Willis環(huán)后部結(jié)構(gòu)變異、椎動(dòng)脈發(fā)育不良的流行病學(xué)及相互關(guān)系研究進(jìn)展

周前鵬，拜承萍

1 青海大學(xué)研究生院，青海西寧810000；2 青海大學(xué)附屬醫(yī)院

顱內(nèi)血流供應(yīng)的血管分成兩部分：頸內(nèi)動(dòng)脈系統(tǒng)和椎基底動(dòng)脈系統(tǒng)，二者相互連接形成大腦動(dòng)脈環(huán)，又稱Willis 環(huán)。Willis 環(huán)是顱內(nèi)最重要的側(cè)支循環(huán)通路。在維持顱內(nèi)穩(wěn)定血流和灌注壓方面起至關(guān)重要作用［1］。在臨床影像學(xué)報(bào)告中，經(jīng)常見到后交通動(dòng)脈開放、胚胎型大腦后動(dòng)脈的報(bào)告，但是目前Willis 結(jié)構(gòu)異常對(duì)腦循環(huán)和神經(jīng)癥狀的影響還不夠重視，大部分認(rèn)為其為正常變異。BAHMAN 等［2］的一項(xiàng)橫斷面研究，運(yùn)用頭顱MRA 技術(shù)對(duì)525 例健康人群的Willis 環(huán)進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)僅有20.9%的人群存在完整的Willis 環(huán)。Willis 環(huán)結(jié)構(gòu)變異主要表現(xiàn)為后交通動(dòng)脈存在、后交通動(dòng)脈的缺如或發(fā)育不良和胚胎型Willis 環(huán)。Willis 環(huán)的解剖和通暢為缺血性中風(fēng)的保護(hù)因素［3］，相關(guān)研究［4］顯示，在13 例后循環(huán)缺血患者中，Willis 環(huán)后部結(jié)構(gòu)異常的發(fā)生率為100%，并且全都伴有椎基底動(dòng)脈發(fā)育不良，該研究表明Willis 環(huán)后部結(jié)構(gòu)異常合并椎動(dòng)脈發(fā)育不良時(shí)易發(fā)生后循環(huán)的缺血事件。目前國(guó)內(nèi)對(duì)Willis 環(huán)結(jié)構(gòu)異常合并椎動(dòng)脈發(fā)育不良共存的研究較少且國(guó)際上對(duì)Willis 環(huán)后部結(jié)構(gòu)變異與椎基底動(dòng)脈的發(fā)育異常之間的因果關(guān)系仍不清楚，但近年也取得了一些研究成果，現(xiàn)就Willis 環(huán)后部結(jié)構(gòu)變異、椎動(dòng)脈發(fā)育不良的流行病學(xué)及二者關(guān)系的研究進(jìn)展作以下綜述。

1 Willis環(huán)后部結(jié)構(gòu)變異的流行病學(xué)

Willis 環(huán)又被稱為大腦動(dòng)脈環(huán)，是顱內(nèi)血管的初級(jí)側(cè)支循環(huán)［5］，由兩側(cè)的大腦前動(dòng)脈（ACA）的起始段（A1 段）、前交通動(dòng)脈（AcoA）、兩側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈（ICA）末端、兩側(cè)后交通動(dòng)脈（PcoA）、兩側(cè)大腦后動(dòng)脈（PCA）起始段（P1 段）組成［6］。頸內(nèi)動(dòng)脈及其分支血管供應(yīng)大腦前部分組織的血供，稱為前循環(huán)；椎基底動(dòng)脈及其分支供應(yīng)大腦后部分的血供，稱之為后循環(huán)［7］。在正常生理情況下，動(dòng)脈環(huán)前后循環(huán)的壓力相等，所以兩個(gè)系統(tǒng)的血液幾乎不會(huì)混合，當(dāng)某一系統(tǒng)出現(xiàn)阻塞性疾病時(shí)，血液可通過(guò)Willis 環(huán)從壓力高的一側(cè)流向壓力低的一側(cè)，從而在一定程度上重新分配顱內(nèi)的血液，使血管阻塞側(cè)的腦組織得到相應(yīng)的血液代償。

