(dòng)脈血壓）,、脈動(dòng)心臟輸出的周期性拉伸和壁剪切應(yīng)力（WSS）,。在捷克共和國查理大學(xué)第一醫(yī)學(xué)院、拉貝河畔烏斯季揚(yáng)·埃萬蓋利斯塔·普爾基涅大學(xué)的一項(xiàng)研究中,，討論了WSS在動(dòng)脈粥樣硬化發(fā)生中的作用,，以及WSS評(píng)估的可能性。

由于流體流動(dòng)和兩個(gè)相鄰層具有不同的速度,，因此在該界面處會(huì)產(chǎn)生剪切應(yīng)力,。剪切應(yīng)力取決于這些層之間的速度梯度和液體的粘度。同樣,，流動(dòng)的液體（血液）和血管壁之間存在速度梯度,。為了描述這種相互作用，使用了壁剪切應(yīng)力（WSS）的概念,。WSS 定義為流體在壁面上切向施加的剪切應(yīng)力,。WSS 決定了流體與管壁之間的相互作用程度。對于簡化的 WSS 評(píng)估,，使用以下公式：WSS = （4 μ.v）/r ,。其中μ是粘度，v = 速度，r = 動(dòng)脈半徑,。

如果我們關(guān)注對稱性狹窄（例如由于對稱性動(dòng)脈粥樣硬化斑塊）中的WSS,，血流可以分為4個(gè)部分：（1）入口，（2）節(jié)流或狹窄,，（3）血流分離（肩部遠(yuǎn)端斑塊）和（4）出口,。（圖1）

圖1   沿對稱狹窄的壁面剪切應(yīng)力示意圖。

（1）入口部分,，其中流動(dòng)的性質(zhì)和剪切應(yīng)力由邊界條件決定,。（2）接下來是收縮部分，其中速度曲線由于加速度而變平,。在這個(gè)區(qū)域,，速度剖面幾乎可以像活塞一樣，并且由于壁面附近的速度梯度大,，壁上的剪切應(yīng)力值相對較高,。（3）在收縮之外，可以看到加速的平均流,，由于粘性力而逐漸減慢,，其面積擴(kuò)大到重新附著在壁上的點(diǎn)。該截面中的壁剪切應(yīng)力由分離區(qū)域的大小和其中流動(dòng)的性質(zhì)決定,。然而,，一般來說，與喉部中的流動(dòng)相比,，剪切應(yīng)力顯著降低,，并且反向和不穩(wěn)定的流動(dòng)導(dǎo)致應(yīng)力變?yōu)樨?fù)的和振蕩的。（4）在出口部分,，剪切應(yīng)力在流體重新附著后恢復(fù)為正值,。

在循環(huán)中，內(nèi)皮細(xì)胞（ECs）暴露于由血流引起的WSS,。血流的局部模式?jīng)Q定了WSS的特征,，即其強(qiáng)度、方向,、脈動(dòng)性和規(guī)律性,，這些特征由內(nèi)皮細(xì)胞感知。EC對WSS的敏感性涉及血管發(fā)育和生理過程,，例如發(fā)育血管形成過程中的血管結(jié)構(gòu)模式,、血管反應(yīng)性和血管重塑。WSS 影響內(nèi)皮細(xì)胞的形態(tài),、內(nèi)膜增殖,、分化,、代謝和通訊。在健康條件下,，內(nèi)皮代謝活性高,，有絲分裂穩(wěn)定。

在沒有嚴(yán)重動(dòng)脈粥樣硬化危險(xiǎn)因素的健康兒童中,，動(dòng)脈相對筆直,，動(dòng)脈壁薄，內(nèi)皮層功能完整,，分叉往往具有與最小能量損失相關(guān)的銳角,。與衰老相關(guān)的動(dòng)脈壁結(jié)構(gòu)改變包括組織學(xué)改變（彈性蛋白減少、膠原蛋白增加,、動(dòng)脈粥樣硬化和內(nèi)側(cè)鈣質(zhì)沉著）以及動(dòng)脈擴(kuò)張和延長,。隨著年齡的增長和各種疾病，動(dòng)脈不僅擴(kuò)張而且拉長,。只要成年人體不生長,，動(dòng)脈就沒有伸長的空間。因此,，各種拱形,、彎曲,、扭結(jié)或卷曲發(fā)展,，分叉角度變得更加像鈍角。這些變化導(dǎo)致相當(dāng)大的血流改變（湍流而不是層流）,，從而導(dǎo)致了易發(fā)生動(dòng)脈粥樣硬化的WSS紊亂,。

研究表明，可能有數(shù)十種蛋白質(zhì)和細(xì)胞結(jié)構(gòu)參與感知和機(jī)械傳遞（將機(jī)械力轉(zhuǎn)化為生化過程和信號(hào)通路的過程）,，而不是一個(gè)特定的分子作為WSS受體,。

目前提出了幾種分子來發(fā)揮機(jī)械轉(zhuǎn)導(dǎo)的功能：初級(jí)纖毛、整合素,、糖萼和離子通道,。例如，內(nèi)皮細(xì)胞連接復(fù)合物中的一種蛋白質(zhì)稱為PECAM-1（血小板內(nèi)皮細(xì)胞粘附分子-1）一直是多項(xiàng)研究的主題,。PECAM-1張力增加會(huì)觸發(fā)激酶,，并通過磷酸化激活血管內(nèi)皮生長因子受體，后者在血管生成中起重要作用,。另一種可能的WSS感知方法已被推廣,，它基于張拉整體的原理。這種觀點(diǎn)關(guān)注細(xì)胞的微結(jié)構(gòu),，主要是細(xì)胞骨架,，是主要的傳感器,。通過張力，人們可以看到細(xì)胞的形狀是作用在不同方向的拉力之間精細(xì)平衡的凈結(jié)果,。當(dāng)有力從外部推動(dòng)時(shí),，細(xì)胞骨架會(huì)感應(yīng)到變形，并觸發(fā)生化過程,。

