杜 娟綜述, 趙紅如審校
腦卒中是全世界最常見(jiàn)的死因之一,也是致殘的首要原因[1]。在我國(guó),腦卒中的年均發(fā)病率為120/10萬(wàn),其中缺血性腦血管病占全部卒中的70%以上。缺血性卒中的防治研究已成為全球熱點(diǎn)[2]。此類(lèi)患者的臨床表現(xiàn)和治療效果存在很大差異,其關(guān)鍵因素之一就是側(cè)枝循環(huán)的有效存在[3]。目前,治療缺血性卒中的主要措施是使血管再通,而側(cè)枝循環(huán)為阻塞動(dòng)脈的供血區(qū)域腦組織提供血運(yùn)并且決定了缺血半暗帶的范圍。如果缺血發(fā)生后能夠迅速促進(jìn)缺血組織側(cè)枝循環(huán)的建立及微血管的形成,對(duì)缺血組織的保護(hù)和神經(jīng)功能的恢復(fù)至關(guān)重要。本文將圍繞側(cè)枝循環(huán)和缺血性卒中進(jìn)行綜述,為臨床和科研工作提供思路。
1.1 概念 人體的血管可借吻合管形成血管吻合。在正常情況下,吻合適應(yīng)機(jī)能的需要,有調(diào)節(jié)血流作用。病理情況下,如某一動(dòng)脈干發(fā)生嚴(yán)重狹窄或閉塞時(shí),通過(guò)吻合可將血流送至遠(yuǎn)側(cè)缺血區(qū)域。吻合管逐漸變粗,血流量逐漸增大,如能完全代償主干的功能,原分布區(qū)域得到足夠的血液供應(yīng)而不致發(fā)生壞死,這種通過(guò)吻合重新建立的循環(huán)稱(chēng)為側(cè)枝循環(huán)。腦側(cè)枝循環(huán)是指當(dāng)供血?jiǎng)用}嚴(yán)重狹窄或閉塞時(shí),血流可以通過(guò)其他血管(側(cè)枝或新形成的血管吻合)到達(dá)缺血區(qū),使缺血組織得到不同程度的灌注代償。側(cè)枝循環(huán)血管大致可分為原發(fā)性側(cè)枝循環(huán)(即Willis環(huán))和繼發(fā)性側(cè)枝循環(huán)( 皮質(zhì)軟腦膜支吻合、腦外代償?shù)?[4,5]。
1.2 一級(jí)側(cè)枝循環(huán)代償 Willis環(huán)是顱內(nèi)最重要的側(cè)枝循環(huán)途徑,使左右大腦半球及前后循環(huán)的血流相互溝通。正常情況下,前交通動(dòng)脈(ACoA)和后交通動(dòng)脈(PCoA)不開(kāi)放,一旦某側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈嚴(yán)重狹窄(>70%)或閉塞,血流量明顯減少導(dǎo)致灌注壓下降時(shí),ACoA和(或)PCoA開(kāi)放,向病變側(cè)提供代償血流,可減輕或避免狹窄血管供血區(qū)的缺血或梗死。這一代償途徑在缺血早期發(fā)揮作用并作為主要的代償途徑,成為初級(jí)側(cè)枝代償。隨著影像技術(shù)的發(fā)展,目前可較準(zhǔn)確觀察Willis環(huán)各組成血管,明確顯示血流方向,對(duì)前、后交通動(dòng)脈有無(wú)開(kāi)放及代償范圍、程度等作出判斷。
1.3 二級(jí)側(cè)枝循環(huán)代償 主要包括眼動(dòng)脈和一系列軟腦膜側(cè)枝[6,7]。當(dāng)Willis環(huán)的代償不能滿(mǎn)足供血需求時(shí),次級(jí)代償通路開(kāi)始發(fā)揮作用。眼動(dòng)脈是重要的次級(jí)側(cè)枝代償通路,溝通了頸內(nèi)動(dòng)脈與頸外動(dòng)脈,如果頸內(nèi)動(dòng)脈在眼動(dòng)脈發(fā)出之前出現(xiàn)慢性的嚴(yán)重狹窄或閉塞,頸外動(dòng)脈血流就會(huì)經(jīng)眼動(dòng)脈逆流供應(yīng)頸內(nèi)動(dòng)脈。
