顱內(nèi)動(dòng)脈瘤模型的建立及研究進(jìn)展

王奎重，袁紹紀(jì)，劉建民

顱內(nèi)動(dòng)脈瘤在整個(gè)人群中發(fā)病率高達(dá)2.3%[1]，它是引起顱內(nèi)自發(fā)性蛛網(wǎng)膜下腔出血最常見(jiàn)的原因。目前動(dòng)脈瘤的發(fā)生機(jī)制仍不清楚，而且動(dòng)脈瘤治療后仍有復(fù)發(fā)的傾向。建立理想的動(dòng)脈瘤模型對(duì)于研究人類顱內(nèi)動(dòng)脈瘤發(fā)生、發(fā)展及治療都有重要的意義。目前動(dòng)脈瘤模型制作的方法很多，主要根據(jù)不同的研究目的選用不同的方法。現(xiàn)就國(guó)內(nèi)外這些方法的研究現(xiàn)狀進(jìn)行綜述。

1 顱內(nèi)動(dòng)脈瘤模型的體外研究

1.1 體外實(shí)體模型 體外模型中使用較多的是硅膠動(dòng)脈瘤模型，其優(yōu)點(diǎn)是硅膠透明并具有彈性，可以模仿動(dòng)脈瘤的血液動(dòng)力學(xué)特征，觀測(cè)其內(nèi)的血流方向、速度及湍流情況，也可以觀察置入物或支架對(duì)動(dòng)脈瘤內(nèi)血液動(dòng)力學(xué)的影響[2]。其基本研究方法是建立硅膠模型后，通過(guò)連接水泵模擬人脈搏，在“血流”中加入熒光粒子或染料，通過(guò)激光等光源照射動(dòng)脈瘤，使用高速相機(jī)記錄“血液“流動(dòng)圖像，再通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件分析記錄相關(guān)參數(shù)。該模型也可用來(lái)測(cè)定及對(duì)比動(dòng)脈瘤腔內(nèi)和載瘤動(dòng)脈內(nèi)的壓力[3]，亦有利用硅膠動(dòng)脈瘤研究液態(tài)栓塞材料對(duì)動(dòng)脈瘤栓塞程度的影響[4]。

動(dòng)脈瘤的體外實(shí)體模型通常參照活體模型制作而成。Seong等[5]根據(jù)彈性酶誘導(dǎo)兔動(dòng)脈瘤模型的3D成像，采用動(dòng)物模型血管內(nèi)灌注的方法模擬出硅膠載瘤動(dòng)脈和動(dòng)脈瘤模型，這種模型較好的模擬了動(dòng)物動(dòng)脈瘤模型的形態(tài)學(xué)特征，可以方便的在體外進(jìn)行動(dòng)脈瘤血液動(dòng)力學(xué)研究。Sugiu等[6]參照人的動(dòng)脈瘤標(biāo)本制作硅膠動(dòng)脈瘤模型，再通過(guò)連接水泵模擬人脈搏，這種模型可以在直視下進(jìn)行血管治療或夾閉以及觀察血流改變。

1.2 虛擬動(dòng)脈瘤模型 隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算流體力學(xué)（computational fluid dynamics,CFD）已成為顱內(nèi)動(dòng)脈瘤血流動(dòng)力學(xué)研究的重要方法。其基本方法是根據(jù)人顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的3D結(jié)果，生成動(dòng)脈瘤的邊界，劃分網(wǎng)格，設(shè)定邊界條件。上述結(jié)果導(dǎo)入CFD運(yùn)算軟件，得出與動(dòng)脈瘤內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)相關(guān)的參數(shù)及其時(shí)間與空間分布。CFD對(duì)于研究動(dòng)脈瘤的生長(zhǎng)破裂機(jī)制及介入治療材料置入后對(duì)動(dòng)脈瘤內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)影響都有重要意義[7,8]。且其模擬動(dòng)脈瘤血流動(dòng)力學(xué)結(jié)果與傳統(tǒng)的實(shí)體模型模擬結(jié)果無(wú)差異[9]，研究成本亦遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)的實(shí)體模型，因而近年來(lái)成為動(dòng)脈瘤體外研究的重要方法。

