超聲介導下球囊拉傷對兔腹主動脈管徑擴張和新生內膜增生的影響

何 雨,王 輝,梅 麗，2,鄭娟娟,金春香*

(1.吉林大學中日聯誼醫院，吉林 長春130033; 2.吉林大學第一臨床醫院)

超聲介導下球囊拉傷對兔腹主動脈管徑擴張和新生內膜增生的影響

何 雨1,王 輝1,梅 麗1，2,鄭娟娟1,金春香1*

(1.吉林大學中日聯誼醫院，吉林 長春130033; 2.吉林大學第一臨床醫院)

目的評價超聲介導下球囊拉傷時不同充盈壓力對主動脈管徑擴張和新生內膜增生的影響。方法超聲測量新西蘭大白兔腹主動脈特定靶節段的初始管徑，選擇15只管徑相近的兔子在超聲監測下行球囊拉傷術，并根據球囊充盈壓力不同，隨機分為三組，充盈壓分別為1個大氣壓(atm)，5atm和10atm，超聲記錄手術前、后不同組別血管內徑的變化。術后2周猝死動物，觀察新生內膜增生情況。結果當球囊位于兔腹主動脈靶節段并以1atm充盈時，球囊在所有兔子中均充分擴張，貼合管壁，無血流信號通過。當以不同充盈壓拉傷血管后，每組動脈管腔均顯著擴張(P<0.05)，但三組的管徑擴張率相似；1atm組的動脈新生內膜面積比和周長比明顯小于其他兩組(P<0.05)，但最大新生內膜厚度比隨充盈壓增加明顯增大，各組間均存在顯著差異(P<0.05)。結論在球囊充分擴張前提下，不同充盈壓引起管徑擴張程度相似，但較小充盈壓引起較輕的新生內膜增生。

超聲介導; 球囊拉傷;充盈壓；管徑；新生內膜

(ChinJLabDiagn,2017,21:1418)

隨著血管內介入技術日趨成熟和廣泛普及，經皮腔內血管成形術已經成為冠狀動脈疾病和周圍動脈疾病的一線治療方法[1,2]。血管內介入治療對血管壁產生機械牽拉，由此引起的生物學反應是導致再狹窄的一個因素[3]。這種機械牽拉可累及血管壁全層，繼發組織炎性損傷和增殖反應，導致平滑肌細胞增生、新生內膜形成和管腔面積縮小[4]。血管介入治療過程中，在保證管腔充分擴張的基礎上減輕對血管壁的機械牽拉損傷，可以作為除支架、藥物和/或局部放療以外的又一種防控再狹窄的策略。

目前，經皮血管重建主要是球囊擴張后安放支架，整個過程在X線引導下完成(血管造影)，時常伴有血管內超聲的參與。血管內超聲主要用來判斷斑塊性質和大小，評價支架安放情況[5-7]，很少用來導引和監控球囊導管的走向[8]。在血管造影中，客觀上動脈管徑測量是借助造影機器內置的鉛尺及測量軟件來實現，眾所周知，準確測量血管內徑不僅指導球囊大小的選擇，而且也是判斷血管內支架或彈簧圈尺寸的參考[9]。據我們所知，與血管內超聲不同，傳統的超聲顯像幾乎沒有被用于球囊擴張監測過程中。然而，依據彩色多普勒血流顯像的原理，彩色多普勒血流信號的變化有可能協助判斷球囊大小與動脈管腔之間的關系。綜上，本研究的目的旨在通過彩色多普勒血流信號的變化評價球囊損傷過程中，不同充盈壓力對動脈管徑擴張和新生內膜增生的影響。

1 材料和方法

1.1材料該研究經過吉林大學中日聯誼醫院動物醫學倫理委員會批準。超聲測量兔腹主動脈特定靶節段的管腔內徑，選出內徑基本一致的15只新西蘭大白兔(體重2.3-2.6 kg)，雌雄不限，將其單個飼養于標準兔籠中，整個實驗過程中，所有兔子可以自由攝取水和食物。

1.2超聲介導的球囊拉傷術

1.2.1球囊拉傷術 根據球囊拉傷時的充盈壓力不同，將所有兔子隨機分為三組，每組5只，充盈壓力分別為1個大氣壓(atm)，5atm和10atm。靜脈給予戊巴比妥鈉(30 mg/kg)誘導麻醉后，將5-Fr MaverickOR PTCA球囊導管(3.5 mm×12 mm,Boston scientific,USA)從兔右側股動脈插入，并向上延伸至左腎動脈水平，然后分別用不同的充盈壓力(1atm，5atm，10atm)擴張球囊，接著將球囊輕輕回拉至腹主動脈分叉水平，重復三次，每次間隔30秒。

