颅内动脉瘤模型的建立及研究进展

王奎重，袁绍纪，刘建民

颅内动脉瘤在整个人群中发病率高达2.3%[1]，它是引起颅内自发性蛛网膜下腔出血最常见的原因。目前动脉瘤的发生机制仍不清楚，而且动脉瘤治疗后仍有复发的倾向。建立理想的动脉瘤模型对于研究人类颅内动脉瘤发生、发展及治疗都有重要的意义。目前动脉瘤模型制作的方法很多，主要根据不同的研究目的选用不同的方法。现就国内外这些方法的研究现状进行综述。

1 颅内动脉瘤模型的体外研究

1.1 体外实体模型 体外模型中使用较多的是硅胶动脉瘤模型，其优点是硅胶透明并具有弹性，可以模仿动脉瘤的血液动力学特征，观测其内的血流方向、速度及湍流情况，也可以观察置入物或支架对动脉瘤内血液动力学的影响[2]。其基本研究方法是建立硅胶模型后，通过连接水泵模拟人脉搏，在“血流”中加入荧光粒子或染料，通过激光等光源照射动脉瘤，使用高速相机记录“血液“流动图像，再通过计算机软件分析记录相关参数。该模型也可用来测定及对比动脉瘤腔内和载瘤动脉内的压力[3]，亦有利用硅胶动脉瘤研究液态栓塞材料对动脉瘤栓塞程度的影响[4]。

动脉瘤的体外实体模型通常参照活体模型制作而成。Seong等[5]根据弹性酶诱导兔动脉瘤模型的3D成像，采用动物模型血管内灌注的方法模拟出硅胶载瘤动脉和动脉瘤模型，这种模型较好的模拟了动物动脉瘤模型的形态学特征，可以方便的在体外进行动脉瘤血液动力学研究。Sugiu等[6]参照人的动脉瘤标本制作硅胶动脉瘤模型，再通过连接水泵模拟人脉搏，这种模型可以在直视下进行血管治疗或夹闭以及观察血流改变。

1.2 虚拟动脉瘤模型 随着计算机技术的快速发展，计算流体力学（computational fluid dynamics,CFD）已成为颅内动脉瘤血流动力学研究的重要方法。其基本方法是根据人颅内动脉瘤的3D结果，生成动脉瘤的边界，划分网格，设定边界条件。上述结果导入CFD运算软件，得出与动脉瘤内血流动力学相关的参数及其时间与空间分布。CFD对于研究动脉瘤的生长破裂机制及介入治疗材料置入后对动脉瘤内血流动力学影响都有重要意义[7,8]。且其模拟动脉瘤血流动力学结果与传统的实体模型模拟结果无差异[9]，研究成本亦远远低于传统的实体模型，因而近年来成为动脉瘤体外研究的重要方法。

2 颅内动脉瘤模型的活体内研究

2.1 直接建立动脉瘤方法

2.1.1 静脉移植模型 1954年German将静脉囊移植到动脉侧壁上形成动脉瘤，这一方法制作简便，而且动脉瘤位置和大小都可以控制，可进行弹簧圈栓塞、支架辅助栓塞及液体材料栓塞[10]。但在血液动力学上，侧壁动脉瘤模型与人颅内动脉瘤有一定差异，而且易形成血栓自发愈合。以后又发展为颈动脉分叉部缝合静脉囊制作动脉瘤方法[11]，以及采用静脉移植方法建立梭形动脉瘤模型[12]，这些方法制作出的动脉瘤模型更符合颅内动脉瘤的血液动力学和形态学特征。另外，还有报道利用静脉移植两步法制作囊状动脉瘤模型，James等[13]先缝合颈静脉近心端到颈总动脉，形成动静脉瘘，并用丝线适当不完全结扎静脉以控制瘘口血液流速，1～2周后通过介入方法使用球囊封堵瘘口远端形成侧壁动脉瘤。这种方法制作的动脉瘤在缝合后可以有效避免瘤颈部因为缝线或血管损伤形成血栓。

缝合静脉囊建立的动脉瘤模型制作迅速，可控性好，可以根据不同需要决定制备动脉瘤的位置、数量、形态和大小。但这种方法制作的动脉瘤在病理学上与人颅内真性动脉瘤相差较大。Stebhens等[14]在动物实验中发现静脉囊动脉瘤模型术后数天内可见快速、自发的、进展性的纤维肌性内膜过度增生，2周内增厚最为明显，进行性内膜增厚甚至持续2年以上。Abruzzo等[15]在静脉囊模型中发现瘤壁的炎性反应和新内膜的增生，而且没有内弹力层和内层被膜缺损，这与真性动脉瘤病理相反。

2.1.2 缝合肌肉法 这种方法主要用来制作假性动脉瘤模型。采用显微外科技术，用双极电凝在动物的颈部肌肉上烧灼出洞穴，并纵行切开洞穴对应处的颈总动脉，缝合二者的开口即可形成假性动脉瘤。这种假性动脉瘤模型能自发性破裂，在影像学、血流动力学及病理学上与人类假性动脉瘤相似[16]。

