腦血管動物模型及其在介入放射學的應用進展*

周 蜜 綜述，曾勇明 審校

(重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院放射科 400016)

·綜述·

腦血管動物模型及其在介入放射學的應用進展*

周 蜜 綜述，曾勇明△審校

(重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院放射科 400016)

模型，動物；腦血管；介入放射學；C臂CBCT

腦血管疾病近年來發(fā)病率和病死率呈逐年上升趨勢[1]，臨床上腦血管病以缺血性腦血管病多見。選擇合適的腦血管病動物模型，對于研究腦血管病的發(fā)病機制，評估醫(yī)學影像技術(shù)對腦血管病的診斷價值和介入治療效果有重要意義。本文對腦血管動物模型及其在介入放射學的應用進展綜述如下。

1 制作腦血管模型的動物種類及特點

1.1 大鼠 大鼠腦體積適中，且腦血管解剖、循環(huán)接近于人，價廉，是目前最常用的制作腦缺血模型的動物[2]；其動脈瘤模型通暢率高，瘤內(nèi)血流動力學好，可用于研究動脈瘤發(fā)病機制[3-4]；可以連續(xù)地進行血流動力學檢測和大腦的病理生理學的改變[5]，因此其血管內(nèi)纖維模型尤其適用于蛛網(wǎng)膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage，SAH)發(fā)病后6 h內(nèi)的研究。但鼠的血管直徑太小，不易行血管造影，且壁薄，缺乏外膜，側(cè)支循環(huán)豐富，因而SAH后腦血管痙攣(cerebral angiospasm，CVS)現(xiàn)象不如其他種屬明顯[6]。術(shù)后死亡率高，缺乏腦回，影像學識別差[7]。

1.2 新西蘭大白兔 新西蘭大白兔頸總動脈直徑和組織學結(jié)構(gòu)與人的大腦中動脈起始端相近，血栓形成機制和纖溶系統(tǒng)也與人類非常接近[4,8]；價格低廉，易得；兔腦動脈由頸內(nèi)動脈皮椎動脈兩套血管構(gòu)成，彼此在Willis環(huán)處形成吻合支，與人解剖情況相似[9]。因此，兔作為大腦中動脈閉塞模型最為合適[1]。另外，由于兔子體積中等，不易損傷腦干結(jié)構(gòu)，費用低[10-11]，動物依從性好，除了SAH后偶爾會出現(xiàn)呼吸停止外，兔子模型可以有效地兼顧了DSA類檢查的診斷結(jié)果的可靠性與實驗合理的開銷[12]。因此，也常用于制作CVS模型。兔子的腦白質(zhì)比例遠遠高于老鼠，使得其更適合用于缺血性中風模型[13]。但是其耐受麻醉的能力較差，術(shù)中、術(shù)后死亡率較高[3]。

1.3 比格犬 比格犬周圍血管較粗大，頸部動脈的直徑和血液動力學接近于人類，手術(shù)死亡率和手術(shù)并發(fā)癥較其他動物低，具有與人類不同的高凝傾向和很強的纖溶系統(tǒng)，多用于血管內(nèi)治療方面的研究[3]；具有發(fā)達的神經(jīng)系統(tǒng)，腦體積和血管直徑變異較小，側(cè)支循環(huán)豐富，實驗動物的穩(wěn)定性較好[14]；大腦前、中動脈供血范圍存在較大差異，并且椎動脈和基底動脈較發(fā)達，頸內(nèi)動脈可通過后交通動脈竊血，使閉塞模型不易建立；有腦回，生理功能與人類相似性較高，便于進行腦出血模型制作及血腫清除手術(shù)訓練[15]，“犬枕大池二次注血”模型是最常用的CVS模型[16]。

1.4 豬 豬腦容積大、腦實質(zhì)成回狀、腦白質(zhì)發(fā)達，價格相對靈長類動物便宜，所以豬成為腦出血研究較為理想的動物[15]。再者，豬的手術(shù)耐受性和抗感染能力明顯優(yōu)于鼠和兔等，側(cè)支循環(huán)較少[7]，除了具有狗的優(yōu)點外，其纖溶、凝血系統(tǒng)更接近于人類，近年來多用于動脈瘤模型制作。缺點是周圍血管細小，不易管理，不能耐受較長時間的手術(shù)[3，7]，且模型費用較高，不易操作[16]。由于腦血管存在異常微血管網(wǎng)，因此不適合用于缺血性中風模型的研究[7]。

