脑动脉瘤的血流动力学研究进展

韦继明

河池市人民医院神经外科，广西河池 547000

脑动脉瘤是神经科极为常见的临床疾病，多发于40～60岁之间，可达到1%的发病率，如未得到有效的治疗，就会导致患者出现伤残或死亡[1]。如果患者有长期的抗凝药服药史，也会增加患者的出血率，引发严重的脑血管病后遗症，老年人的生活质量将严重下降。脑动脉瘤病因尚不十分清楚，动脉瘤形成的病因，概括有以下几种：感染、创伤、遗传、先天畸形、动脉硬化等。该病可导致患者痴呆，记忆力下降，大小便失禁，偏瘫，失语等，严重时可使患者短时间死亡，给患者及家庭带来巨大的负担[2]。近来研究表明[3]，脑动脉瘤形成、发展与血流动力学因素有关，且得到大量的基础与临床研究证实。该研究论述血流动力学因素在脑动脉瘤发生、发展中的作用，为临床治疗提供理论依据。

1 颅内动脉瘤的发病机制与分类

脑动脉瘤的发病机制至今尚不十分清楚，临床研究仍存在较多争论。有研究显示[13]，动脉瘤大多出现在供血动脉上，动脉瘤的发生与血流动力学关系密切，包括供血动脉相对压力变化使得血流剪切力出现变化，局部代谢产物与血管内皮因子表达异常，使得动静脉周围结构出现变化，可能是动脉瘤发生机制之一。随着临床对血管构筑学研究的不断深入，发现血流动力学与先天学是存在相互关系的，也是多数学者均认同的理论。有研究[4]发现，肺炎衣原体感染动脉壁组织细胞后可引起细胞的变形、坏死和增殖反应，同时伴有弹性蛋白含量的降低，引起受损血管的非正常重塑。由于弹性蛋白与动脉壁的抵抗力有着密不可分的关系，因此，血管重塑必然使血管壁细胞增生和血管壁抵抗力下降，导致动脉壁不平衡性血管重塑，这可能是囊性动脉瘤发生、发展的病理生理机制。血流相关型动脉瘤一般分为两种亚型，Ⅱa型动脉瘤包括大脑中动脉主干及其主要分支、基底动脉干，大多为囊状动脉瘤。而Ⅱb型位于主要动脉分叉处，远离Willis环但接近畸形团，被认为是末梢型血流相关型动脉瘤，大多为不规则或宽颈动脉瘤。

2 在动脉瘤发生、发展中血管壁剪切力的作用

血液在动脉壁上的作用可产生压力、血管壁剪切力（WSS）和机械张力。WSS是由血液与血管壁之间的摩擦引起，是血管对血流动力学因素反应的中心，是动脉瘤发生、发展和破裂的重要因素之一，通过血液撞击血管内皮细胞的作用产生生物学效应。其中动脉系统的WSS一般为1～7 Pa，静脉系统为0.5～0.6 Pa。目前医学界认为以WSS为主的3种生理应力会增加动脉分叉的内层和中间层的损伤，血管壁的最内层及血管内皮细胞对WSS最为敏感，由于受血流速度的影响，WSS随血流速度的增加而增大，WSS也因此具有反应性调节血管径和血管内膜厚度的作用[5-6]。因此，WSS可能是动脉壁撕裂的主要原因，高WSS能调整血流方向，会导致局部血管壁退化、扩张甚至膨胀，低WSS可使细胞结构重塑、促进血管内皮细胞增生和凋亡。然而，国外有学者[4]表明生物学效应是3种生理压力和血流动力学在分子水平和生物学特性上相互作用的结果，有利于血管内皮细胞存活，具有调节细胞分泌的作用。有研究表明[7]，当血液流量增加时，高WSS可激活敏感的血管内皮细胞产生大量保护性一氧化氮，内皮细胞感应由WSS引起的血管紧张度，调节脑血管舒张，使动脉血管扩张，抵抗血管壁高剪切应力，从而维持血管的生理性状态。动物实验也证实肿瘤颈部诱生型一氧化氮合酶（iNOS）含量的表达和活性与脑动脉瘤的发生呈正相关。

