视网膜血管直径和分叉角度与患者缺血性脑卒中的相关性△

李庆博 王小敏 王保君 任 远 杨 华 张新霞 胡俊喜 赵建华 安 珍 宋 杰

脑卒中是目前全世界人口死亡和残疾的主要原因之一，用于研究脑循环的技术昂贵，并且一些复杂的成像技术在脑微血管系统直接可视化方面的应用仍较为局限，这不利于脑卒中的早期诊断和预测。视网膜血管与脑血管有着相同的胚胎起源、解剖和生理病理特征[1-2]，既往研究表明，视网膜血管异常(如动脉缩窄、静脉扩张、小动脉鞘、视网膜病变等)与脑卒中的发生密切相关且为独立危险因素，然而二者之间的关系因不同的脑卒中类型而存在差异[3-4]。目前，对于视网膜血管直径和分叉角度与缺血性脑卒中相关性的研究报道尚少，因此，本研究通过眼底摄影对视网膜微血管进行可视化、定量和无创监测，对缺血性脑卒中患者的视网膜血管直径和分叉角度进行了测量，探讨其与缺血性脑卒中的相关性。

1 资料与方法

1.1 一般资料本研究选取2019年1月至2020年6月在新乡医学院第一附属医院确诊为缺血性脑卒中的208例(416眼)住院患者为卒中组，剔除眼底图像模糊及IVAN软件不能识别的图像，最终纳入208例(413眼)，其中男121例(239眼)，女87例(174眼)；年龄45～70(62.1±8.6)岁。纳入标准：(1)头颅MRI显示脑部有明显的梗死区域；(2)符合缺血性脑卒中诊断标准[5]。排除标准：(1)明显肝、肾和心功能衰竭、严重感染、恶性疾病、系统性红斑狼疮、多发性硬化及有遗传病家族史者；(2)眼部炎症，如葡萄膜炎；(3)近6个月有眼部手术史，如白内障手术等，以及12个月内有视网膜激光光凝术史；(4)屈光间质不清，不能配合坐位眼底照相者；(5)对视网膜血管产生影响的相关疾病：如眼压异常、高度近视、糖尿病视网膜病变、视网膜静脉阻塞及视网膜动脉阻塞等。随机选择同期同年龄段未患有脑卒中者64例(128眼)为对照组，其中男37例(74眼)，女27例(54眼)，年龄为(61.0±6.6)岁。本研究通过新乡医学院第一附属医院临床研究伦理委员会审批，研究对象均知情同意。

以问卷调查及实验室检查的形式获得所有受试者的性别、年龄、吸烟史、饮酒史及血压、血脂情况。于早晨抽取受试者空腹静脉血，测量受试者血脂水平，血脂异常参照2019年血脂异常基层诊疗指南[6]标准，即甘油三酯≥2.3 mmol·L-1，总胆固醇≥6.2 mmol·L-1，低密度脂蛋白≥4.1 mmol·L-1，高密度脂蛋白<1.0 mmol·L-1为血脂异常。

1.2 方法

1.2.1 视网膜血管直径测量及分析眼底照相采用Cobra自动免散瞳眼底照相机(500万像素)，拍摄图像以视盘为中心，距离视盘边缘1.5个视盘直径(DD)。所有的眼底图像采集均由同一位培训合格的眼科医师完成。使用半自动软件 IVAN(Integrative Vessel Analysis)对眼底血管宽度进行测量并数字化视网膜图像，运用改良的 Parr-Hubbard-Knudtson公式[7]计算视网膜中央动脉直径(CRAE)、视网膜中央静脉直径(CRVE)和视网膜动静脉直径比值(AVR)。本软件均由同一位培训合格人员对两组受试者盲法操作。测量分区及软件测量界面见图1-图2。

A：视盘位置；B：视盘以外0.5 DD区域；C：视盘以外0.5～1.0 DD区域。红色标注为动脉，蓝色标注为静脉，黄色标注为测量管径的标识线，测量范围为视盘以外0.5～1.0 DD区域的血管直径。图1 IVAN操作界面

