颅内动脉瘤模型的研究进展

刘彦超 张炘 段传志

颅内动脉瘤破裂是蛛网膜下腔出血的主要原因，发病率约为1/10000,占颅内出血的25%，致病率和死亡率高达25%～50%[1]。然而，动脉瘤发生、发展和破裂的机制尚不清楚。因此，建立动脉瘤模型对于研究其形态结构，探讨组织病理生理学改变，寻找其发病机理，对预防和治疗动脉瘤提供新的方法和途径具有重要意义。本文就近年来动脉瘤制作的方法进行综述，比较了各种动脉瘤模型制作的优缺点，为今后动脉瘤模型的制作提供参考。

1 动物的选择

目前建立实验性动脉瘤模型常用的实验动物有大鼠、兔、狗、猪、猴等。这些动物的椎动脉系统比较发达，不易在制作动脉瘤的过程中因前循环暂时阻断而发生脑缺血性坏死。

大鼠繁殖快，价格低，颈动脉容易暴露，动脉搏动快，不易形成血栓，不易因机械刺激而发生血管痉挛，主要应用于动脉瘤的发病机制和血流动力学的研究。

兔用于制作动脉瘤模型的优势在于，其颈总动脉的直径与人类大脑中动脉起始段非常接近，它也是非灵长类中血栓形成和纤溶系统与人类最为相近的一种。目前，约有25%的动脉瘤实验采用兔制作模型[2]。但兔耐受手术的能力较差，麻醉和死亡率比较高，同时兔的喉返神经和颈总动脉的关系比较密切，容易损伤，声带麻痹和吸入性肺炎的发生率较高。通常每只动物制作一个动脉瘤。

狗在动脉瘤模型中的使用率高达33.1%[2]，其优点在于训练、麻醉及手术的耐受性强，死亡率和术后并发症均低于其他实验动物。狗的动脉直径和血流动力学特征与人类的也非常接近，且便于导管置入和血管内操作，用于血管内治疗的研究。但是狗的凝血系统和纤溶系统远远比其他动物活跃，这一特点又使得其适合于治疗疗效的长期观察研究。

猪一直是医学实验中常用的动物，在动脉瘤的模型制作中约占9.3%[2]。猪除了具有狗的优点外，其纤溶和凝血系统与人类的非常接近，因此，对于研究人类动脉瘤的发生、发展、破裂的机制，及研究新的治疗方法具有重要意义。但由于价格价高，不易管理，尚未广泛应用。

猴和猩猩等灵长动物是制作人类脑动脉瘤模型最理想的材料，但其来源较少，价格昂贵，不易管理。因此，在实验中也难以广泛应用。

2 动脉瘤模型建立的方法

理想的动脉瘤应具有以下特点：①动脉瘤的组织病理、血流动力学应与人类脑动脉瘤相似；②动脉瘤的形态及大小应当可控，具有可复制性，结构稳定的特点；③制作方法简单、周期短、费用低；④具有一定的体积和强度，便于在一定的时期内观察和操作。目前，动脉瘤模型的制作方法主要有以下几种。

2.1 静脉移植法 静脉移植法是采用显微外科技术，将静脉袋移植到动脉的不同位置，从而形成不同类型动脉瘤的一种方法。随着显微外科技术的发展和研究的不断深入，根据静脉袋移植的位置又可划分为侧壁型、分叉型及末梢型动脉瘤模型，以模拟人类颅内不同位置的动脉瘤。

侧壁型动脉瘤多见于颈内动脉的海绵窦段和床上突段。制作模型使用的动物以兔、犬和猪为主，制作的方法也不同。1954年Germon和Black首先使用狗的一侧颈静脉通过端－侧吻合到同侧的颈总动脉成功建立了侧壁型动脉瘤。后来发现，端－侧缝合后随即结扎静脉，很容易破裂出血和形成血栓，而改为1周后结扎吻合口上端颈静脉，成功率显著提高。有些学者通过将端－侧吻合口由直线形改为椭圆形，并在此基础上再将静脉袋的一半缝合到动脉上，另外一半以便控制瘤颈口的大小，不但顺应了血流动力方向，与颅内动脉瘤血流动力学较为接近，而且实现了瘤颈大小的可控性。吕明等[3]采用静脉移植法也成功在7头猪上建立宽颈动脉瘤。Ding等[4]在兔的同侧分离出动、静脉，建立动静脉瘘，然后再结扎静脉两端，从而建立起了侧壁型动脉瘤模型。这些学者通过不同的方式，均获得了结构较为稳定可复制的侧壁型动脉瘤模型。

目前分叉处动脉瘤模型建立的方法主要有两种：①直接在动脉的分叉处移植静脉袋。如有些学者直接将静脉带缝合到上颌动脉－舌动脉、颈外动脉－舌动脉等分叉处，形成分叉处动脉瘤，这种方法较简单易行，可复制性强。②人工建立动脉分叉后移植静脉袋法。此种方法具有周期短、成功率高，并为大多说学者所接受。目前，较多学者[5－7]采用改进的显微外科缝合技术，大大提高了动脉瘤模型制作的成功率。

