Willis環(huán)后部結構變異、椎動脈發(fā)育不良的流行病學及相互關系研究進展

周前鵬，拜承萍

1 青海大學研究生院，青海西寧810000；2 青海大學附屬醫(yī)院

顱內血流供應的血管分成兩部分：頸內動脈系統(tǒng)和椎基底動脈系統(tǒng)，二者相互連接形成大腦動脈環(huán)，又稱Willis 環(huán)。Willis 環(huán)是顱內最重要的側支循環(huán)通路。在維持顱內穩(wěn)定血流和灌注壓方面起至關重要作用［1］。在臨床影像學報告中，經常見到后交通動脈開放、胚胎型大腦后動脈的報告，但是目前Willis 結構異常對腦循環(huán)和神經癥狀的影響還不夠重視，大部分認為其為正常變異。BAHMAN 等［2］的一項橫斷面研究，運用頭顱MRA 技術對525 例健康人群的Willis 環(huán)進行研究，發(fā)現僅有20.9%的人群存在完整的Willis 環(huán)。Willis 環(huán)結構變異主要表現為后交通動脈存在、后交通動脈的缺如或發(fā)育不良和胚胎型Willis 環(huán)。Willis 環(huán)的解剖和通暢為缺血性中風的保護因素［3］，相關研究［4］顯示，在13 例后循環(huán)缺血患者中，Willis 環(huán)后部結構異常的發(fā)生率為100%，并且全都伴有椎基底動脈發(fā)育不良，該研究表明Willis 環(huán)后部結構異常合并椎動脈發(fā)育不良時易發(fā)生后循環(huán)的缺血事件。目前國內對Willis 環(huán)結構異常合并椎動脈發(fā)育不良共存的研究較少且國際上對Willis 環(huán)后部結構變異與椎基底動脈的發(fā)育異常之間的因果關系仍不清楚，但近年也取得了一些研究成果，現就Willis 環(huán)后部結構變異、椎動脈發(fā)育不良的流行病學及二者關系的研究進展作以下綜述。

1 Willis環(huán)后部結構變異的流行病學

Willis 環(huán)又被稱為大腦動脈環(huán)，是顱內血管的初級側支循環(huán)［5］，由兩側的大腦前動脈（ACA）的起始段（A1 段）、前交通動脈（AcoA）、兩側頸內動脈（ICA）末端、兩側后交通動脈（PcoA）、兩側大腦后動脈（PCA）起始段（P1 段）組成［6］。頸內動脈及其分支血管供應大腦前部分組織的血供，稱為前循環(huán)；椎基底動脈及其分支供應大腦后部分的血供，稱之為后循環(huán)［7］。在正常生理情況下，動脈環(huán)前后循環(huán)的壓力相等，所以兩個系統(tǒng)的血液幾乎不會混合，當某一系統(tǒng)出現阻塞性疾病時，血液可通過Willis 環(huán)從壓力高的一側流向壓力低的一側，從而在一定程度上重新分配顱內的血液，使血管阻塞側的腦組織得到相應的血液代償。

自從Sir Thomas Willis 于1664 年首次描述了這個圓圈以來，Willis 環(huán)已經被廣泛研究［8］。Willis 環(huán)的變異率較高。ZANINOVICH 等［9］對834 例患者的頭顱CTA 進行回顧性分析，結果表明僅約37.1%的患者存在完整的Willis 環(huán)，且發(fā)現Willis 環(huán)的完整性與性別和年齡相關，完整的Willis 環(huán)在女性中多見，隨年齡的增加，Willis 環(huán)的完整性隨之降低。MUKHERJEE 等［10］研究顯示，40%的人群有完整的Willis 環(huán)解剖結構。JAMES 等［11］進行的一項前瞻性研究結果顯示，50 歲以上的人群中約56%的人群為不完整的Willis 環(huán)。相比國外人群的研究，國內人群Willis 環(huán)的變異率較高。ZAKI 等［12］對100 例埃及人進行頭顱MRA 檢查，研究Willis 環(huán)組成血管的變異類型，將Willis 環(huán)分成完整、部分完整、不完整，前后循環(huán)的血管顯影正常且直徑≥0.8 mm，即定義為完整的Willis 環(huán)；前、后循環(huán)中只有一個是完整的通路則定義為部分完整Willis 環(huán)；前后循環(huán)中都有缺損的血管則定義為不完整型Willis 環(huán)，該研究結果顯示，部分完整和不完整的Willis 環(huán)分別占38%和34%（總的患病率為72%），在不完整Willis 環(huán)中前、后不完整分別占比為34%和62%，且在后循環(huán)變異類型中后交通動脈的變異率較高，并認為Willis 環(huán)的變異類型跟種族人群相關。