2 顱內(nèi)動(dòng)脈瘤模型的活體內(nèi)研究

2.1 直接建立動(dòng)脈瘤方法

2.1.1 靜脈移植模型 1954年German將靜脈囊移植到動(dòng)脈側(cè)壁上形成動(dòng)脈瘤，這一方法制作簡(jiǎn)便，而且動(dòng)脈瘤位置和大小都可以控制，可進(jìn)行彈簧圈栓塞、支架輔助栓塞及液體材料栓塞[10]。但在血液動(dòng)力學(xué)上，側(cè)壁動(dòng)脈瘤模型與人顱內(nèi)動(dòng)脈瘤有一定差異，而且易形成血栓自發(fā)愈合。以后又發(fā)展為頸動(dòng)脈分叉部縫合靜脈囊制作動(dòng)脈瘤方法[11]，以及采用靜脈移植方法建立梭形動(dòng)脈瘤模型[12]，這些方法制作出的動(dòng)脈瘤模型更符合顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的血液動(dòng)力學(xué)和形態(tài)學(xué)特征。另外，還有報(bào)道利用靜脈移植兩步法制作囊狀動(dòng)脈瘤模型，James等[13]先縫合頸靜脈近心端到頸總動(dòng)脈，形成動(dòng)靜脈瘺，并用絲線適當(dāng)不完全結(jié)扎靜脈以控制瘺口血液流速，1～2周后通過(guò)介入方法使用球囊封堵瘺口遠(yuǎn)端形成側(cè)壁動(dòng)脈瘤。這種方法制作的動(dòng)脈瘤在縫合后可以有效避免瘤頸部因?yàn)榭p線或血管損傷形成血栓。

縫合靜脈囊建立的動(dòng)脈瘤模型制作迅速，可控性好，可以根據(jù)不同需要決定制備動(dòng)脈瘤的位置、數(shù)量、形態(tài)和大小。但這種方法制作的動(dòng)脈瘤在病理學(xué)上與人顱內(nèi)真性動(dòng)脈瘤相差較大。Stebhens等[14]在動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)靜脈囊動(dòng)脈瘤模型術(shù)后數(shù)天內(nèi)可見(jiàn)快速、自發(fā)的、進(jìn)展性的纖維肌性內(nèi)膜過(guò)度增生，2周內(nèi)增厚最為明顯，進(jìn)行性內(nèi)膜增厚甚至持續(xù)2年以上。Abruzzo等[15]在靜脈囊模型中發(fā)現(xiàn)瘤壁的炎性反應(yīng)和新內(nèi)膜的增生，而且沒(méi)有內(nèi)彈力層和內(nèi)層被膜缺損，這與真性動(dòng)脈瘤病理相反。

2.1.2 縫合肌肉法 這種方法主要用來(lái)制作假性動(dòng)脈瘤模型。采用顯微外科技術(shù)，用雙極電凝在動(dòng)物的頸部肌肉上燒灼出洞穴，并縱行切開(kāi)洞穴對(duì)應(yīng)處的頸總動(dòng)脈，縫合二者的開(kāi)口即可形成假性動(dòng)脈瘤。這種假性動(dòng)脈瘤模型能自發(fā)性破裂，在影像學(xué)、血流動(dòng)力學(xué)及病理學(xué)上與人類假性動(dòng)脈瘤相似[16]。

2 ．2 間接建立動(dòng)脈瘤的方法

2.2.1 局部彈性酶誘導(dǎo)動(dòng)脈瘤模型 向動(dòng)脈腔內(nèi)注入豬胰彈性酶消化血管彈性纖維，破壞血管彈力層和中膜，從而制作出類似人類病理學(xué)的動(dòng)脈瘤模型。動(dòng)脈瘤制作的部位選擇兔的右側(cè)頸總動(dòng)脈（right common carotid artery，RCCA）起始部，因?yàn)樵撎幯杭羟新矢撸先孙B內(nèi)動(dòng)脈瘤的血液動(dòng)力學(xué)特征。這種方法制作過(guò)程是RCCA遠(yuǎn)端插入血管鞘，使用球囊臨時(shí)封閉RCCA起始部，形成一密閉腔，通過(guò)血管鞘向此腔內(nèi)注入一定量的彈性酶消化動(dòng)脈壁，然后移去球囊，2～3周后即可形成穩(wěn)定的動(dòng)脈瘤[17]。但這種方法制作出的動(dòng)脈瘤大小和形態(tài)難以控制，且制作過(guò)程需要一次性閉塞球囊并需要在DSA機(jī)器下完成，制作成本高。王奎重等[18]通過(guò)改進(jìn)方法制作彈性酶誘導(dǎo)的動(dòng)脈瘤模型，使用弧形臨時(shí)阻斷夾替代閉塞球囊，在手術(shù)直視下制作動(dòng)脈瘤模型，手術(shù)成功率高達(dá)87%,大大降低了制作成本。也有報(bào)道彈性酶涂擦動(dòng)脈外膜制作梭形動(dòng)脈瘤模型，Oskoui等[19]使用精細(xì)刷子沾彈性酶溶液涂抹大鼠股動(dòng)脈，45 min后形成梭形動(dòng)脈瘤。

彈性酶誘導(dǎo)方法制作的動(dòng)脈瘤模型缺乏彈力層，載瘤動(dòng)脈彈力層在瘤口處突然消失，中膜輕度萎縮，瘤壁平均厚46 μm[19]。這種動(dòng)脈瘤模型與基質(zhì)金屬蛋白酶活性增高密切相關(guān)[20]，且誘導(dǎo)后中短期動(dòng)脈瘤壁內(nèi)存在內(nèi)源性通路Bcl-2介導(dǎo)凋亡[21]。因此，彈性酶誘導(dǎo)的動(dòng)脈瘤模型在大體病理、蛋白和基因表達(dá)方面都接近于人的真性動(dòng)脈瘤。但這種動(dòng)脈瘤周圍環(huán)境與人顱內(nèi)動(dòng)脈瘤差異較大，其周圍是軟組織結(jié)構(gòu)而非顱內(nèi)動(dòng)脈瘤周圍的蛛網(wǎng)膜下腔，且難以自發(fā)破裂，主要用于介入材料的研究。

