人升主动脉-主动脉弓的几何形态与显微结构
解剖学报2000年第1期第0卷论著
作者：蔡国君姜宗来纪荣明
单位：蔡国君姜宗来纪荣明（第二军医大学解剖学教研室，生物医学工程研究所，上海200433）
关键词：主动脉弓；几何形态；血管平滑肌；弹性纤维；胶原纤维；生物力学
摘要：目的为主动脉弓生物力学和血流动力学研究提供形态学基础。方法应用组织学和计算机图像分析方法，对5例正常成人升主动脉-主动脉弓进行计量形态学研究。结果获得了人升主动脉-主动脉弓几何形态和显微结构成分含量沿轴向和周向连续变化的完整数据。升主动脉根部结构成分以胶原纤维为主，左、右、后瓣环、窦壁的厚度和结构成分含量在血管周向无显著差异。结论人主动脉弓几何形态与显微结构存在血管轴向和周向非均匀性，提示主动脉弓应力应变的不均匀状况。主动脉弓胶原纤维的周向非均匀性不如弹性纤维和平滑肌显著，与其力学性质相符合。
分类号：r322.1+21文献标识码：a
文章编号：0529-1356(2000)01-82
geometricalmorphologyandmicrostructureofthe
humanaorticarch
caiguo-jun
(departmentofanatomy,instituteofbiomedicalengineering,thesecondmilitarymedicaluniversity,
shanghai200433,china)
jiangzong-lai
(departmentofanatomy,instituteofbiomedicalengineering,thesecondmilitarymedicaluniversity,
shanghai200433,china)
jirong-ming
(departmentofanatomy,instituteofbiomedicalengineering,thesecondmilitarymedicaluniversity,
shanghai200433,china)
abstract：objectivetheaimofthepresentstudyistoprovideessentialmorphologicaldataforresearchconcerningbiomechanicsandhemodynamicsofthevessel.methodsaquantitativestudywasconductedon5ascendingaortaandaorticarchspecimensofnormaladulthumancadaverbycontinuousvascularsectionsandcomputerimageanalysis.resultsaseriesofdataweregainedofgeometricalmorphologyandrelativearea(aa%)ofsmoothmusclecells,elastinandcollageninaxialandcircumferentialdirectionsoftheascendingaortaandaorticarch.atthesiteofaorticrootcollagenisthemaincomponent.thedifferenceofwallthicknessandaa%ofthemicrostructuralcomponentsamongaorticringsandwallsofaorticsinusesareallnotsignificant.conclusionthegeometricalmorphologyandmicrostructurealterunequallyinaxialandcircumferentialdirectionsoftheaorticarch,whichreflectstheinequalityofthevascularstressandstrain.theinequalityofcollagenincircumferentialdirectionsisnotassignificantasthatofelastinandsmoothmusclecells,accordingwithwhosemechanicalpropertiesofhighelasticmodulus.
keywords：aorticarch;geometricalmorphology;smoothmusclecells;elastin;collagen;biomechanics▲
升主动脉-主动脉弓是一段弯曲、分支的血管，其形态结构和血流动力学复杂。wasano［1］和sans［2］等对其做过不同侧重的研究，但有关升主动脉-主动脉弓几何形态和显微结构的定量资料尚不完整，对其结构的血管周向和轴向非均匀性未见报道。我们对正常成人升主动脉-主动脉弓进行了系统定量的形态学研究，为其生物力学和血流动力学研究提供必要的形态学基础，为主动脉瘤、动脉粥样硬化等主动脉常见疾病的临床诊治提供形态学依据。
材料和方法
1.取材方法和组织切片
主动脉(包括升主动脉、主动脉弓和部分胸主动脉)新鲜标本5例，均为青年男性，生前无心血管相关疾病史。120mmhg压力下灌注固定后，自主动脉瓣环基底平面起，沿血管轴线量取升主动脉-主动脉弓全长150mm。垂直血管长轴，于a、b、c、d、e各平面处切断血管取材(图1)，其余自主动脉瓣环基底平面至平面a血管段和平面e远段血管，分别按血管轴线长度平均7等分和4等分切断取材。标记血管段方位，以血管弓凸缘为上，凹缘为下，与上、下相垂直的方向，近腹侧为前，近背侧为后。常规石蜡切片，厚4μm。自主动脉瓣环基底平面起，各段切面分别标记为01、02……16。根据han［3］的方法，将升主动脉-主动脉弓全长记为l，各切面距瓣环基底平面沿血管轴线的长度记为x，这样，主动脉上任一切面的位置可以用x/l表示。
图1人升主动脉-主动脉弓模式图。示取材部位：
01：主动脉瓣环基底平面
a：头臂动脉起始处近端(08)
b：左颈总动脉起始处近端(09)
c：左锁骨下动脉起始处近端(10)
d：主动脉狭部中点(11)
e：动脉韧带附着处近端(12)
fig.1diagramofthehumanascendingaortaandaorticarch,
showingthespecialsectionswheremeasurementsweretaken:
01，baseattachmentoftheaorticroot.
a，proximaltotheoriginoftheinnominateartery(08).
b，proximaltotheoriginoftheleftcommoncarotid
artery(09).
c，proximaltotheoriginoftheleftsubclavianartery(10).
d，middlepointoftheaorticisthmus(11).
e，proximaltotheanastomosisofthearterialligamentwith
theaorta(12).
