血流动力学对颅内动脉瘤的影响的研究进展

狄娜　江彦璋　张宏伟　付俊霞　贾晓芳（山西医科大学第一临床医学院，山西太原 030001）

血流动力学对颅内动脉瘤的影响的研究进展

狄娜江彦璋张宏伟付俊霞贾晓芳
（山西医科大学第一临床医学院，山西太原 030001）

颅内动脉瘤（intracranial aneurysm，IA）是指颅脑动脉内腔的局限性异常扩张造成动脉壁的一种瘤状突出，其在人群中的发病率为3%-6%，同时发生破裂的概率为0.05%-2%［1］。破裂的动脉瘤引发的蛛网膜下腔出血造成了患者的高致残率，高死亡率以及高额的花费。在进行积极有效的预防和治疗之前明确IA的发病机制是非常有必要的。许多因素可以参与到IA的进程中来，但是血流动力学的影响却是独特而显著的。本文就血流动力学主要的几大方面以及它们在IA的发生、发展、破裂中的研究进展作一综述。

IA 血流动力学 壁切应力 壁切应力梯度 内弹性模

IA是指颅脑动脉内腔的局限性异常扩张造成动脉壁的一种瘤状突出，它的自然进程包括：发生、发展、破裂。IA主要有直管侧壁型瘤和分叉管顶。载瘤动脉的一部分血流在收缩期进入IA，然后被分配，但是并没有进入停滞区域也没有进入涡流区域的中心，进入瘤内的大部分血液在舒张期流出IA。Christopher等［2］对比IA患者和健康志愿者的血流模式发现：在IA患者中，存在大量的涡流或者螺旋形血流模式，而在志愿者中，绝大多数为层流。但是，关于血流动力学是如何介导这些环节的，存在着不同的理论学说。鉴于明确血流动力学的作用机制对IA的研究有现实意义，本文就血流动力学的几大方面进行系统性的综述。

1　WSS和WSSG

1.1IA的发生

颅内动脉的弯曲侧和分叉处受到血流冲击后，WSS和WSSG有所提高。持续提高的WSS通过机械力传导，作用于内皮细胞的机械刺激感受器，导致细胞外基质基质的合成暂时减少以允许动脉壁的扩张。随后，平滑肌细胞以及内皮细胞增殖，使得扩张区域的内皮被完整覆盖，细胞外基质的合成增加，但此时IEL还没有受到损伤。沿着血流方向内皮表面的流动阻力增加，在管腔内产生网状伸展力。另外，提高的WSSG增加内皮细胞的迁移，导致对基质金属蛋白酶抑制的下降。在提高的WSSG基础上，WSS的高振幅变化会引起内皮细胞的疲劳和损伤，从而导致内皮功能紊乱，血管发生病理性重塑，诱发IA生成。

1.2IA的生长

在IA或动脉瘤子囊形成后，产生血流停滞区域，这些区域的WSS降低。但在停滞区域的周边WSS和WSSG却有所提高。停滞区域可以随着血液循环而发生移动。对于IA内扰乱的血流和降低的WSS，管壁出现炎症反应，白血球粘附于内膜，红细胞聚集，肥大细胞的浸润增加，同时表达大量的基质金属蛋白酶-2和基质金属蛋白酶-9，导致弹性纤维的破坏增加，肌层变薄弱，促使血管壁向外扩张，使得IA不断生长。所以，IA的生长是高WSSG和低WSS共同作用的结果。在高WSSG条件下，产生了一个前生长区域，导致血流停滞区域（低WSS）的进一步扩大。在低WSS条件下，平滑肌细胞凋亡，动脉壁的脆性增加，通过炎性细胞，导致中膜变薄弱，引发IA的进一步生长。

1.3IA的破裂

IA按稳定性分为稳定IA和不稳定IA。对于稳定IA，在其颈部WSS轻微增高，在瘤壁的大部分区域WSS＜2N/㎡。而且，WSS在瘤壁上的分布很均匀。随着IA的增大，破裂的风险增加。在破裂的IA中，WSS更低，WSSG的改变更明显。有研究表明，［3］IA的纵横比（IA的深度除以颈部宽度）＞1.6与破裂风险相关，而纵横比恰恰与WSS值成反比。在低WSS条件下，IA壁的平滑肌细胞丢失，胶原量增加，血栓形成。IA壁变得不规则而且极薄，细胞减少，胶原层变得模糊，平滑肌细胞稀少。破裂的IA壁主要是由非细胞结构蛋白、稀少的平滑肌细胞、不规则的胶原层、分散浸润的巨噬细胞和淋巴细胞等构成。由此可见，高WSSG和低WSS共同促进IA的生长和破裂。

2　血流速度

血流速度对于IA的发展所起的作用并非是直接的，而且，在血流动力学研究中，速度因素对于IA的发展只占很小的一部分，但是却是不可或缺的。载瘤动脉的曲率越大，进入瘤内的血流速度越大，瘤体内的WSS越高，受冲击的区域越小，IA破裂的风险也相应提高。在动脉瘤形成后，继发的血流停滞区域的血流速度低，这与IA的进一步生长有关。IA的速度峰值位于瘤颈远侧壁，而且从瘤颈到瘤顶，血流速度逐渐减小。随着IA颈变窄和瘤深加深，IA的中心和顶部的血流速度进一步减小甚至降为零，瘤顶部的血流停滞。研究发现［4］IA顶的大小与颅内血流速度成反比关系。根据目前的研究，提示高速血流可能促进IA的发生和破裂，而低速血流促进IA的不断生长。

3　血压

血压即血液流动时产生的垂直于动脉壁或IA壁上的压力。IA易于发生在动脉弯曲和分叉处，在这些部位血压升高。IA形成后，瘤内的压力作用于瘤壁产生牵张应力，应力值与瘤内压，IA半径成正比，与瘤壁厚度成反比。随着IA的退行性变，瘤壁厚度变薄，瘤内牵张应力进行性增加，当超出瘤壁的承受能力时，动脉瘤即破裂。CFD研究结果发现，血流冲击区域的压力虽轻微高于其他部位，但是其增加值仅为瘤内压力值的1%-2%。而且，无论是血流冲击区域增加的血压还是IA形成后增加的血压，都仅占心脏收缩期和舒张期血压变化的一小部分。因此，血压在IA的发生和生长中所起的作用并不大。

4　结语

血流动力学作为IA进程的重要影响因素之一，在研究领域受到了广泛关注，但有关其具体的作用机制尚未完全阐明。所以，进行大量有效的模型研究及临床数据的收集是非常有必要的。计算流体力学对于数值模拟的精准度较高，并且与组织学相结合去评估血流动力学与颅内血管重塑的相互作用，是更为有效的手段。另外，CFD研究更多用于直管侧壁型动脉瘤的研究，而临床上IA往往位于动脉曲段的凸侧壁，由于三维数字减影血管造影）图像模拟的几何结构高度逼真，所以运用DSA进行数值模拟更加合理。IA的发展是多种因素相互作用的结果，在血流动力学方面，随着研究的不断深入，我们会了解到更为详细的机制，为IA的预防和治疗提供一定的理论基础。

［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.