载瘤动脉几何形态对颅内动脉瘤破裂风险影响的研究进展

李泽辉,高刘民,2

颅内动脉瘤是由于薄弱的血管壁而导致的颅内动脉的异常局部扩张,其发病病人占总人口的2%～5%,是非创伤性蛛网膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage,SAH)的主要原因[1]。而动脉瘤破裂引起的蛛网膜下腔出血是一种病死率和致残率都很高的严重神经系统疾病。尽管目前治疗技术和成像技术进步,但仍有约15%的病人在到达医院之前死亡,另有20%的病人在发病后30 d内死亡,即使是幸存者也有75%患有永久性神经功能障碍[2]。随着医学影像学的不断进步,未破裂的颅内动脉瘤检出率日益增高。因此,早期发现动脉瘤并评估未破裂动脉瘤的破裂风险对病人的治疗和预后具有重要的临床意义。目前,对于未破裂颅内动脉瘤的治疗原则尚未统一,常用的两种治疗方法为显微外科动脉瘤夹闭术和血管内动脉瘤弹簧圈栓塞术,但均存在一些重大并发症,发病率和死亡率较高[3]。因此,未破裂颅内动脉瘤的破裂风险预测是选择其治疗时机的关键。载瘤动脉几何形态是影响动脉瘤破裂的重要因素,与动脉瘤的形成、生长与破裂有着密切联系,并且血流动力学与形态学之间可以互相影响。本研究就颅内动脉瘤载瘤动脉几何形态对其破裂的影响综述如下。

1 大小比(size ratio,SR)

Dhar等[4]最早提出SR的概念,将其定义为动脉瘤最大高度与平均血管直径的比值。其中,平均血管直径是与动脉瘤瘤颈相连的流入动脉与流出动脉的血管横截面直径的平均值。其研究表明,SR是预测动脉瘤破裂的重要参数,并计算得出其最佳阈值为 2.05。而Chen等[5]为了研究SR对动脉瘤破裂的影响,对纳入268例(84.5%)患有280个大脑中动脉(middle cerebral artery,MCA)动脉瘤病人进行了回顾性分析,Logistic回归分析表明,较大的SR与MCA分叉动脉瘤破裂密切相关。并计算出SR的阈值为2.53,敏感度为 44.4%,特异度为 86.3%。将SR分为小SR(≤2.53)组和大SR(>2.53)组,在单因素分析中,较大的SR与动脉瘤破裂仍然相关(P<0.001)。当较大的 SR 被纳入多因素分析时,它仍然与动脉瘤破裂独立相关(P<0.001)。而一项纳入561例病人共638个大脑中动脉动脉瘤的大型研究中,SR与破裂状态显著相关(P<0.01)[6]。Tremmel等[7]研究了不同的SR如何影响动脉瘤内的血流动力学,并发现SR增大可导致典型的颅内动脉瘤破裂。在保持所有其他形态参数(包括颅内动脉瘤尺寸、长径比和波动指数)不变的情况下,仅改变SR就足以创建与颅内动脉瘤破裂相关的动脉瘤内血流动力学环境。SR的增大与动脉瘤破裂之间的关系表明,相比动脉瘤的绝对大小,动脉瘤大小与周围血管的直径之间的关系是更重要的。同时目前大多数研究表明,SR越大,意味着动脉瘤破裂的风险就越高。

