腦動(dòng)脈瘤的血流動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展

韋繼明

河池市人民醫(yī)院神經(jīng)外科，廣西河池 547000

腦動(dòng)脈瘤是神經(jīng)科極為常見的臨床疾病，多發(fā)于40～60歲之間，可達(dá)到1%的發(fā)病率，如未得到有效的治療，就會(huì)導(dǎo)致患者出現(xiàn)傷殘或死亡[1]。如果患者有長(zhǎng)期的抗凝藥服藥史，也會(huì)增加患者的出血率，引發(fā)嚴(yán)重的腦血管病后遺癥，老年人的生活質(zhì)量將嚴(yán)重下降。腦動(dòng)脈瘤病因尚不十分清楚，動(dòng)脈瘤形成的病因，概括有以下幾種：感染、創(chuàng)傷、遺傳、先天畸形、動(dòng)脈硬化等。該病可導(dǎo)致患者癡呆，記憶力下降，大小便失禁，偏癱，失語等，嚴(yán)重時(shí)可使患者短時(shí)間死亡，給患者及家庭帶來巨大的負(fù)擔(dān)[2]。近來研究表明[3]，腦動(dòng)脈瘤形成、發(fā)展與血流動(dòng)力學(xué)因素有關(guān)，且得到大量的基礎(chǔ)與臨床研究證實(shí)。該研究論述血流動(dòng)力學(xué)因素在腦動(dòng)脈瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用，為臨床治療提供理論依據(jù)。

1 顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的發(fā)病機(jī)制與分類

腦動(dòng)脈瘤的發(fā)病機(jī)制至今尚不十分清楚，臨床研究仍存在較多爭(zhēng)論。有研究顯示[13]，動(dòng)脈瘤大多出現(xiàn)在供血?jiǎng)用}上，動(dòng)脈瘤的發(fā)生與血流動(dòng)力學(xué)關(guān)系密切，包括供血?jiǎng)用}相對(duì)壓力變化使得血流剪切力出現(xiàn)變化，局部代謝產(chǎn)物與血管內(nèi)皮因子表達(dá)異常，使得動(dòng)靜脈周圍結(jié)構(gòu)出現(xiàn)變化，可能是動(dòng)脈瘤發(fā)生機(jī)制之一。隨著臨床對(duì)血管構(gòu)筑學(xué)研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)血流動(dòng)力學(xué)與先天學(xué)是存在相互關(guān)系的，也是多數(shù)學(xué)者均認(rèn)同的理論。有研究[4]發(fā)現(xiàn)，肺炎衣原體感染動(dòng)脈壁組織細(xì)胞后可引起細(xì)胞的變形、壞死和增殖反應(yīng)，同時(shí)伴有彈性蛋白含量的降低，引起受損血管的非正常重塑。由于彈性蛋白與動(dòng)脈壁的抵抗力有著密不可分的關(guān)系，因此，血管重塑必然使血管壁細(xì)胞增生和血管壁抵抗力下降，導(dǎo)致動(dòng)脈壁不平衡性血管重塑，這可能是囊性動(dòng)脈瘤發(fā)生、發(fā)展的病理生理機(jī)制。血流相關(guān)型動(dòng)脈瘤一般分為兩種亞型，Ⅱa型動(dòng)脈瘤包括大腦中動(dòng)脈主干及其主要分支、基底動(dòng)脈干，大多為囊狀動(dòng)脈瘤。而Ⅱb型位于主要?jiǎng)用}分叉處，遠(yuǎn)離Willis環(huán)但接近畸形團(tuán)，被認(rèn)為是末梢型血流相關(guān)型動(dòng)脈瘤，大多為不規(guī)則或?qū)掝i動(dòng)脈瘤。

