1、血流動(dòng)力學(xué)因素在動(dòng)脈瘤發(fā)生、發(fā)展過程中的意義        【摘要】      動(dòng)脈瘤的發(fā)生、發(fā)展過程十分復(fù)雜；不僅涉及動(dòng)脈壁的損害，還與血流動(dòng)力學(xué)因素的改變有關(guān)。血流的剪切應(yīng)力對(duì)動(dòng)脈瘤的發(fā)生、發(fā)展具有直接的作用，且該剪切應(yīng)力隨心動(dòng)周期而改變。此外，動(dòng)脈分叉角度也與動(dòng)脈瘤的形成密切相關(guān)，不適當(dāng)?shù)膭?dòng)脈成角可以明顯增加動(dòng)脈瘤的發(fā)生概率，且動(dòng)脈瘤在治療過程中也會(huì)出現(xiàn)血流動(dòng)力學(xué)因素的變化。     【關(guān)鍵詞】  顱內(nèi)動(dòng)脈瘤

2、血流動(dòng)力學(xué) 剪切應(yīng)力 動(dòng)脈夾角 動(dòng)脈半徑    顱內(nèi)動(dòng)脈瘤好發(fā)于Willis動(dòng)脈環(huán)，分為梭形以及囊狀動(dòng)脈瘤；單發(fā)者占70%75%，多發(fā)者占25%30%。就病因而言，顱內(nèi)動(dòng)脈瘤可以分為自發(fā)性、創(chuàng)傷性以及感染性；自發(fā)性顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的發(fā)生原因由多種因素構(gòu)成。有證據(jù)表明：血流動(dòng)力學(xué)的因素在顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的發(fā)生過程中占有重要作用。Morimoto等1的研究表明：在有關(guān)誘發(fā)顱內(nèi)動(dòng)脈瘤形成的動(dòng)物實(shí)驗(yàn)中，僅有動(dòng)脈壁中層的破壞是不夠的，必須伴有血流動(dòng)力學(xué)因素的改變，例如結(jié)扎對(duì)側(cè)頸總動(dòng)脈或?qū)?cè)willis動(dòng)脈環(huán)，或人為造成動(dòng)物血壓升高，才會(huì)導(dǎo)致動(dòng)脈瘤的發(fā)生。此外，動(dòng)脈瘤的分布比例

3、與顱內(nèi)血供來源比例一致（兩側(cè)頸總動(dòng)脈供血占顱內(nèi)血供的80%，椎動(dòng)脈供血占20%；而發(fā)生于頸動(dòng)脈系統(tǒng)的動(dòng)脈瘤約占顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的80%，椎動(dòng)脈系統(tǒng)占20%），亦從側(cè)面說明血流動(dòng)力因素對(duì)于動(dòng)脈瘤形成的影響。1    剪切應(yīng)力在動(dòng)脈瘤發(fā)生、發(fā)展中的作用        囊狀動(dòng)脈瘤往往發(fā)生于動(dòng)脈交叉部遠(yuǎn)側(cè)的隆突部位。Ferguson等2提出：血流動(dòng)力學(xué)所產(chǎn)生的剪切應(yīng)力、搏動(dòng)力和壓力引起腦動(dòng)脈分叉處頂端內(nèi)彈力層損害和中層缺損擴(kuò)大，此部位受到血流的連續(xù)沖擊后發(fā)生局部膨出，最后逐漸形成動(dòng)脈瘤。Kim 等3也證實(shí)：血