2 血管分叉

目前可以将动脉瘤根据形态分为侧壁型和分叉型,而这两种类型的动脉瘤具有不同的形态学和血流动力学特征[8]。据推测,血流动力学应力也是动脉瘤形成的初始因素,脑动脉瘤常见于动脉分叉处和连接处,这里的血管壁暴露于突然增加的血流动力学应力[9]。同时也有研究显示存在于血管分叉的动脉瘤比侧壁动脉瘤具有更高的破裂风险[10]。在一项纳入579例病人共719个动脉瘤的研究中,排除其他风险因素的混淆效应后,将明确定义的风险因素(包括性别、高血压、高脂血症、糖尿病、吸烟和饮酒状况、多发动脉瘤以及动脉瘤位置)以及分叉形态纳入多因素Logistic回归分析后,发现分叉形态是预测动脉瘤破裂因素的独立风险因素(P<0.000 1),与动脉瘤位置无关[11]。Gholampour等[12]在对直径小于5 mm的动脉瘤的研究中发现,在同等条件下,存在于血管分叉的动脉瘤的破裂概率增加了19.9%。此外,关于血管分叉角度是否对于动脉瘤的形成有一定的影响,Zhang等[13]的研究发现两个M2节段之间有MCA分叉动脉瘤的病人中MCA分叉角显著(P<0.000 1)大于没有动脉瘤的病人[(152.4±35.0)°与(102.8±24.7)°],而动脉瘤分叉的两个侧向角[分别为(76.6±22.9)°和(122.2±24.1)°]明显小于没有动脉瘤的动脉[分别为 (111.3±19.3)°和(138.2±14.8)°](P<0.001)。由此可见,MCA 分叉动脉瘤的发生可能与较宽的 MCA 分叉角和较窄的侧角有关。而Zhang等[14-15]另外两项关于基底动脉(basilar artery,BA)分叉处动脉瘤和前交通动脉(anterior communicating artery,ACoA)分叉处动脉瘤的研究中也得到了类似结论。

研究表明,分叉动脉瘤比侧壁动脉瘤有更高的破裂风险,分叉的远端隆突通常受到血流动力学剪切应力的冲击最大,由于血流的直接作用,分叉尖是动脉内的最大应力区。该区域暴露于高剪切力变化,被认为导致血管壁内皮损伤,这可能解释了分叉动脉瘤较侧壁动脉瘤更容易破裂的原因。此外,动脉瘤的发生与载瘤动脉分叉角存在一定的关系,更宽的动脉分叉角度形成动脉瘤的风险远大于动脉分叉角度较小者。

3 流动角

流动角定义为动脉瘤最大高度延长线和载瘤动脉之间所形成的角度。一项纳入409例病人的 432个后交通动脉(posterior communicating artery,PCoA)动脉瘤的大型回顾性研究显示[16],更大的流动角与动脉瘤破裂显著相关。Lin等[17]对连续纳入的79 例大脑中动脉动脉瘤病人的临床数据进行分析,其中40例为破裂动脉瘤,39例为未破裂动脉瘤,破裂动脉瘤组也具有更大的流动角(132.1°与 114.3°,P=0.002)。另一项连续纳入200例基底动脉瘤病人的研究,包括73例破裂动脉瘤和127例未破裂动脉瘤病人,也得出来较大的流动角与破裂状态显著相关的结论。同时还发现流动角越小,Fisher分级越高[18]。这可能与壁切应力对破裂部位的血小板黏附性的影响有关[19],然而,还需要进一步的研究来阐明这一点。Skodvin等[20]在一项病例对照研究中纳入了被诊断为未破裂的囊状动脉瘤并随后破裂的病人,并且每例病人均与2例对照病人(在观察期间既未经历颅内动脉瘤破裂也未接受预防性治疗)进行匹配,多因素Logistic回归分析显示,只有流动角与未来破裂显著相关(P=0.45)。

综上所述,流动角与动脉瘤破裂风险存在一定的关系,流动角越大,其破裂风险越高。更大的流动角可能使动脉瘤易于发生变化,从而进一步增加破裂的风险。在理想化的几何模型流体力学分析中,与载瘤动脉更加平行的流动角显示出更高的射流速度和动能,以及更高的壁剪应力(wall shear stress,WSS)[21-22],这为流动角与动脉瘤的破裂风险研究提供了一定的依据。

4 载瘤动脉直径

Farnoush等[23]在大脑分叉动脉瘤的计算流体动力学模拟中发现,较小的母动脉直径导致较高的WSS和更多的能量损失在分叉的顶端。因此,将载瘤动脉直径与分叉等其他因素相结合后,可能对临床诊断和治疗方案的选择具有指导意义。此外,一项纳入207例基底动脉尖端动脉瘤(basilar tip aneurysm,BTA)和106例非基底动脉瘤病人的研究中,载瘤动脉直径和管径比与BTA破裂呈显著负相关[24]。而Wang等[25]也在针对单发ACoA动脉瘤的研究中发现血管尺寸与 ACoA动脉瘤破裂呈负相关。而另一项纳入650例病人共650个ACoA动脉瘤的研究显示,在多变量分析后得出较大的血管尺寸与动脉瘤破裂呈负相关(P= 0.001)。区别破裂和未破裂动脉瘤的血管大小的阈值为 1.6 mm,敏感度为 88.9%[26]。