末端型动脉瘤类似于人类基底动脉末端的囊状动脉瘤，此处血流冲击力大，动脉壁容易受血流的垂直冲击而发生动脉瘤，且瘤体较大，容易发生破裂，也是自发性破裂的机制之一。有些学者[8,9]通过结扎双侧颈总动脉，以增加基底动脉血流，从而建立了颅内基底动脉瘤模型。此种方法，操作复杂，持续时间长，动脉瘤的成功率较低，动物的死亡率高，且每只动物只能建立一个动脉瘤模型。

静脉移植法自从创建以来，虽经历了不断的改进和完善，但仍存在许多不足：①通过显微外科技术改造的动脉瘤难免会造成内皮损伤，释放蛋白、血小板生长因子等炎性物质，形成瘢痕组织，与自然状态下形成的动脉瘤的组织结构差别较大；②由静脉袋缝合形成的动脉瘤，其壁的平均厚度为290μm，具有完整的内弹力层和中膜，而人类颅内动脉瘤的厚度仅有51μm，且内弹力层和中膜结构缺如；③动脉瘤模型没有真正的瘤颈，而且动脉瘤形成后无自发性生长和破裂的倾向，有报道术后两周的自发性破裂率明显低于人类颅内动脉瘤；④动脉瘤壁模型的瘤壁内有炎症反应和新生内膜的增生，这与人类颅内动脉瘤的情况相反。因此，静脉移植法建立的动脉瘤模型与人类颅内动脉瘤模型的组织病理生理结构仍有很大差距，此种方法建立的动脉瘤模型主要用于动脉瘤血流动力学的研究、动脉瘤栓塞治疗材料的研究[10]、神经外科及介入的临床培训等。

2.2 动脉移植法和动脉局部结构破坏法 动脉移植法是将动脉作囊袋，再缝合到动脉上，类似于静脉作囊袋建立的侧壁型动脉瘤。目前，此种方法通常采用将动脉经弹性蛋白酶处理后再移植到动脉上。此种动脉瘤，可以自发性生长、破裂，与人类颅内动脉瘤较为相似，且具有一定的体积和强度，便于在一定的时期内观察和研究。

动脉局部结构破坏法建立动脉瘤模型包括物理破坏法和酶解法。内弹力层和中膜的缺失是颅内动脉瘤壁的一个重要特点，于是很多学者从此点出发，通过使用氮芥、氰基丙烯酸酯注射到动脉壁中，但并未获得成功。也有学者采用CO2激光切开术破坏动脉瘤壁建立动脉瘤模型。此种方法在短期内可以形成较大的动脉瘤，但这种动脉瘤并不是真正的动脉瘤，容易破裂和形成血栓。

酶解法主要是利用弹性蛋白酶破坏血管壁的内弹力层，模拟人类颅内动脉瘤内弹力层和中膜缺如这一重要的病理生理学特征而诱发动脉瘤。不同的学者采用的方式也有所不同。Anidjar等首先利用胰蛋白酶血管内孵化动脉壁成功诱导了腹主动脉瘤模型，为颅内动脉瘤模型的制作奠定了基础。Miskolczi等[11]通过手术暴露猪的甲状腺上动脉分叉部和颈总动脉分叉部，并用微量注射器外膜下分别注射猪胰蛋白酶，诱导动脉瘤。病理学检查发现，动脉瘤壁仅有胶原纤维和一些细胞组成。苏正等[12]运用此方法也成功的诱导出了兔的动脉瘤模型。Fujiwara等[13]结扎右颈总动脉，并管腔内弹性蛋白酶孵化，发现瘤样状膨大，并且瘤的直径随时间的延长而增大，在大约1个月时达到稳定状态。这对于学者在一定时期内观察研究具有重要意义。

目前，de Oliveira等[14]利用木瓜蛋白酶孵化右侧颈总动脉，左侧颈总动脉作为对照，21d后经组织病理学检查，发现动脉弹力层消失，62.5%的有轻微的炎症反应，50%的出现内皮纤维化，均形成了血栓组织，这与弹性蛋白酶诱导的动脉瘤组织病理结构相似。但与弹性蛋白酶相比，木瓜蛋白酶诱导颅内动脉瘤模型是否具有优势，尚需要进一步的研究。

弹力酶诱导的动脉瘤模型具有简单易行，大小可控，可复制性强，诱导的速度较快，组织病理结构较静脉移植法建立的动脉瘤模型更接近于临床上的动脉瘤的特点。因此，可以更加准确地评估各种栓塞材料的治疗效果，并且还可以用于研究动脉瘤的血流动力学和组织病理学特点，以及用于其发生、发展和破裂机制的研究。目前，已为大多数学者所接受。

