顱內動脈瘤模型的研究進展

劉彥超 張炘 段傳志

顱內動脈瘤破裂是蛛網膜下腔出血的主要原因，發(fā)病率約為1/10000,占顱內出血的25%，致病率和死亡率高達25%～50%[1]。然而，動脈瘤發(fā)生、發(fā)展和破裂的機制尚不清楚。因此，建立動脈瘤模型對于研究其形態(tài)結構，探討組織病理生理學改變，尋找其發(fā)病機理，對預防和治療動脈瘤提供新的方法和途徑具有重要意義。本文就近年來動脈瘤制作的方法進行綜述，比較了各種動脈瘤模型制作的優(yōu)缺點，為今后動脈瘤模型的制作提供參考。

1 動物的選擇

目前建立實驗性動脈瘤模型常用的實驗動物有大鼠、兔、狗、豬、猴等。這些動物的椎動脈系統(tǒng)比較發(fā)達，不易在制作動脈瘤的過程中因前循環(huán)暫時阻斷而發(fā)生腦缺血性壞死。

大鼠繁殖快，價格低，頸動脈容易暴露，動脈搏動快，不易形成血栓，不易因機械刺激而發(fā)生血管痙攣，主要應用于動脈瘤的發(fā)病機制和血流動力學的研究。

兔用于制作動脈瘤模型的優(yōu)勢在于，其頸總動脈的直徑與人類大腦中動脈起始段非常接近，它也是非靈長類中血栓形成和纖溶系統(tǒng)與人類最為相近的一種。目前，約有25%的動脈瘤實驗采用兔制作模型[2]。但兔耐受手術的能力較差，麻醉和死亡率比較高，同時兔的喉返神經和頸總動脈的關系比較密切，容易損傷，聲帶麻痹和吸入性肺炎的發(fā)生率較高。通常每只動物制作一個動脈瘤。

狗在動脈瘤模型中的使用率高達33.1%[2]，其優(yōu)點在于訓練、麻醉及手術的耐受性強，死亡率和術后并發(fā)癥均低于其他實驗動物。狗的動脈直徑和血流動力學特征與人類的也非常接近，且便于導管置入和血管內操作，用于血管內治療的研究。但是狗的凝血系統(tǒng)和纖溶系統(tǒng)遠遠比其他動物活躍，這一特點又使得其適合于治療療效的長期觀察研究。

豬一直是醫(yī)學實驗中常用的動物，在動脈瘤的模型制作中約占9.3%[2]。豬除了具有狗的優(yōu)點外，其纖溶和凝血系統(tǒng)與人類的非常接近，因此，對于研究人類動脈瘤的發(fā)生、發(fā)展、破裂的機制，及研究新的治療方法具有重要意義。但由于價格價高，不易管理，尚未廣泛應用。

猴和猩猩等靈長動物是制作人類腦動脈瘤模型最理想的材料，但其來源較少，價格昂貴，不易管理。因此，在實驗中也難以廣泛應用。

2 動脈瘤模型建立的方法

理想的動脈瘤應具有以下特點：①動脈瘤的組織病理、血流動力學應與人類腦動脈瘤相似；②動脈瘤的形態(tài)及大小應當可控，具有可復制性，結構穩(wěn)定的特點；③制作方法簡單、周期短、費用低；④具有一定的體積和強度，便于在一定的時期內觀察和操作。目前，動脈瘤模型的制作方法主要有以下幾種。

2.1 靜脈移植法 靜脈移植法是采用顯微外科技術，將靜脈袋移植到動脈的不同位置，從而形成不同類型動脈瘤的一種方法。隨著顯微外科技術的發(fā)展和研究的不斷深入，根據靜脈袋移植的位置又可劃分為側壁型、分叉型及末梢型動脈瘤模型，以模擬人類顱內不同位置的動脈瘤。