大腦血管皮質(zhì)支的末梢在軟腦膜內(nèi)形成彌漫的血管網(wǎng),彼此溝通,即構(gòu)成了次級(jí)側(cè)枝代償另一通路-軟腦膜吻合支。來(lái)自大腦前、中、后動(dòng)脈分支到達(dá)皮質(zhì)表面所形成的軟腦膜動(dòng)脈網(wǎng),以大腦前動(dòng)脈(ACA)與大腦中動(dòng)脈(MCA)間的吻合血管數(shù)量最多且管徑最粗。MCA嚴(yán)重狹窄或閉塞后,ACA與MCA之間軟腦膜吻合血管的直徑增大,來(lái)自頸內(nèi)動(dòng)脈終末端的血流從ACA通過(guò)軟腦膜吻合血管進(jìn)入MCA供血區(qū)。軟腦膜和硬腦膜動(dòng)脈之間的吻合支也是重要的側(cè)枝途徑。經(jīng)皮質(zhì)血管可使軟膜與硬膜血管相吻合可提供更多的血供,以皮質(zhì)及皮質(zhì)下受益為主。對(duì)于各種繼發(fā)側(cè)枝循環(huán),尤其是軟腦膜吻合支,一般僅DSA可直觀地準(zhǔn)確顯示,而CTA及MRA等一般顯示不清,尤其不能顯示血流代償方向。
1.4 三級(jí)側(cè)枝循環(huán)代償 即新生血管:是指通過(guò)血管發(fā)生和血管生成產(chǎn)生的新生供血。次級(jí)代償仍不能滿(mǎn)足供血需求時(shí),新生血管就成為最終的側(cè)枝代償,這也是目前研究側(cè)枝代償指導(dǎo)臨床治療的關(guān)鍵和熱點(diǎn)。Wei[8]等發(fā)現(xiàn),在大鼠大腦中動(dòng)脈閉塞急性期,側(cè)枝動(dòng)脈急性擴(kuò)張30d之后,血管的內(nèi)徑可擴(kuò)展至原來(lái)的2倍,長(zhǎng)度增加,而且可以看到大量的新生血管。新生血管有助于血流恢復(fù),從而改善預(yù)后。
側(cè)枝循環(huán)是腦循環(huán)代償機(jī)制之一,可減少卒中的發(fā)生,增加卒中后缺血半暗帶血供,保護(hù)腦組織,改善預(yù)后。側(cè)枝循環(huán)在評(píng)估急性缺血性卒中預(yù)后中扮演著重要角色[9],顱內(nèi)動(dòng)脈狹窄或閉塞患者的梗死面積及預(yù)后取決于側(cè)枝循環(huán)建立情況[10]。缺血性卒中發(fā)生后側(cè)枝循環(huán)的形成具有重要意義。
腦血管閉塞后側(cè)枝循環(huán)開(kāi)放分三級(jí)[11]:首先開(kāi)放的是ACoA和PCoA,即Willis環(huán)。Willis環(huán)的形態(tài)決定其代償能力的大小。正常情況下,腦兩側(cè)及前后循環(huán)的血液壓力相近,前、后交通動(dòng)脈僅作為具有代償潛力的血管而存在。當(dāng)某局部腦血流量改變,壓力平衡遭破壞,血流可經(jīng)Willis環(huán)重新分配以獲得新的平衡。頸內(nèi)動(dòng)脈嚴(yán)重狹窄的患者,若Willis環(huán)較完整,良好的側(cè)枝循環(huán)可有效降低該類(lèi)患者半球卒中和短暫性腦缺血發(fā)作(TIA)的危險(xiǎn)。雖然Willis環(huán)為腦梗死患者的腦血流重新分配提供了一種最重要、最充分的途徑,但完全依賴(lài)于Willis環(huán)的代償少見(jiàn),而是以聯(lián)合軟腦膜支吻合代償或其他多種代償更為常見(jiàn)[4]。一般認(rèn)為急性缺血早期一級(jí)側(cè)枝循環(huán)已發(fā)揮作用,提供較大血流量,而次級(jí)側(cè)枝循環(huán)則是在一級(jí)側(cè)枝循環(huán)不發(fā)育或仍無(wú)法維持正常灌注時(shí)才出現(xiàn),提供額外血供,此時(shí)腦血管自動(dòng)調(diào)節(jié)能力已受損,腦灌注也明顯受損[12]。二級(jí)側(cè)枝循環(huán)開(kāi)放,主要是眼動(dòng)脈逆流和一系列軟腦膜側(cè)枝形成。次級(jí)側(cè)枝循環(huán)提供的血流雖不及Willis環(huán),但缺血組織均存在較多形式的繼發(fā)側(cè)枝循環(huán)代償。此時(shí)如果遠(yuǎn)端供血仍不能得到滿(mǎn)足,機(jī)體才會(huì)動(dòng)用三級(jí)側(cè)枝,即新生血管[13]。