1.2.2超聲監測 在術前、術中及術后分別用高頻超聲診斷儀(探頭7.5-MHz，MyLab One,Esaote Europe B.V.; MyLab 90,Esaote S.p,A.-Italia)掃查兔腹主動脈。為了保持觀察的一致性，我們選取腎動脈水平下方的腹主動脈第2、3分支間節段作為觀察的特定靶節段，以利于不同組別之間新生內膜增生的比較。超聲全程同步監測球囊的導入和擴張。球囊擴張過程中，用彩色多普勒血流顯像記錄血流充盈情況的變化，評價球囊擴張的程度。以靶節段內血流信號剛剛完全消失的瞬間認定球囊達到充分擴張且不伴有動脈壁的過度牽張，記錄此時的充盈壓力，接著繼續增加充盈壓力至相應組別的壓力水平。在球囊拉傷術前、后分別測量靶節段舒張末期(以同步心電圖上R波頂點標記為舒張末期)內徑，并計算管徑的擴張率，擴張率定義為(術后內徑-術前內徑)/術前內徑。

1.3組織學觀察各組兔子均于球囊拉傷術后2周猝死，分離靶節段進行HE染色(切片厚度4 μm)觀察新生內膜增生情況。觀察者對分組情況毫不知情。參考以往報道[10]，為了排除管腔大小變異的干擾，應用新生內膜面積比、周長比和最大新生內膜厚度比進行形態學評估。新生內膜面積比定義為內彈力層環繞面積與管腔面積之差占整個血管橫截面積的比例；新生內膜周長比則為新生內膜周長占整個血管周長的比例；最大新生內膜厚度比為斑塊厚度與對應血管壁厚度的比值。所有數據應用Image Pro Plus 6.0(Media Cybernetics,Silver Spring,MD,USA)分析。

1.4統計學處理

2 結果

2.1超聲介導的球囊拉傷

當球囊導管導入兔腹主動脈時，二維超聲顯示其呈強回聲(圖1A、1B)；彩色多普勒超聲顯示彩色血流信號環繞在球囊導管周圍(圖1C、1D)。當球囊定位于靶節段上緣并給予1atm時，球囊擴張，囊壁逐漸貼于腹主動脈管壁(圖1E、1F)。彩色多普勒超聲顯示隨著球囊接近靶節段水平，球囊周邊血流信號逐漸消失，至靶節段主動脈，管腔內未見血流信號(圖1G、1H)，表明球囊已充分擴張達到血管管腔大小。在本實驗中，球囊在各組兔子靶節段達到充分擴張的充盈壓均為1atm。

2.2不同充盈壓對主動脈靶節段管徑擴張的影響

球囊拉傷術前、后，三組兔腹主動脈靶節段管徑分別從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，術前、后三組間管徑均無明顯差異(P>0.05)。每組動脈管腔內徑在球囊拉傷術后均明顯增加(P<0.05)。然而，術前、后動脈管徑的擴張率在三組之間沒有明顯差異(P>0.05)(表1，圖2)。

2.3不同充盈壓對主動脈靶節段新生內膜增生的影響

1atm組新生內膜面積比和周長比均明顯小于其他兩組(P<0.05)。5atm組和10atm組的新生內膜面積比和周長比均無明顯差異(P>0.05)。但是，最大新生內膜厚度比隨著充盈壓增加而逐漸增大，在各組之間有明顯差異(P<0.05)(表1，圖3)。

表1 不同球囊充盈壓對主動脈靶節段的影響

與其他兩組相比：*P<0.05.

A，B：球囊未充盈時長軸呈強回聲線樣結構(長箭頭)，短軸呈強回聲圓點狀(長箭頭)；C，D：球囊未充盈時彩色多普勒血流顯像血流圍繞球囊周圍；E，F：球囊擴張后，球囊遠段囊壁緊貼靶節段主動脈壁(長箭頭)，球囊尖端則漂浮在靶節段近端(短箭頭)；G，H：球囊擴張后，彩色多普勒血流顯像示隨著球囊接近靶節段水平，球囊周邊血流信號(短箭頭)逐漸消失，至靶節段主動脈，管腔內未見血流信號(長箭頭).

圖1超聲實時監測球囊在腹主動脈(含部分靶節段及其近端)擴張(A,C,E,G為長軸觀，B,D,F,H為短軸觀，長軸觀中圖左側為主動脈近心段)

A,B：超聲顯示球囊拉傷術前、后管徑的變化；C,D：球囊拉傷術前、后三組的動脈管徑；E：球囊拉傷術前、后各組的動脈管徑變化；F：球囊拉傷術前、后三組動脈管徑的擴張率.

圖2不同充盈壓對主動脈靶節段管徑擴張的影響

1,2,3分別代表1atm，5atm和10atm組HE染色；A：×4，標尺：200 μm；B：×20，標尺：50 μm；(箭頭指向內彈力層)；C：新生內膜面積比的比較；D：新生內膜周長比的比較；E：最大新生內膜厚度比的比較.