4、流沖擊導(dǎo)致的動(dòng)脈分叉部頂端微小缺損與人類動(dòng)脈瘤的形成相關(guān)。由于血液是黏性液體，其流動(dòng)可對(duì)血管壁產(chǎn)生剪切應(yīng)力，且血流速度越快，該部位的剪切應(yīng)力越大。剪切應(yīng)力增大到一定程度即可造成動(dòng)脈壁損傷，動(dòng)脈分叉遠(yuǎn)側(cè)隆突處為血流沖擊的作用點(diǎn)。因此，分叉動(dòng)脈隆突處最易發(fā)生動(dòng)脈瘤；且分叉的角度越大，分叉處遠(yuǎn)端血管壁受到的沖擊力越大4。而動(dòng)脈瘤一旦發(fā)生，血管內(nèi)的血流動(dòng)力學(xué)也發(fā)生相應(yīng)改變。如圖1所示，血流先以一條較窄的流入帶進(jìn)入動(dòng)脈瘤頸遠(yuǎn)端，對(duì)動(dòng)脈瘤的外側(cè)壁造成直接沖擊；然后，血流以較慢的速度沿著動(dòng)脈瘤內(nèi)壁形成渦流；最后，形成的渦流沿著流入動(dòng)脈瘤血流外側(cè)，經(jīng)瘤頸近端流出5。動(dòng)脈瘤內(nèi)渦流形成的強(qiáng)弱隨心臟收縮周期的變化而

5、變化，收縮晚期及舒張?jiān)缙跍u流的形成更加明顯。動(dòng)脈瘤壁受到的剪切應(yīng)力亦隨心臟周期的變化而變化，在渦流形成之前，動(dòng)脈瘤頸遠(yuǎn)端及對(duì)應(yīng)的瘤壁受到的剪切應(yīng)力最大，之后隨著渦流的形成，由于血流速度明顯減慢而減小6。2    動(dòng)脈分叉角度與動(dòng)脈瘤形成的關(guān)系  近來研究表明：動(dòng)脈的幾何形狀及動(dòng)脈分叉之間的角度也與動(dòng)脈瘤的形成密切相關(guān)。動(dòng)脈分叉具有降低血液在體內(nèi)流動(dòng)能耗的作用。Murray等7首先對(duì)最小能耗的最優(yōu)化原則 （optimality principle of minimum work） 進(jìn)行了描述：血流速度f （blood flow rate） 與血管內(nèi)徑r之間

6、的關(guān)系可以用公式f = krn 來表示，其中k為常量，包括血液黏性以及血管和血液的形變等因素；n來源于血流在動(dòng)脈分叉處分流量的間接測量值，n可以用方程r0n = r1n + r2n （r0、r1、r2分別為主要?jiǎng)用}以及分支動(dòng)脈的半徑） 求出。Rosen的研究表明：n的最佳值為3。此外，動(dòng)脈分支之間也有最適宜角度來保證能量消耗最低 （圖2）。例如：假設(shè)2條半徑相近的分支動(dòng)脈以相同的角度從1條動(dòng)脈分出，最佳角度符合 cos = （rba/rpa）4 （rba和rpa分別代表分支動(dòng)脈以及未分支前的源動(dòng)脈）。而對(duì)于角度及半徑均不相同的分支而言，1、2則符合以下公式：cos 1 = （r04 + r14

7、r24） （2r02r12）1；cos 2 = （r04 + r24r14）/ 2r02r22。當(dāng)動(dòng)脈分叉之間的角度明顯偏離最佳角度時(shí)，會(huì)增加血流對(duì)于動(dòng)脈分叉部位動(dòng)脈壁的沖擊。如果分支動(dòng)脈以將近直角的方式從源動(dòng)脈分出，則cos值接近0，這就意味著分支動(dòng)脈必須擁有很小的半徑才可以使能量消耗最??；相反，如果分支動(dòng)脈與源動(dòng)脈以近似平行的方式分布，則cos值接近1，分支動(dòng)脈與源動(dòng)脈的半徑可以接近。以上推測可以在我們體內(nèi)得以證實(shí)，如顱內(nèi)小動(dòng)脈 （諸如豆吻動(dòng)脈等） 常以接近直角的方式從源動(dòng)脈分出，而頸內(nèi)動(dòng)脈與頸外動(dòng)脈之間的比例則符合后一種情況。     &