自從Sir Thomas Willis 于1664 年首次描述了這個(gè)圓圈以來(lái)，Willis 環(huán)已經(jīng)被廣泛研究［8］。Willis 環(huán)的變異率較高。ZANINOVICH 等［9］對(duì)834 例患者的頭顱CTA 進(jìn)行回顧性分析，結(jié)果表明僅約37.1%的患者存在完整的Willis 環(huán)，且發(fā)現(xiàn)Willis 環(huán)的完整性與性別和年齡相關(guān)，完整的Willis 環(huán)在女性中多見，隨年齡的增加，Willis 環(huán)的完整性隨之降低。MUKHERJEE 等［10］研究顯示，40%的人群有完整的Willis 環(huán)解剖結(jié)構(gòu)。JAMES 等［11］進(jìn)行的一項(xiàng)前瞻性研究結(jié)果顯示，50 歲以上的人群中約56%的人群為不完整的Willis 環(huán)。相比國(guó)外人群的研究，國(guó)內(nèi)人群Willis 環(huán)的變異率較高。ZAKI 等［12］對(duì)100 例埃及人進(jìn)行頭顱MRA 檢查，研究Willis 環(huán)組成血管的變異類型，將Willis 環(huán)分成完整、部分完整、不完整，前后循環(huán)的血管顯影正常且直徑≥0.8 mm，即定義為完整的Willis 環(huán)；前、后循環(huán)中只有一個(gè)是完整的通路則定義為部分完整Willis 環(huán)；前后循環(huán)中都有缺損的血管則定義為不完整型Willis 環(huán)，該研究結(jié)果顯示，部分完整和不完整的Willis 環(huán)分別占38%和34%（總的患病率為72%），在不完整Willis 環(huán)中前、后不完整分別占比為34%和62%，且在后循環(huán)變異類型中后交通動(dòng)脈的變異率較高，并認(rèn)為Willis 環(huán)的變異類型跟種族人群相關(guān)。

在Willis 環(huán)后部的評(píng)估中，Willis 環(huán)后部結(jié)構(gòu)變異類型根據(jù)血管直徑的大小可分為后交通動(dòng)脈的缺失或發(fā)育不良、胚胎型大腦后動(dòng)脈；根據(jù)后交通動(dòng)脈與同側(cè)大腦后動(dòng)脈P1 段的直徑大小又可將后交通動(dòng)脈發(fā)育不良分為胚胎型（P1 直徑PcoA直徑）［7］。目前對(duì)血管發(fā)育不良的直徑定義仍存在有爭(zhēng)議，VIRGINIJA 等［13］將Willis 環(huán)中的構(gòu)成血管<0.8 mm時(shí)定義為發(fā)育不良；LI等［8，14］將Willis環(huán)中直徑<1 mm 的血管時(shí)定義為發(fā)育不良。VIRGINIJA等［13］將Willis 環(huán)后部分為后交通動(dòng)脈存在、后交通動(dòng)脈缺失或發(fā)育不良和胚胎型大腦后動(dòng)脈。LI等［8］對(duì)170 例中國(guó)人群進(jìn)行的研究將Willis 環(huán)中的血管直徑<1 mm 時(shí)定義為發(fā)育不良，并將Willis 環(huán)后部結(jié)構(gòu)分為10類：正常成年型后圈；過(guò)渡型；單側(cè)胚胎型大腦后動(dòng)脈（FTP）；雙側(cè)胚胎型大腦后動(dòng)脈（FTP）；雙側(cè)后交通動(dòng)脈缺失；雙側(cè)PcomA 發(fā)育不良；單側(cè)PcomA 缺失；單側(cè)PcomA 發(fā)育不全；完全FTP；一種新型的變異：PCoA 與PCA 不相通，同時(shí)供應(yīng)PCA 交通后段。ZAKI 等［12］將血管直徑<0.8 mm定義為發(fā)育不良，并將Willis 環(huán)后部分結(jié)構(gòu)分成如下幾類：雙側(cè)后交通動(dòng)脈存在；單側(cè)胚胎型大腦后動(dòng)脈；雙側(cè)胚胎型大腦后動(dòng)脈；一側(cè)后交通動(dòng)脈存在；雙側(cè)后交通動(dòng)脈缺失或發(fā)育不良；一側(cè)胚胎型大腦后動(dòng)脈合并P1段缺失或發(fā)育不良；一側(cè)胚胎型大腦后動(dòng)脈和P1 段缺失或發(fā)育不良合并對(duì)側(cè)后交通動(dòng)脈缺失或發(fā)育不良；一側(cè)胚胎型大腦后動(dòng)脈和P1段缺失或發(fā)育不良合并對(duì)側(cè)后交通動(dòng)脈缺失或發(fā)育不良；雙側(cè)胚胎型大腦后動(dòng)脈和P1 段缺失或發(fā)育不良；雙側(cè)胚胎型大腦后動(dòng)脈合并其中一側(cè)大腦后動(dòng)脈缺失或發(fā)育不良。

