Vaatwandstijfheid, of arteriële stijfheid, is een van de vroegst waarneembare manifestaties van verslechterende structuur en functie van de slagaderlijke vaatwand. Met name de centrale (grote) slagaderen zijn onderhevig aan deze veranderingen. Pathologische verstijving van de slagaderen wordt arteriosclerose genoemd (niet te verwarren met atherosclerose.) Verscheidene studies hebben aangetoond dat een verhoogde vaatwandstijfheid een onafhankelijke voorspeller is van hart- en vaatziekten (HVZ) en sterfte in het algemeen.Blacher J, Guerin AP, Pannier B, Marchais SJ, Safar ME, London GM. Impact of aortic stiffness on survival in endstage renal disease. Circulation. 1999; 99: 2434-2439Pannier B, Guérin AP, Marchais SJ, Safar ME, London GM. Stiffness of capacitive and conduit arteries: prognostic significance for end-stage renal disease patients. Hypertension. 2005; 45: 592-596Choi CU, Park EB, Suh SY, et al. Impact of aortic stiffness on cardiovascular disease in patients with chest pain: assessment with direct intra-arterial measurement. Am J Hypertens. 2007; 20: 1163-1169Sutton-Tyrrell K, Najjar SS, Boudreau RM, et al. Elevated aortic pulse wave velocity, a marker of arterial stiffness, predicts cardiovascular events in well-functioning older adults Circulation. 2005; 111: 3384-3390Wang KL, Cheng HM, Sung SH, et al. Wave reflection and arterial stiffness in the prediction of 15-year all-cause and cardiovascular mortalities: a community-based study. Hypertension. 2010; 55: 799-805Mitchell GF, Hwang S-J, Vasan RS, et al. Arterial stiffness and cardiovascular events: the Framingham Heart Study. Circulation. 2010; 121: 505-511Vlachopoulos C, Aznaouridis K, Stefanadis C. Prediction of cardiovascular events and all-cause mortality with arterial stiffness: a systematic review and meta-analysis. J Am Coll Cardiol. 2010; 55: 1318-1327Guerin AP, Blacher J, Pannier B, Marchais SJ, Safar ME, London GM. Impact of aortic stiffness attenuation on survival of patients in end-stage renal failure. Circulation. 2001; 103: 987-992
Slagaderen (arteriën) zijn bloedvaten die het bloed van het hart naar de weefsels vervoeren. Daarnaast dienen ze als een buffer om het pulsatiele karakter van de bloedstroom, veroorzaakt door de samentrekkingen van het hart, om te zetten in een constante bloedstroom. Dit wordt het Windkessel-effect, of windketeleffect, genoemd.Westerhof N, Lankhaar JW, Westerhof BE. The arterial Windkessel. Med Biol Eng Comput. 2009 Feb;47(2):131-41 Verstijving van de slagaderen heeft als gevolg dat het hart harder moet pompen om een adequate bloedstroom te onderhouden en dat deze bufferfunctie minder goed werkt. Deze gevolgen zijn waar te nemen als een verhoging van de bloeddruk in het algemeen (hypertensie), een verhoging van de polsdruk en een versnelling van de polsgolf.
Oorzaken Veroudering De structuur van de slagaderwand is niet overal gelijk. Elastische bestanddelen (elastine) zijn bijvoorbeeld veel meer terug te vinden dicht bij het hart (zoals het beginstuk van de aorta) en stijvere bestanddelen (collageen) zijn meer terug te vinden verder verwijderd van het hart (zoals de slagaderen in het been.) Collageen is veel stijver dan elastine.Contribution of Collagen, Elastin, and Smooth Muscle to In Vivo Human Brachial Artery Wall Stress and Elastic Modulus. Circulation. 1996; 94: 3263-3270Danpinid A, Luo J, Vappou J. Characterization of the stress-strain relationship of the abdominal aortic wall in vivo. Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2009;2009:1960-3 Bij het ouder worden is de slagaderwand onderhevig aan slijtage. Het elastine breekt en rafelt in de loop der tijd door het pulsatiele karakter van de hartslag en wordt door het lichaam vervangen door het stijvere collageen (verschillende soorten) en/of wordt de lokale collageenstructuur verstevigd door crosslinking van nabijgelegen collageenvezels.Sawabe M. Vascular aging: from molecular mechanism to clinical significance. Geriatr Gerontol Int. 2010 Jul;10 Suppl 1:S213-20
Hypertrofie Bij diverse aandoeningen kan de spiermassa in de vaatwand toenemen (hypertrofie) en leiden tot verstijving.