2 在動(dòng)脈瘤發(fā)生、發(fā)展中血管壁剪切力的作用

血液在動(dòng)脈壁上的作用可產(chǎn)生壓力、血管壁剪切力（WSS）和機(jī)械張力。WSS是由血液與血管壁之間的摩擦引起，是血管對(duì)血流動(dòng)力學(xué)因素反應(yīng)的中心，是動(dòng)脈瘤發(fā)生、發(fā)展和破裂的重要因素之一，通過血液撞擊血管內(nèi)皮細(xì)胞的作用產(chǎn)生生物學(xué)效應(yīng)。其中動(dòng)脈系統(tǒng)的WSS一般為1～7 Pa，靜脈系統(tǒng)為0.5～0.6 Pa。目前醫(yī)學(xué)界認(rèn)為以WSS為主的3種生理應(yīng)力會(huì)增加動(dòng)脈分叉的內(nèi)層和中間層的損傷，血管壁的最內(nèi)層及血管內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)WSS最為敏感，由于受血流速度的影響，WSS隨血流速度的增加而增大，WSS也因此具有反應(yīng)性調(diào)節(jié)血管徑和血管內(nèi)膜厚度的作用[5-6]。因此，WSS可能是動(dòng)脈壁撕裂的主要原因，高WSS能調(diào)整血流方向，會(huì)導(dǎo)致局部血管壁退化、擴(kuò)張甚至膨脹，低WSS可使細(xì)胞結(jié)構(gòu)重塑、促進(jìn)血管內(nèi)皮細(xì)胞增生和凋亡。然而，國外有學(xué)者[4]表明生物學(xué)效應(yīng)是3種生理壓力和血流動(dòng)力學(xué)在分子水平和生物學(xué)特性上相互作用的結(jié)果，有利于血管內(nèi)皮細(xì)胞存活，具有調(diào)節(jié)細(xì)胞分泌的作用。有研究表明[7]，當(dāng)血液流量增加時(shí)，高WSS可激活敏感的血管內(nèi)皮細(xì)胞產(chǎn)生大量保護(hù)性一氧化氮，內(nèi)皮細(xì)胞感應(yīng)由WSS引起的血管緊張度，調(diào)節(jié)腦血管舒張，使動(dòng)脈血管擴(kuò)張，抵抗血管壁高剪切應(yīng)力，從而維持血管的生理性狀態(tài)。動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)腫瘤頸部誘生型一氧化氮合酶（iNOS）含量的表達(dá)和活性與腦動(dòng)脈瘤的發(fā)生呈正相關(guān)。

3 在動(dòng)脈瘤發(fā)生、發(fā)展中血流形式的作用

動(dòng)脈瘤的存在會(huì)嚴(yán)重破壞血流形式，因此，動(dòng)脈瘤的血液流變學(xué)更加復(fù)雜。事實(shí)上，動(dòng)脈瘤腔內(nèi)血液的流動(dòng)形態(tài)是介于層流和湍流之間的一種中間形態(tài)，導(dǎo)致腫瘤壁容易疲勞，引起液體共振，增加腫瘤壁薄弱部分的破潰率。然而，血流形式對(duì)動(dòng)脈瘤形成的影響并不顯著，且與動(dòng)脈瘤破裂的因果關(guān)系尚未確定。張炘等[8]研究表明，囊性動(dòng)脈瘤模型中湍流的發(fā)生率顯著增加，原因在于囊性動(dòng)脈瘤模型中產(chǎn)生的湍流小于非囊性動(dòng)脈瘤模型的一半。血流直接撞擊腫瘤側(cè)壁，然后，渦流在動(dòng)脈瘤內(nèi)部以較慢的速度形成，最后，渦流從動(dòng)脈瘤外側(cè)經(jīng)瘤頸近端流出，血液動(dòng)力學(xué)隨著動(dòng)脈瘤而改變[9-11]。在渦旋形成之前，WSS明顯上升，動(dòng)脈瘤形成后，由于血流速度降低，WSS明顯下降。通過臨床觀察，大而長(zhǎng)的動(dòng)脈瘤通常會(huì)滯留造影劑，腫瘤腔內(nèi)容易形成緩慢的血流，使血管壁組織缺氧和營(yíng)養(yǎng)缺乏，加劇血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷[12]。