側壁型動脈瘤多見于頸內動脈的海綿竇段和床上突段。制作模型使用的動物以兔、犬和豬為主，制作的方法也不同。1954年Germon和Black首先使用狗的一側頸靜脈通過端－側吻合到同側的頸總動脈成功建立了側壁型動脈瘤。后來發(fā)現，端－側縫合后隨即結扎靜脈，很容易破裂出血和形成血栓，而改為1周后結扎吻合口上端頸靜脈，成功率顯著提高。有些學者通過將端－側吻合口由直線形改為橢圓形，并在此基礎上再將靜脈袋的一半縫合到動脈上，另外一半以便控制瘤頸口的大小，不但順應了血流動力方向，與顱內動脈瘤血流動力學較為接近，而且實現了瘤頸大小的可控性。呂明等[3]采用靜脈移植法也成功在7頭豬上建立寬頸動脈瘤。Ding等[4]在兔的同側分離出動、靜脈，建立動靜脈瘺，然后再結扎靜脈兩端，從而建立起了側壁型動脈瘤模型。這些學者通過不同的方式，均獲得了結構較為穩(wěn)定可復制的側壁型動脈瘤模型。

目前分叉處動脈瘤模型建立的方法主要有兩種：①直接在動脈的分叉處移植靜脈袋。如有些學者直接將靜脈帶縫合到上頜動脈－舌動脈、頸外動脈－舌動脈等分叉處，形成分叉處動脈瘤，這種方法較簡單易行，可復制性強。②人工建立動脈分叉后移植靜脈袋法。此種方法具有周期短、成功率高，并為大多說學者所接受。目前，較多學者[5－7]采用改進的顯微外科縫合技術，大大提高了動脈瘤模型制作的成功率。

末端型動脈瘤類似于人類基底動脈末端的囊狀動脈瘤，此處血流沖擊力大，動脈壁容易受血流的垂直沖擊而發(fā)生動脈瘤，且瘤體較大，容易發(fā)生破裂，也是自發(fā)性破裂的機制之一。有些學者[8,9]通過結扎雙側頸總動脈，以增加基底動脈血流，從而建立了顱內基底動脈瘤模型。此種方法，操作復雜，持續(xù)時間長，動脈瘤的成功率較低，動物的死亡率高，且每只動物只能建立一個動脈瘤模型。

靜脈移植法自從創(chuàng)建以來，雖經歷了不斷的改進和完善，但仍存在許多不足：①通過顯微外科技術改造的動脈瘤難免會造成內皮損傷，釋放蛋白、血小板生長因子等炎性物質，形成瘢痕組織，與自然狀態(tài)下形成的動脈瘤的組織結構差別較大；②由靜脈袋縫合形成的動脈瘤，其壁的平均厚度為290μm，具有完整的內彈力層和中膜，而人類顱內動脈瘤的厚度僅有51μm，且內彈力層和中膜結構缺如；③動脈瘤模型沒有真正的瘤頸，而且動脈瘤形成后無自發(fā)性生長和破裂的傾向，有報道術后兩周的自發(fā)性破裂率明顯低于人類顱內動脈瘤；④動脈瘤壁模型的瘤壁內有炎癥反應和新生內膜的增生，這與人類顱內動脈瘤的情況相反。因此，靜脈移植法建立的動脈瘤模型與人類顱內動脈瘤模型的組織病理生理結構仍有很大差距，此種方法建立的動脈瘤模型主要用于動脈瘤血流動力學的研究、動脈瘤栓塞治療材料的研究[10]、神經外科及介入的臨床培訓等。

2.2 動脈移植法和動脈局部結構破壞法 動脈移植法是將動脈作囊袋，再縫合到動脈上，類似于靜脈作囊袋建立的側壁型動脈瘤。目前，此種方法通常采用將動脈經彈性蛋白酶處理后再移植到動脈上。此種動脈瘤，可以自發(fā)性生長、破裂，與人類顱內動脈瘤較為相似，且具有一定的體積和強度，便于在一定的時期內觀察和研究。