2 ．2 间接建立动脉瘤的方法

2.2.1 局部弹性酶诱导动脉瘤模型 向动脉腔内注入猪胰弹性酶消化血管弹性纤维，破坏血管弹力层和中膜，从而制作出类似人类病理学的动脉瘤模型。动脉瘤制作的部位选择兔的右侧颈总动脉（right common carotid artery，RCCA）起始部，因为该处血液剪切率高，更符合人颅内动脉瘤的血液动力学特征。这种方法制作过程是RCCA远端插入血管鞘，使用球囊临时封闭RCCA起始部，形成一密闭腔，通过血管鞘向此腔内注入一定量的弹性酶消化动脉壁，然后移去球囊，2～3周后即可形成稳定的动脉瘤[17]。但这种方法制作出的动脉瘤大小和形态难以控制，且制作过程需要一次性闭塞球囊并需要在DSA机器下完成，制作成本高。王奎重等[18]通过改进方法制作弹性酶诱导的动脉瘤模型，使用弧形临时阻断夹替代闭塞球囊，在手术直视下制作动脉瘤模型，手术成功率高达87%,大大降低了制作成本。也有报道弹性酶涂擦动脉外膜制作梭形动脉瘤模型，Oskoui等[19]使用精细刷子沾弹性酶溶液涂抹大鼠股动脉，45 min后形成梭形动脉瘤。

弹性酶诱导方法制作的动脉瘤模型缺乏弹力层，载瘤动脉弹力层在瘤口处突然消失，中膜轻度萎缩，瘤壁平均厚46 μm[19]。这种动脉瘤模型与基质金属蛋白酶活性增高密切相关[20]，且诱导后中短期动脉瘤壁内存在内源性通路Bcl-2介导凋亡[21]。因此，弹性酶诱导的动脉瘤模型在大体病理、蛋白和基因表达方面都接近于人的真性动脉瘤。但这种动脉瘤周围环境与人颅内动脉瘤差异较大，其周围是软组织结构而非颅内动脉瘤周围的蛛网膜下腔，且难以自发破裂，主要用于介入材料的研究。

2.2.2 氯化钙诱导动脉瘤模型 目前氯化钙诱导的动脉瘤模型主要是通过外膜给药方法诱导梭形动脉瘤。Longo等[22]报道使用氯化钙（0.25 mol/L）棉片贴附小鼠腹主动脉外膜15 min诱导动脉瘤，并证实基质金属蛋白酶-12缺乏减缓动脉瘤的增长，可能的机理是抑制了巨噬细胞的增殖,认为动脉瘤模型的增大与基质金属弹白酶表达增高有关。这种方法诱导的动脉瘤主要用于基础研究。

2.2.3 高血压动脉瘤模型的建立 其机理为结扎一侧颈动脉后造成对侧血流增多，同时增高血压，血流冲击使血管原来固有的薄弱处逐渐膨出，形成动脉瘤。兰海涛等[23]通过电凝鼠双侧肾动脉后支和左侧颈动脉，给予1%盐水代替普通饮水，术后4个月诱导出右侧大脑前动脉-嗅动脉分叉部及右侧大脑前动脉主干动脉瘤，病理可见动脉瘤样改变如局部内膜垫消失，内弹力层断裂，平滑肌细胞层减少、排列紊乱及核固缩。而单纯电凝双侧肾动脉后支并给予1%盐水则不能诱发动脉瘤[24]。这种方法主要是改变动物生理状态下而形成的，与生理状态下的动脉瘤仍有较大差异，主要适用于对动脉瘤的诱发因素和发病机制方面的研究，由于载瘤动脉和动脉瘤较小，不适合进行手术及介入治疗研究。

2.2.4 全身给药诱导颅内动脉瘤 某些药物如β-氨基丙腈可以诱发出动脉瘤，主要机理是药物作用结合血液动力学压力引起内弹力层和中层平滑肌细胞的退变而诱发动脉瘤。Kim等[25]通过喂含β-氨基丙腈的食物诱导出猴脑动脉瘤，病理见内弹力层和中层在动脉瘤起始部消失，很薄的动脉瘤壁由纤维连接组织构成，与人颅内动脉瘤病理吻合。依靠破坏动脉壁结构诱发动脉瘤的模型可以用于研究动脉瘤发病因素和动脉瘤的产生、发展和破裂的相关关系，明确动脉瘤的病因和发病机理，为颅内动脉瘤的早期诊断和治疗提供依据。但该动脉瘤模型发生部位散乱，大小、外形不固定，而且费时，也很难用于动脉瘤血管内治疗的研究。

总之，目前还没有一种动脉瘤模型被大家广泛接受，还不能在大体形态和病理学特征等各个方面完全模拟人体中自然形成的动脉瘤。各种动脉瘤模型和制作模型方法各有优缺点，只能根据不同的研究目的选择不同的模型。最理想的动脉瘤动物模型应该是建立在蛛网膜下腔的动脉瘤模型。

[1]Rinkel GJ.Natural history,epidemiology and screening of unruptured intracranial aneurysms[J].J Neuroradiol,2008,35(2):99-103.