3 在动脉瘤发生、发展中血流形式的作用

动脉瘤的存在会严重破坏血流形式，因此，动脉瘤的血液流变学更加复杂。事实上，动脉瘤腔内血液的流动形态是介于层流和湍流之间的一种中间形态，导致肿瘤壁容易疲劳，引起液体共振，增加肿瘤壁薄弱部分的破溃率。然而，血流形式对动脉瘤形成的影响并不显著，且与动脉瘤破裂的因果关系尚未确定。张炘等[8]研究表明，囊性动脉瘤模型中湍流的发生率显著增加，原因在于囊性动脉瘤模型中产生的湍流小于非囊性动脉瘤模型的一半。血流直接撞击肿瘤侧壁，然后，涡流在动脉瘤内部以较慢的速度形成，最后，涡流从动脉瘤外侧经瘤颈近端流出，血液动力学随着动脉瘤而改变[9-11]。在涡旋形成之前，WSS明显上升，动脉瘤形成后，由于血流速度降低，WSS明显下降。通过临床观察，大而长的动脉瘤通常会滞留造影剂，肿瘤腔内容易形成缓慢的血流，使血管壁组织缺氧和营养缺乏，加剧血管内皮细胞损伤[12]。

4 在动脉瘤破裂中血流速度及血流压力的作用

在临床上，可以看到脑动脉环异常发育。大多数动脉瘤发生在血流较多的一侧，当近端前脑动脉异常时，对侧前脑动脉与前交通动脉（ACA-ACOA）交界处的动脉瘤风险显着增加[13-14]。血流均匀流过ACA-ACOA交界处时，WSS极低。当流速不均匀时，ACA-ACA交界处的WSS更高，血流形态复杂多变。因此，血流停滞点和高WSS是ACA-ACOA连接处动脉瘤发生的重要因素[15]。在整个心动周期中，动脉瘤顶部的动压直接受到血流的影响，说明动压是影响动脉瘤顶部破裂风险的重要因素。静态压力是肿瘤的主要压力，因为血流速度对动态压力的影响不大，血压作用于肿瘤壁，使肿瘤壁的血压升高，因此，动脉瘤破裂的风险随着肿瘤直径的增大和肿瘤壁的变薄而增加[16-17]。研究发现[18]，对于顶部和侧面的宽颈动脉瘤，瘤体内易形成快速流动的血流。对侧动脉瘤和顶端动脉瘤的二维和三维数值模拟表明，血压和血压是动脉瘤发展和破裂的危险因素。

5 脑动脉瘤生长、破裂中动脉成角角度在的作用

WSS，动脉瘤的血压和血流速度与动脉的形状和角度密切相关。通过对前交通动脉瘤发病机理的研究，发现前交通动脉瘤的发生不仅与A1的血管优势有关，而且与倾斜角度有关。由弯曲的血管和分叉的尖端产生的冲击力和剪切力比无弯曲的近端血管和远侧分支对中央血流更敏感，并且动脉瘤更容易发生。动脉瘤的分叉角可减少血流能量消耗。

Rajeeb等[18]提出了一种基于最小能耗原则的优化方法，血流流速f与血管内径呈f=Krn的关系，其中n为对分岔处血流的间接测量值，K为常量，与血管、血液和血液黏性有关。最佳的动脉夹角可以最大限度地降低人体血流能量消耗。如果同一根动脉以不同夹角分离两根动脉，对管壁血流的影响更大。统计分析表明，只有实际测量角度对动脉瘤的发生有重要影响，具有实用价值，患动脉瘤的风险随夹角的增大而增大。

6 小结

大量的临床研究、理论模型和动物实验表明，血流动力学因素的相互作用可能是脑动脉瘤形成的重要条件。该文研究了脑动脉瘤的血流动力学，特别是基于图像数据的3维数值模拟实验。血流动力学因素在脑动脉瘤的发生和破裂中起着重要作用。然而，目前的研究主要集中在血液动力学参数与动物实验之间的相互作用上，不能从根本上解释动脉瘤破裂的血液动力学参数和病理生理，从而导致分子生物学的学术水平改变。因此，分子生物学、血流动力学和三维数值模拟的结合将成为脑动脉瘤形成机制研究的新热点。