4 在動(dòng)脈瘤破裂中血流速度及血流壓力的作用

在臨床上，可以看到腦動(dòng)脈環(huán)異常發(fā)育。大多數(shù)動(dòng)脈瘤發(fā)生在血流較多的一側(cè)，當(dāng)近端前腦動(dòng)脈異常時(shí)，對(duì)側(cè)前腦動(dòng)脈與前交通動(dòng)脈（ACA-ACOA）交界處的動(dòng)脈瘤風(fēng)險(xiǎn)顯著增加[13-14]。血流均勻流過ACA-ACOA交界處時(shí)，WSS極低。當(dāng)流速不均勻時(shí)，ACA-ACA交界處的WSS更高，血流形態(tài)復(fù)雜多變。因此，血流停滯點(diǎn)和高WSS是ACA-ACOA連接處動(dòng)脈瘤發(fā)生的重要因素[15]。在整個(gè)心動(dòng)周期中，動(dòng)脈瘤頂部的動(dòng)壓直接受到血流的影響，說明動(dòng)壓是影響動(dòng)脈瘤頂部破裂風(fēng)險(xiǎn)的重要因素。靜態(tài)壓力是腫瘤的主要壓力，因?yàn)檠魉俣葘?duì)動(dòng)態(tài)壓力的影響不大，血壓作用于腫瘤壁，使腫瘤壁的血壓升高，因此，動(dòng)脈瘤破裂的風(fēng)險(xiǎn)隨著腫瘤直徑的增大和腫瘤壁的變薄而增加[16-17]。研究發(fā)現(xiàn)[18]，對(duì)于頂部和側(cè)面的寬頸動(dòng)脈瘤，瘤體內(nèi)易形成快速流動(dòng)的血流。對(duì)側(cè)動(dòng)脈瘤和頂端動(dòng)脈瘤的二維和三維數(shù)值模擬表明，血壓和血壓是動(dòng)脈瘤發(fā)展和破裂的危險(xiǎn)因素。

5 腦動(dòng)脈瘤生長(zhǎng)、破裂中動(dòng)脈成角角度在的作用

WSS，動(dòng)脈瘤的血壓和血流速度與動(dòng)脈的形狀和角度密切相關(guān)。通過對(duì)前交通動(dòng)脈瘤發(fā)病機(jī)理的研究，發(fā)現(xiàn)前交通動(dòng)脈瘤的發(fā)生不僅與A1的血管優(yōu)勢(shì)有關(guān)，而且與傾斜角度有關(guān)。由彎曲的血管和分叉的尖端產(chǎn)生的沖擊力和剪切力比無彎曲的近端血管和遠(yuǎn)側(cè)分支對(duì)中央血流更敏感，并且動(dòng)脈瘤更容易發(fā)生。動(dòng)脈瘤的分叉角可減少血流能量消耗。

Rajeeb等[18]提出了一種基于最小能耗原則的優(yōu)化方法，血流流速f與血管內(nèi)徑呈f=Krn的關(guān)系，其中n為對(duì)分岔處血流的間接測(cè)量值，K為常量，與血管、血液和血液黏性有關(guān)。最佳的動(dòng)脈夾角可以最大限度地降低人體血流能量消耗。如果同一根動(dòng)脈以不同夾角分離兩根動(dòng)脈，對(duì)管壁血流的影響更大。統(tǒng)計(jì)分析表明，只有實(shí)際測(cè)量角度對(duì)動(dòng)脈瘤的發(fā)生有重要影響，具有實(shí)用價(jià)值，患動(dòng)脈瘤的風(fēng)險(xiǎn)隨夾角的增大而增大。

6 小結(jié)

大量的臨床研究、理論模型和動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，血流動(dòng)力學(xué)因素的相互作用可能是腦動(dòng)脈瘤形成的重要條件。該文研究了腦動(dòng)脈瘤的血流動(dòng)力學(xué)，特別是基于圖像數(shù)據(jù)的3維數(shù)值模擬實(shí)驗(yàn)。血流動(dòng)力學(xué)因素在腦動(dòng)脈瘤的發(fā)生和破裂中起著重要作用。然而，目前的研究主要集中在血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)與動(dòng)物實(shí)驗(yàn)之間的相互作用上，不能從根本上解釋動(dòng)脈瘤破裂的血液動(dòng)力學(xué)參數(shù)和病理生理，從而導(dǎo)致分子生物學(xué)的學(xué)術(shù)水平改變。因此，分子生物學(xué)、血流動(dòng)力學(xué)和三維數(shù)值模擬的結(jié)合將成為腦動(dòng)脈瘤形成機(jī)制研究的新熱點(diǎn)。