8、#160;  Ingebrigtsen 等8通過應(yīng)用3DDSA重建技術(shù)測量頸內(nèi)動(dòng)脈 （ICA）、基底動(dòng)脈 （BA） 和大腦中動(dòng)脈 （MCA） 后發(fā)現(xiàn)：在Willis環(huán)遠(yuǎn)端 （如MCA），n平均值一般為2.92，接近最佳值3；而相對(duì)位于Willis動(dòng)脈環(huán)的動(dòng)脈而言，n值一般為1.7 （ICA） 和1.6 （BA），遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于最佳值。這與顱內(nèi)動(dòng)脈瘤高發(fā)于Willis動(dòng)脈環(huán)的特點(diǎn)高度吻合。此外，根據(jù)上述公式，計(jì)算所得的角度明顯小于實(shí)際觀測角度。他們通過對(duì)正常人、動(dòng)脈分叉處沒有動(dòng)脈瘤但其他部位有動(dòng)脈瘤及動(dòng)脈分叉處動(dòng)脈瘤病人進(jìn)行血管造影，對(duì)比后發(fā)現(xiàn)：三者的1，2及根據(jù)公式計(jì)算所得角度與實(shí)際觀測角

9、度之間的差值不同，且統(tǒng)計(jì)學(xué)分析表明：只有測量角度對(duì)于估計(jì)動(dòng)脈瘤的發(fā)生具有價(jià)值。他們發(fā)現(xiàn)：大分支動(dòng)脈與原動(dòng)脈之間的夾角位于中段1/3 （48°60°） 時(shí)，可以減小動(dòng)脈瘤發(fā)生的風(fēng)險(xiǎn)；而角度位于高段1/3 （61°115°） 時(shí)，則可增加動(dòng)脈瘤的危險(xiǎn)性；對(duì)于較小分支動(dòng)脈而言，動(dòng)脈瘤的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)隨其與源動(dòng)脈之間夾角角度的增加而逐步增加，角度越大，風(fēng)險(xiǎn)越大。Sakamoto等9通過對(duì)10例大腦前動(dòng)脈 （ACA）動(dòng)脈瘤病人進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)：這些病人ACA與ICA之間的夾角明顯大于MCA與ICA之間的夾角，動(dòng)脈瘤頸皆位于ACA側(cè)。Kasuya等10對(duì)發(fā)生于ACA A1、A

10、2段的動(dòng)脈瘤進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)：A1、A2段之間的夾角 （外側(cè)夾角） 與動(dòng)脈瘤的發(fā)生密切相關(guān)，發(fā)生動(dòng)脈瘤者A1、A2之間的夾角明顯小于未見動(dòng)脈瘤者。Ujiie等11發(fā)現(xiàn)：在A1、A2相交處的血液流動(dòng)特點(diǎn)類似于液體在彎管中的流動(dòng)特點(diǎn)，該處會(huì)有渦流形成，且這種流動(dòng)所產(chǎn)生的剪切力隨A1、A2之間側(cè)角的變化而變化。當(dāng)兩側(cè)A1、A2之間的角度不對(duì)稱時(shí)，產(chǎn)生的剪切應(yīng)力更加復(fù)雜。        綜上所述，動(dòng)脈瘤的發(fā)生、發(fā)展過程十分復(fù)雜，不僅涉及動(dòng)脈壁的損害，還與血流動(dòng)力學(xué)因素的改變有關(guān)。此外，動(dòng)脈瘤在治療過程中也會(huì)發(fā)生血流動(dòng)力學(xué)因素的改變。正

11、確認(rèn)識(shí)血流動(dòng)力學(xué)因素在動(dòng)脈瘤發(fā)生、發(fā)展過程中的重要作用，有助于指導(dǎo)我們對(duì)動(dòng)脈瘤的防治。    【參考文獻(xiàn)】  1 MORIMOTO M, MIYAMOTO S, MIZOGUCHI A, et al. Mouse model of cerebral aneurysm: experimental induction by renal hypertension and local hemodynamic changes J. Stroke, 2002, 33(7): 1911-1915.2 FERGUSON E R, BLACKWELL G G,

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