超声介导下球囊拉伤对兔腹主动脉管径扩张和新生内膜增生的影响

何 雨,王 辉,梅 丽，2,郑娟娟,金春香*

(1.吉林大学中日联谊医院，吉林 长春130033; 2.吉林大学第一临床医院)

超声介导下球囊拉伤对兔腹主动脉管径扩张和新生内膜增生的影响

何 雨1,王 辉1,梅 丽1，2,郑娟娟1,金春香1*

(1.吉林大学中日联谊医院，吉林 长春130033; 2.吉林大学第一临床医院)

目的评价超声介导下球囊拉伤时不同充盈压力对主动脉管径扩张和新生内膜增生的影响。方法超声测量新西兰大白兔腹主动脉特定靶节段的初始管径，选择15只管径相近的兔子在超声监测下行球囊拉伤术，并根据球囊充盈压力不同，随机分为三组，充盈压分别为1个大气压(atm)，5atm和10atm，超声记录手术前、后不同组别血管内径的变化。术后2周猝死动物，观察新生内膜增生情况。结果当球囊位于兔腹主动脉靶节段并以1atm充盈时，球囊在所有兔子中均充分扩张，贴合管壁，无血流信号通过。当以不同充盈压拉伤血管后，每组动脉管腔均显著扩张(P<0.05)，但三组的管径扩张率相似；1atm组的动脉新生内膜面积比和周长比明显小于其他两组(P<0.05)，但最大新生内膜厚度比随充盈压增加明显增大，各组间均存在显著差异(P<0.05)。结论在球囊充分扩张前提下，不同充盈压引起管径扩张程度相似，但较小充盈压引起较轻的新生内膜增生。

超声介导; 球囊拉伤;充盈压；管径；新生内膜

(ChinJLabDiagn,2017,21:1418)

随着血管内介入技术日趋成熟和广泛普及，经皮腔内血管成形术已经成为冠状动脉疾病和周围动脉疾病的一线治疗方法[1,2]。血管内介入治疗对血管壁产生机械牵拉，由此引起的生物学反应是导致再狭窄的一个因素[3]。这种机械牵拉可累及血管壁全层，继发组织炎性损伤和增殖反应，导致平滑肌细胞增生、新生内膜形成和管腔面积缩小[4]。血管介入治疗过程中，在保证管腔充分扩张的基础上减轻对血管壁的机械牵拉损伤，可以作为除支架、药物和/或局部放疗以外的又一种防控再狭窄的策略。

目前，经皮血管重建主要是球囊扩张后安放支架，整个过程在X线引导下完成(血管造影)，时常伴有血管内超声的参与。血管内超声主要用来判断斑块性质和大小，评价支架安放情况[5-7]，很少用来导引和监控球囊导管的走向[8]。在血管造影中，客观上动脉管径测量是借助造影机器内置的铅尺及测量软件来实现，众所周知，准确测量血管内径不仅指导球囊大小的选择，而且也是判断血管内支架或弹簧圈尺寸的参考[9]。据我们所知，与血管内超声不同，传统的超声显像几乎没有被用于球囊扩张监测过程中。然而，依据彩色多普勒血流显像的原理，彩色多普勒血流信号的变化有可能协助判断球囊大小与动脉管腔之间的关系。综上，本研究的目的旨在通过彩色多普勒血流信号的变化评价球囊损伤过程中，不同充盈压力对动脉管径扩张和新生内膜增生的影响。

1 材料和方法

1.1材料该研究经过吉林大学中日联谊医院动物医学伦理委员会批准。超声测量兔腹主动脉特定靶节段的管腔内径，选出内径基本一致的15只新西兰大白兔(体重2.3-2.6 kg)，雌雄不限，将其单个饲养于标准兔笼中，整个实验过程中，所有兔子可以自由摄取水和食物。