2 椎動(dòng)脈發(fā)育不良的流行病學(xué)

椎動(dòng)脈左右各一，都起源于鎖骨下動(dòng)脈，經(jīng)過(guò)頸椎椎體側(cè)方第6 至第1 橫突孔，穿過(guò)枕骨大孔入顱，雙側(cè)椎動(dòng)脈在延髓和腦橋的交界處匯合成基底動(dòng)脈。椎動(dòng)脈通常分為4 段，V1 段（骨外段）：鎖骨下動(dòng)脈上方至C6 橫突孔；V2 段（椎間孔段）：第6 頸椎橫突至第2 頸椎橫突之間，并呈倒“L”形通過(guò)；V3 段（脊椎外段）：第2 頸椎橫突孔到穿破硬膜處；V4 段（硬膜內(nèi)段）：經(jīng)過(guò)枕骨大孔，然后在斜坡下部后方走向內(nèi)上，雙側(cè)椎動(dòng)脈在腦橋與延髓交界處或其附近匯合，形成基底動(dòng)脈（BA）。椎動(dòng)脈主要的供血范圍是小腦、中腦、腦橋、延髓等小腦幕下結(jié)構(gòu)［15］。正常兩側(cè)椎動(dòng)脈的直徑大小不一，直徑3～5 cm［16］。在正常人群中，僅25%的人群存在雙側(cè)椎動(dòng)脈直徑相等，約50%的人群表現(xiàn)為雙側(cè)椎動(dòng)脈管徑不相等，其中大部分表現(xiàn)為左側(cè)椎動(dòng)脈直徑大于右側(cè)椎動(dòng)脈直徑，稱為左側(cè)優(yōu)勢(shì)動(dòng)脈［17］。少數(shù)則表現(xiàn)為椎動(dòng)脈發(fā)育不良。

椎動(dòng)脈的管徑個(gè)體差異較大，大部分人兩側(cè)椎動(dòng)脈管徑不對(duì)稱，管徑相對(duì)較大的一側(cè)稱為優(yōu)勢(shì)側(cè)動(dòng)脈。既往研究通過(guò)尸檢及血管造影等方法發(fā)現(xiàn)，椎動(dòng)脈發(fā)育不良的發(fā)生率在2%～6%［18］。隨著影像學(xué)技術(shù)的不斷改進(jìn)，椎動(dòng)脈發(fā)育不良的診斷率不斷上升，目前認(rèn)為椎動(dòng)脈發(fā)育不良的檢出率在2%～58.3%［15，19-21］。GAIGALAITE 等［21］對(duì)367 例TIA 或PCS 患者和742 例正常人群中椎動(dòng)脈發(fā)育不良的關(guān)系，結(jié)果顯示試驗(yàn)組椎動(dòng)脈發(fā)育不良的發(fā)生率高達(dá)58.3%，對(duì)照組中椎動(dòng)脈發(fā)育不良的發(fā)生率為31.3%，大部分的椎動(dòng)脈發(fā)育不良出現(xiàn)在右側(cè)，且女性比男性多見。THIERFELDER 等［22］對(duì)934 例疑似中風(fēng)的患者進(jìn)行頭顱CTA 檢查，其中15.6%的患者存在椎動(dòng)脈發(fā)育不良，66.1%的椎動(dòng)脈發(fā)育不良發(fā)生在右側(cè)，33.9%的椎動(dòng)脈發(fā)育不良發(fā)生在左側(cè)。PEI 等［23］對(duì)187 例疑似為中風(fēng)的患者進(jìn)行頭顱MRA檢查，結(jié)果顯示其中有33.1%的患者表現(xiàn)為椎動(dòng)脈發(fā)育不良，且高達(dá)80.7%的椎動(dòng)脈發(fā)育不良發(fā)生在右側(cè)。椎動(dòng)脈發(fā)育不良的檢出率差異性較大，主要是由于目前對(duì)椎動(dòng)脈發(fā)育不良沒(méi)有達(dá)成統(tǒng)一的定義。

