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编号:10253712
脑动静脉畸形实验模型及其血液动力学研究
http://www.100md.com 《脑与神经疾病杂志》 2000年第1期
     作者:赵希敏 丁美修 王秉玉 郭智霖 毛青 仲骏

    单位:赵希敏(200011 上海第二医科大学附属第九人民医院神经外科); 丁美修(200011 上海第二医科大学附属第九人民医院神经外科); 王秉玉(200011 上海第二医科大学附属第九人民医院神经外科); 郭智霖(200011 上海第二医科大学附属第九人民医院神经外科);毛青(200011 上海第二医科大学附属第九人民医院神经外科)

    关键词:脑动静脉畸形;血液动力学;脑血管反应;模型

    脑与神经疾病杂志000105 摘 要 目的: 建立脑动静脉畸形(AVM)的病 理生理学模型, 检测血液动力学改变。方法: 将大鼠左侧颈外静 脉与颈总动脉行端侧吻合, 结扎吻合口近尾端的颈总动脉, 测定吻合前后及模型动物饲养 16周后的局部脑血流量、 右侧颈外静脉压力、 颈总动脉压力、 颈总动脉的血流速度。结果: 大鼠静脉动脉的端侧吻合形成动静脉分流, 左侧局部脑血流 量显著降低, 右侧颈外静脉压增加, 颈总动脉压降低, 颈总动脉血流速度增快。 16周后 , 局部脑血流量较动静脉吻合形成即刻升高, 右侧颈外静脉压和颈总动脉血流速度进一步 增高, 右侧颈总动脉压无明显改变。 结论: 大鼠颈部动脉分流形 成低灌注压、 高血流量、 静脉高压的模型, 符合AVM的血液动力学特征。 长期的脑低灌 注压使脑血管反应改变, 脑血流量有所增加。
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    AVM是中枢神经系统最为常见的先天性脑血管异常, 尽 管近年来对AVM的认识取得较大进展, 但临床AVM治疗仍然有很大困难, 其中AVM在术中及 术后出现的“灌注压突破”是AVM死亡率、 致残率较高的重要原因。 以前制作的AVM模型对 研究灌注压突破有较大贡献[1], 但是仍存在较多缺点, 并且有关AVM血液动力学 的研究至今未见较系统的探讨, 本文在改进以往模型的基础上[1], 重点就其血 流动力学进行进一步研究, 以期为AVM的防治提供线索。

    材料与方法

    实验动物及分组

    1. SD雄性大鼠20只, 体重450~580克, 随机分为对照组(左侧颈总动脉+左侧颈外静脉结 扎)10只, 动静脉瘘组(CJF)10只。

    2. 动物模型制作
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    戊巴比妥钠(50mg/kg)腹腔注射麻醉, 大鼠仰卧固定, 颈部正中切开, 在放大10倍的手 术显微镜下(险峰34X770009双人双目手术显微镜, 上海医用光学仪器厂), 分离出左右颈 总动脉及颈外静脉, 将左侧胸锁乳突肌在中部切断, 以减轻动静脉血管间的阻隔, 结扎 左侧颈外静脉起始部后剪断, 将其近头端牵至颈总动脉侧壁, 用11-0无创伤缝线将两者 行端侧吻合。 结扎左侧颈外动脉以减少侧枝分流, 并将颈总动脉之吻合口近尾端结扎。 对照组于麻醉下行左侧颈总动脉及颈外静脉结扎。

    以上动物均放回本院动物房饲养16周。

    3. 检测指标

    以下各指标均以CJF形成前、 形成后即刻及形成16周后三个时间点测定。

    (1). 局部脑血流量(rCBF)

    采用氢气清除法[2], 在大鼠前囱后中线旁左侧各3mm处钻一直径约3mm的小孔, 将铂金电极垂直插入组织约2mm电极直径约200um, 参比电极埋入背部皮下, 连接电极至H CBF-A型PH2测定仪(苏州大学研制), 每次测量动物均吸入普通氢气15秒, 根据清除曲线 衰减的半衰期计算大脑血流量。 计算公式为:
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    rCBF=0.693/T1/2X100。

    (2). 右侧颈外静脉及颈总动脉压

    应用双通道压力记录仪(复旦大学电子工程系研制)测 量以上两血管内压, 血管穿刺点在测量后用11-0无创伤缝合线修补。

    (3). 右侧颈总动 脉血流速度及左侧动静脉吻合处的血流方向

    将CDS型彩色超声多普勒检测仪(美国Medosonic公司)4Hz探头直接放置于右侧颈总动脉外 壁及左动静脉吻合口处测量血流速度及血流方向[2]

