顱內(nèi)動脈瘤模型的建立及研究進(jìn)展

王奎重，袁紹紀(jì)，劉建民

顱內(nèi)動脈瘤在整個人群中發(fā)病率高達(dá)2.3%[1]，它是引起顱內(nèi)自發(fā)性蛛網(wǎng)膜下腔出血最常見的原因。目前動脈瘤的發(fā)生機(jī)制仍不清楚，而且動脈瘤治療后仍有復(fù)發(fā)的傾向。建立理想的動脈瘤模型對于研究人類顱內(nèi)動脈瘤發(fā)生、發(fā)展及治療都有重要的意義。目前動脈瘤模型制作的方法很多，主要根據(jù)不同的研究目的選用不同的方法。現(xiàn)就國內(nèi)外這些方法的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。

1 顱內(nèi)動脈瘤模型的體外研究

1.1 體外實體模型 體外模型中使用較多的是硅膠動脈瘤模型，其優(yōu)點是硅膠透明并具有彈性，可以模仿動脈瘤的血液動力學(xué)特征，觀測其內(nèi)的血流方向、速度及湍流情況，也可以觀察置入物或支架對動脈瘤內(nèi)血液動力學(xué)的影響[2]。其基本研究方法是建立硅膠模型后，通過連接水泵模擬人脈搏，在“血流”中加入熒光粒子或染料，通過激光等光源照射動脈瘤，使用高速相機(jī)記錄“血液“流動圖像，再通過計算機(jī)軟件分析記錄相關(guān)參數(shù)。該模型也可用來測定及對比動脈瘤腔內(nèi)和載瘤動脈內(nèi)的壓力[3]，亦有利用硅膠動脈瘤研究液態(tài)栓塞材料對動脈瘤栓塞程度的影響[4]。

動脈瘤的體外實體模型通常參照活體模型制作而成。Seong等[5]根據(jù)彈性酶誘導(dǎo)兔動脈瘤模型的3D成像，采用動物模型血管內(nèi)灌注的方法模擬出硅膠載瘤動脈和動脈瘤模型，這種模型較好的模擬了動物動脈瘤模型的形態(tài)學(xué)特征，可以方便的在體外進(jìn)行動脈瘤血液動力學(xué)研究。Sugiu等[6]參照人的動脈瘤標(biāo)本制作硅膠動脈瘤模型，再通過連接水泵模擬人脈搏，這種模型可以在直視下進(jìn)行血管治療或夾閉以及觀察血流改變。

1.2 虛擬動脈瘤模型 隨著計算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，計算流體力學(xué)（computational fluid dynamics,CFD）已成為顱內(nèi)動脈瘤血流動力學(xué)研究的重要方法。其基本方法是根據(jù)人顱內(nèi)動脈瘤的3D結(jié)果，生成動脈瘤的邊界，劃分網(wǎng)格，設(shè)定邊界條件。上述結(jié)果導(dǎo)入CFD運算軟件，得出與動脈瘤內(nèi)血流動力學(xué)相關(guān)的參數(shù)及其時間與空間分布。CFD對于研究動脈瘤的生長破裂機(jī)制及介入治療材料置入后對動脈瘤內(nèi)血流動力學(xué)影響都有重要意義[7,8]。且其模擬動脈瘤血流動力學(xué)結(jié)果與傳統(tǒng)的實體模型模擬結(jié)果無差異[9]，研究成本亦遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的實體模型，因而近年來成為動脈瘤體外研究的重要方法。