2 腦血管動物模型的類型及制作方法

2.1 腦缺血模型 主要分為全腦缺血模型和局灶性腦缺血模型[2]。模型的制作方法主要有線栓法、開顱電凝法、光化學法、微栓子栓塞法、去除大鼠腦左側(cè)皮層血管法等。其中，線栓法缺血部位恒定，不需開顱，并發(fā)癥少，死亡率低，但手術(shù)操作有一定難度；開顱電凝法實驗條件恒定，術(shù)中出血量少，但需開顱，創(chuàng)傷性大，且感染概率高；光化學法造模成功率高，適用于慢性腦缺血研究，但與人類腦卒中存在差異；微栓子栓塞法易操作，但栓子制作復雜，且缺乏梗死位置、大小的一致性；去除大鼠腦左側(cè)皮層血管法模型重復性好，手術(shù)操作相對簡單，適用于做長期皮質(zhì)及皮質(zhì)下結(jié)構(gòu)的病例觀察，但手術(shù)創(chuàng)傷性大，可能損傷腦脊液，導致腦出血[17]。

2.2 腦出血模型 SAH是臨床最常見的出血性腦血管病之一。模型制作的基本思路是向蛛網(wǎng)膜下腔注血，誘發(fā)持續(xù)性的CVS。通常采用以下3種方法[6]：(1)刺破顱內(nèi)動脈使血液積聚于周圍；(2)抽取其他部位自體血注入腦池、腦室或蛛網(wǎng)膜下腔，使其積聚于實驗動脈周圍；(3)開顱暴露實驗動脈，并抽取其他部位自體血注于周圍。這些方法各有優(yōu)缺點，其中，臨床上最常用的為改良枕大池二次注血法，制作方法大體為抽取耳中央動脈血注入枕大池，48 h后重復操作，采用氯胺酮30 mg/kg進行肌肉麻醉[10]。另外，根據(jù)注血部位的不同也可分為枕大池注血法和視交叉池注血法，以及基底池注血法和側(cè)腦室注血法[16]。但臨床上制作癥狀性的CVS動物模型有一定難度，主要是因為大多數(shù)動物有豐富的側(cè)支循環(huán)，注入的血不易形成血凝塊。因此尋找一種理想的CVS動物模型成為廣大醫(yī)學科研工作者繼續(xù)研究的方向[16]。

2.3 顱內(nèi)動脈瘤模型 主要采用靜脈移植法。具體方法是：暴露頸外靜脈，切取片段，然后暴露雙側(cè)頸總動脈，在一側(cè)頸總動脈起始處近端結(jié)扎，遠端與對側(cè)頸總動脈行端側(cè)吻合，在兩側(cè)頸總動脈之間建分叉，在分叉處用靜脈片段縫制動脈瘤模型。該方法所需時間短，成功率高，能隨意控制動脈瘤模型的大小和瘤頸寬度，適用于血流動力學和血管內(nèi)治療等方面的研究。不足之處則在于動脈瘤模型縫合處有疤痕形成，易誘發(fā)血栓[3]。除此之外還有動脈局部結(jié)構(gòu)破壞法、酶破壞血管壁法、病因誘導法和血管內(nèi)介入法等[3，8]。

3 腦血管動物模型在介入放射學的應用

3.1 利用動物模型研究腦血管病發(fā)病機制 Anne等[18]利用兔子模型監(jiān)測血管內(nèi)介入過程中的肝素化情況，以此觀察不同劑量的肝素的抗凝作用。兔子與人類具有類似的凝固系統(tǒng)，該實驗得出結(jié)論：兔子有更高的部分凝血活酶時間基線，因此達到相同的抗凝作用，兔子需要的肝素劑量更少。在介入手術(shù)過程中血管內(nèi)的閉塞是很重要的一部分，然而目前可得的制造血管閉塞的方法都有局限性，Maximilian等[19]利用5例雌性豬模型用一種新的血管內(nèi)閉塞系統(tǒng)(Endovascular occlusion system,EOS)制作出經(jīng)導管的血管閉塞。研究結(jié)果證實：使用該EOS裝置可以在外周動脈系統(tǒng)只制作出安全和有效的血管閉塞。由于其長期的安全性和有效性，它有望取代目前制造血管閉塞的裝置。馮雷等[1]將兔自體動脈血栓在DSA指導下經(jīng)微導管注入頸內(nèi)動脈，建立兔大腦中動脈栓塞模型，采用DSA觀察腦血管閉塞情況，MRI觀察腦梗死情況，研究結(jié)果顯示，介入技術(shù)制作大腦中動脈閉塞模型更接近于人類缺血性腦卒中的病理過程，尤其適合選擇性動脈內(nèi)溶栓治療的研究。該模型穩(wěn)定，重復性好，可進一步推廣應用于腦梗死的影像學診斷等研究。

