血流動(dòng)力學(xué)對(duì)顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的影響的研究進(jìn)展

狄娜　江彥璋　張宏偉　付俊霞　賈曉芳（山西醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，山西太原 030001）

血流動(dòng)力學(xué)對(duì)顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的影響的研究進(jìn)展

狄娜江彥璋張宏偉付俊霞賈曉芳
（山西醫(yī)科大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，山西太原 030001）

顱內(nèi)動(dòng)脈瘤（intracranial aneurysm，IA）是指顱腦動(dòng)脈內(nèi)腔的局限性異常擴(kuò)張?jiān)斐蓜?dòng)脈壁的一種瘤狀突出，其在人群中的發(fā)病率為3%-6%，同時(shí)發(fā)生破裂的概率為0.05%-2%［1］。破裂的動(dòng)脈瘤引發(fā)的蛛網(wǎng)膜下腔出血造成了患者的高致殘率，高死亡率以及高額的花費(fèi)。在進(jìn)行積極有效的預(yù)防和治療之前明確IA的發(fā)病機(jī)制是非常有必要的。許多因素可以參與到IA的進(jìn)程中來(lái)，但是血流動(dòng)力學(xué)的影響卻是獨(dú)特而顯著的。本文就血流動(dòng)力學(xué)主要的幾大方面以及它們?cè)贗A的發(fā)生、發(fā)展、破裂中的研究進(jìn)展作一綜述。

IA 血流動(dòng)力學(xué) 壁切應(yīng)力 壁切應(yīng)力梯度 內(nèi)彈性模

IA是指顱腦動(dòng)脈內(nèi)腔的局限性異常擴(kuò)張?jiān)斐蓜?dòng)脈壁的一種瘤狀突出，它的自然進(jìn)程包括：發(fā)生、發(fā)展、破裂。IA主要有直管側(cè)壁型瘤和分叉管頂。載瘤動(dòng)脈的一部分血流在收縮期進(jìn)入IA，然后被分配，但是并沒(méi)有進(jìn)入停滯區(qū)域也沒(méi)有進(jìn)入渦流區(qū)域的中心，進(jìn)入瘤內(nèi)的大部分血液在舒張期流出IA。Christopher等［2］對(duì)比IA患者和健康志愿者的血流模式發(fā)現(xiàn)：在IA患者中，存在大量的渦流或者螺旋形血流模式，而在志愿者中，絕大多數(shù)為層流。但是，關(guān)于血流動(dòng)力學(xué)是如何介導(dǎo)這些環(huán)節(jié)的，存在著不同的理論學(xué)說(shuō)。鑒于明確血流動(dòng)力學(xué)的作用機(jī)制對(duì)IA的研究有現(xiàn)實(shí)意義，本文就血流動(dòng)力學(xué)的幾大方面進(jìn)行系統(tǒng)性的綜述。

1　WSS和WSSG

1.1IA的發(fā)生

顱內(nèi)動(dòng)脈的彎曲側(cè)和分叉處受到血流沖擊后，WSS和WSSG有所提高。持續(xù)提高的WSS通過(guò)機(jī)械力傳導(dǎo)，作用于內(nèi)皮細(xì)胞的機(jī)械刺激感受器，導(dǎo)致細(xì)胞外基質(zhì)基質(zhì)的合成暫時(shí)減少以允許動(dòng)脈壁的擴(kuò)張。隨后，平滑肌細(xì)胞以及內(nèi)皮細(xì)胞增殖，使得擴(kuò)張區(qū)域的內(nèi)皮被完整覆蓋，細(xì)胞外基質(zhì)的合成增加，但此時(shí)IEL還沒(méi)有受到損傷。沿著血流方向內(nèi)皮表面的流動(dòng)阻力增加，在管腔內(nèi)產(chǎn)生網(wǎng)狀伸展力。另外，提高的WSSG增加內(nèi)皮細(xì)胞的遷移，導(dǎo)致對(duì)基質(zhì)金屬蛋白酶抑制的下降。在提高的WSSG基礎(chǔ)上，WSS的高振幅變化會(huì)引起內(nèi)皮細(xì)胞的疲勞和損傷，從而導(dǎo)致內(nèi)皮功能紊亂，血管發(fā)生病理性重塑，誘發(fā)IA生成。

1.2IA的生長(zhǎng)

在IA或動(dòng)脈瘤子囊形成后，產(chǎn)生血流停滯區(qū)域，這些區(qū)域的WSS降低。但在停滯區(qū)域的周邊WSS和WSSG卻有所提高。停滯區(qū)域可以隨著血液循環(huán)而發(fā)生移動(dòng)。對(duì)于IA內(nèi)擾亂的血流和降低的WSS，管壁出現(xiàn)炎癥反應(yīng)，白血球粘附于內(nèi)膜，紅細(xì)胞聚集，肥大細(xì)胞的浸潤(rùn)增加，同時(shí)表達(dá)大量的基質(zhì)金屬蛋白酶-2和基質(zhì)金屬蛋白酶-9，導(dǎo)致彈性纖維的破壞增加，肌層變薄弱，促使血管壁向外擴(kuò)張，使得IA不斷生長(zhǎng)。所以，IA的生長(zhǎng)是高WSSG和低WSS共同作用的結(jié)果。在高WSSG條件下，產(chǎn)生了一個(gè)前生長(zhǎng)區(qū)域，導(dǎo)致血流停滯區(qū)域（低WSS）的進(jìn)一步擴(kuò)大。在低WSS條件下，平滑肌細(xì)胞凋亡，動(dòng)脈壁的脆性增加，通過(guò)炎性細(xì)胞，導(dǎo)致中膜變薄弱，引發(fā)IA的進(jìn)一步生長(zhǎng)。