2 顱內(nèi)動脈瘤模型的活體內(nèi)研究

2.1 直接建立動脈瘤方法

2.1.1 靜脈移植模型 1954年German將靜脈囊移植到動脈側(cè)壁上形成動脈瘤，這一方法制作簡便，而且動脈瘤位置和大小都可以控制，可進(jìn)行彈簧圈栓塞、支架輔助栓塞及液體材料栓塞[10]。但在血液動力學(xué)上，側(cè)壁動脈瘤模型與人顱內(nèi)動脈瘤有一定差異，而且易形成血栓自發(fā)愈合。以后又發(fā)展為頸動脈分叉部縫合靜脈囊制作動脈瘤方法[11]，以及采用靜脈移植方法建立梭形動脈瘤模型[12]，這些方法制作出的動脈瘤模型更符合顱內(nèi)動脈瘤的血液動力學(xué)和形態(tài)學(xué)特征。另外，還有報道利用靜脈移植兩步法制作囊狀動脈瘤模型，James等[13]先縫合頸靜脈近心端到頸總動脈，形成動靜脈瘺，并用絲線適當(dāng)不完全結(jié)扎靜脈以控制瘺口血液流速，1～2周后通過介入方法使用球囊封堵瘺口遠(yuǎn)端形成側(cè)壁動脈瘤。這種方法制作的動脈瘤在縫合后可以有效避免瘤頸部因為縫線或血管損傷形成血栓。

縫合靜脈囊建立的動脈瘤模型制作迅速，可控性好，可以根據(jù)不同需要決定制備動脈瘤的位置、數(shù)量、形態(tài)和大小。但這種方法制作的動脈瘤在病理學(xué)上與人顱內(nèi)真性動脈瘤相差較大。Stebhens等[14]在動物實驗中發(fā)現(xiàn)靜脈囊動脈瘤模型術(shù)后數(shù)天內(nèi)可見快速、自發(fā)的、進(jìn)展性的纖維肌性內(nèi)膜過度增生，2周內(nèi)增厚最為明顯，進(jìn)行性內(nèi)膜增厚甚至持續(xù)2年以上。Abruzzo等[15]在靜脈囊模型中發(fā)現(xiàn)瘤壁的炎性反應(yīng)和新內(nèi)膜的增生，而且沒有內(nèi)彈力層和內(nèi)層被膜缺損，這與真性動脈瘤病理相反。

2.1.2 縫合肌肉法 這種方法主要用來制作假性動脈瘤模型。采用顯微外科技術(shù)，用雙極電凝在動物的頸部肌肉上燒灼出洞穴，并縱行切開洞穴對應(yīng)處的頸總動脈，縫合二者的開口即可形成假性動脈瘤。這種假性動脈瘤模型能自發(fā)性破裂，在影像學(xué)、血流動力學(xué)及病理學(xué)上與人類假性動脈瘤相似[16]。

2 ．2 間接建立動脈瘤的方法

2.2.1 局部彈性酶誘導(dǎo)動脈瘤模型 向動脈腔內(nèi)注入豬胰彈性酶消化血管彈性纖維，破壞血管彈力層和中膜，從而制作出類似人類病理學(xué)的動脈瘤模型。動脈瘤制作的部位選擇兔的右側(cè)頸總動脈（right common carotid artery，RCCA）起始部，因為該處血液剪切率高，更符合人顱內(nèi)動脈瘤的血液動力學(xué)特征。這種方法制作過程是RCCA遠(yuǎn)端插入血管鞘，使用球囊臨時封閉RCCA起始部，形成一密閉腔，通過血管鞘向此腔內(nèi)注入一定量的彈性酶消化動脈壁，然后移去球囊，2～3周后即可形成穩(wěn)定的動脈瘤[17]。但這種方法制作出的動脈瘤大小和形態(tài)難以控制，且制作過程需要一次性閉塞球囊并需要在DSA機(jī)器下完成，制作成本高。王奎重等[18]通過改進(jìn)方法制作彈性酶誘導(dǎo)的動脈瘤模型，使用弧形臨時阻斷夾替代閉塞球囊，在手術(shù)直視下制作動脈瘤模型，手術(shù)成功率高達(dá)87%,大大降低了制作成本。也有報道彈性酶涂擦動脈外膜制作梭形動脈瘤模型，Oskoui等[19]使用精細(xì)刷子沾彈性酶溶液涂抹大鼠股動脈，45 min后形成梭形動脈瘤。