動脈局部結構破壞法建立動脈瘤模型包括物理破壞法和酶解法。內彈力層和中膜的缺失是顱內動脈瘤壁的一個重要特點，于是很多學者從此點出發(fā)，通過使用氮芥、氰基丙烯酸酯注射到動脈壁中，但并未獲得成功。也有學者采用CO2激光切開術破壞動脈瘤壁建立動脈瘤模型。此種方法在短期內可以形成較大的動脈瘤，但這種動脈瘤并不是真正的動脈瘤，容易破裂和形成血栓。

酶解法主要是利用彈性蛋白酶破壞血管壁的內彈力層，模擬人類顱內動脈瘤內彈力層和中膜缺如這一重要的病理生理學特征而誘發(fā)動脈瘤。不同的學者采用的方式也有所不同。Anidjar等首先利用胰蛋白酶血管內孵化動脈壁成功誘導了腹主動脈瘤模型，為顱內動脈瘤模型的制作奠定了基礎。Miskolczi等[11]通過手術暴露豬的甲狀腺上動脈分叉部和頸總動脈分叉部，并用微量注射器外膜下分別注射豬胰蛋白酶，誘導動脈瘤。病理學檢查發(fā)現，動脈瘤壁僅有膠原纖維和一些細胞組成。蘇正等[12]運用此方法也成功的誘導出了兔的動脈瘤模型。Fujiwara等[13]結扎右頸總動脈，并管腔內彈性蛋白酶孵化，發(fā)現瘤樣狀膨大，并且瘤的直徑隨時間的延長而增大，在大約1個月時達到穩(wěn)定狀態(tài)。這對于學者在一定時期內觀察研究具有重要意義。

目前，de Oliveira等[14]利用木瓜蛋白酶孵化右側頸總動脈，左側頸總動脈作為對照，21d后經組織病理學檢查，發(fā)現動脈彈力層消失，62.5%的有輕微的炎癥反應，50%的出現內皮纖維化，均形成了血栓組織，這與彈性蛋白酶誘導的動脈瘤組織病理結構相似。但與彈性蛋白酶相比，木瓜蛋白酶誘導顱內動脈瘤模型是否具有優(yōu)勢，尚需要進一步的研究。

彈力酶誘導的動脈瘤模型具有簡單易行，大小可控，可復制性強，誘導的速度較快，組織病理結構較靜脈移植法建立的動脈瘤模型更接近于臨床上的動脈瘤的特點。因此，可以更加準確地評估各種栓塞材料的治療效果，并且還可以用于研究動脈瘤的血流動力學和組織病理學特點，以及用于其發(fā)生、發(fā)展和破裂機制的研究。目前，已為大多數學者所接受。

2.3 病因誘導法 血流動力學改變、高血壓和動脈粥樣硬化一直是被認為是顱內動脈瘤形成和發(fā)展的重要后天因素。有些學者通過結扎大鼠一側或雙側頸總動脈改變血流動力學的方法，誘導了動脈瘤模型。也有很多學者通過結扎實驗性高血壓動物的單側或雙側頸總動脈，并且給予Beta－氨基丙腈飲食，從而誘導出了顱內動脈瘤。另外，通過結扎左側頸總動脈和雙腎后動脈后支，并給與高鹽飲食，有些學者也成功誘導出了右側大腦前動脈－嗅動脈分叉部動脈瘤。Jamous[15]和Eldawoody[16]等采用結扎右側頸總動脈和雙側腎動脈后支，并切除雙側卵巢，發(fā)現去卵巢組動脈瘤的發(fā)生率是未去卵巢組的近三倍，由此證明了雌激素在動脈瘤的動脈瘤形成過程中發(fā)揮了重要作用，這也為動脈瘤的預防與治療提供了新的思路和方法。Cai等[17]通過結扎單側頸總動脈和對側的腭動脈和頸外動脈，在顱內成功誘導了動脈瘤，進一步證實了血流壓力在動脈瘤中所起的作用。