2.切片染色和图像分析
各血管段连续3张切片分别用neubert酸性茜素蓝法、weigert间苯二酚复红法和苯胺蓝法染血管平滑肌、弹性纤维和胶原纤维。光镜下用计算机图像分析测定血管的形态学指标。结果经统计学处理，两组资料比较用t检验，多组资料比较用方差分析。
结果
1.升主动脉根部的几何形态与显微结构
在主动脉瓣环基底平面(切面01)，胶原纤维与弹性纤维含量的比值(c/e值)显著大于主动脉其他部位(图2)，血管平滑肌、弹性纤维和胶原纤维的相对含量在3个瓣环间均无显著差异，左、右、后3个瓣环的壁厚分别为497.0±22.7μm、508.1±26.3μm和499.9±25.7μm，三者无显著差异(图3)。
图2人升主动脉-主动脉弓的c/e值。主动脉根部(切面01，02)的c/e值显著大于主动脉其他部位(p＜0.01)
fig.2thec/eofthehumanascendingaortaandaorticarch.thec/eoftheaorticroot(section01,02)issignificantlylargerthanthatoftheotherpartoftheaorta(p＜0.01)
图3主动脉瓣环基底平面(切面01)切片。l：左瓣环，r：右瓣环，p：后瓣环。
fig.3cross-sectionalviewofthebaseattachmentoftheaorticroot(section01).l,leftaorticring;r,rightaorticring;p,posterioraorticring.thedifferenceofwallthicknessamongthreeaorticringsisnotsignificant.
在主动脉窦平面(切面02)，左、右、后窦壁厚度分别为624.6±29.7μm、631.2±33.4μm和627.5±30.6μm，三者无显著差异。窦壁为瓣环向主动脉壁的延续部分，其显微结构成分含量也界于两者之间，仍以胶原纤维为主，各显微结构成分的相对含量在3个窦壁间也无显著差异。
2.升主动脉-主动脉弓的几何形态学
升主动脉-主动脉弓的管径、壁厚、管壁和管腔横截面积在血管轴向连续变化(图4)。
轴向位置（x-l）
axiallocation
4升主动脉-主动脉弓的几何形态在血管轴向的变化。
fig.4linegraphsshowthegeometricalmorphologyaltercontinuouslyandunequallyalongthe
axisoftheascendingaortaandaorticarch.
表1列出自升主动脉管部(切面03)起各血管切面在不同周向的中膜厚。其中在切面04～06、08～12和切面14等部位，中膜厚在周向呈显著非均匀性(图5，6)，其在不同周向的两两比较见表2。
图5升主动脉中段切片(切面04)。示血管中膜厚周向非均匀性，s：上壁，a：前壁，i：下壁，p：后壁。
fig.5cross-sectionalviewofthemiddlepartoftheascendingaorta(section04),showingthemediathicknessisunequalindifferentcircumferentialdirections.s,superior;a,anterior;i,inferior,p,posterior.
图6主动脉弓切面a切片。示血管中膜厚周向非均匀性，s：上壁，a：前壁，i：下壁，p：后壁。
fig.6cross-sectionalviewoftheaorticarch(sectiona),showingthemediathicknessisunequalindifferentcircumferentialdirections.s,superior;a,anterior;i,inferior;p,posterior.
表1升主动脉-主动脉弓各切面不同周向方向的中膜厚(μm，±s)
table1mediathicknessofaortaindifferentcircumferentialdirections(μm,±s)
切面
section
上
superior
前
anterior
下
inferior
后
posterior
03768.4±56.3727.6±52.1733.6±53.3706.1±44.3
04831.5±70.8734.1±51.6799.9±61.0747.6±64.7**
05833.4±51.6741.3±46.1825.7±77.1762.4±33.6**
06796.5±73.3738.7±67.7821.8±54.2753.5±65.5*
07770.3±68.4733.4±59.4731.1±53.4746.8±53.6
08(a)810.6±57.6746.5±44.0641.2±46.3749.1±42.7**
09(b)736.6±46.8586.1±34.6558.5±64.8589.8±40.0**
10(c)633.9±51.2567.6±44.8587.5±49.5583.8±46.9**
11(d)667.3±68.1584.2±48.5621.0±34.2571.6±38.1*
12(e)629.7±55.4623.8±81.7705.4±41.8588.1±60.2**
13635.7±45.1629.7±75.6623.2±70.2570.1±52.1
14571.0±33.1598.4±64.9551.9±49.2508.7±62.1*
15549.5±33.9556.9±57.1569.3±72.3522.3±54.3
16534.6±34.9554.6±31.2541.1±35.8512.6±33.5
*各方向差异显著(p＜0.05)，**各方向差异非常显著(p＜0.01)，
*and**representsignificantdifferencesatp＜0.05andp＜0.01,respectively,ascomparedincircumferentialdirections,anova.