1.2.2 视网膜血管分叉角度使用软件Photoshop 8.0对视网膜血管分叉角度进行测量，将彩色图像转为灰度图像，选取视网膜颞上动脉、颞下动脉及其伴行静脉的第一级分叉角度，放大血管分叉角度所在的区域，使用软件测量功能，分别标记两支分叉血管成角的血管壁，测量出血管分叉角度(图3)。

红色标注为CRAE，蓝色标注为CRVE。图2 卒中组(A)与对照组(B)受试者CRAE、CRVE比较

图内红色数字为血管分叉角度。图3 卒中组(A)与对照组(B)受试者视网膜中央动、静脉颞下支分叉角度比较

1.3 统计学方法采用SPSS26.0软件进行统计学分析，检验计量资料为正态分布，采用均数±标准差表示，两组受试者间计量资料比较采用独立样本t检验，计数资料比较采用χ2检验，建立logistic回归分析模型探讨视网膜血管直径、分叉角度与缺血性脑卒中的相关性。检验水准：α=0.05。

2 结果

2.1 一般资料比较卒中组与对照组受试者之间年龄、性别及高血压病史、吸烟史和饮酒史、血脂异常者占比差异均无统计学意义(均为P>0.05)(表1)。

表1 卒中组与对照组受试者一般资料比较

2.2 脑卒中患者视网膜血管直径及分叉角度变化卒中组与对照组受试者左眼与右眼的CRAE、CRVE、AVR，视网膜颞上动、静脉分叉角度和颞下动、静脉分叉角度差异均无统计学意义(均为P>0.05)(表2)。卒中组患者的CRAE和CRVE较对照组受试者分别呈现出显著的缩窄和扩张(均为P<0.05)，伴随卒中组患者AVR较对照组显著下降(P<0.05)；卒中组患者视网膜颞上动、静脉分叉角度和颞下动、静脉的分叉角度均显著大于对照组(均为P<0.001)(表3)。

表2 受试者左眼与右眼的视网膜血管直径和分叉角度比较

表3 两组受试者视网膜血管直径和分叉角度的变化

2.3 logistic回归分析logistic单因素分析结果显示，CRAE、CRVE和视网膜颞上、下动静脉血管分叉角度与缺血性脑卒中的发生相关。logistic多因素回归分析显示，排除性别、年龄、高血压病史、吸烟史、饮酒史混杂因素后，CRVE的增大以及视网膜颞上动、静脉分叉角度和颞下动、静脉的分叉角度增大与缺血性脑卒中的发生均显著相关(均为P<0.05)(表4)；CRAE的减小与缺血性脑卒中的发生显著相关(P<0.05)。

表4 视网膜血管直径和分叉角度对缺血性脑卒中的多因素logistic回归分析

3 讨论

缺血性脑卒中主要由于各种原因引发脑部的供血动脉(颈动脉和椎动脉)狭窄或闭塞，导致脑部供血不足，脑组织局部出现缺血缺氧坏死及脑软化等。视网膜和大脑微循环之间的高度同源性为视网膜图像研究分析脑卒中奠定了生物学基础。本研究以受试者视网膜血管为线索，发现视网膜血管直径及视网膜血管分叉角度与缺血性脑卒中显著相关，视网膜中央静脉扩张程度以及视网膜中央动脉缩窄程度越大，视网膜颞上、下动静脉血管分叉角度越大，发生缺血性脑卒中的风险也越大。

基于社区人群动脉粥样硬化风险的研究表明，较窄的视网膜动脉和较宽的视网膜静脉与缺血性脑卒中的长期风险有关[8]。在基于英国人群的研究中得出视网膜微血管系统异常独立于脑卒中的常规危险因素，包括糖尿病、高血压和肾微血管疾病等的结论，即CRAE减小、视网膜动脉分叉数量的减少、较高的静脉弯曲度和较低的AVR与脑梗死的发生显著独立相关[9]。一些学者认为视网膜静脉扩张是对视网膜缺氧所产生的反应[10]，当行视网膜激光光凝治疗后，减少了视网膜组织氧耗，扩张的视网膜静脉就会消失[11]，还有学者认为视网膜静脉扩张是反映血流减少和弥漫性脑缺血的一般特征[12]。本研究排除可以导致视网膜缺血缺氧的一些疾病后，仍发现扩张的视网膜静脉与缺血性脑卒中相关，提示视网膜静脉扩张是视网膜和脑组织缺血的标志，在某种程度上反映了大脑静脉的异常，这些人群更易发生脑梗死。

