颈动脉重度狭窄声学特征与血流动力学变化及伯努利效应的相关性研究

赵越 华扬 刘玉梅 周瑛华 刘然

颈动脉粥样硬化性狭窄是缺血性卒中的重要病因之一，颈动脉内膜切除术(carotid endarterectomy,CEA)是治疗颈动脉重度狭窄(severe carotid artery stenosis，SCAS，70%～99%)、实施血运重建、改善脑血流灌注、预防颈动脉狭窄相关微栓子栓塞的“金标准”[1-2]。

颈动脉粥样硬化性易损斑块使同侧大脑半球缺血性卒中事件的风险升高3.1倍[3]。斑块组织结构及形态学特征是评估易损斑块的主要依据[4-5]。斑块内脂质核心周边毛细血管的增生及炎性细胞的积聚等，是导致斑块内出血、斑块破裂、继发栓塞事件的重要原因[6]。此外，斑块表面血管腔内血流速度的升高可减低对血管壁产生的静水压，即血管内伯努利效应[7]的存在，可以解释其对斑块压力的瞬间减低，使外膜层滋养血管压力高于斑块内，导致滋养血管向斑块内延伸导致斑块破裂出血的基本机制[8]。因此，血管内伯努利效应可能是增加斑块易损性的重要原因。伯努利效应对SCAS患者术前责任斑块的易损性影响缺乏相关报道。本研究拟通过CEA治疗前SCAS患者病变处责任斑块的超声特征与血流动力学的关系，探讨伯努利效应对责任斑块易损性及其对血流动力学的影响。

1 对象与方法

1.1 对象

回顾性连续纳入2016年1月至2018年1月因单纯SCAS在首都医科大学宣武医院神经外科、血管外科行CEA治疗的符合入选标准的患者138例，其中男115例(83.3%)，女23例(16.7%)，年龄44～76岁，平均(61±7)岁。本研究经首都医科大学宣武医院伦理委员会审核通过，患者或其家属于手术治疗前签署了知情同意书。

1.2 纳入标准

(1)症状性或非症状性单侧动脉粥样硬化性SCAS，其中症状性患者包括近6个月内出现过短暂性脑缺血发作(TIA)、缺血性卒中或同侧单眼黑矇；(2)术前行颈动脉彩色多普勒血流显像(CDFI)检查，并经DSA或头部CT血管成像(CTA)证实。

1.3 排除标准

(1)合并对侧SCAS、锁骨下动脉和(或)椎-基底动脉重度狭窄(70%～99%)或闭塞者；(2)合并同侧颅内动脉重度狭窄或闭塞者；(3)病变处责任斑块严重钙化导致斑块后方回声衰减出现声影，无法判断斑块内部回声特征者；(4)临床和(或)CDFI资料不完整者。

1.4 资料收集

收集所有患者的年龄、性别等一般资料及既往脑血管病相关危险因素病史，其判断方法依照中国国家卒中登记研究中使用的方法：高血压病为自诉既往高血压病史或入院后间隔1周重复测量血压≥140/90 mmHg；高脂血症为既往具有高脂血症病史或存在如下情况中1项及以上，即血清低密度脂蛋白胆固醇≥3.12 mmol/L、总胆固醇≥5.80 mmol/L、三酰甘油≥2.25 mmol/L；糖尿病为自诉既往糖尿病病史或入院测定快速血糖浓度>7.8 mmol/L；吸烟为当前或既往吸烟≥1支/d[9]。

1.5 方法

1.5.1 超声仪器：采用荷兰飞利浦公司生产的Epiq-5，选择3.0～12.0 MHz超宽频线阵探头和1.0～5.0 MHz凸阵探头；日本日立阿洛卡公司生产的Acendus彩色多普勒超声诊断仪，4.0～8.0 MHz微凸阵探头和1.0～5.0 MHz凸阵探头。颈动脉狭窄程度的评估：根据中国医师协会超声医学分会颁布的《血管和浅表器官超声检查指南》[10]，分别检测记录狭窄处残余内径、原始内径，计算直径狭窄率=(1-残余内径/原始内径)×100%。同时记录收缩期峰值流速(PSV,其中狭窄处PSV为PSV1,狭窄远段为PSV2)、舒张期末流速(EDV,其中狭窄处EDV为EDV1,狭窄处远段为EDV2)、平均流速(MV,其中狭窄处MV为MV1,狭窄远段为MV2)，并计算PSV1/PSV2。依据既往研究的颈动脉狭窄诊断标准[11]，确定SCAS。

1.5.2 颈动脉斑块声学特征分类：参考欧洲颈动脉斑块研究提出的标准[12]，依据患者的颈动脉斑块回声情况，将研究对象分为低回声组(图1a,1b，80例)和非低回声组[等回声(图1c,1d)及高回声斑块(图1e,1f)，58例]。采用图像分析信息系统(picture archiving and communication systems，PACS)对获取的超声图像进行斑块总面积与斑块内低回声面积描记，并计算低回声面积所占斑块的比率。根据文献[13]标准确定溃疡型斑块。

1.6 统计学分析

2 结果

2.1 一般临床资料比较

低回声组与非低回声组患者的年龄、性别、相关脑血管病危险因素(高血压病、糖尿病、高脂血症、吸烟)及病变侧颈内动脉直径狭窄率差异均无统计学意义(均P>0.05)(表1)。

低回声组患者病变处责任斑块中溃疡型斑块的比例高于非低回声组(P<0.05)，且症状性SCAS患者的比例显著高于非低回声组(P<0.05)，见表1。

2.2 病变侧颈动脉血流动力学参数比较

低回声组患者颈动脉PSV1、EDV1、MV1及PSV1/PSV2值均高于非低回声组，差异均有统计学意义(均P<0.05，表2)，但是两组间PSV2、EDV2及MV2的差异均无统计学意义(均P>0.05)。进一步计算狭窄段伯努利压力梯度显示，低回声组压力梯度值显著高于非低回声组，差异有统计学意义(P<0.05，表2)。