    4. 统计方法: 数据x±SD表示, 应用SAS软件中的ANOVA分析, P<0.05为具有统计显著性。

    结 果
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    20只大鼠中, CJF组左侧颈外静脉与颈总动脉端侧吻合约8~12针, 复通良好, 见颈外静 脉涨满, 血管颜色变为鲜红, 吻合口近端之颈总动脉结扎后见近头端搏动明显减弱, 应 用超声多普勒检测发现血液由颈总动脉近头端经吻合口流向颈外静脉近头端, 而进入颅内 静脉血循环。 大鼠恢复饲养期间饮食、 活动未见明显异常。 16周后行二期手术见CJF吻合 处开放良好, 通畅率近100%, 左侧颈外静脉明显变粗, 血管壁增厚。 右侧颈静脉压在CJ F形成后明显升高(P<0.05), 右侧颈总动脉压下降(P<0.05), 其血流速 度增加显著(P<0.01), 左侧脑局部血流量(rCBF)明显下降(P<0.01); 16周后与CJ F形成即刻相比,右侧颈静脉及颈动脉血流速度进一步增加(P<0.05), 但右侧颈总动脉 压变化不明显, 左侧rCBF却有所回升(P<0.05)。 对照组在左侧颈外静脉及颈总动 脉结扎前、 结扎形成即刻及16周后各指标变化不一, 但均无统计意义。 结果见附表:

    表1 动静脉瘘形成前后血液动力学改变
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    左脑rCBF

    (mL/100gmin)

    右颈静脉压

    (kPa)

    右颈动脉平均压

    (kPa)

    右颈动脉血流速度

    (mL/s)

    实验组

    CJF形成前

    42.86±4.98

    0.50±0.21
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    17. 30±3.54

    13.75±2.54

    CJF形成后

    19.31±2.85**

    0.85±0.20*

    13.11±2.03*

    2 0.33±4.17**

    CJF形成16周后

    29.52±3.52▲▲

    1.18±0.28
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    14.20±1.96

    26.67±5.02

    对照组

    左侧血管结扎前

    42.63±5.40

    0.53±0.19

    18.02±3.75

    11.98±2.35

    左侧血管结扎后

    40.87±6.31

    0.49±0.23

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    13.04±2.5 7

    左侧血管结扎16周后

    41.01±8.53

    0.51±0.31

    16.05±2.39

    13.31 ±3.78

    手术前与手术完成即刻比较 **P<0.01 *P<0.05

    手术 完成即刻与手术完成16周后比较 ▲▲P<0.01 ▲P<0.05讨 论

    AVM是较常见的先天性脑血管疾病, 在血液动力学上, 具有通过低阻力血管的动 静脉分流, 出现低灌注区、 高流速、 高血流量、 静脉高压, 血管反应性改变等。 为防 治AVM术中、 术后出现脑肿胀、 脑出血等“灌注压突破综合征”, Spetzler[3] 将猫右侧颈总动脉近头端与颈外静脉近头端行端端吻合, 该模型的急慢性实验均未发现血 流动力学异常[4]。 Morgen将大鼠右侧颈总动脉及颈外静脉近尾端结扎, 近头端 行端端吻合, 使得颅内动脉循环经颈外静脉与颅内静脉循环形成分流[5]。 但Mor gen模型制作时未将颈总动脉及颈外静脉之间的胸锁乳突肌剪断, 同时在行血管端端吻合时 , 血管间为锐角, 两者均造成血流不畅, 血栓形成, 吻合口阻塞, 我们的CJF模型, 一方面除去动静脉间的肌肉阻隔, 另一方面行颈外静脉与颈总动脉的端侧吻合, 并将近尾 段之颈总动脉结扎, 吻合口处血管间的角度为近似直角或钝角, 血流通畅, 动物饲养16 周后血管开放率达100%, 在应用超声多普勒示血流方向为: 右侧颈总动脉近头端经吻合口 入颈外静脉近头端, 如此, 形成了血液流程为: 右侧颈总动脉、 颅底动脉环、 左侧颈 总动脉近头端、 左侧颈外静脉近头段、 颅内静脉窦, 右侧颈外静脉的大循环。 本实验模 型中右侧颈动脉是颅脑的主要供血动脉, 右侧颈外静脉是主要引流血管, 两者压力之差约 等于脑灌注压。 在颅内AVM存在时, 由于动静脉短路, 颅内静脉压升高, 并因此产生缺 血、 出血等并发症。 我们的实验证实动静脉瘘形成即刻右侧颈静脉压明显升高, 右侧颈 动脉压降低,表明颅脑灌注压降低。 右侧颈动脉血流速度较吻合前显著增加, 因此在左侧 动静脉分流产生后, 大鼠形成低灌注压、 高血流量、 静脉高压的与颅内AVM血液动力学相 一致的颅脑血液循环。
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    实验中测定大鼠rCBF, 在CJF形成后rCBF减少约55%, 然而在大鼠16周的饲养期间, 并 没有明显的缺血症状。 且16周后的二期手术中发现, rCBF虽然CJF较形成前减少30%, 但 与CJF生成即刻比较增加明显, 与之相伴随的是右侧颈动脉血流速度的增加, 颈静脉压升 高,而右侧颈动脉压并未有明显改变, 所以, 此时的rCBF增加是在灌注压进一步下降时产 生的。 rCBF=灌注压/脑血管阻力, 灌注压下降CBF增加的事实证明, 在低灌注脑缺血的 病理条件下, 脑阻力血管的反应性改变, 血管扩张, 阻力下降; 同时Yamada等人发现在 颅内静脉系统高压时, 脑血管阻力亦降低[5], 使得血流量改善。 我们的结果与 Spetzler及Young[7]等人的推理相吻合, 在脑低灌注压时, 脑血管的自动调节曲 线左移, 即在长期低于曲线下限的灌注压下, 脑阻力血管发生适应性扩张,并保持一定的 自动调节能力。

