血流動力學對顱內動脈瘤的影響的研究進展

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

血流動力學對顱內動脈瘤的影響的研究進展

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

顱內動脈瘤（intracranial aneurysm，IA）是指顱腦動脈內腔的局限性異常擴張造成動脈壁的一種瘤狀突出，其在人群中的發(fā)病率為3%-6%，同時發(fā)生破裂的概率為0.05%-2%［1］。破裂的動脈瘤引發(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。在進行積極有效的預防和治療之前明確IA的發(fā)病機制是非常有必要的。許多因素可以參與到IA的進程中來，但是血流動力學的影響卻是獨特而顯著的。本文就血流動力學主要的幾大方面以及它們在IA的發(fā)生、發(fā)展、破裂中的研究進展作一綜述。

IA 血流動力學 壁切應力 壁切應力梯度 內彈性模

IA是指顱腦動脈內腔的局限性異常擴張造成動脈壁的一種瘤狀突出，它的自然進程包括：發(fā)生、發(fā)展、破裂。IA主要有直管側壁型瘤和分叉管頂。載瘤動脈的一部分血流在收縮期進入IA，然后被分配，但是并沒有進入停滯區(qū)域也沒有進入渦流區(qū)域的中心，進入瘤內的大部分血液在舒張期流出IA。Christopher等［2］對比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，關于血流動力學是如何介導這些環(huán)節(jié)的，存在著不同的理論學說。鑒于明確血流動力學的作用機制對IA的研究有現(xiàn)實意義，本文就血流動力學的幾大方面進行系統(tǒng)性的綜述。

1　WSS和WSSG

1.1IA的發(fā)生

顱內動脈的彎曲側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通過機械力傳導，作用于內皮細胞的機械刺激感受器，導致細胞外基質基質的合成暫時減少以允許動脈壁的擴張。隨后，平滑肌細胞以及內皮細胞增殖，使得擴張區(qū)域的內皮被完整覆蓋，細胞外基質的合成增加，但此時IEL還沒有受到損傷。沿著血流方向內皮表面的流動阻力增加，在管腔內產(chǎn)生網(wǎng)狀伸展力。另外，提高的WSSG增加內皮細胞的遷移，導致對基質金屬蛋白酶抑制的下降。在提高的WSSG基礎上，WSS的高振幅變化會引起內皮細胞的疲勞和損傷，從而導致內皮功能紊亂，血管發(fā)生病理性重塑，誘發(fā)IA生成。

1.2IA的生長

在IA或動脈瘤子囊形成后，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。對于IA內擾亂的血流和降低的WSS，管壁出現(xiàn)炎癥反應，白血球粘附于內膜，紅細胞聚集，肥大細胞的浸潤增加，同時表達大量的基質金屬蛋白酶-2和基質金屬蛋白酶-9，導致彈性纖維的破壞增加，肌層變薄弱，促使血管壁向外擴張，使得IA不斷生長。所以，IA的生長是高WSSG和低WSS共同作用的結果。在高WSSG條件下，產(chǎn)生了一個前生長區(qū)域，導致血流停滯區(qū)域（低WSS）的進一步擴大。在低WSS條件下，平滑肌細胞凋亡，動脈壁的脆性增加，通過炎性細胞，導致中膜變薄弱，引發(fā)IA的進一步生長。

1.3IA的破裂

IA按穩(wěn)定性分為穩(wěn)定IA和不穩(wěn)定IA。對于穩(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，破裂的風險增加。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與破裂風險相關，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，細胞減少，膠原層變得模糊，平滑肌細胞稀少。破裂的IA壁主要是由非細胞結構蛋白、稀少的平滑肌細胞、不規(guī)則的膠原層、分散浸潤的巨噬細胞和淋巴細胞等構成。由此可見，高WSSG和低WSS共同促進IA的生長和破裂。

2　血流速度

血流速度對于IA的發(fā)展所起的作用并非是直接的，而且，在血流動力學研究中，速度因素對于IA的發(fā)展只占很小的一部分，但是卻是不可或缺的。載瘤動脈的曲率越大，進入瘤內的血流速度越大，瘤體內的WSS越高，受沖擊的區(qū)域越小，IA破裂的風險也相應提高。在動脈瘤形成后，繼發(fā)的血流停滯區(qū)域的血流速度低，這與IA的進一步生長有關。IA的速度峰值位于瘤頸遠側壁，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顱內血流速度成反比關系。根據(jù)目前的研究，提示高速血流可能促進IA的發(fā)生和破裂，而低速血流促進IA的不斷生長。

3　血壓

血壓即血液流動時產(chǎn)生的垂直于動脈壁或IA壁上的壓力。IA易于發(fā)生在動脈彎曲和分叉處，在這些部位血壓升高。IA形成后，瘤內的壓力作用于瘤壁產(chǎn)生牽張應力，應力值與瘤內壓，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，瘤內牽張應力進行性增加，當超出瘤壁的承受能力時，動脈瘤即破裂。CFD研究結果發(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壓力值的1%-2%。而且，無論是血流沖擊區(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)生和生長中所起的作用并不大。

4　結語

血流動力學作為IA進程的重要影響因素之一，在研究領域受到了廣泛關注，但有關其具體的作用機制尚未完全闡明。所以，進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。計算流體力學對于數(shù)值模擬的精準度較高，并且與組織學相結合去評估血流動力學與顱內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壁型動脈瘤的研究，而臨床上IA往往位于動脈曲段的凸側壁，由于三維數(shù)字減影血管造影）圖像模擬的幾何結構高度逼真，所以運用DSA進行數(shù)值模擬更加合理。IA的發(fā)展是多種因素相互作用的結果，在血流動力學方面，隨著研究的不斷深入，我們會了解到更為詳細的機制，為IA的預防和治療提供一定的理論基礎。

［1］ Sforza DM，CM Putman，JR Cebral.Hemodynamics of cerebral aneurysms.Annu Rev Fluid Mech.2009；41：91-107.

［2］ Landgraf BR，CJ Francois，KM Johnson，et al.Visualization and quantification of helical and vortical flow in ascen-ding aortic aneurysms.Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance. 2010；12：2399.

［3］ Metaxa E，M Tremmel，SK Natarajan，et al.Characteration of critical hemodynamics contributing to aneurysmal remode-ling at the basilar terminus in a rabbit model.Stroke. 2010；41：1774-1782.

［4］ Lei Y，YQ Zhu，MH Li，et al.Geometric，hemodynamic，and pathological study of a distal internal carotid artery an-eurysm model in dogs.Stroke.2013；44：2926-2929.