2.2.2 氯化鈣誘導(dǎo)動(dòng)脈瘤模型 目前氯化鈣誘導(dǎo)的動(dòng)脈瘤模型主要是通過(guò)外膜給藥方法誘導(dǎo)梭形動(dòng)脈瘤。Longo等[22]報(bào)道使用氯化鈣（0.25 mol/L）棉片貼附小鼠腹主動(dòng)脈外膜15 min誘導(dǎo)動(dòng)脈瘤，并證實(shí)基質(zhì)金屬蛋白酶-12缺乏減緩動(dòng)脈瘤的增長(zhǎng)，可能的機(jī)理是抑制了巨噬細(xì)胞的增殖,認(rèn)為動(dòng)脈瘤模型的增大與基質(zhì)金屬?gòu)棸酌副磉_(dá)增高有關(guān)。這種方法誘導(dǎo)的動(dòng)脈瘤主要用于基礎(chǔ)研究。

2.2.3 高血壓動(dòng)脈瘤模型的建立 其機(jī)理為結(jié)扎一側(cè)頸動(dòng)脈后造成對(duì)側(cè)血流增多，同時(shí)增高血壓，血流沖擊使血管原來(lái)固有的薄弱處逐漸膨出，形成動(dòng)脈瘤。蘭海濤等[23]通過(guò)電凝鼠雙側(cè)腎動(dòng)脈后支和左側(cè)頸動(dòng)脈，給予1%鹽水代替普通飲水，術(shù)后4個(gè)月誘導(dǎo)出右側(cè)大腦前動(dòng)脈-嗅動(dòng)脈分叉部及右側(cè)大腦前動(dòng)脈主干動(dòng)脈瘤，病理可見(jiàn)動(dòng)脈瘤樣改變?nèi)缇植績(jī)?nèi)膜墊消失，內(nèi)彈力層斷裂，平滑肌細(xì)胞層減少、排列紊亂及核固縮。而單純電凝雙側(cè)腎動(dòng)脈后支并給予1%鹽水則不能誘發(fā)動(dòng)脈瘤[24]。這種方法主要是改變動(dòng)物生理狀態(tài)下而形成的，與生理狀態(tài)下的動(dòng)脈瘤仍有較大差異，主要適用于對(duì)動(dòng)脈瘤的誘發(fā)因素和發(fā)病機(jī)制方面的研究，由于載瘤動(dòng)脈和動(dòng)脈瘤較小，不適合進(jìn)行手術(shù)及介入治療研究。

2.2.4 全身給藥誘導(dǎo)顱內(nèi)動(dòng)脈瘤 某些藥物如β-氨基丙腈可以誘發(fā)出動(dòng)脈瘤，主要機(jī)理是藥物作用結(jié)合血液動(dòng)力學(xué)壓力引起內(nèi)彈力層和中層平滑肌細(xì)胞的退變而誘發(fā)動(dòng)脈瘤。Kim等[25]通過(guò)喂含β-氨基丙腈的食物誘導(dǎo)出猴腦動(dòng)脈瘤，病理見(jiàn)內(nèi)彈力層和中層在動(dòng)脈瘤起始部消失，很薄的動(dòng)脈瘤壁由纖維連接組織構(gòu)成，與人顱內(nèi)動(dòng)脈瘤病理吻合。依靠破壞動(dòng)脈壁結(jié)構(gòu)誘發(fā)動(dòng)脈瘤的模型可以用于研究動(dòng)脈瘤發(fā)病因素和動(dòng)脈瘤的產(chǎn)生、發(fā)展和破裂的相關(guān)關(guān)系，明確動(dòng)脈瘤的病因和發(fā)病機(jī)理，為顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的早期診斷和治療提供依據(jù)。但該動(dòng)脈瘤模型發(fā)生部位散亂，大小、外形不固定，而且費(fèi)時(shí)，也很難用于動(dòng)脈瘤血管內(nèi)治療的研究。

總之，目前還沒(méi)有一種動(dòng)脈瘤模型被大家廣泛接受，還不能在大體形態(tài)和病理學(xué)特征等各個(gè)方面完全模擬人體中自然形成的動(dòng)脈瘤。各種動(dòng)脈瘤模型和制作模型方法各有優(yōu)缺點(diǎn)，只能根據(jù)不同的研究目的選擇不同的模型。最理想的動(dòng)脈瘤動(dòng)物模型應(yīng)該是建立在蛛網(wǎng)膜下腔的動(dòng)脈瘤模型。

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