隨著影像學(xué)設(shè)備的不斷更新，使用不同的影像學(xué)工具檢查椎動(dòng)脈具有不同的診斷標(biāo)準(zhǔn)，故臨床上暫無(wú)統(tǒng)一的椎動(dòng)脈發(fā)育不良的診斷標(biāo)準(zhǔn)［23-25］。HYC等［19］通過(guò)經(jīng)顱多普勒超聲將椎動(dòng)脈發(fā)育不良定義為V2 段直徑≤2.2 mm 或椎動(dòng)脈的流速≤30 mL/min。THIERFELDER 等［22］通過(guò)CTA 診斷椎動(dòng)脈發(fā)育不良，將椎動(dòng)脈發(fā)育不良定義為V4 段直徑≤2.0 mm，而且伴隨著V1～V4 段椎動(dòng)脈不對(duì)稱比≤1∶1.7。YANG 等［26］通過(guò)頭顱DSA 對(duì)235 例腦卒中年輕患者進(jìn)行研究，將椎動(dòng)脈發(fā)育不良定義為在DSA下椎動(dòng)脈直徑<2.0 mm，或椎動(dòng)脈遠(yuǎn)端缺如。MITSUMURA等［27］通過(guò)頸部超聲檢查將椎動(dòng)脈發(fā)育不良定義為符合以下三個(gè)診斷標(biāo)準(zhǔn)之一：椎動(dòng)脈直徑≤2.5 mm；椎動(dòng)脈直徑≤3.0 且雙側(cè)不對(duì)稱比例>1∶1.7；椎動(dòng)脈直徑≤3.0 mm、收縮期峰值速度小于40 cm/s，且阻力指數(shù)大于0.75。SAUER 等［28］通過(guò)多普勒超聲將椎動(dòng)脈發(fā)育不良定義為管腔直徑≤2.5 mm，或雙側(cè)直徑差異>1∶1.7。SATO等［29］通過(guò)超聲檢查椎動(dòng)脈，將椎動(dòng)脈發(fā)育不良定義為椎動(dòng)脈血流流速≤40 mL/min。

3 Willis環(huán)后部結(jié)構(gòu)異常與椎動(dòng)脈發(fā)育不良的關(guān)系

3.1 Willis 環(huán)后部結(jié)構(gòu)異常者易出現(xiàn)椎動(dòng)脈發(fā)育不良 LOCHNER 等［4］關(guān)于后循環(huán)梗死與胚胎型大腦后動(dòng)脈關(guān)系的研究顯示，13 例后循環(huán)梗死患者均有胚胎型大腦后動(dòng)脈，且同時(shí)伴有椎基底動(dòng)脈的發(fā)育不良，表明Willis 環(huán)后部異常結(jié)構(gòu)與椎基底動(dòng)脈發(fā)育不良之間存在相關(guān)性。研究［30］報(bào)道，有胚胎型Willis 環(huán)結(jié)構(gòu)患者的基底動(dòng)脈比沒(méi)有胚胎型Willis環(huán)結(jié)構(gòu)患者的直徑小，在有胚胎型Willis 環(huán)的個(gè)體中，椎基底動(dòng)脈的直徑可減少18%。