1.3IA的破裂

IA按穩(wěn)定性分為穩(wěn)定IA和不穩(wěn)定IA。對(duì)于穩(wěn)定IA，在其頸部WSS輕微增高，在瘤壁的大部分區(qū)域WSS＜2N/㎡。而且，WSS在瘤壁上的分布很均勻。隨著IA的增大，破裂的風(fēng)險(xiǎn)增加。在破裂的IA中，WSS更低，WSSG的改變更明顯。有研究表明，［3］IA的縱橫比（IA的深度除以頸部寬度）＞1.6與破裂風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)，而縱橫比恰恰與WSS值成反比。在低WSS條件下，IA壁的平滑肌細(xì)胞丟失，膠原量增加，血栓形成。IA壁變得不規(guī)則而且極薄，細(xì)胞減少，膠原層變得模糊，平滑肌細(xì)胞稀少。破裂的IA壁主要是由非細(xì)胞結(jié)構(gòu)蛋白、稀少的平滑肌細(xì)胞、不規(guī)則的膠原層、分散浸潤(rùn)的巨噬細(xì)胞和淋巴細(xì)胞等構(gòu)成。由此可見，高WSSG和低WSS共同促進(jìn)IA的生長(zhǎng)和破裂。

2　血流速度

血流速度對(duì)于IA的發(fā)展所起的作用并非是直接的，而且，在血流動(dòng)力學(xué)研究中，速度因素對(duì)于IA的發(fā)展只占很小的一部分，但是卻是不可或缺的。載瘤動(dòng)脈的曲率越大，進(jìn)入瘤內(nèi)的血流速度越大，瘤體內(nèi)的WSS越高，受沖擊的區(qū)域越小，IA破裂的風(fēng)險(xiǎn)也相應(yīng)提高。在動(dòng)脈瘤形成后，繼發(fā)的血流停滯區(qū)域的血流速度低，這與IA的進(jìn)一步生長(zhǎng)有關(guān)。IA的速度峰值位于瘤頸遠(yuǎn)側(cè)壁，而且從瘤頸到瘤頂，血流速度逐漸減小。隨著IA頸變窄和瘤深加深，IA的中心和頂部的血流速度進(jìn)一步減小甚至降為零，瘤頂部的血流停滯。研究發(fā)現(xiàn)［4］IA頂?shù)拇笮∨c顱內(nèi)血流速度成反比關(guān)系。根據(jù)目前的研究，提示高速血流可能促進(jìn)IA的發(fā)生和破裂，而低速血流促進(jìn)IA的不斷生長(zhǎng)。

3　血壓

血壓即血液流動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的垂直于動(dòng)脈壁或IA壁上的壓力。IA易于發(fā)生在動(dòng)脈彎曲和分叉處，在這些部位血壓升高。IA形成后，瘤內(nèi)的壓力作用于瘤壁產(chǎn)生牽張應(yīng)力，應(yīng)力值與瘤內(nèi)壓，IA半徑成正比，與瘤壁厚度成反比。隨著IA的退行性變，瘤壁厚度變薄，瘤內(nèi)牽張應(yīng)力進(jìn)行性增加，當(dāng)超出瘤壁的承受能力時(shí)，動(dòng)脈瘤即破裂。CFD研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，血流沖擊區(qū)域的壓力雖輕微高于其他部位，但是其增加值僅為瘤內(nèi)壓力值的1%-2%。而且，無(wú)論是血流沖擊區(qū)域增加的血壓還是IA形成后增加的血壓，都僅占心臟收縮期和舒張期血壓變化的一小部分。因此，血壓在IA的發(fā)生和生長(zhǎng)中所起的作用并不大。

4　結(jié)語(yǔ)

血流動(dòng)力學(xué)作為IA進(jìn)程的重要影響因素之一，在研究領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注，但有關(guān)其具體的作用機(jī)制尚未完全闡明。所以，進(jìn)行大量有效的模型研究及臨床數(shù)據(jù)的收集是非常有必要的。計(jì)算流體力學(xué)對(duì)于數(shù)值模擬的精準(zhǔn)度較高，并且與組織學(xué)相結(jié)合去評(píng)估血流動(dòng)力學(xué)與顱內(nèi)血管重塑的相互作用，是更為有效的手段。另外，CFD研究更多用于直管側(cè)壁型動(dòng)脈瘤的研究，而臨床上IA往往位于動(dòng)脈曲段的凸側(cè)壁，由于三維數(shù)字減影血管造影）圖像模擬的幾何結(jié)構(gòu)高度逼真，所以運(yùn)用DSA進(jìn)行數(shù)值模擬更加合理。IA的發(fā)展是多種因素相互作用的結(jié)果，在血流動(dòng)力學(xué)方面，隨著研究的不斷深入，我們會(huì)了解到更為詳細(xì)的機(jī)制，為IA的預(yù)防和治療提供一定的理論基礎(chǔ)。

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