    低灌注条件时, 脑血管扩张, 自动调节曲线左移的机制, 至今尚不明了。 研究发现。 , 一氧化氮(NO)参与了生理条件时脑血管在低灌注压力阈时的血管扩张, 并且有维持脑血 管基本张力的作用[8], 但NO是否参与病理低灌注条件时的血管调节, 尚待今后 研究证实。 实验发现可引起脑血管扩张的降钙素基因相关肽(CGRP)在脑低灌注压时产生增 加[9], 同时有人测定AVM周围的内皮素基因及前内皮素基因表达, 发现以上两基 因与正常人相比明显减弱[10], 而内皮素-1具有较强的收缩脑血管的作用, 我 们认为在低灌注状态, CGRP及NO等因子增加, 内皮素降低, 从而使脑血管扩张能力增加 , 收缩能力减弱, 血管压力反应性改变, 自动调节曲线左移, 在低灌注状态仍有适度的 血流量。
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    本课题为国家自然科学基金资助项目(39370687)

    仲骏(200011 上海第二医科大学附属第九人民医院神经外科)

    参 考 文 献

    1,田新华, 丁美修. 正常灌注压突破影响因素分析及 动物模型的初步探讨. 中华神经外科杂志, 1996;12∶35~37.

    2,毛青, 丁美修, 郭智霖等. 多普勒技术辅助评判脑血管自动 功能的实验研究. 上海医学, 1997;20(3)∶454~456.

    3,Spetxler RF, Wilsion CB, Weinstein P,et al. Normal per fusion pressure breakthrough theoy. Clin Neurosurg,1978;25∶651~672.
, 百拇医药
    4,Kaichi T,Yoshio M, Katusumi l,et al. The effects of a carotid-jugularfistula on cerebral blood flow in the cat: an experimental study in chronic period. Neurol Res. 1995;17∶297~300.

    5,Morgen MK,Anderson RE, Sundt TM. A model of the patho -physiology of cerebral arteriovenous malformations by carotid-jugular fistula in the rat. Brain Res 1989,496∶241~250.

    6,Yamada M,Miyasaka Y, Irikura K, et al. A canine model of intracranial arteriovenous shunt with acute cerebral venous hypertension. Neu ro Res. 1998;20∶73~78.
, 百拇医药
    7,Young WL,Spellman J,Ornstein E,et al. Evidence for ada ptive autoreregulatory displacement in hypertension cortical territories adjecc ent to arteriovenous malformations. Neurosurgery. 1994;34∶601~611.

    8,Kajita Y. Takayasu M, Dietrich H, et al. Possible role of nitric oxide in autoregulatory response in rat intracerebral arterioles. Neu rosugery. 1998; 42∶834~842.

    9,Hong KW, Pyo KM, Lee WS, et al. Parmacological evidenc e that calcitonin gene-related peptide is implicated in cerebral autoregulation . Am J Physiol 1994;266∶H11~16.

    10,Rhoten RL, Comair YG, Shedid D,et al. Specific repression of the preproendothelin-1 gene in intracran ial arteriovenous malformations. J Neurosurg 1997;86∶101~108.

    (1999-06-30 收稿), 百拇医药