THIERFELDER 等［22］將934 例疑似中風(fēng)的患者分成椎動(dòng)脈正常組和椎動(dòng)脈發(fā)育不良組，并分別進(jìn)行頭顱CTP 檢查，結(jié)果顯示椎動(dòng)脈發(fā)育不良組中，42.4%的患者表現(xiàn)為任何灌注圖中PICA 區(qū)域的低灌注。在椎動(dòng)脈正常組中，發(fā)現(xiàn)PICA區(qū)域相關(guān)區(qū)域低灌注的發(fā)生率為7.6%，P<0.01。DELBRUTTO等［31］通過(guò)雙功能超聲對(duì)1 000 例無(wú)腦血管病或明顯頸動(dòng)脈粥樣硬化的健康受試者進(jìn)行回顧性分析，結(jié)果顯示椎動(dòng)脈發(fā)育不良側(cè)的血流阻力明顯增加，椎動(dòng)脈的血流體積不足（定義為椎動(dòng)脈的凈流量<100 mL/min）發(fā)生在有椎動(dòng)脈發(fā)育不良的個(gè)體比沒(méi)有椎動(dòng)脈發(fā)育不良的個(gè)體更頻繁（22.1%對(duì)2.4%，P<0.001）。但均未進(jìn)一步對(duì)顱內(nèi)血管進(jìn)行研究。相關(guān)研究［3］認(rèn)為當(dāng)后循環(huán)出現(xiàn)低灌注時(shí)，打破Willis 環(huán)前后循環(huán)的壓力平衡，Willis 環(huán)可通過(guò)后交通動(dòng)脈引流前循環(huán)血供為之代償，故Willis 環(huán)的變異為缺血性中風(fēng)的保護(hù)因素。LOCHNER 等［4］認(rèn)為，胚胎型大腦后動(dòng)脈患者的前后循環(huán)的正常邊界變得模糊不清，因此認(rèn)為有胚胎型大腦后動(dòng)脈的患者更加容易出現(xiàn)灌注不足，而且他們的研究表明椎動(dòng)脈合并胚胎型Willis 環(huán)可以增加后循環(huán)卒中事件發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)，Willis 環(huán)作為初級(jí)側(cè)支代償，在急性腦卒中出現(xiàn)時(shí)起著重要的代償作用，Willis 環(huán)后部結(jié)構(gòu)變異使得初級(jí)代償失效，而且Willis 環(huán)的變異使頸內(nèi)動(dòng)脈系統(tǒng)和椎基底動(dòng)脈系統(tǒng)之間的脈絡(luò)膜動(dòng)脈不能發(fā)展，因?yàn)榇竽X中動(dòng)脈和大腦后動(dòng)脈都與頸內(nèi)動(dòng)脈系統(tǒng)相聯(lián)系而不是椎基底動(dòng)脈聯(lián)系，可增加腦卒中事件發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)。另有研究［32］報(bào)道，胚胎型Willis 環(huán)能夠打亂前后循環(huán)供血之間的平衡，增加缺血性腦血管病的發(fā)生率，一方面，出現(xiàn)胚胎型Wil?lis環(huán)合并椎動(dòng)脈發(fā)育不良時(shí)，同側(cè)大腦后動(dòng)脈P1段常缺如或發(fā)育不全，當(dāng)同側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈出現(xiàn)閉塞，椎基底動(dòng)脈的血流很難直接到達(dá)大腦后動(dòng)脈遠(yuǎn)端，前循環(huán)血流代償減少容易出現(xiàn)大面積的腦梗死。

3.2 椎動(dòng)脈發(fā)育不良者易出現(xiàn)Willis 環(huán)后部結(jié)構(gòu)異常 在胚胎的發(fā)育過(guò)程中，頸內(nèi)動(dòng)脈是顱內(nèi)最先形成的動(dòng)脈，而且供應(yīng)原始大腦所需的血供［1333-36］。隨著腦干、小腦、枕葉的擴(kuò)大增容，對(duì)血供的需求逐漸增加，頸內(nèi)動(dòng)脈的供血不能滿足其需求，后循環(huán)隨之開始發(fā)育，但在這個(gè)階段后循環(huán)發(fā)育還不完全，它仍由起源于前循環(huán)的原始動(dòng)脈網(wǎng)形成。在椎動(dòng)脈和基底動(dòng)脈發(fā)育形成后，這些吻合支開始消退。由于椎基底動(dòng)脈的發(fā)育不良對(duì)后循環(huán)的供血不足，導(dǎo)致吻合支消退不完全，沒(méi)有完全消退的吻合支就成了連接前后循環(huán)的異常血管。最常見的異常吻合支類型是胚胎型大腦后動(dòng)脈。隨著大腦的發(fā)育，成年型和胚胎型結(jié)構(gòu)的頻率隨之增加，而過(guò)渡型結(jié)構(gòu)的頻率隨之減少［13］。相比正常直徑的椎動(dòng)脈，在存在有椎動(dòng)脈發(fā)育不良時(shí)，為了滿足同側(cè)腦組織的生理需要以及維持前后循環(huán)的壓力平衡，Willis 環(huán)作為顱內(nèi)的初級(jí)代償血管可出現(xiàn)相應(yīng)的變異更好地給大腦供血，以預(yù)防腦缺血發(fā)生，當(dāng)代償仍不能滿足腦組織的需求時(shí)將會(huì)出現(xiàn)腦組織的梗死。