[2]Canton G,Levy DI,Lasheras JC,et al.Flow changes caused by the sequential placement of stents across the neck of sidewall cerebral aneurysms[J].J Neurosurg,2005,103(5):891-902.

[3]Chaudhuri A,Ansdell LE,Grass AJ,et al.Aneurysmal hypertension and its relationship to sac thrombus:a semi-qualitative analysis by experimental fluid mechanics[J].Eur J Vasc Endovasc Surg,2004,27(3):305-310.

[4]Soga Y,Preul MC,Furuse M,et al.Calcium alginate provides a high degree of embolization in aneurysm models:a specific comparison to coil packing[J].Neurosurgery,2004,55(6):1401-1049.

[5]Seong J,Sadasivan C,Onizuka M,et al.Morphology of elastaseinduced cerebral aneurysm model in rabbit and rapid prototyping of elastomeric transparent replicas[J].Biorheology,2005,42(5):345-361.

[6]Imbesi SG,Knox K,Kerber CW.Aneurysm flow dynamics:alterations of slipstream flow for neuroendovascular treatment with liquid embolic agents[J].AJNR Am J Neuroradiol,2003,24(10):2044-2049.

[7]卢海涛，黄清海，刘建民，等.弹性颅内动脉瘤的数值模拟分析[J].第二军医大学学报，2010，31(3):233-237.

[8]张 星，黄清海，施 洋，等.支架孔率对脑动脉瘤血流动力学影响的三维数值模拟研究[J].介入放射学杂志，2009，18(3):213-216.

[9]Ford MD，Nikolov HN，Milner JS，et al.PIV-measured versus CFD-predicted flow dynamics in anatomically realistic cerebral aneurysm models[J].J Biomech Eng，2008，130(2):021015.

[10]Klisch J，Schellhammer F，Zitt J，et al.Combined stent implantation and embolization with liquid 2-polyhydroxyethyl methacrylate for treatment of experimental canine wide-necked aneurysms[J].Neuroradiology，2002，44(6):503-512.

[11]Boulos AS，Deshaies EM，Fessler RD，et al.A triple bifurcation aneurysm model for evaluating complex endovascular therapies in dogs[J].J Neurosurg，2005，103(4):739-744.

[12]Massoud TF，Turjman F，Ji C，et al.Endovascular treatment of fusiform aneurysms with stents and coils:technical feasibility in a Swine Model[J].AJNR Am J Neuroradiol，1995，16(10):1953-1963.

[13]Byrne JV，Hubbard N.A Novel Two-stage technique for construction of experimental aneurysms[J].AJNR Am J Neuroradiol，2004，25(2):319-321.

[14]Stebhens WE.Chronic vascular changes in the walls of experimental berry aneurysms of the aortic bifurcation in rabbits[J].Stroke，1981，12(5):643-647.

[15]Abruzzo T，Shengelaia GG，Dawson RC 3rd，et al.Histologic and morphologic comparison of experimental aneurysms with human intracranial aneurysms[J].AJNR Am J Neuroradiol，1998，19(7):1309-1314.

[16]王启弘，马廉亭，吴佐泉，等.真性动脉瘤破裂出血后假性动脉瘤的形成及血流动力学研究[J].中华医学杂志，2005，32：2259-2263.

[17]Krings T，Moller-Hartmann W，Hans FJ，et al.A refined method for creating saccular aneurysms in the rabbit[J].Neuroradiology，2003，45(7):423-429.

[18]王奎重，刘建民，黄清海，等.改良的胰弹性蛋白酶诱导兔囊状动脉瘤模型[J].中华神经外科杂志，2010，26(8):744-747.

[19]Oskoui P，Stadler I，Lanzafame RJ.A preliminary study of laser tissue soldering as arterial wall reinforcement in an acute experimental aneurysm model[J].Lasers Surg Med，2003，32(5):346-348.

[20]Sinha I，Hannawa KK，Eliason JL，et al.Early MT-1 MMP expression following elastase exposure is associated with increased cleaved MMP-2 activity in experimental rodent aortic aneurysms[J].Surgery，2004，136(2):176-182.

[21]Kadirvel R，Ding YH，Dai D，et al.Intrinsic pathway-mediated apoptosis in elastase-induced aneurysms in rabbits[J].AJNR Am J Neuroradiol，2010，31(1):165-169.

[22]Longo GM，Buda SJ，Fiotta N，et al.MMP-12 has a role in abdominal aortic aneurysm in mice[J].Surgery，2005，137(4):457-462.

[23]兰海涛，张庆俊，孙晓枫.实验性肾性高血压大鼠脑动脉瘤模型的建立及发生机制探讨[J].中华神经外科杂志，2001，17(6):371-374.

[24]宋书欣，李 明，邓志锋，等.大鼠实验性脑动脉瘤模型的建立[J].江西医学院学报，2003，43(1):20-22.

[25]Kim C，Kikuchi H，Hashimoto N，et al.Histopathological study of induced cerebral aneurysms in primates[J].Surg Neurol，1989，32(1):45-50.