高血压可以引起小动脉血管的收缩、痉挛、硬化及管壁的增厚，严重时会导致血管的渗漏等。视网膜中央动脉管壁在持续的高血压状态下会导致中膜细胞增生肥厚，胶原纤维和弹力纤维增生，使动脉变细、管腔变窄。既往研究表明，患者高血压与CRAE、CAVE的减小相关[13]，且血压越高，视网膜血管分叉角度越大[14]。本研究结果显示，在校正高血压这一危险因素后，CRAE、视网膜血管分叉角度仍与缺血性脑卒中的发生显著相关，这表明患有缺血性脑卒中的患者，伴或不伴有高血压，其CRAE小于正常人群，而视网膜分叉角度大于正常人群，提示除了CRAE的缩窄以外[9,15]，视网膜分叉角度的增大可以作为预测缺血性脑卒中的指标。也有不一致的报道，一篇前瞻性研究结果显示，视网膜动脉直径与脑卒中无关，而视网膜静脉直径的增加与脑卒中显著相关，强调视网膜静脉直径的扩大而不是视网膜动脉直径狭窄更能预测脑卒中[12,16]；我们分析这可能由于地区个体差异、分组类型不同等多因素造成。

视网膜血管分叉角度是重要的眼底血管特征，在糖尿病、老年认知能力等领域已有一些相关的研究[17-18]，这些研究大多使用计算机程序自动识别分析视网膜血管分叉角度，各种计算机程序虽然人工测量手段效率高，可以减少主观差异，但总体精确度较低，而且易受图片清晰度、屈光状态等影响[19]，因此，本研究选用Photoshop8.0软件人工测量血管分叉角度[20]。到目前为止，尚未见关于视网膜血管分叉角度的图像采集、测量位置和计算的标准[21]，一项关于非裔美国人的研究以患者视网膜血管最大分叉角度为研究指标，研究使用可卡因人群的视网膜最大动脉分叉角度变化[22]；Doubal等[23]使用半自动软件识别并计算离视盘最近的5个视网膜血管分叉角，探讨分叉角度与脑血管疾病的关系。在本研究中，由于视网膜图片中的血管多有缠绕、重叠，且分叉角度不易分辨和固定选取，故选取干扰因素相对较少的颞侧血管一级分叉角度。

视网膜的血管网是由经视盘穿出的视网膜中央动脉及其伴行的视网膜中央静脉为主干，逐渐分叉成较小的分支，扩散到整个视网膜。视网膜血管网被一些学者认为是受生理学原理的支配[24]，这些生理学原理优化了其效率，以最小的功率实现最快的血液运输。分叉处的血管应遵循最小管腔表面积、最小管腔内体积、血流通过血管分叉处最小泵送功率和血流对内皮细胞的最小阻力的4个原则[25-26]，最佳角度取决于血流量以及相关血管的半径，血管的这种拓扑结构需要符合最优化原则，使血液运输的阻力降到最小，一些疾病可能打破这种拓扑结构，使视网膜血管的分叉角度发生变化。本研究结果显示，脑卒中患者的视网膜血管分叉角度增大，具体内在原因尚未完，我们推测视网膜血管分叉角度增大是血管壁功能障碍的一个标志[27]，这些改变影响脑部血管对血流控制，导致局部缺血的风险增加。

综上，本研究结果显示，视网膜血管特征与缺血性脑卒中的发生具有相关性，视网膜血管特征的改变可以一定程度上预测缺血性脑卒中发生的风险。本研究中研究人群在地域上有一定的局限性，即入组的受试者大多数为豫北地区人群，研究结果是否代表普遍人群，仍需要大量研究验证。本研究在探讨视网膜血管与脑卒中的关系时引入了血管分叉角度这一眼底特征，为以后的研究提供了思路。