研究表明,较小的载瘤动脉可能会增加相同高度动脉瘤的SR,即在许多研究中SR仍是动脉瘤破裂的独立危险因素[5-7]。同时,较小的血管尺寸可能具有较薄的血管壁和较高的射流,导致动脉瘤壁的壁拉伸应力更大[27],使其更容易破裂。所以目前仍需进一步明确血流动力与载瘤动脉直径之间的关系,以求建立明确的相关性评估破裂的风险,改善未破裂动脉瘤的管理。

5 血管发育异常

依据Hassan等[27]研究结果,将血管发育不良定义为较小的一侧血管节段与较大的一侧血管节段的宽度之比小于0.5。另外,在Zimelewicz等[28]的研究中,Willis环的变异被定义为前后交通复合体中至少存在一种变异。在前交通复合体中,它被定义为大脑前动脉A1段发育不良或A1段缺失;在后交通复合体中,胚胎型大脑后动脉被定义为后交通动脉的直径比大脑后动脉的同侧 P1段大10%。之后的COX单因素分析中发现,Willis环解剖变异的存在与动脉瘤破裂差异有统计学意义[OR=2.28,95%CI(1.11,4.65),P=0.024],而多因素回归分析结果显示,前交通复合体变异对ACoA动脉瘤破裂有影响[OR=2.68,95%CI(1.01,7.18),P<0.05]。而另一项纳入255 例PCoA动脉瘤病人研究中胚胎型大脑后动脉中出现的动脉瘤与破裂显著相关(P<0.05)[29]。在此之前Lazzaro等[30]以113例病人为研究对象,对Willis环变异与破裂风险之间的关系进行了评估,结果显示,动脉瘤破裂病人的Willis环解剖变异比动脉瘤未破裂病人更常见(P=0.024 5)。

血管发育异常在人群中并不罕见,约60%的人群中存在Willis环解剖变异[31],这些变化可引起颈内动脉或基底动脉流量的变化,与血流动力学改变相关,增加血管壁的压力,同时也导致对侧的血流代偿性增加,这种解剖条件改变了局部的载瘤动脉几何和血流条件,可能会引起血管的重塑,导致动脉瘤的形成,然后导致其破裂。

6 展 望

动脉瘤从形成到破裂的演变,是多因素影响的结果,越来越多的证据表明,血管几何形状可能比其他临床因素对动脉瘤形成及破裂风险有更显著影响,仅动脉瘤的大小和位置可能不足以准确预测动脉瘤破裂的风险。Taylor等[32]的研究中提出动脉瘤破裂前后的基本形状和形态学变化相当小。因此,本研究重点分析了载瘤动脉形态及其与动脉瘤本身的几何关系的重要性。这些特定的形态学参数是实用和直接的,在高危病人(如有强烈家族史的病人)的3D重建时,评估这些变量有助于对病人进行风险评估。诸如SR、流动角等指标已被纳入日本3年破裂风险预测评分体系[33]。随着非侵入性脑血管成像的可用性和使用率的增加,现在可以获得详细的血管解剖信息,基于载瘤血管几何形态的颅内动脉瘤分类已成为一种很有前途的策略,可以获得囊性动脉瘤自然病程的新认识,并改善其管理和长期结果。然而目前有些参数并未取得统一的阈值,并且大多是回顾性研究,下一步需要进行更多前瞻性研究,并行长期随访以更好地了解哪些病人载瘤动脉特征会增加动脉瘤破裂风险,使这些参数与特征能更好地服务于临床,帮助筛选出最有可能发生颅内动脉瘤未破裂的病人亚群,并使病人可以从预防性手术治疗中受益。