在直動(dòng)脈段中,，血流呈層流狀，WSS 值在生理上保持在 10–50 dyne/cm2 的狹窄范圍內(nèi),。當(dāng)血流需求增加時(shí),，例如在步行、慢跑等過程中,，下肢的外周動(dòng)脈阻力（小動(dòng)脈張力）降低,，而流速和容量增加。速度的提高意味著更高的 WSS,。這被ECs檢測到,，并釋放更多的一氧化氮以擴(kuò)大供血?jiǎng)用}的直徑，并使WSS正?；?。然而，這種理想的機(jī)制在具有相對固定幾何形狀的動(dòng)脈段中是無法實(shí)現(xiàn)的,，例如在分叉的外壁（圖2）或沿主動(dòng)脈弓的內(nèi)壁,，其中血流比沿外壁慢。事實(shí)上,，這些部位最常受到動(dòng)脈粥樣硬化的影響,。內(nèi)皮細(xì)胞傾向于與壁剪切應(yīng)力對齊：壁剪切應(yīng)力越高，細(xì)胞越細(xì)長,，反之亦然,。在狹窄的動(dòng)脈段中，內(nèi)皮細(xì)胞在分離區(qū)失去其細(xì)長的形狀（圖1）,。頸內(nèi)動(dòng)脈最近端具有高度神經(jīng)支配的擴(kuò)張,，稱為頸動(dòng)脈竇，也是斑塊的常見部位,。在頸動(dòng)脈竇中,，動(dòng)脈內(nèi)徑突然變寬，無法流動(dòng),，出現(xiàn)所謂的流動(dòng)逆轉(zhuǎn)模式,，并可通過雙多普勒超聲顯示（圖2），甚至可以定量,。

然而,，與健康對照組相比,，直動(dòng)脈段的WSS在各種疾病狀態(tài)（如2型糖尿病和終末期腎病）中也長期較低,。更重要的是,，較低的頸總動(dòng)脈WSS與較高的內(nèi)膜-中膜厚度、更多的頸動(dòng)脈分叉斑塊有關(guān),，但也與老年受試者的腦白質(zhì)高信號(hào)和認(rèn)知障礙有關(guān),。同樣，低振蕩WSS區(qū)域首先受到冠狀動(dòng)脈壁增厚的影響,。

圖2   頸動(dòng)脈分叉時(shí)血流逆轉(zhuǎn),。

頸動(dòng)脈分叉縱切面在B模式（左）和彩色多普勒圖（右）的圖像。頸內(nèi)動(dòng)脈從擴(kuò)張的部分（球狀或竇）開始,。在收縮期,，直線段的血流加速，但在頸動(dòng)脈竇（藍(lán)色區(qū)域）發(fā)生血流逆轉(zhuǎn),。頸動(dòng)脈竇中的低振蕩WSS是動(dòng)脈粥樣硬化斑塊早期發(fā)展的原因,。

WSS高的區(qū)域包括動(dòng)脈狹窄（圖1），嚴(yán)重主動(dòng)脈瓣狹窄時(shí)的升主動(dòng)脈,，以及動(dòng)靜脈瘺或畸形的供血?jiǎng)用},。在狹窄段中，狹窄部分之后是流動(dòng)分離區(qū)域,，其中WSS變低并具有振蕩矢量,。

長期高WSS的影響既是機(jī)械的，也是生化的,。機(jī)械作用包括內(nèi)皮細(xì)胞剝蝕,、纖維帽變薄,、斑塊出血和鈣化,，但當(dāng)斑塊不是圓形時(shí)，還包括管腔擴(kuò)張,。對體液的影響包括增加一氧化氮的產(chǎn)生,，但也包括生長因子的產(chǎn)生和血管性血友病因子的激活等。換句話說,，長期較高的WSS會(huì)導(dǎo)致斑塊不穩(wěn)定和破裂,。

WSS變化與危險(xiǎn)因素一起在動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)展中起著關(guān)鍵作用。具有長期低WSS的動(dòng)脈部位由于其幾何形狀和管壁變化而無法通過直徑縮小做出反應(yīng),，首先受到斑塊的影響,。這是由于內(nèi)皮通透性和功能發(fā)生了變化。然而,，已經(jīng)表明,，一些患者在直動(dòng)脈段（特別是在頸總動(dòng)脈）中也有較低的WSS,。原因可能是年齡和疾病介導(dǎo)的動(dòng)脈擴(kuò)張。頸總動(dòng)脈中較低的 WSS 可預(yù)測存在分叉斑塊和腦白質(zhì)高信號(hào)的存在,。高 WSS 發(fā)生在動(dòng)脈狹窄中,，似乎會(huì)導(dǎo)致斑塊不穩(wěn)定和凝血激活。

參考文獻(xiàn)：J M, L N, A V, E C, V L, K BS, L L, T G, M P, P M. Wall Shear Stress Alteration: a Local Risk Factor of Atherosclerosis. Curr Atheroscler Rep. 2022 Mar;24(3):143-151. doi: 10.1007/s11883-022-00993-0. Epub 2022 Jan 26. PMID: 35080718.

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