近年，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)，隨著椎動(dòng)脈發(fā)育不良的程度增加，胚胎型大腦后動(dòng)脈的發(fā)生率隨之增加，且出現(xiàn)在同側(cè)比較多見，而后交通動(dòng)脈缺失或發(fā)育不良的比例減少。通過(guò)雙功能超聲和CT灌注成像發(fā)現(xiàn)，椎動(dòng)脈發(fā)育不良可導(dǎo)致后循環(huán)相關(guān)區(qū)域出現(xiàn)低灌注，胚胎型Willis 環(huán)可通過(guò)前循環(huán)血流進(jìn)行代償可能有保護(hù)作用，當(dāng)代償不足時(shí)可增加腦卒中的風(fēng)險(xiǎn)。YANG 等［30］對(duì)306 例椎動(dòng)脈發(fā)育不良的人群和302例椎動(dòng)脈發(fā)育正常人群進(jìn)行比較，結(jié)果顯示兩組中Willis 環(huán)后部結(jié)構(gòu)異常的發(fā)生率分別為49.0%和17.5%，兩者之間存在統(tǒng)計(jì)學(xué)差異。VIRGINIJA等［13］通過(guò)MRA 對(duì)923 例健康志愿者顱內(nèi)Willis 結(jié)構(gòu)模式和椎動(dòng)脈關(guān)系進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與正常椎動(dòng)脈人群相比，椎動(dòng)脈發(fā)育不良的人群發(fā)生Willis 環(huán)變異的概率較大（28.8% vs 13.5%），且發(fā)生在同側(cè)比較多見；隨著椎動(dòng)脈狹窄程度的增加，發(fā)生胚胎型大腦后動(dòng)脈的可能性相應(yīng)增加，然而后交通動(dòng)脈狹窄或缺失的發(fā)生率就下降，且椎動(dòng)脈發(fā)育不良和胚胎型大腦后動(dòng)脈經(jīng)常出現(xiàn)在同側(cè)。

綜上所述，在Willis 環(huán)結(jié)構(gòu)變異中，Willis 環(huán)后部結(jié)構(gòu)的變異率較高，其中以胚胎型大腦后動(dòng)脈比較常見，常合并椎動(dòng)脈發(fā)育不良出現(xiàn)，且出現(xiàn)在同側(cè)的概率較高。椎動(dòng)脈發(fā)育不良在人群中的發(fā)生率較高，椎動(dòng)脈發(fā)育不良在右側(cè)的發(fā)生率較左側(cè)高；大部分的椎動(dòng)脈發(fā)育不良不出現(xiàn)臨床癥狀，但合并有Willis 環(huán)后部異常結(jié)構(gòu)時(shí)后循環(huán)卒中的風(fēng)險(xiǎn)增加。目前尚未明確報(bào)道Willis 環(huán)后部結(jié)構(gòu)變異與椎動(dòng)脈發(fā)育不良之間的關(guān)系，在椎動(dòng)脈發(fā)育不良的前提下，Willis 環(huán)后部結(jié)構(gòu)異常對(duì)后循環(huán)卒中的影響機(jī)制仍不明確。未來(lái)還需進(jìn)一步、多中心、大樣本的研究來(lái)闡述該機(jī)制，為臨床上對(duì)后循環(huán)卒中的預(yù)防及治療提供理論基礎(chǔ)。