2011年Weiss等[18]通過采用apoE基因敲除小鼠皮下持續(xù)給予血管緊張素II，成功誘導了腹主動脈瘤。在此基礎上，Nuki等學者[19,20]通過采用大鼠大腦基底池注射彈性蛋白酶，并給與血管緊張素II，成功復制出了與臨床上極為相似的動脈瘤模型。運用同樣的方法，Tada等[21]在3～4周時，測得動脈瘤的發(fā)生率達到60%～80%。這種新的動脈瘤模型的制作對未來的研究利用各種抑制劑、基因敲除小鼠,或轉基因小鼠來測試特定顱內動脈瘤特殊的分子作用及病理生理學機制具有重要意義，并且為動脈瘤模型的制作開創(chuàng)了新的思路和方法。

通過此種方法制作的動脈瘤模型，雖操作復雜，形成周期較長，發(fā)生部較位散亂，大小和外形均不固定。但組織病理、血流動力學與人類腦動脈瘤較為相似。目前，這種方法在狗豬等大型動物中建立模型的報道相對較少，因此對于未來研究此種動脈瘤模型血管內栓塞材料及其療效具有重要意義。

2.4 血管內介入法 近年來，隨著血管內介入治療技術在臨床上的廣泛的應用，血管內介入法在動脈瘤模型的建立過程中也得到了越來越多的應用。血管內介入法主要包括球囊阻塞法、球囊擴張法和血管內層結構損傷等技術。Cloft等[22]采用球囊阻塞家兔左頸總動脈，成功地在頭臂干及主動脈弓分叉部誘導出了動脈瘤。Altes等先暴露兔的右頸總動脈，然后血管內球囊阻塞右頸總動脈的起始處，并用彈性蛋白酶孵化球囊遠端的動脈，最后結扎右側頸總動脈遠端，并成功制作了動脈瘤模型[23]。此種方法制作動脈瘤較為快捷，具有可重復性，減少了手術并發(fā)癥和感染的機會，但是由于操作中需要導管和造影設備，因此費用較為昂貴、操作技術難度大，難以在動脈瘤模型的制作中廣泛應用。

3 現狀與進展

目前，國內外顱內動脈瘤模型的建立多選擇大鼠、兔、狗等動物，但是其顱腦動脈細小、凝血與纖溶系統(tǒng)活躍、有的動物存在血栓易感和自愈傾向以及動物飲食起居習性與人類相距甚遠。此外，動脈模型建立多采用結扎腎動脈、頸內動脈和局部血管壁彈性蛋白酶注射等，創(chuàng)傷較大，而且與人體自然動脈瘤生成的外環(huán)境有較大差別，這不僅會影響動脈瘤模型的真實可靠性，還會直接影響到研究結果的正確性。

建立良好的蛛網膜下腔出血的動物預警模型具有重要意義。一方面人們可以深入地研究動脈瘤發(fā)生、發(fā)展和破裂的機制[24,25]并探索新的藥物治療靶點[26,27]；另一方面人們可以對血管內植入性材料的安全有效性進行試驗，以探索研發(fā)新材料新技術[28－30]，從而更好地應用于臨床疾病的治療。

因此，急需一種接近自然發(fā)生的人顱內動脈瘤的全新的動物實驗模型。近年來已有學者采用彈性蛋白酶定位注射聯(lián)合血管緊張素II皮下注射在小鼠身上構建內動脈瘤模型并取得了成功。這種動脈瘤模型制作方法與傳統(tǒng)的制作方法相比，動脈瘤生長位置由頸動脈到顱內血管，實現了新的突破與跨越。通過建立這種新型的動脈瘤動物模型，我們可以研究動物腦血管不同位置的動脈瘤對周圍腦組織、神經系統(tǒng)及電生理活動的影響等；通過觀察動脈瘤的生長、發(fā)展以研究動脈瘤破裂出血的機制。

然而，目前尚未見有關大型動物的模型制作報道。由此我們推測，纖溶和凝血系統(tǒng)以及血源與人類非常接近的大型靈長類動物將在未來顱內動脈瘤模型制作中將被廣泛應用；彈性蛋白酶定位注射聯(lián)合血管緊張素II皮下持續(xù)泵入，配合動脈粥樣硬化飲食也將成為今后顱內動脈瘤模型制作的主要方法之一。

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