載瘤動脈幾何形態(tài)對顱內(nèi)動脈瘤破裂風(fēng)險影響的研究進(jìn)展

李澤輝,高劉民,2

顱內(nèi)動脈瘤是由于薄弱的血管壁而導(dǎo)致的顱內(nèi)動脈的異常局部擴(kuò)張,其發(fā)病病人占總?cè)丝诘?%～5%,是非創(chuàng)傷性蛛網(wǎng)膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage,SAH)的主要原因[1]。而動脈瘤破裂引起的蛛網(wǎng)膜下腔出血是一種病死率和致殘率都很高的嚴(yán)重神經(jīng)系統(tǒng)疾病。盡管目前治療技術(shù)和成像技術(shù)進(jìn)步,但仍有約15%的病人在到達(dá)醫(yī)院之前死亡,另有20%的病人在發(fā)病后30 d內(nèi)死亡,即使是幸存者也有75%患有永久性神經(jīng)功能障礙[2]。隨著醫(yī)學(xué)影像學(xué)的不斷進(jìn)步,未破裂的顱內(nèi)動脈瘤檢出率日益增高。因此,早期發(fā)現(xiàn)動脈瘤并評估未破裂動脈瘤的破裂風(fēng)險對病人的治療和預(yù)后具有重要的臨床意義。目前,對于未破裂顱內(nèi)動脈瘤的治療原則尚未統(tǒng)一,常用的兩種治療方法為顯微外科動脈瘤夾閉術(shù)和血管內(nèi)動脈瘤彈簧圈栓塞術(shù),但均存在一些重大并發(fā)癥,發(fā)病率和死亡率較高[3]。因此,未破裂顱內(nèi)動脈瘤的破裂風(fēng)險預(yù)測是選擇其治療時機(jī)的關(guān)鍵。載瘤動脈幾何形態(tài)是影響動脈瘤破裂的重要因素,與動脈瘤的形成、生長與破裂有著密切聯(lián)系,并且血流動力學(xué)與形態(tài)學(xué)之間可以互相影響。本研究就顱內(nèi)動脈瘤載瘤動脈幾何形態(tài)對其破裂的影響綜述如下。

1 大小比(size ratio,SR)

Dhar等[4]最早提出SR的概念,將其定義為動脈瘤最大高度與平均血管直徑的比值。其中,平均血管直徑是與動脈瘤瘤頸相連的流入動脈與流出動脈的血管橫截面直徑的平均值。其研究表明,SR是預(yù)測動脈瘤破裂的重要參數(shù),并計算得出其最佳閾值為 2.05。而Chen等[5]為了研究SR對動脈瘤破裂的影響,對納入268例(84.5%)患有280個大腦中動脈(middle cerebral artery,MCA)動脈瘤病人進(jìn)行了回顧性分析,Logistic回歸分析表明,較大的SR與MCA分叉動脈瘤破裂密切相關(guān)。并計算出SR的閾值為2.53,敏感度為 44.4%,特異度為 86.3%。將SR分為小SR(≤2.53)組和大SR(>2.53)組,在單因素分析中,較大的SR與動脈瘤破裂仍然相關(guān)(P<0.001)。當(dāng)較大的 SR 被納入多因素分析時,它仍然與動脈瘤破裂獨立相關(guān)(P<0.001)。而一項納入561例病人共638個大腦中動脈動脈瘤的大型研究中,SR與破裂狀態(tài)顯著相關(guān)(P<0.01)[6]。Tremmel等[7]研究了不同的SR如何影響動脈瘤內(nèi)的血流動力學(xué),并發(fā)現(xiàn)SR增大可導(dǎo)致典型的顱內(nèi)動脈瘤破裂。在保持所有其他形態(tài)參數(shù)(包括顱內(nèi)動脈瘤尺寸、長徑比和波動指數(shù))不變的情況下,僅改變SR就足以創(chuàng)建與顱內(nèi)動脈瘤破裂相關(guān)的動脈瘤內(nèi)血流動力學(xué)環(huán)境。SR的增大與動脈瘤破裂之間的關(guān)系表明,相比動脈瘤的絕對大小,動脈瘤大小與周圍血管的直徑之間的關(guān)系是更重要的。同時目前大多數(shù)研究表明,SR越大,意味著動脈瘤破裂的風(fēng)險就越高。