在Willis 環(huán)后部的評估中，Willis 環(huán)后部結構變異類型根據血管直徑的大小可分為后交通動脈的缺失或發(fā)育不良、胚胎型大腦后動脈；根據后交通動脈與同側大腦后動脈P1 段的直徑大小又可將后交通動脈發(fā)育不良分為胚胎型（P1 直徑PcoA直徑）［7］。目前對血管發(fā)育不良的直徑定義仍存在有爭議，VIRGINIJA 等［13］將Willis 環(huán)中的構成血管<0.8 mm時定義為發(fā)育不良；LI等［8，14］將Willis環(huán)中直徑<1 mm 的血管時定義為發(fā)育不良。VIRGINIJA等［13］將Willis 環(huán)后部分為后交通動脈存在、后交通動脈缺失或發(fā)育不良和胚胎型大腦后動脈。LI等［8］對170 例中國人群進行的研究將Willis 環(huán)中的血管直徑<1 mm 時定義為發(fā)育不良，并將Willis 環(huán)后部結構分為10類：正常成年型后圈；過渡型；單側胚胎型大腦后動脈（FTP）；雙側胚胎型大腦后動脈（FTP）；雙側后交通動脈缺失；雙側PcomA 發(fā)育不良；單側PcomA 缺失；單側PcomA 發(fā)育不全；完全FTP；一種新型的變異：PCoA 與PCA 不相通，同時供應PCA 交通后段。ZAKI 等［12］將血管直徑<0.8 mm定義為發(fā)育不良，并將Willis 環(huán)后部分結構分成如下幾類：雙側后交通動脈存在；單側胚胎型大腦后動脈；雙側胚胎型大腦后動脈；一側后交通動脈存在；雙側后交通動脈缺失或發(fā)育不良；一側胚胎型大腦后動脈合并P1段缺失或發(fā)育不良；一側胚胎型大腦后動脈和P1 段缺失或發(fā)育不良合并對側后交通動脈缺失或發(fā)育不良；一側胚胎型大腦后動脈和P1段缺失或發(fā)育不良合并對側后交通動脈缺失或發(fā)育不良；雙側胚胎型大腦后動脈和P1 段缺失或發(fā)育不良；雙側胚胎型大腦后動脈合并其中一側大腦后動脈缺失或發(fā)育不良。

2 椎動脈發(fā)育不良的流行病學

椎動脈左右各一，都起源于鎖骨下動脈，經過頸椎椎體側方第6 至第1 橫突孔，穿過枕骨大孔入顱，雙側椎動脈在延髓和腦橋的交界處匯合成基底動脈。椎動脈通常分為4 段，V1 段（骨外段）：鎖骨下動脈上方至C6 橫突孔；V2 段（椎間孔段）：第6 頸椎橫突至第2 頸椎橫突之間，并呈倒“L”形通過；V3 段（脊椎外段）：第2 頸椎橫突孔到穿破硬膜處；V4 段（硬膜內段）：經過枕骨大孔，然后在斜坡下部后方走向內上，雙側椎動脈在腦橋與延髓交界處或其附近匯合，形成基底動脈（BA）。椎動脈主要的供血范圍是小腦、中腦、腦橋、延髓等小腦幕下結構［15］。正常兩側椎動脈的直徑大小不一，直徑3～5 cm［16］。在正常人群中，僅25%的人群存在雙側椎動脈直徑相等，約50%的人群表現為雙側椎動脈管徑不相等，其中大部分表現為左側椎動脈直徑大于右側椎動脈直徑，稱為左側優(yōu)勢動脈［17］。少數則表現為椎動脈發(fā)育不良。

椎動脈的管徑個體差異較大，大部分人兩側椎動脈管徑不對稱，管徑相對較大的一側稱為優(yōu)勢側動脈。既往研究通過尸檢及血管造影等方法發(fā)現，椎動脈發(fā)育不良的發(fā)生率在2%～6%［18］。隨著影像學技術的不斷改進，椎動脈發(fā)育不良的診斷率不斷上升，目前認為椎動脈發(fā)育不良的檢出率在2%～58.3%［15，19-21］。GAIGALAITE 等［21］對367 例TIA 或PCS 患者和742 例正常人群中椎動脈發(fā)育不良的關系，結果顯示試驗組椎動脈發(fā)育不良的發(fā)生率高達58.3%，對照組中椎動脈發(fā)育不良的發(fā)生率為31.3%，大部分的椎動脈發(fā)育不良出現在右側，且女性比男性多見。THIERFELDER 等［22］對934 例疑似中風的患者進行頭顱CTA 檢查，其中15.6%的患者存在椎動脈發(fā)育不良，66.1%的椎動脈發(fā)育不良發(fā)生在右側，33.9%的椎動脈發(fā)育不良發(fā)生在左側。PEI 等［23］對187 例疑似為中風的患者進行頭顱MRA檢查，結果顯示其中有33.1%的患者表現為椎動脈發(fā)育不良，且高達80.7%的椎動脈發(fā)育不良發(fā)生在右側。椎動脈發(fā)育不良的檢出率差異性較大，主要是由于目前對椎動脈發(fā)育不良沒有達成統(tǒng)一的定義。