表2升主动脉-主动脉弓各切面中膜厚周向两两比较
table2.comparisonofmediathicknessofaortabetween
onecircumferentialdirectionandanother
切面(section)040506080910111214
上-前(s：a)**********
上-下(s：i)******
上-后(s：p)********
前-下(a：i)*******
前-后(a：p)*
下-后(i：p)******
*差异显著(p＜0.05)，**差异非常显著(p＜0.01)
*and**representsignificantdifferencesatp＜0.05andp＜0.01,respectively,newman-keultest.
s,superior;a,anterior;i,inferior;p,posterior
3.升主动脉-主动脉弓的显微结构成分
自升主动脉管部起的升主动脉-主动脉弓连续分段切面内，血管中膜平滑肌、弹性纤维和胶原纤维的含量是连续变化的，但c/e值基本恒定(图2)，在不同周向方向，3种显微结构成分的相对含量也多是不均匀的(图7～10)。
轴向位置（x-l）
axiallocation
7升主动脉-主动脉弓各切面不同周向方向显微结构成分的相对含量。
*p＜0.05，各周向方向差异显著，**p＜0.01，各周向方向差异非常显著。
fig.7therelativearea(aa%)ofthemicrostructuralcomponentsindifferentcircumferentialdirectionsoftheaorticmediaalongtheaxisofthehumanaorticarch.*p＜0.05，**p＜0.01，anova.
图8主动脉弓(切面a)平滑肌相对含量的周向比较。neubert酸性茜素蓝染色，8a：血管上壁，8b：血管下壁，×10
fig.8comparisonofrelativearea(aa%)ofsmoothmuscleindifferentcircumferentialdirectionofaorticarch(sectiona),stainedwithneubertacidalizarineblueb,8a,superiorwall;8b,inferiorwall×10
图9主动脉弓(切面a)弹性纤维相对含量的周向比较。weigert间苯二酚复红染色，9a：血管上壁，9b：血管下壁，×10
fig.9comparisonofaa%ofelastinindifferentcircumferentialdirectionofaorticarch(sectiona),stainedwithweigertresorcinolandbasicfushsin,9a,superiorwall;9b,inferiorwall×10
图10主动脉弓(切面a)胶原纤维相对含量的周向比较。苯胺蓝染色，10a：血管上壁，10b：血管下壁，×4
fig.10comparisonofaa%ofcollagenindifferentcircumferentialdirectionofaorticarch(sectiona),stainedwithanilinblue,10a,superiorwall;10b,inferiorwall×4
讨论
1.升主动脉根部的解剖特点
在主动脉窦部，管径和腔面积最大，使心收缩期开放的主动脉瓣并不贴附窦壁，血液在窦内形成涡流，对主动脉瓣关闭功能和冠状动脉充分灌注十分重要［4］。在血管周向，左、右、后瓣环和窦壁在厚度与显微结构成分含量上均无显著差异，左、右、后3个瓣叶在形态和大小上也基本一致［5］，这从形态上旁证了在主动脉口血流作用力可能均匀地分布在血管周向。升主动脉根部的结构成分是以胶原纤维为主的致密结缔组织，c/e值显著大于主动脉其他部位，这种坚韧结构对维持主动脉根部形态，保障主动脉瓣功能很重要。
2.升主动脉-主动脉弓几何形态的轴向非均匀性
弯曲和分支是升主动脉-主动脉弓最显著的几何形态特点，从整体看，管腔面积逐渐减小，呈一定锥度，但变化并不均匀。此外，升主动脉-主动脉弓还存在一些生理或病理性的局部狭窄或扩张。血管的弯曲、分支、狭窄或扩张等几何形态非均匀性对血液流动有重要影响。
3.升主动脉-主动脉弓结构的周向非均匀性
fung［6］在研究残余应力时发现主动脉的结构在周向是变化的。本研究证实自升主动脉管部起的升主动脉-主动脉弓存在结构的周向非均匀性，反映血管应力、应变不均匀。在升主动脉管部，血流在收缩期首先沿下壁达到速度高峰，并因离心力逐渐移向上壁，再形成二次流返向下壁［7］，血管壁在上、下方向所受血流切应力高，其中膜厚和结构成分含量明显大于前、后方向(图5)；在主动脉弓三大分支附近，血流作用于血管上壁的切应力达到动脉中的最高值［8］，因而，上壁中膜厚和各结构成分相对含量普遍较大(图6)；在弓远端，后壁中膜薄，弹性纤维、平滑肌含量低，反映此处血流慢，应力低，这是动脉硬化斑块好发原因之一。我们还发现胶原纤维在血管周向的非均匀性不如弹性纤维和平滑肌显著(图7)，这可能与其力学性质有关，弹性纤维和平滑肌有相对低的弹性模量，在低应力下是主要承载体，而高应力下，承载的主要是胶原纤维，因而正常情况下，胶原纤维对应力变化没有弹性纤维和平滑肌敏感。■
基金项目：国家自然科学基金资助项目(19672072)
作者简介：蔡国君(1970—)，男，哈尔滨市人，医学硕士，讲师
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收稿日期：1998-10-06
修回日期：1999-03-26
（责任编辑：jbwq）