2 血管分叉

目前可以將動脈瘤根據(jù)形態(tài)分為側(cè)壁型和分叉型,而這兩種類型的動脈瘤具有不同的形態(tài)學(xué)和血流動力學(xué)特征[8]。據(jù)推測,血流動力學(xué)應(yīng)力也是動脈瘤形成的初始因素,腦動脈瘤常見于動脈分叉處和連接處,這里的血管壁暴露于突然增加的血流動力學(xué)應(yīng)力[9]。同時也有研究顯示存在于血管分叉的動脈瘤比側(cè)壁動脈瘤具有更高的破裂風(fēng)險[10]。在一項納入579例病人共719個動脈瘤的研究中,排除其他風(fēng)險因素的混淆效應(yīng)后,將明確定義的風(fēng)險因素(包括性別、高血壓、高脂血癥、糖尿病、吸煙和飲酒狀況、多發(fā)動脈瘤以及動脈瘤位置)以及分叉形態(tài)納入多因素Logistic回歸分析后,發(fā)現(xiàn)分叉形態(tài)是預(yù)測動脈瘤破裂因素的獨立風(fēng)險因素(P<0.000 1),與動脈瘤位置無關(guān)[11]。Gholampour等[12]在對直徑小于5 mm的動脈瘤的研究中發(fā)現(xiàn),在同等條件下,存在于血管分叉的動脈瘤的破裂概率增加了19.9%。此外,關(guān)于血管分叉角度是否對于動脈瘤的形成有一定的影響,Zhang等[13]的研究發(fā)現(xiàn)兩個M2節(jié)段之間有MCA分叉動脈瘤的病人中MCA分叉角顯著(P<0.000 1)大于沒有動脈瘤的病人[(152.4±35.0)°與(102.8±24.7)°],而動脈瘤分叉的兩個側(cè)向角[分別為(76.6±22.9)°和(122.2±24.1)°]明顯小于沒有動脈瘤的動脈[分別為 (111.3±19.3)°和(138.2±14.8)°](P<0.001)。由此可見,MCA 分叉動脈瘤的發(fā)生可能與較寬的 MCA 分叉角和較窄的側(cè)角有關(guān)。而Zhang等[14-15]另外兩項關(guān)于基底動脈(basilar artery,BA)分叉處動脈瘤和前交通動脈(anterior communicating artery,ACoA)分叉處動脈瘤的研究中也得到了類似結(jié)論。

研究表明,分叉動脈瘤比側(cè)壁動脈瘤有更高的破裂風(fēng)險,分叉的遠(yuǎn)端隆突通常受到血流動力學(xué)剪切應(yīng)力的沖擊最大,由于血流的直接作用,分叉尖是動脈內(nèi)的最大應(yīng)力區(qū)。該區(qū)域暴露于高剪切力變化,被認(rèn)為導(dǎo)致血管壁內(nèi)皮損傷,這可能解釋了分叉動脈瘤較側(cè)壁動脈瘤更容易破裂的原因。此外,動脈瘤的發(fā)生與載瘤動脈分叉角存在一定的關(guān)系,更寬的動脈分叉角度形成動脈瘤的風(fēng)險遠(yuǎn)大于動脈分叉角度較小者。

3 流動角

流動角定義為動脈瘤最大高度延長線和載瘤動脈之間所形成的角度。一項納入409例病人的 432個后交通動脈(posterior communicating artery,PCoA)動脈瘤的大型回顧性研究顯示[16],更大的流動角與動脈瘤破裂顯著相關(guān)。Lin等[17]對連續(xù)納入的79 例大腦中動脈動脈瘤病人的臨床數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,其中40例為破裂動脈瘤,39例為未破裂動脈瘤,破裂動脈瘤組也具有更大的流動角(132.1°與 114.3°,P=0.002)。另一項連續(xù)納入200例基底動脈瘤病人的研究,包括73例破裂動脈瘤和127例未破裂動脈瘤病人,也得出來較大的流動角與破裂狀態(tài)顯著相關(guān)的結(jié)論。同時還發(fā)現(xiàn)流動角越小,Fisher分級越高[18]。這可能與壁切應(yīng)力對破裂部位的血小板黏附性的影響有關(guān)[19],然而,還需要進(jìn)一步的研究來闡明這一點。Skodvin等[20]在一項病例對照研究中納入了被診斷為未破裂的囊狀動脈瘤并隨后破裂的病人,并且每例病人均與2例對照病人(在觀察期間既未經(jīng)歷顱內(nèi)動脈瘤破裂也未接受預(yù)防性治療)進(jìn)行匹配,多因素Logistic回歸分析顯示,只有流動角與未來破裂顯著相關(guān)(P=0.45)。

綜上所述,流動角與動脈瘤破裂風(fēng)險存在一定的關(guān)系,流動角越大,其破裂風(fēng)險越高。更大的流動角可能使動脈瘤易于發(fā)生變化,從而進(jìn)一步增加破裂的風(fēng)險。在理想化的幾何模型流體力學(xué)分析中,與載瘤動脈更加平行的流動角顯示出更高的射流速度和動能,以及更高的壁剪應(yīng)力(wall shear stress,WSS)[21-22],這為流動角與動脈瘤的破裂風(fēng)險研究提供了一定的依據(jù)。

4 載瘤動脈直徑

Farnoush等[23]在大腦分叉動脈瘤的計算流體動力學(xué)模擬中發(fā)現(xiàn),較小的母動脈直徑導(dǎo)致較高的WSS和更多的能量損失在分叉的頂端。因此,將載瘤動脈直徑與分叉等其他因素相結(jié)合后,可能對臨床診斷和治療方案的選擇具有指導(dǎo)意義。此外,一項納入207例基底動脈尖端動脈瘤(basilar tip aneurysm,BTA)和106例非基底動脈瘤病人的研究中,載瘤動脈直徑和管徑比與BTA破裂呈顯著負(fù)相關(guān)[24]。而Wang等[25]也在針對單發(fā)ACoA動脈瘤的研究中發(fā)現(xiàn)血管尺寸與 ACoA動脈瘤破裂呈負(fù)相關(guān)。而另一項納入650例病人共650個ACoA動脈瘤的研究顯示,在多變量分析后得出較大的血管尺寸與動脈瘤破裂呈負(fù)相關(guān)(P= 0.001)。區(qū)別破裂和未破裂動脈瘤的血管大小的閾值為 1.6 mm,敏感度為 88.9%[26]。