1.2超声介导的球囊拉伤术

1.2.1球囊拉伤术 根据球囊拉伤时的充盈压力不同，将所有兔子随机分为三组，每组5只，充盈压力分别为1个大气压(atm)，5atm和10atm。静脉给予戊巴比妥钠(30 mg/kg)诱导麻醉后，将5-Fr MaverickOR PTCA球囊导管(3.5 mm×12 mm,Boston scientific,USA)从兔右侧股动脉插入，并向上延伸至左肾动脉水平，然后分别用不同的充盈压力(1atm，5atm，10atm)扩张球囊，接着将球囊轻轻回拉至腹主动脉分叉水平，重复三次，每次间隔30秒。

1.2.2超声监测 在术前、术中及术后分别用高频超声诊断仪(探头7.5-MHz，MyLab One,Esaote Europe B.V.; MyLab 90,Esaote S.p,A.-Italia)扫查兔腹主动脉。为了保持观察的一致性，我们选取肾动脉水平下方的腹主动脉第2、3分支间节段作为观察的特定靶节段，以利于不同组别之间新生内膜增生的比较。超声全程同步监测球囊的导入和扩张。球囊扩张过程中，用彩色多普勒血流显像记录血流充盈情况的变化，评价球囊扩张的程度。以靶节段内血流信号刚刚完全消失的瞬间认定球囊达到充分扩张且不伴有动脉壁的过度牵张，记录此时的充盈压力，接着继续增加充盈压力至相应组别的压力水平。在球囊拉伤术前、后分别测量靶节段舒张末期(以同步心电图上R波顶点标记为舒张末期)内径，并计算管径的扩张率，扩张率定义为(术后内径-术前内径)/术前内径。

1.3组织学观察各组兔子均于球囊拉伤术后2周猝死，分离靶节段进行HE染色(切片厚度4 μm)观察新生内膜增生情况。观察者对分组情况毫不知情。参考以往报道[10]，为了排除管腔大小变异的干扰，应用新生内膜面积比、周长比和最大新生内膜厚度比进行形态学评估。新生内膜面积比定义为内弹力层环绕面积与管腔面积之差占整个血管横截面积的比例；新生内膜周长比则为新生内膜周长占整个血管周长的比例；最大新生内膜厚度比为斑块厚度与对应血管壁厚度的比值。所有数据应用Image Pro Plus 6.0(Media Cybernetics,Silver Spring,MD,USA)分析。

1.4统计学处理

2 结果

2.1超声介导的球囊拉伤

当球囊导管导入兔腹主动脉时，二维超声显示其呈强回声(图1A、1B)；彩色多普勒超声显示彩色血流信号环绕在球囊导管周围(图1C、1D)。当球囊定位于靶节段上缘并给予1atm时，球囊扩张，囊壁逐渐贴于腹主动脉管壁(图1E、1F)。彩色多普勒超声显示随着球囊接近靶节段水平，球囊周边血流信号逐渐消失，至靶节段主动脉，管腔内未见血流信号(图1G、1H)，表明球囊已充分扩张达到血管管腔大小。在本实验中，球囊在各组兔子靶节段达到充分扩张的充盈压均为1atm。

2.2不同充盈压对主动脉靶节段管径扩张的影响

球囊拉伤术前、后，三组兔腹主动脉靶节段管径分别从2.72±0.06 mm,2.73±0.07 mm,2.73±0.11 mm增加到2.97±0.13 mm,2.98±0.12 mm,2.99±0.13 mm，术前、后三组间管径均无明显差异(P>0.05)。每组动脉管腔内径在球囊拉伤术后均明显增加(P<0.05)。然而，术前、后动脉管径的扩张率在三组之间没有明显差异(P>0.05)(表1，图2)。

2.3不同充盈压对主动脉靶节段新生内膜增生的影响

1atm组新生内膜面积比和周长比均明显小于其他两组(P<0.05)。5atm组和10atm组的新生内膜面积比和周长比均无明显差异(P>0.05)。但是，最大新生内膜厚度比随着充盈压增加而逐渐增大，在各组之间有明显差异(P<0.05)(表1，图3)。

表1 不同球囊充盈压对主动脉靶节段的影响

与其他两组相比：*P<0.05.