3.2 利用動物模型評價DSA新技術(shù) 顱內(nèi)血腫是神經(jīng)系統(tǒng)放射學介入手術(shù)過程中的一個常見的并發(fā)癥，Arakawa等[20]制作出豬的顱內(nèi)血腫模型用C臂錐形束CT(C-arm cone-beam computed tomography，CBCT)對其進行掃描，以此探究CBCT對顱內(nèi)血腫的一個監(jiān)測情況。得出結(jié)論CBCT的成像質(zhì)量足以監(jiān)測到實驗過程中發(fā)生的小的顱內(nèi)血腫，因此可以應用于神經(jīng)放射學手術(shù)過程中并發(fā)顱內(nèi)血腫的監(jiān)測。顱內(nèi)支架的并發(fā)癥如支架內(nèi)再狹窄等很常見，因此尋找一種微小的非侵入性的術(shù)后檢查方法是很有必要的，Struffert等[21]利用新西蘭大白兔人工把支架植入頸動脈，其中一半再制作出殘余狹窄的模型，分別用平板探測器CT(flat detector-CT,FD-CT)和多排探測器CT(multi detector computed tomography,MDCT)對其進行血管造影之后掃描，得到的結(jié)果與DSA金標準進行比較：與金標準相比，F(xiàn)D-CT的評估結(jié)果更精確，而MDCT在小支架的顯影上明顯受限，不可能對狹窄進行一個精確的評估，用FD-CT來進行血管造影可以更好地非侵入性地顯示出支架和狹窄的情況，有望取代DSA成為患者支架術(shù)后的治療方式。Royalty等[22]利用犬制作出腦缺血模型，分別用CT灌注和CBCT加靜脈注入對比劑來進行掃描，分析比較兩者掃描結(jié)果，以此來評估CBCT對于測量腦灌注參數(shù)的可行性，實驗結(jié)果顯示，CBCT對于腦血流量(cerebral blood flow,CBF)和腦血容量(cerebral blood volume，CBV)的定量評估結(jié)果與灌注CT得到的結(jié)果之間有強烈的關(guān)聯(lián)性，CBCT對于CBF和CBV的測量結(jié)果與灌注CT相比均偏高。因此可以得出結(jié)論：CBCT加上用靜脈注入對比劑對于測量CBV和CBF是可行的，C臂系統(tǒng)的設(shè)計、探測器的敏感度及軟件重建算法的進步都有望提高CBCT測量結(jié)果的精確性。

3.3 利用動物模型評估腦血管介入治療技術(shù) 鄧時貴等[23]采用兔子模型研究模擬血管介入栓塞技術(shù)建立中大型實驗動物腦缺血模型，該模型栓子明膠微球大小均勻穩(wěn)定；實驗中所用的栓塞劑量為mg級，用量極少就可以使動物出現(xiàn)明顯的腦缺血癥狀，相比其他方法更有優(yōu)勢。李成利等[24]應用介入法制作兔VX2腦瘤模型，之后行MRI檢查，研究結(jié)果顯示腫瘤的MRI表現(xiàn)和病理學改變相一致，能夠滿足介入治療的需要，介入法制作的兔腦瘤模型成瘤穩(wěn)定，適合MRI觀察和介入治療研究。江峰等[25]采用損傷后可吸收線捆扎法建立犬頸動脈狹窄模型，之后分別行球囊擴張和支架置入，復查后觀察到兩組都出現(xiàn)明顯的頸動脈狹窄，研究結(jié)果顯示：機械損傷加可吸收線捆扎法可以建立影像學穩(wěn)定并適合球囊擴張和支架置入治療犬頸動脈狹窄模型，支架置入治療有明顯優(yōu)勢。

4 結(jié)語

綜上可知，腦血管動物模型作為醫(yī)學研究的載體，在介入放射學相關(guān)領(lǐng)域的應用具有不可替代的作用。目前腦血管病的發(fā)病率和病死率逐年增加，如何有效的控制與防止乃是當今臨床醫(yī)學研究的熱點問題。隨著腦血管動物模型制作水平的提高，以及DSA技術(shù)和介入診療技術(shù)的發(fā)展，給基于動物模型的介入放射學研究帶來新的機遇，介入放射學將會成為臨床上腦血管病的重要診療手段。

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10.3969/j.issn.1671-8348.2015.04.038

國家臨床重點?？平ㄔO(shè)項目基金(國衛(wèi)辦[2013]544號)；重慶市衛(wèi)生局科研基金重點項目(2013-1-003)。 作者簡介：周蜜(1991-)，在讀碩士,主要從事圖像處理與仿真影像學研究?！?/p>

,E-mail：zeng-ym@vip.sina.com。

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