腦動脈瘤的血流動力學研究進展

韋繼明

河池市人民醫院神經外科，廣西河池 547000

腦動脈瘤是神經科極為常見的臨床疾病，多發于40～60歲之間，可達到1%的發病率，如未得到有效的治療，就會導致患者出現傷殘或死亡[1]。如果患者有長期的抗凝藥服藥史，也會增加患者的出血率，引發嚴重的腦血管病后遺癥，老年人的生活質量將嚴重下降。腦動脈瘤病因尚不十分清楚，動脈瘤形成的病因，概括有以下幾種：感染、創傷、遺傳、先天畸形、動脈硬化等。該病可導致患者癡呆，記憶力下降，大小便失禁，偏癱，失語等，嚴重時可使患者短時間死亡，給患者及家庭帶來巨大的負擔[2]。近來研究表明[3]，腦動脈瘤形成、發展與血流動力學因素有關，且得到大量的基礎與臨床研究證實。該研究論述血流動力學因素在腦動脈瘤發生、發展中的作用，為臨床治療提供理論依據。

1 顱內動脈瘤的發病機制與分類

腦動脈瘤的發病機制至今尚不十分清楚，臨床研究仍存在較多爭論。有研究顯示[13]，動脈瘤大多出現在供血動脈上，動脈瘤的發生與血流動力學關系密切，包括供血動脈相對壓力變化使得血流剪切力出現變化，局部代謝產物與血管內皮因子表達異常，使得動靜脈周圍結構出現變化，可能是動脈瘤發生機制之一。隨著臨床對血管構筑學研究的不斷深入，發現血流動力學與先天學是存在相互關系的，也是多數學者均認同的理論。有研究[4]發現，肺炎衣原體感染動脈壁組織細胞后可引起細胞的變形、壞死和增殖反應，同時伴有彈性蛋白含量的降低，引起受損血管的非正常重塑。由于彈性蛋白與動脈壁的抵抗力有著密不可分的關系，因此，血管重塑必然使血管壁細胞增生和血管壁抵抗力下降，導致動脈壁不平衡性血管重塑，這可能是囊性動脈瘤發生、發展的病理生理機制。血流相關型動脈瘤一般分為兩種亞型，Ⅱa型動脈瘤包括大腦中動脈主干及其主要分支、基底動脈干，大多為囊狀動脈瘤。而Ⅱb型位于主要動脈分叉處，遠離Willis環但接近畸形團，被認為是末梢型血流相關型動脈瘤，大多為不規則或寬頸動脈瘤。

2 在動脈瘤發生、發展中血管壁剪切力的作用

血液在動脈壁上的作用可產生壓力、血管壁剪切力（WSS）和機械張力。WSS是由血液與血管壁之間的摩擦引起，是血管對血流動力學因素反應的中心，是動脈瘤發生、發展和破裂的重要因素之一，通過血液撞擊血管內皮細胞的作用產生生物學效應。其中動脈系統的WSS一般為1～7 Pa，靜脈系統為0.5～0.6 Pa。目前醫學界認為以WSS為主的3種生理應力會增加動脈分叉的內層和中間層的損傷，血管壁的最內層及血管內皮細胞對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也因此具有反應性調節血管徑和血管內膜厚度的作用[5-6]。因此，WSS可能是動脈壁撕裂的主要原因，高WSS能調整血流方向，會導致局部血管壁退化、擴張甚至膨脹，低WSS可使細胞結構重塑、促進血管內皮細胞增生和凋亡。然而，國外有學者[4]表明生物學效應是3種生理壓力和血流動力學在分子水平和生物學特性上相互作用的結果，有利于血管內皮細胞存活，具有調節細胞分泌的作用。有研究表明[7]，當血液流量增加時，高WSS可激活敏感的血管內皮細胞產生大量保護性一氧化氮，內皮細胞感應由WSS引起的血管緊張度，調節腦血管舒張，使動脈血管擴張，抵抗血管壁高剪切應力，從而維持血管的生理性狀態。動物實驗也證實腫瘤頸部誘生型一氧化氮合酶（iNOS）含量的表達和活性與腦動脈瘤的發生呈正相關。