圖3不同充盈壓對主動脈靶節段新生內膜增生的影響

3 討論

目前，經皮腔內血管成形術已經成為動脈閉塞性疾病治療中的主流血管重建技術。然而，成功的血管介入術后數月出現的再狹窄作為一個后續的主要問題，困擾相當一部分患者[1]。不論是支架置入還是球囊成形，都不能切除動脈壁上的動脈粥樣硬化斑塊，反而是將斑塊擠壓進下面的血管壁上[11]。這種被“擠壓”或“牽拉”的血管壁易于斷裂或撕裂，導致附加的動脈機械損傷，成為觸發再狹窄的一個因素。由于機械損傷引起的炎癥和繼發的動脈增殖反應導致新生內膜增生[4,12]。因此，血管介入過程中對動脈壁造成的機械損傷在新生內膜增生和再狹窄形成中起重要的作用。在血管成形術中，如能找到機械牽拉和血管擴張之間的平衡點，或能減輕機械損傷。

實際上，要做到球囊充分、適當的擴張血管，既保證術后充足的血流通過又使對動脈管壁的牽拉損傷最小是很難的，所以在球囊成形術中，選擇適當尺寸的球囊非常重要。很多介入醫生傾向于通過主觀目測的方法判斷[9]，但是目前公認在血管內介入治療中，借助鉛尺客觀測量血管內徑是決定球囊大小更為可靠的方式。而且，客觀測量也是臨床試驗結果準確性和合理性的前提條件[13,14]。然而，有報道認為這種借助造影機器內置鉛尺測量的方法也會低估血管大小，導致球囊尺寸選擇出現偏差[9]。在本研究中，與傳統的X線下指導血管介入操作不同，我們借助彩色多普勒超聲引導，在血流信號消失的即刻確認球囊充分擴張，此時既阻斷了血流又避免不必要的過度牽拉血管。結果顯示1atm是滿足球囊在靶節段充分擴張的最小充盈壓，這也是我們在球囊拉傷模型的不同組別充盈壓中，選擇最小為1atm的原因。在實際操作中，如果將1atm充盈的球囊放在靶節段水平以上，位于腎動脈水平下方的腹主動脈第1個分支位置，可以看到明顯的血流信號環繞周圍。因此使球囊充分擴張的充盈壓與球囊所在血管節段的內徑密切相關，彩色多普勒超聲通過血流動力學的變化，指導選擇與靶節段內徑相匹配的球囊大小及充盈壓。

為了排除各組基線數據的干擾，方便比較，我們選擇初始腹主動脈靶節段內徑無顯著差異的動物和同一大小的球囊，從而保證相近的球囊/動脈比。球囊拉傷術后，各組動脈靶節段內徑均明顯增加，且擴張率沒有明顯差異，表明術后血管內徑擴張程度與球囊充盈壓大小無關。這與一些學者提出的充盈壓越高管徑擴張越大的觀點并不一致[15]。分析原因可能與實驗對象及操作方法的差異，血管彈性狀態，或者充盈壓的高低有關。然而，新生內膜增生程度則基本與充盈壓高低存在一定相關性，1atm組新生內膜面積比和周長比均明顯低于其他兩組，三組中最大新生內膜厚度比隨充盈壓增加明顯增大，三組間存在明顯差異，與既往研究認為的球囊拉傷術后引發的新生內膜增生程度與球囊充盈壓大小成正比基本相符[16,17]。只是在5atm組和10atm組之間，新生內膜面積比和周長比沒有明顯差異，這一方面與本研究中樣本量相對較小有關，另一方面與實驗動物種屬差異及采用的組織學評估參數不同有關。此外，也提出一種可能，當充盈壓達到某閾值時，球囊拉傷牽張動脈壁引起的新生內膜增生程度保持某種穩定性，當然，需要進一步研究驗證這種可能。

本研究的局限性在于血管損傷發生在正常動脈而不是粥樣硬化病變血管，是正常血管被球囊擴張和牽拉以誘導炎性反應和新生內膜增殖，這與臨床實際不同。臨床上對中至重度狹窄的病變血管才進行血管內介入治療，因此會用較高的充盈壓擴張球囊拓寬管腔使其接近或達到其初始管徑[18]。然而，本研究關注的焦點在于借助彩色多普勒超聲觀察充盈壓大小與管壁損傷和管腔擴張之間的關系，旨在從另一個角度觀察和比較充盈壓對動脈損傷和管徑增寬的影響。我們試圖借助傳統超聲，通過調節充盈壓使球囊大小與血管大小相匹配，達到既充分擴張管腔又減少管壁牽張的目的。由于在相對細小的血管(如小腿段血管)，彩色多普勒血流信號敏感性不足存在引起假陰性的可能，這種方法更適合于相對大的動脈。

綜上，在球囊拉傷過程中，在超聲監測顯示球囊充分擴張至管腔大小的前提下，不同充盈壓帶來的術后管腔擴張程度相近，但較小充盈壓引發的新生內膜增生較輕，這對于血管成形術中選擇適當的球囊充盈壓和防控術后再狹窄有一定的參考意義。

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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

國家自然科學基金項目(31271235,81201094)；吉林省科技廳項目(20130413005GH)

*通訊作者

1007-4287(2017)09-1418-05

R543.5

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2016-07-23)