冠状动脉的解剖生理特性

第一节　冠状动脉的解剖生理特性

一、冠状动脉的几何解剖学特性

冠状动脉系统包括心外膜冠状动脉和心肌内冠状动脉两大部分，通常临床造影所显示的即心外膜冠状动脉，也是生物力学的主要研究范畴。心外膜冠状动脉走行于心包和心外膜之间，周围是疏松结缔组织，心肌内冠状动脉斜行于心肌片层间隙，直接受到被包绕心肌的舒缩运动的影响。心外膜下层心肌是一层较薄且表浅的螺旋肌，在心脏舒缩运动中发挥着调节机制，可带动该处冠状动脉发生旋转运动，在冠状动脉血液心肌灌流中有助于防止收缩期血液反流。

国内姜宗来率先对常用的家兔、大鼠、猫等实验动物的冠状动脉分支分布、分布类型、动静脉关系和心壁内动脉的分布规律，进行了形态解剖学和比较解剖学的研究。此后，又利用Strahler血管分支模型对人和犬冠状动脉分支的几何形态进行测量分析，从几何形态学的定量角度，探讨了左、右冠状动脉的形态特征，认为左冠状动脉是心脏的首要供血动脉，即生理上的优势动脉，并指出冠状动脉的直径、长度及分支数目与分支级数呈指数函数关系，冠状动脉分布的优势分型标准应考虑血管管径这一重要因素。在此基础上，利用工程学假定某种目标泛函并选择设计参数，使其目标泛函最小。把最优化问题当作数学的极小值问题处理概念，应用在冠状动脉的分支结构上，提出了冠状动脉的最优化问题，得出人冠状动脉系统的分支结构符合Murray的最小能量原理结论。在常见的实验动物中，猫的冠状动脉分布特点更接近于人，以右冠状动脉优势型居多，均衡型其次，前室间支多终于心尖区，后室间支房室结动脉多来源于右冠状动脉，这些特点与人相似；而家兔和大鼠的左心壁内冠状动脉的分布类型则接近于人类，其分支型动脉（class A）发自外膜冠状动脉，树枝状分布，供应心肌全层，包括心内膜；主干型动脉（class B）直接由外膜冠状动脉垂直进入心肌，管径无明显变细，直达内膜。

因此，长期以来人们普遍认为心外膜冠状动脉分支是以直角和锐角方式进入心外膜下心肌层。然而，尹立雪采用高频超声结合心肌超声造影观察比格犬生理状态下左前降支心外膜及心肌内冠状动脉分支、空间位置及走行方向，发现以锐角方式进入心肌层比直角方式更符合管道流体力学、伯努利方程及流体质量和能量守恒定律。当管道分支成直角时会产生较大的切应力，引起管壁塌陷、心肌缺血，加重虹吸现象的发生，最终导致直角分支灌流量减少。反之，管道分支夹角呈锐角时，分支流量平行于主流，降低了系统的能耗损失。同时，流体切应力对管壁的损伤也可降至最小。这种形式不仅有助于舒张期冠状动脉血液灌流，更有助于防止收缩期由于心肌挤压导致的反流。锐角连接的方式更符合伯努利方程和雷诺方程原理和心脏自身舒缩运动特点。

二、冠状动脉的增龄性改变

随着年龄增加，冠状动脉的几何特性也会发生明显变化，从而影响其力学特性。Ozolanta等首先较为全面地研究了冠状动脉形态学指标的年龄性改变，发现随年龄增加，左、右冠状动脉管壁厚度均增加，但其增厚过程在不同节段和层次并非一致。左冠状动脉壁厚可由1岁内的0.2mm增至60岁以后的0.83mm，右冠状动脉壁厚可由0.16mm增至0.78mm。管径也发生相应变化，左冠状动脉管径由（1.26±0.15）mm增至（3.48±0.90）mm，右冠状动脉管径则由（1.61±0.12）mm增至（4.16±0.45）mm。高血压或冠状动脉循环灌流压的变化会加速或加重其增龄性改变。

三、冠状动脉的显微结构成分

冠状动脉管壁厚度和管腔内径的增龄变化源于冠状动脉管壁显微结构成分的改变，管壁从管腔面向外依次分为内膜、中膜和外膜。内膜由内皮细胞、基板和内皮下层（其间含有少量胶原纤维、弹性纤维、纵平滑肌）组成，中膜主要由血管平滑肌组成，其与内皮细胞形成肌内皮连接（myoendothelial junction），借助这种连接平滑肌可接受来自血液和内皮细胞所传递的化学信息，同时中膜的弹性纤维具有使扩张血管回缩的作用，胶原纤维则起维持张力的作用。外膜由含螺旋状或纵向分布的弹性纤维和胶原纤维构成疏松结缔组织。由此可见，冠状动脉管壁的增龄性改变主要发生在内、中膜。管壁的平滑肌、胶原纤维和弹性纤维的含量及空间构型是决定血管功能与力学性质的重要因素。以往学者曾用生化方法、点记数法及显微分光光度法等方法对冠状动脉显微结构成分进行定量研究，与其他动脉相比，人和犬的冠状动脉具有较高胶原蛋白（collagen）与弹性蛋白（elastin）比值（即C/E值），表示其胶原的含量相对较多，这与冠状动脉传输血液的功能相适应。相对较多的胶原含量能使冠脉承载较高的应力，有较大的扩张储备能力，同时又可以限制血管的过度扩张，以维持血流量的相对稳定。冠状动脉显微成分含量特征，是冠状动脉血流调节的众多影响因素之一。