2.3 斑块内低回声面积及其所占斑块的比率与伯努利压力梯度的相关性分析

斑块内低回声面积[(0.25±0.01) mm2，r=0.32，P<0.05]及其所占斑块的比率[(47.5±1.9)%，r=0.28，P<0.05]，二者与伯努利压力梯度可能存在相关性(图2)。

3 讨论

易损斑块的概念源于血管内超声或MRI对冠状动脉粥样硬化病变的评估研究，即具有破裂倾向、易发生血栓造成栓塞事件的不稳定斑块为易损斑块[15]，其主要特征包括斑块内出血、菲薄或已破裂的纤维帽、丰富的脂质核心、钙化及斑块内炎性细胞的浸润[5,16]。SCAS病变处多为稳定斑块，发生卒中的风险较低[17]，但是相关研究结果表明，低至无回声斑块与卒中的发生密切相关[18-19]，原因在于该类斑块主要是由斑块内出血或富含脂质的坏死核心构成[20-21]，二者均是导致症状性缺血性卒中的危险因素。斑块内新生血管破裂导致出血将触发一系列生物反应，如巨噬细胞活化、局灶性炎性反应，促使蛋白水解酶释放，游离胆固醇蓄积导致斑块增大且趋于破裂[22]。一项针对无症状性颈动脉狭窄患者的颈动脉斑块回声性质与卒中风险的Meta分析指出，病变处为低至无回声为主的斑块未来发生同侧卒中事件的概率是等回声为主斑块的2.3倍，特别是存在中度及以上狭窄的患者中，低至无回声斑块发生卒中事件的概率为其他患者的2.6倍[23]。本研究结果进一步证实低回声组症状性卒中患者的发生比例显著高于非低回声组。

表1 低回声组与非低回声组SCAS行颈动脉内膜切除术治疗患者一般临床资料比较

注：SCAS为颈动脉重度狭窄，ICA为颈内动脉 ；a为t值，b为χ2值

表2 低回声组与非低回声组SCAS行颈动脉内膜切除术治疗患者颈动脉血管结构及血流动力学差异比较

注：SCAS为颈动脉重度狭窄，PSV1为狭窄处收缩期峰值流速，EDV1为狭窄处舒张期末流速，MV1为狭窄处平均流速，PSV2为狭窄远段收缩期峰值流速，EDV2为狭窄远段舒张期末流速，MV2为狭窄远段平均流速，PSV1/PSV2为狭窄处收缩期峰值流速与狭窄远段收缩期峰值流速的比值

颈动脉溃疡斑块是斑块易损性的重要特征之一。颈动脉超声检查对溃疡型斑块的诊断具有较高敏感度(85.7%)及特异度(81.3%)[13]。针对溃疡型斑块组成成分的研究证实，脂质丰富及出血的斑块中易发生斑块破裂进而导致溃疡型斑块的形成，而纤维及钙化型斑块很少发生[24-25]。同时，溃疡型斑块与卒中发生密切相关，其风险随颈动脉狭窄程度增加而增加，为非溃疡型斑块患者的1.24～3.43倍[26]。本研究针对SCAS患者的CDFI检查结果显示,低回声斑块更易发生溃疡。

与流体相关的伯努利效应，指流体的总机械能是动能及势能之和[27]。在动脉管腔中由于流动的血液(注意是红细胞)具有质量与速度，因此血液存在的动能可以用血流速度表示。当血液在血管内流动时，对血管壁施加的压力称为势能，为维持能量守恒，动能与势能间可相互转化。在动脉血管出现狭窄时，狭窄处血流速度明显升高，即血液的动能升高，则势能减低，表现为施加在血管壁上的静水压减低。

Texon[8]认为，由于颈动脉狭窄处存在伯努利效应，导致斑块内新生血管的破裂出血并继发炎性反应[28]。Beach等[7]通过对10例进行CEA的颈动脉斑块进行分析，证实斑块内出血的患者PSV1明显高于无出血者。同时，将斑块内出血体积进行量化分析，发现PSV1与斑块内出血的体积显著相关(r2=0.68，P<0.01)[29]。本研究结果显示，SCAS低回声组的PSV1、EDV1、MV1及PSV1/PSV2均显著高于非低回声组(均P<0.05)，与上述研究结果高度一致。此外，本研究通过伯努利压力梯度的计算，证实低回声组内伯努利压力梯度明显高于非低回声组，同时进一步发现，斑块内低回声面积的大小及其所占斑块的比率与伯努利压力梯度可能有一定相关关系。该发现提示SCAS狭窄段血流速度与斑块内低回声特征可能存在相关性，而低回声斑块狭窄段流速增高与伯努利压力增大继发斑块破裂出血风险增加之间的确切关系有待进一步研究。

本研究尚存在一定的不足之处。首先，本研究为回顾性研究，可能存在选择性偏倚；其次，CDFI检查显示的低回声斑块增加灰阶值的定量分析，将有助于深入分析伯努利效应对斑块的作用；最后，受样本量影响，斑块内低回声面积及其所占斑块的比率与伯努利压力梯度的相关度较低，未来将扩大样本量进一步研究证实。

总之，SCAS的血流动力学变化与狭窄段责任斑块声学特征相关。基于流体力学的伯努利效应可以解释颈动脉狭窄进程与血流动力学变化相关，伯努利压力的变化与不同回声斑块的易损差异性相关。超声对颈动脉狭窄血流动力学及斑块特征的综合评估具有重要临床意义。