缺血性腦血管病發(fā)展過(guò)程中,腦血管的狹窄或閉塞既可緩慢漸進(jìn),也可突然發(fā)生。血管閉塞發(fā)生的速度和腦動(dòng)脈發(fā)育的狀況決定了側(cè)枝循環(huán)建立的速度和程度[10,14]。若缺血性卒中發(fā)病急驟、管徑較粗大的動(dòng)脈血管狹窄閉塞或不能及時(shí)有效的建立側(cè)枝循環(huán),腦功能損傷嚴(yán)重。反之,若動(dòng)脈血管閉塞發(fā)生越慢,可以逐漸建立有效而充分的側(cè)枝循環(huán),閉塞血管供血區(qū)灌注良好,腦組織損害越輕,預(yù)后越好[14~16]。如狹窄或閉塞發(fā)生于大腦前、后動(dòng)脈交通段以遠(yuǎn)及大腦中動(dòng)脈時(shí),Willis環(huán)則難以起到代償作用,而主要依賴(lài)軟腦膜支吻合及硬膜與軟膜的吻合等。因此狹窄程度越高,出現(xiàn)兩支以上側(cè)枝循環(huán)的幾率越大,狹窄程度越重,側(cè)枝的開(kāi)放級(jí)別越高[17]。研究表明[18]:腦動(dòng)脈閉塞后側(cè)枝循環(huán)建立的程度與完整的Willis環(huán)及有效側(cè)枝循環(huán)的數(shù)量有關(guān),多支側(cè)枝循環(huán)建立,可顯著減少梗死數(shù)目。
3.1 側(cè)枝循環(huán)的形成過(guò)程 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)[19]證據(jù)表明,動(dòng)脈狹窄或閉塞使得血流動(dòng)力學(xué)發(fā)生了變化,血管剪切力改變及缺氧是血管再生主要的觸發(fā)因素。病理狀態(tài)下形成側(cè)枝循環(huán)的過(guò)程主要有兩種:血管新生和動(dòng)脈生成。血管新生是指缺血、缺氧引起已經(jīng)存在的血管內(nèi)皮細(xì)胞基膜瓦解,內(nèi)皮細(xì)胞活化、遷移、增殖、新基底膜形成,通過(guò)內(nèi)皮和基底膜之間的連接溶解,內(nèi)皮細(xì)胞的遷移、粘附和再連接,形成管腔樣結(jié)構(gòu),最終形成新的血管。動(dòng)脈生成是指由于動(dòng)脈阻塞,血流再分配使側(cè)枝微動(dòng)脈血流量增加、血管內(nèi)剪切力增加,引起細(xì)胞增殖、血管重塑從而形成大的有功能的側(cè)枝動(dòng)脈過(guò)程[20]。
3.2 側(cè)枝循環(huán)形成的調(diào)節(jié)因子及機(jī)制
3.2.1 內(nèi)源性促血管生成因子 生理情況下,腦組織內(nèi)促進(jìn)和抑制血管再生的因子處于平衡狀態(tài)。腦缺血后上述平衡被打破,多種內(nèi)源性促血管再生因子合成增加,這些因子及其受體家族通過(guò)不同的途徑、不同方式協(xié)同作用,促進(jìn)腦缺血后的血管再生和動(dòng)脈生成。缺血導(dǎo)致在毛細(xì)血管網(wǎng)和微動(dòng)脈兩個(gè)水平發(fā)生重組變化,血管新生和動(dòng)脈生成同時(shí)發(fā)生[21]。
3.2.2 血管內(nèi)皮生長(zhǎng)因子(VEGF) VEGF是血管再生的關(guān)鍵因子,低氧是誘導(dǎo)VEGF表達(dá)的最重要因素。其生物學(xué)活性主要有兩種,即促進(jìn)血管生成和誘導(dǎo)血管通透性增加。組織缺血上調(diào)VEGF及其受體能夠刺激血管內(nèi)皮細(xì)胞增殖、促進(jìn)新的血管生成。VEGF對(duì)血管再生作用:VEGF與其受體結(jié)合后,促使血管內(nèi)皮分裂增殖;導(dǎo)致血管內(nèi)皮細(xì)胞形態(tài)和運(yùn)動(dòng)能力改變;使血管內(nèi)皮細(xì)胞一氧化氮合酶磷酸化,肌動(dòng)蛋白重組,內(nèi)皮細(xì)胞遷移;NO及前列環(huán)素釋放增加,發(fā)揮擴(kuò)血管作用。VEGF也可誘導(dǎo)趨化的巨噬細(xì)胞釋放血管生長(zhǎng)因子,間接促進(jìn)血管生成。Yano等[22]證明連續(xù)低劑量的釋放VEGF有神經(jīng)保護(hù)和促進(jìn)血管生成作用。
3.2.3 血小板源性生長(zhǎng)因子(PDGF)家族 PDGF是間充質(zhì)細(xì)胞,具有刺激內(nèi)皮細(xì)胞生長(zhǎng)和促血管再生作用。血管新生過(guò)程中管壁的生成很關(guān)鍵。管壁形成過(guò)程中血小板源性生長(zhǎng)因子家族(PDGFB)起重要作用。在血管再生過(guò)程中,內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)PDGFB,在端細(xì)胞中表達(dá)尤為明顯,PDGFB與受體結(jié)合后招募周細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞,促進(jìn)兩者的增殖,確定其遷移的方向,形成新血管的血管壁[23,24]。此外PDGFB對(duì)側(cè)枝循環(huán)及血管間吻合支的形成有很強(qiáng)的刺激作用。