Atherosclerose Atherosclerose is een specifieke vorm van arteriosclerose waarbij de slagaderwand op bepaalde plaatsen dikker en harder wordt als gevolg van een ontstekingsreactie. De ontstekingsreactie veroorzaakt plaque-vorming die een lokale verstijving geeft van de slagaderwand. De gevolgen van atherosclerose gaan verder dan alleen verstijving van de wand (o.a. trombose, embolie, turbulentie). Atherosclerose wordt in de volksmond 'aderverkalking' genoemd. Dit is een verkeerde term daar het altijd slagaderen (arteriën) betreft en nooit aderen (venen). Daarnaast is verkalking slechts een onderdeel van atherosclerose.
Gevolgen Bij verstijving van de slagaderwand zal het hart harder moeten pompen om een adequate bloedstroom naar de weefsels te onderhouden en wordt het pulsatiele karakter van de hartslag minder goed opgevangen. Dit kan leiden tot verdikking van de hartspier (linkerventrikelhypertrofie), hoge bloeddruk in het algemeen (hypertensie), een versnelling van de polsgolf en een verhoging van de polsdruk (cf. geïsoleerde systolische hypertensie). Samen met bepaalde afwijkingen in de vetstofwisseling kunnen deze veranderingen leiden tot ontstekingen in de vaatwand en uiteindelijk tot atherosclerose.
Verdikking van de hartspier Het hart is een spier. Net als elke andere spier wordt zij groter en sterker bij een toegenomen belasting over een langere periode. In de grote bloedsomloop is het de linker kamer (ventrikel) die in de pompfunctie voorziet. De verdikking van de linkerkamer wordt linkerventrikelhypertrofie genoemd. Door de verdikking wordt het voor de kransslagaderen steeds lastiger het hart te voorzien van voldoende voedingsstoffen en zuurstof. De vraag is groter door de toegenomen arbeid van het hart en het aanbod is kleiner door de toegenomen spanning in de wand van het hart (cf. wet van Laplace). Dit kan uiteindelijk leiden tot linker hartfalen.
Hoge bloeddruk De effecten van de vaatwandstijfheid op de bloeddruk zijn complex. Niet alleen wordt de druk verhoogd doordat het hart harder moet pompen. De vorm en snelheid van de drukgolf worden eveneens beïnvloed. Als het linkerventrikel samentrekt wordt naast een bepaalde hoeveelheid bloed (slagvolume) ook een drukgolf de slagaderen ingestuurd. Deze drukgolf is vele malen sneller dan de bloedstroom. Gaandeweg door de afnemende diameter (tapering) van de slagaderen, ter hoogte van vertakkingen en door vernauwingen kaatst deze drukgolf binnen een hartslag terug naar het hart. Vreemd genoeg vormen deze terugkaatsingen samen een enkele tweedegraads drukgolf die zich in tegenovergestelde richting (naar het hart toe) verplaatst. Een drukgolf wordt in deze zin meestal polsgolf of pulsgolf genoemd. Bij verstijving van de vaatwand verplaatst de polsgolf zich sneller door de vaten en kan de teruggekaatste golf de eerste golf (en omgedraaid) in belangrijke mate versterken (augmentatie). Polsgolfanalyse (Pulse Wave Analysis, PWA) is de beoordeling van de vorm van de polsgolf.O'Rourke M, Pauca A. Pulse wave analysis Br J Clin Pharmacol. 2001 June; 51(6): 507–522 Bij de polsgolfsnelheid (Pulse Wave Velocity, PWV) wordt alleen naar de verplaatsingssnelheid van de polsgolf gekeken.O'Rourke MF, Staessen JA, Vlachopoulos C. Clinical applications of arterial stiffness; definitions and reference values.Am J Hypertens. 2002 May;15(5):426-44