彈性酶誘導(dǎo)方法制作的動脈瘤模型缺乏彈力層，載瘤動脈彈力層在瘤口處突然消失，中膜輕度萎縮，瘤壁平均厚46 μm[19]。這種動脈瘤模型與基質(zhì)金屬蛋白酶活性增高密切相關(guān)[20]，且誘導(dǎo)后中短期動脈瘤壁內(nèi)存在內(nèi)源性通路Bcl-2介導(dǎo)凋亡[21]。因此，彈性酶誘導(dǎo)的動脈瘤模型在大體病理、蛋白和基因表達(dá)方面都接近于人的真性動脈瘤。但這種動脈瘤周圍環(huán)境與人顱內(nèi)動脈瘤差異較大，其周圍是軟組織結(jié)構(gòu)而非顱內(nèi)動脈瘤周圍的蛛網(wǎng)膜下腔，且難以自發(fā)破裂，主要用于介入材料的研究。

2.2.2 氯化鈣誘導(dǎo)動脈瘤模型 目前氯化鈣誘導(dǎo)的動脈瘤模型主要是通過外膜給藥方法誘導(dǎo)梭形動脈瘤。Longo等[22]報道使用氯化鈣（0.25 mol/L）棉片貼附小鼠腹主動脈外膜15 min誘導(dǎo)動脈瘤，并證實基質(zhì)金屬蛋白酶-12缺乏減緩動脈瘤的增長，可能的機(jī)理是抑制了巨噬細(xì)胞的增殖,認(rèn)為動脈瘤模型的增大與基質(zhì)金屬彈白酶表達(dá)增高有關(guān)。這種方法誘導(dǎo)的動脈瘤主要用于基礎(chǔ)研究。

2.2.3 高血壓動脈瘤模型的建立 其機(jī)理為結(jié)扎一側(cè)頸動脈后造成對側(cè)血流增多，同時增高血壓，血流沖擊使血管原來固有的薄弱處逐漸膨出，形成動脈瘤。蘭海濤等[23]通過電凝鼠雙側(cè)腎動脈后支和左側(cè)頸動脈，給予1%鹽水代替普通飲水，術(shù)后4個月誘導(dǎo)出右側(cè)大腦前動脈-嗅動脈分叉部及右側(cè)大腦前動脈主干動脈瘤，病理可見動脈瘤樣改變?nèi)缇植績?nèi)膜墊消失，內(nèi)彈力層斷裂，平滑肌細(xì)胞層減少、排列紊亂及核固縮。而單純電凝雙側(cè)腎動脈后支并給予1%鹽水則不能誘發(fā)動脈瘤[24]。這種方法主要是改變動物生理狀態(tài)下而形成的，與生理狀態(tài)下的動脈瘤仍有較大差異，主要適用于對動脈瘤的誘發(fā)因素和發(fā)病機(jī)制方面的研究，由于載瘤動脈和動脈瘤較小，不適合進(jìn)行手術(shù)及介入治療研究。

2.2.4 全身給藥誘導(dǎo)顱內(nèi)動脈瘤 某些藥物如β-氨基丙腈可以誘發(fā)出動脈瘤，主要機(jī)理是藥物作用結(jié)合血液動力學(xué)壓力引起內(nèi)彈力層和中層平滑肌細(xì)胞的退變而誘發(fā)動脈瘤。Kim等[25]通過喂含β-氨基丙腈的食物誘導(dǎo)出猴腦動脈瘤，病理見內(nèi)彈力層和中層在動脈瘤起始部消失，很薄的動脈瘤壁由纖維連接組織構(gòu)成，與人顱內(nèi)動脈瘤病理吻合。依靠破壞動脈壁結(jié)構(gòu)誘發(fā)動脈瘤的模型可以用于研究動脈瘤發(fā)病因素和動脈瘤的產(chǎn)生、發(fā)展和破裂的相關(guān)關(guān)系，明確動脈瘤的病因和發(fā)病機(jī)理，為顱內(nèi)動脈瘤的早期診斷和治療提供依據(jù)。但該動脈瘤模型發(fā)生部位散亂，大小、外形不固定，而且費時，也很難用于動脈瘤血管內(nèi)治療的研究。

總之，目前還沒有一種動脈瘤模型被大家廣泛接受，還不能在大體形態(tài)和病理學(xué)特征等各個方面完全模擬人體中自然形成的動脈瘤。各種動脈瘤模型和制作模型方法各有優(yōu)缺點，只能根據(jù)不同的研究目的選擇不同的模型。最理想的動脈瘤動物模型應(yīng)該是建立在蛛網(wǎng)膜下腔的動脈瘤模型。

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