A，B：球囊未充盈时长轴呈强回声线样结构(长箭头)，短轴呈强回声圆点状(长箭头)；C，D：球囊未充盈时彩色多普勒血流显像血流围绕球囊周围；E，F：球囊扩张后，球囊远段囊壁紧贴靶节段主动脉壁(长箭头)，球囊尖端则漂浮在靶节段近端(短箭头)；G，H：球囊扩张后，彩色多普勒血流显像示随着球囊接近靶节段水平，球囊周边血流信号(短箭头)逐渐消失，至靶节段主动脉，管腔内未见血流信号(长箭头).

图1超声实时监测球囊在腹主动脉(含部分靶节段及其近端)扩张(A,C,E,G为长轴观，B,D,F,H为短轴观，长轴观中图左侧为主动脉近心段)

A,B：超声显示球囊拉伤术前、后管径的变化；C,D：球囊拉伤术前、后三组的动脉管径；E：球囊拉伤术前、后各组的动脉管径变化；F：球囊拉伤术前、后三组动脉管径的扩张率.

图2不同充盈压对主动脉靶节段管径扩张的影响

1,2,3分别代表1atm，5atm和10atm组HE染色；A：×4，标尺：200 μm；B：×20，标尺：50 μm；(箭头指向内弹力层)；C：新生内膜面积比的比较；D：新生内膜周长比的比较；E：最大新生内膜厚度比的比较.

图3不同充盈压对主动脉靶节段新生内膜增生的影响

3 讨论

目前，经皮腔内血管成形术已经成为动脉闭塞性疾病治疗中的主流血管重建技术。然而，成功的血管介入术后数月出现的再狭窄作为一个后续的主要问题，困扰相当一部分患者[1]。不论是支架置入还是球囊成形，都不能切除动脉壁上的动脉粥样硬化斑块，反而是将斑块挤压进下面的血管壁上[11]。这种被“挤压”或“牵拉”的血管壁易于断裂或撕裂，导致附加的动脉机械损伤，成为触发再狭窄的一个因素。由于机械损伤引起的炎症和继发的动脉增殖反应导致新生内膜增生[4,12]。因此，血管介入过程中对动脉壁造成的机械损伤在新生内膜增生和再狭窄形成中起重要的作用。在血管成形术中，如能找到机械牵拉和血管扩张之间的平衡点，或能减轻机械损伤。

实际上，要做到球囊充分、适当的扩张血管，既保证术后充足的血流通过又使对动脉管壁的牵拉损伤最小是很难的，所以在球囊成形术中，选择适当尺寸的球囊非常重要。很多介入医生倾向于通过主观目测的方法判断[9]，但是目前公认在血管内介入治疗中，借助铅尺客观测量血管内径是决定球囊大小更为可靠的方式。而且，客观测量也是临床试验结果准确性和合理性的前提条件[13,14]。然而，有报道认为这种借助造影机器内置铅尺测量的方法也会低估血管大小，导致球囊尺寸选择出现偏差[9]。在本研究中，与传统的X线下指导血管介入操作不同，我们借助彩色多普勒超声引导，在血流信号消失的即刻确认球囊充分扩张，此时既阻断了血流又避免不必要的过度牵拉血管。结果显示1atm是满足球囊在靶节段充分扩张的最小充盈压，这也是我们在球囊拉伤模型的不同组别充盈压中，选择最小为1atm的原因。在实际操作中，如果将1atm充盈的球囊放在靶节段水平以上，位于肾动脉水平下方的腹主动脉第1个分支位置，可以看到明显的血流信号环绕周围。因此使球囊充分扩张的充盈压与球囊所在血管节段的内径密切相关，彩色多普勒超声通过血流动力学的变化，指导选择与靶节段内径相匹配的球囊大小及充盈压。