3.2.4 血管生成素(Ang) 血管生成素家族主要由Ang-1、Ang-2、Ang-3和Ang-4 4種因子和tie-l和tie-2 2種受體組成。其中Ang-1和Ang-2是最重要的兩個(gè)成員,其受體均為血管生成素受體(Tie-2)。Ang-1可穩(wěn)定靜止期的內(nèi)皮細(xì)胞,對(duì)血管再生的作用有:(1)提高血管內(nèi)皮細(xì)胞的存活力,抑制細(xì)胞凋亡,減少血管的萎縮和退化;(2)對(duì)血管內(nèi)皮細(xì)胞具有趨化性,吸引血管內(nèi)皮細(xì)胞向Ang-1濃度高的地方遷移增強(qiáng)內(nèi)皮細(xì)胞對(duì)血管基膜的親和力,加速血管內(nèi)皮層的愈合[25];(3)維持血管穩(wěn)定,降低血管通透性。缺氧時(shí)Ang-2的表達(dá)上調(diào),解除了內(nèi)皮細(xì)胞的增殖抑制作用,參與了血管生成的啟動(dòng)[26],在維持血管穩(wěn)定的過(guò)程中起著十分重要的作用。目前研究結(jié)果認(rèn)為,Ang-1和Ang-2及它們的受體血管生成素受體系統(tǒng),是在血管形成后期發(fā)揮作用,如血管重塑和成熟階段[27]。
3.2.5 其他影響血管再生的因子 轉(zhuǎn)化生長(zhǎng)因子(TGF)、一氧化氮、堿性成纖維細(xì)胞生長(zhǎng)因子(FGF)、促紅細(xì)胞生成素等在血管再生過(guò)程都發(fā)揮重要作用。Busch等[28]發(fā)現(xiàn),給予慢性低灌注動(dòng)物模型粒細(xì)胞-巨噬細(xì)胞集落刺激因子治療,可引起顱內(nèi)側(cè)枝動(dòng)脈增生。這些生長(zhǎng)因子可能作用于血管內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞,既參與頸內(nèi)動(dòng)脈末端的狹窄或閉塞的過(guò)程,同時(shí)又刺激血管新生,參與顱底和皮層表面異常血管的生成[29]。
側(cè)枝循環(huán)的建立及其代償能力受多因素的影響,包括側(cè)枝循環(huán)血管的完整性和變異性、側(cè)枝循環(huán)管腔內(nèi)徑、腦血管狹窄程度和速度、腦血管病相關(guān)危險(xiǎn)因素及遺傳因素等。側(cè)枝循環(huán)的完整性是發(fā)揮其代償能力的前提,但Willis環(huán)完整且各血管發(fā)育均衡者不足一半,多數(shù)存在變異,以后交通動(dòng)脈變異最常見(jiàn)[30]。側(cè)枝循環(huán)血管的管徑大小是決定閉塞血管供血區(qū)域腦血流的關(guān)鍵。Orosz等[31]研究表明,側(cè)枝循環(huán)代償能力不僅取決于側(cè)枝循環(huán)管腔內(nèi)徑,而且受前、后交通動(dòng)脈血管末端壓力梯度的影響。
此外,缺血性卒中常見(jiàn)危險(xiǎn)因素高血壓、高脂血癥及糖尿病也會(huì)一定程度影響側(cè)枝循環(huán)的建立。
側(cè)枝循環(huán)是減少缺血性卒中發(fā)生、改善預(yù)后的重要因素。初級(jí)側(cè)枝代償為先天生成,目前無(wú)法干預(yù),臨床缺乏治療意義。如何有效的打開(kāi)次級(jí)側(cè)枝循環(huán),促進(jìn)三級(jí)側(cè)枝代償應(yīng)成為下一步臨床治療的研究方向。對(duì)缺血性卒中患者側(cè)枝循環(huán)的系統(tǒng)評(píng)估有助于治療方案的個(gè)性化選擇、評(píng)估預(yù)后。促進(jìn)血管再生和側(cè)枝建立的治療手段必將在缺血性腦卒中的治療中顯示出廣闊的應(yīng)用前景。
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