Versnelling van de polsgolf en verhoging van de polsdruk Ten eerste kan een snellere polsgolf meer schade aanrichten dan een tragere polsgolf. Meting van de polsgolfsnelheid is de meest directe methode om een idee te krijgen van de vaatwandstijfheid. Ten tweede wordt de versterking van de polsgolf steeds belangrijker. Dit kan ertoe leiden dat de bovendruk (systolische bloeddruk) toeneemt en de onderdruk (diastolische bloeddruk) afneemt. Het verschil (bovendruk min onderdruk) noemt men de polsdruk. Zowel de toegenomen polsgolfsnelheid als, in mindere mate, de polsdruk zijn onafhankelijke voorspellers van hart- en vaatziekten en sterfte in het algemeen.Mitchell GF, Hwang S-J, Vasan RS. Arterial stiffness and cardiovascular events: The Framingham Heart Study. Circulation 2010;121(4):505-511
Verhoging van de centrale bloeddruk Met behulp van Fourieranalyse is een transferfunctie (TF) af te leiden die een armbloeddruksignaal behoorlijk nauwkeurig (95% overeenkomst) om kan zetten in een aortabloeddruksignaal.Womersley JR. The mathematical analysis of the arterial circulation in a state of oscillatory motion. Dayton, Ohio: Wright Air Development Center, Technical Report Wade-TR; 1957. pp. 56–614 De aortabloeddruk net na het hart wordt de centrale bloeddruk genoemd. De centrale bovendruk is bij soepele vaten lager dan de bovendruk ter hoogte van de arm (amplificatiefenomeen). Bij stijve vaten is er nog maar weinig verschil te zien. De centrale bloeddruk is een betere voorspeller van hart- en vaatziekten dan de armbloeddruk, maar het voordeel is marginaal.Vlachopoulos C, Aznaouridis K, O’Rourke MF, Safar ME, Baou K, Stefanadis C. Prediction of cardiovascular events and all-cause mortality with central haemodynamics: a systematic review and meta-analysis. Eur Heart J 2010; 31:1865–1871 Een uitzondering hierop zijn jonge mensen met geïsoleerde systolische hoge bloeddruk. Het amplificatiefenomeen kan een te hoge bovendruk geven in de arm, terwijl de centrale bloeddruk normaal is.O'Rourke MF, Vlachopoulos C, Graham RM. Spurious systolic hypertension in youth. Vasc Med. 2000; 5(3):141-5O’Rourke MF, Adji A. Guidelines on guidelines: focus on isolated systolic hyprtension in youth. J Hypertens 2013; 31:649–654 Behandeling wordt dan niet noodzakelijk geacht.
Meetmethoden Bij het vaststellen van de vaatwandstijfheid gaat het met name om de aorta. Vooral omdat hier de bufferfunctie het belangrijkst is en omdat in pathologische omstandigheden vaten verder van het hart verwijderd (perifere vaten) in vergelijking veel minder worden beïnvloed. Zoals eerder gesteld is de samenstelling van de vaatwand niet overal gelijk. Als men spreekt over "de" vaatwandstijfheid heeft men het bij gevolg altijd over de gemiddelde vaatwandstijfheid over een bepaald traject. Bij voorkeur worden methoden toegepast die niet schadelijk zijn voor de patiënt (non-invasieve methoden). Voor het bepalen van de gemiddelde stijfheid van de aorta is dit bijzonder lastig. De aorta ligt immers goed beschermd in het lichaam.
Polsgolfsnelheid De stijfheid van de aorta zelf is niet direct te bepalen. Wel bestaat er een direct verband tussen de snelheid van de polsgolf (polsgolfsnelheid) en de stijfheid van de aorta. Dit verband wordt teruggevonden in de Moens-Kortewegvergelijking.