为了排除各组基线数据的干扰，方便比较，我们选择初始腹主动脉靶节段内径无显著差异的动物和同一大小的球囊，从而保证相近的球囊/动脉比。球囊拉伤术后，各组动脉靶节段内径均明显增加，且扩张率没有明显差异，表明术后血管内径扩张程度与球囊充盈压大小无关。这与一些学者提出的充盈压越高管径扩张越大的观点并不一致[15]。分析原因可能与实验对象及操作方法的差异，血管弹性状态，或者充盈压的高低有关。然而，新生内膜增生程度则基本与充盈压高低存在一定相关性，1atm组新生内膜面积比和周长比均明显低于其他两组，三组中最大新生内膜厚度比随充盈压增加明显增大，三组间存在明显差异，与既往研究认为的球囊拉伤术后引发的新生内膜增生程度与球囊充盈压大小成正比基本相符[16,17]。只是在5atm组和10atm组之间，新生内膜面积比和周长比没有明显差异，这一方面与本研究中样本量相对较小有关，另一方面与实验动物种属差异及采用的组织学评估参数不同有关。此外，也提出一种可能，当充盈压达到某阈值时，球囊拉伤牵张动脉壁引起的新生内膜增生程度保持某种稳定性，当然，需要进一步研究验证这种可能。

本研究的局限性在于血管损伤发生在正常动脉而不是粥样硬化病变血管，是正常血管被球囊扩张和牵拉以诱导炎性反应和新生内膜增殖，这与临床实际不同。临床上对中至重度狭窄的病变血管才进行血管内介入治疗，因此会用较高的充盈压扩张球囊拓宽管腔使其接近或达到其初始管径[18]。然而，本研究关注的焦点在于借助彩色多普勒超声观察充盈压大小与管壁损伤和管腔扩张之间的关系，旨在从另一个角度观察和比较充盈压对动脉损伤和管径增宽的影响。我们试图借助传统超声，通过调节充盈压使球囊大小与血管大小相匹配，达到既充分扩张管腔又减少管壁牵张的目的。由于在相对细小的血管(如小腿段血管)，彩色多普勒血流信号敏感性不足存在引起假阴性的可能，这种方法更适合于相对大的动脉。

综上，在球囊拉伤过程中，在超声监测显示球囊充分扩张至管腔大小的前提下，不同充盈压带来的术后管腔扩张程度相近，但较小充盈压引发的新生内膜增生较轻，这对于血管成形术中选择适当的球囊充盈压和防控术后再狭窄有一定的参考意义。

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EffectofUltrasound-guidedBalloonInjuryonVascularDiameterandNeointimaHyperplasiainaRabbitModel

HEYu,WANGHui,MEILi,etal.

(China-JapanUnionHospitalofJilinUniversity;theSecondHospitalofJilinUniversity,Changchun130033,China)

ObjectiveTo evaluate the influence of different inflation forces on artery diameter and neointima hyperplasia via ultrasound-guided balloon injury.MethodsNew Zealand white rabbits were assigned into three groups randomly with the inflation force at 1,5,10 atmosphere pressure (atm).The anteroposterior diameter (DAP) of the target segment of aorta in all rabbits was measured by ultrasound imaging (US) to ensure the similar original diameter in three groups.Then balloon dilation and injury of aorta were performed guided by US.All rabbits were euthanized 2 weeks later for histologic evaluation.ResultsWhen the balloon was localized at the target segment and inflated with 1atm,the balloon expanded sufficiently with no color flow signal shown in all rabbits.After balloon injury,the lumen size of each group enlarged significantly (P<0.05) with the similar rate of change in DAP.Both neointima area and circumference in group with 1atm were significantly less than those of the other two (P<0.05).Maximal neointima thickness increased significantly with the elevation of the inflation pressure among the three groups (P<0.05).ConclusionWhen the balloon was dilated sufficiently,the balloon inflated with the less pressure caused the similar vascular dilation as the high pressure but the less neointima proliferation.

ultrasound-guided;balloon injury;inflation pressure;diameter;neointima hyperplasia

国家自然科学基金项目(31271235,81201094)；吉林省科技厅项目(20130413005GH)

*通讯作者

1007-4287(2017)09-1418-05

R543.5

：A

2016-07-23)