研究表明,較小的載瘤動脈可能會增加相同高度動脈瘤的SR,即在許多研究中SR仍是動脈瘤破裂的獨立危險因素[5-7]。同時,較小的血管尺寸可能具有較薄的血管壁和較高的射流,導(dǎo)致動脈瘤壁的壁拉伸應(yīng)力更大[27],使其更容易破裂。所以目前仍需進(jìn)一步明確血流動力與載瘤動脈直徑之間的關(guān)系,以求建立明確的相關(guān)性評估破裂的風(fēng)險,改善未破裂動脈瘤的管理。

5 血管發(fā)育異常

依據(jù)Hassan等[27]研究結(jié)果,將血管發(fā)育不良定義為較小的一側(cè)血管節(jié)段與較大的一側(cè)血管節(jié)段的寬度之比小于0.5。另外,在Zimelewicz等[28]的研究中,Willis環(huán)的變異被定義為前后交通復(fù)合體中至少存在一種變異。在前交通復(fù)合體中,它被定義為大腦前動脈A1段發(fā)育不良或A1段缺失;在后交通復(fù)合體中,胚胎型大腦后動脈被定義為后交通動脈的直徑比大腦后動脈的同側(cè) P1段大10%。之后的COX單因素分析中發(fā)現(xiàn),Willis環(huán)解剖變異的存在與動脈瘤破裂差異有統(tǒng)計學(xué)意義[OR=2.28,95%CI(1.11,4.65),P=0.024],而多因素回歸分析結(jié)果顯示,前交通復(fù)合體變異對ACoA動脈瘤破裂有影響[OR=2.68,95%CI(1.01,7.18),P<0.05]。而另一項納入255 例PCoA動脈瘤病人研究中胚胎型大腦后動脈中出現(xiàn)的動脈瘤與破裂顯著相關(guān)(P<0.05)[29]。在此之前Lazzaro等[30]以113例病人為研究對象,對Willis環(huán)變異與破裂風(fēng)險之間的關(guān)系進(jìn)行了評估,結(jié)果顯示,動脈瘤破裂病人的Willis環(huán)解剖變異比動脈瘤未破裂病人更常見(P=0.024 5)。

血管發(fā)育異常在人群中并不罕見,約60%的人群中存在Willis環(huán)解剖變異[31],這些變化可引起頸內(nèi)動脈或基底動脈流量的變化,與血流動力學(xué)改變相關(guān),增加血管壁的壓力,同時也導(dǎo)致對側(cè)的血流代償性增加,這種解剖條件改變了局部的載瘤動脈幾何和血流條件,可能會引起血管的重塑,導(dǎo)致動脈瘤的形成,然后導(dǎo)致其破裂。

6 展 望

動脈瘤從形成到破裂的演變,是多因素影響的結(jié)果,越來越多的證據(jù)表明,血管幾何形狀可能比其他臨床因素對動脈瘤形成及破裂風(fēng)險有更顯著影響,僅動脈瘤的大小和位置可能不足以準(zhǔn)確預(yù)測動脈瘤破裂的風(fēng)險。Taylor等[32]的研究中提出動脈瘤破裂前后的基本形狀和形態(tài)學(xué)變化相當(dāng)小。因此,本研究重點分析了載瘤動脈形態(tài)及其與動脈瘤本身的幾何關(guān)系的重要性。這些特定的形態(tài)學(xué)參數(shù)是實用和直接的,在高危病人(如有強(qiáng)烈家族史的病人)的3D重建時,評估這些變量有助于對病人進(jìn)行風(fēng)險評估。諸如SR、流動角等指標(biāo)已被納入日本3年破裂風(fēng)險預(yù)測評分體系[33]。隨著非侵入性腦血管成像的可用性和使用率的增加,現(xiàn)在可以獲得詳細(xì)的血管解剖信息,基于載瘤血管幾何形態(tài)的顱內(nèi)動脈瘤分類已成為一種很有前途的策略,可以獲得囊性動脈瘤自然病程的新認(rèn)識,并改善其管理和長期結(jié)果。然而目前有些參數(shù)并未取得統(tǒng)一的閾值,并且大多是回顧性研究,下一步需要進(jìn)行更多前瞻性研究,并行長期隨訪以更好地了解哪些病人載瘤動脈特征會增加動脈瘤破裂風(fēng)險,使這些參數(shù)與特征能更好地服務(wù)于臨床,幫助篩選出最有可能發(fā)生顱內(nèi)動脈瘤未破裂的病人亞群,并使病人可以從預(yù)防性手術(shù)治療中受益。