2.3 病因诱导法 血流动力学改变、高血压和动脉粥样硬化一直是被认为是颅内动脉瘤形成和发展的重要后天因素。有些学者通过结扎大鼠一侧或双侧颈总动脉改变血流动力学的方法，诱导了动脉瘤模型。也有很多学者通过结扎实验性高血压动物的单侧或双侧颈总动脉，并且给予Beta－氨基丙腈饮食，从而诱导出了颅内动脉瘤。另外，通过结扎左侧颈总动脉和双肾后动脉后支，并给与高盐饮食，有些学者也成功诱导出了右侧大脑前动脉－嗅动脉分叉部动脉瘤。Jamous[15]和Eldawoody[16]等采用结扎右侧颈总动脉和双侧肾动脉后支，并切除双侧卵巢，发现去卵巢组动脉瘤的发生率是未去卵巢组的近三倍，由此证明了雌激素在动脉瘤的动脉瘤形成过程中发挥了重要作用，这也为动脉瘤的预防与治疗提供了新的思路和方法。Cai等[17]通过结扎单侧颈总动脉和对侧的腭动脉和颈外动脉，在颅内成功诱导了动脉瘤，进一步证实了血流压力在动脉瘤中所起的作用。

2011年Weiss等[18]通过采用apoE基因敲除小鼠皮下持续给予血管紧张素II，成功诱导了腹主动脉瘤。在此基础上，Nuki等学者[19,20]通过采用大鼠大脑基底池注射弹性蛋白酶，并给与血管紧张素II，成功复制出了与临床上极为相似的动脉瘤模型。运用同样的方法，Tada等[21]在3～4周时，测得动脉瘤的发生率达到60%～80%。这种新的动脉瘤模型的制作对未来的研究利用各种抑制剂、基因敲除小鼠,或转基因小鼠来测试特定颅内动脉瘤特殊的分子作用及病理生理学机制具有重要意义，并且为动脉瘤模型的制作开创了新的思路和方法。

通过此种方法制作的动脉瘤模型，虽操作复杂，形成周期较长，发生部较位散乱，大小和外形均不固定。但组织病理、血流动力学与人类脑动脉瘤较为相似。目前，这种方法在狗猪等大型动物中建立模型的报道相对较少，因此对于未来研究此种动脉瘤模型血管内栓塞材料及其疗效具有重要意义。

2.4 血管内介入法 近年来，随着血管内介入治疗技术在临床上的广泛的应用，血管内介入法在动脉瘤模型的建立过程中也得到了越来越多的应用。血管内介入法主要包括球囊阻塞法、球囊扩张法和血管内层结构损伤等技术。Cloft等[22]采用球囊阻塞家兔左颈总动脉，成功地在头臂干及主动脉弓分叉部诱导出了动脉瘤。Altes等先暴露兔的右颈总动脉，然后血管内球囊阻塞右颈总动脉的起始处，并用弹性蛋白酶孵化球囊远端的动脉，最后结扎右侧颈总动脉远端，并成功制作了动脉瘤模型[23]。此种方法制作动脉瘤较为快捷，具有可重复性，减少了手术并发症和感染的机会，但是由于操作中需要导管和造影设备，因此费用较为昂贵、操作技术难度大，难以在动脉瘤模型的制作中广泛应用。

3 现状与进展

目前，国内外颅内动脉瘤模型的建立多选择大鼠、兔、狗等动物，但是其颅脑动脉细小、凝血与纤溶系统活跃、有的动物存在血栓易感和自愈倾向以及动物饮食起居习性与人类相距甚远。此外，动脉模型建立多采用结扎肾动脉、颈内动脉和局部血管壁弹性蛋白酶注射等，创伤较大，而且与人体自然动脉瘤生成的外环境有较大差别，这不仅会影响动脉瘤模型的真实可靠性，还会直接影响到研究结果的正确性。

建立良好的蛛网膜下腔出血的动物预警模型具有重要意义。一方面人们可以深入地研究动脉瘤发生、发展和破裂的机制[24,25]并探索新的药物治疗靶点[26,27]；另一方面人们可以对血管内植入性材料的安全有效性进行试验，以探索研发新材料新技术[28－30]，从而更好地应用于临床疾病的治疗。

因此，急需一种接近自然发生的人颅内动脉瘤的全新的动物实验模型。近年来已有学者采用弹性蛋白酶定位注射联合血管紧张素II皮下注射在小鼠身上构建内动脉瘤模型并取得了成功。这种动脉瘤模型制作方法与传统的制作方法相比，动脉瘤生长位置由颈动脉到颅内血管，实现了新的突破与跨越。通过建立这种新型的动脉瘤动物模型，我们可以研究动物脑血管不同位置的动脉瘤对周围脑组织、神经系统及电生理活动的影响等；通过观察动脉瘤的生长、发展以研究动脉瘤破裂出血的机制。

然而，目前尚未见有关大型动物的模型制作报道。由此我们推测，纤溶和凝血系统以及血源与人类非常接近的大型灵长类动物将在未来颅内动脉瘤模型制作中将被广泛应用；弹性蛋白酶定位注射联合血管紧张素II皮下持续泵入，配合动脉粥样硬化饮食也将成为今后颅内动脉瘤模型制作的主要方法之一。

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