3 在動脈瘤發生、發展中血流形式的作用

動脈瘤的存在會嚴重破壞血流形式，因此，動脈瘤的血液流變學更加復雜。事實上，動脈瘤腔內血液的流動形態是介于層流和湍流之間的一種中間形態，導致腫瘤壁容易疲勞，引起液體共振，增加腫瘤壁薄弱部分的破潰率。然而，血流形式對動脈瘤形成的影響并不顯著，且與動脈瘤破裂的因果關系尚未確定。張炘等[8]研究表明，囊性動脈瘤模型中湍流的發生率顯著增加，原因在于囊性動脈瘤模型中產生的湍流小于非囊性動脈瘤模型的一半。血流直接撞擊腫瘤側壁，然后，渦流在動脈瘤內部以較慢的速度形成，最后，渦流從動脈瘤外側經瘤頸近端流出，血液動力學隨著動脈瘤而改變[9-11]。在渦旋形成之前，WSS明顯上升，動脈瘤形成后，由于血流速度降低，WSS明顯下降。通過臨床觀察，大而長的動脈瘤通常會滯留造影劑，腫瘤腔內容易形成緩慢的血流，使血管壁組織缺氧和營養缺乏，加劇血管內皮細胞損傷[12]。

4 在動脈瘤破裂中血流速度及血流壓力的作用

在臨床上，可以看到腦動脈環異常發育。大多數動脈瘤發生在血流較多的一側，當近端前腦動脈異常時，對側前腦動脈與前交通動脈（ACA-ACOA）交界處的動脈瘤風險顯著增加[13-14]。血流均勻流過ACA-ACOA交界處時，WSS極低。當流速不均勻時，ACA-ACA交界處的WSS更高，血流形態復雜多變。因此，血流停滯點和高WSS是ACA-ACOA連接處動脈瘤發生的重要因素[15]。在整個心動周期中，動脈瘤頂部的動壓直接受到血流的影響，說明動壓是影響動脈瘤頂部破裂風險的重要因素。靜態壓力是腫瘤的主要壓力，因為血流速度對動態壓力的影響不大，血壓作用于腫瘤壁，使腫瘤壁的血壓升高，因此，動脈瘤破裂的風險隨著腫瘤直徑的增大和腫瘤壁的變薄而增加[16-17]。研究發現[18]，對于頂部和側面的寬頸動脈瘤，瘤體內易形成快速流動的血流。對側動脈瘤和頂端動脈瘤的二維和三維數值模擬表明，血壓和血壓是動脈瘤發展和破裂的危險因素。

5 腦動脈瘤生長、破裂中動脈成角角度在的作用

WSS，動脈瘤的血壓和血流速度與動脈的形狀和角度密切相關。通過對前交通動脈瘤發病機理的研究，發現前交通動脈瘤的發生不僅與A1的血管優勢有關，而且與傾斜角度有關。由彎曲的血管和分叉的尖端產生的沖擊力和剪切力比無彎曲的近端血管和遠側分支對中央血流更敏感，并且動脈瘤更容易發生。動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化方法，血流流速f與血管內徑呈f=Krn的關系，其中n為對分岔處血流的間接測量值，K為常量，與血管、血液和血液黏性有關。最佳的動脈夾角可以最大限度地降低人體血流能量消耗。如果同一根動脈以不同夾角分離兩根動脈，對管壁血流的影響更大。統計分析表明，只有實際測量角度對動脈瘤的發生有重要影響，具有實用價值，患動脈瘤的風險隨夾角的增大而增大。

6 小結

大量的臨床研究、理論模型和動物實驗表明，血流動力學因素的相互作用可能是腦動脈瘤形成的重要條件。該文研究了腦動脈瘤的血流動力學，特別是基于圖像數據的3維數值模擬實驗。血流動力學因素在腦動脈瘤的發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力學參數與動物實驗之間的相互作用上，不能從根本上解釋動脈瘤破裂的血液動力學參數和病理生理，從而導致分子生物學的學術水平改變。因此，分子生物學、血流動力學和三維數值模擬的結合將成為腦動脈瘤形成機制研究的新熱點。