隨著影像學設備的不斷更新，使用不同的影像學工具檢查椎動脈具有不同的診斷標準，故臨床上暫無統(tǒng)一的椎動脈發(fā)育不良的診斷標準［23-25］。HYC等［19］通過經顱多普勒超聲將椎動脈發(fā)育不良定義為V2 段直徑≤2.2 mm 或椎動脈的流速≤30 mL/min。THIERFELDER 等［22］通過CTA 診斷椎動脈發(fā)育不良，將椎動脈發(fā)育不良定義為V4 段直徑≤2.0 mm，而且伴隨著V1～V4 段椎動脈不對稱比≤1∶1.7。YANG 等［26］通過頭顱DSA 對235 例腦卒中年輕患者進行研究，將椎動脈發(fā)育不良定義為在DSA下椎動脈直徑<2.0 mm，或椎動脈遠端缺如。MITSUMURA等［27］通過頸部超聲檢查將椎動脈發(fā)育不良定義為符合以下三個診斷標準之一：椎動脈直徑≤2.5 mm；椎動脈直徑≤3.0 且雙側不對稱比例>1∶1.7；椎動脈直徑≤3.0 mm、收縮期峰值速度小于40 cm/s，且阻力指數大于0.75。SAUER 等［28］通過多普勒超聲將椎動脈發(fā)育不良定義為管腔直徑≤2.5 mm，或雙側直徑差異>1∶1.7。SATO等［29］通過超聲檢查椎動脈，將椎動脈發(fā)育不良定義為椎動脈血流流速≤40 mL/min。

3 Willis環(huán)后部結構異常與椎動脈發(fā)育不良的關系

3.1 Willis 環(huán)后部結構異常者易出現椎動脈發(fā)育不良 LOCHNER 等［4］關于后循環(huán)梗死與胚胎型大腦后動脈關系的研究顯示，13 例后循環(huán)梗死患者均有胚胎型大腦后動脈，且同時伴有椎基底動脈的發(fā)育不良，表明Willis 環(huán)后部異常結構與椎基底動脈發(fā)育不良之間存在相關性。研究［30］報道，有胚胎型Willis 環(huán)結構患者的基底動脈比沒有胚胎型Willis環(huán)結構患者的直徑小，在有胚胎型Willis 環(huán)的個體中，椎基底動脈的直徑可減少18%。

THIERFELDER 等［22］將934 例疑似中風的患者分成椎動脈正常組和椎動脈發(fā)育不良組，并分別進行頭顱CTP 檢查，結果顯示椎動脈發(fā)育不良組中，42.4%的患者表現為任何灌注圖中PICA 區(qū)域的低灌注。在椎動脈正常組中，發(fā)現PICA區(qū)域相關區(qū)域低灌注的發(fā)生率為7.6%，P<0.01。DELBRUTTO等［31］通過雙功能超聲對1 000 例無腦血管病或明顯頸動脈粥樣硬化的健康受試者進行回顧性分析，結果顯示椎動脈發(fā)育不良側的血流阻力明顯增加，椎動脈的血流體積不足（定義為椎動脈的凈流量<100 mL/min）發(fā)生在有椎動脈發(fā)育不良的個體比沒有椎動脈發(fā)育不良的個體更頻繁（22.1%對2.4%，P<0.001）。但均未進一步對顱內血管進行研究。相關研究［3］認為當后循環(huán)出現低灌注時，打破Willis 環(huán)前后循環(huán)的壓力平衡，Willis 環(huán)可通過后交通動脈引流前循環(huán)血供為之代償，故Willis 環(huán)的變異為缺血性中風的保護因素。LOCHNER 等［4］認為，胚胎型大腦后動脈患者的前后循環(huán)的正常邊界變得模糊不清，因此認為有胚胎型大腦后動脈的患者更加容易出現灌注不足，而且他們的研究表明椎動脈合并胚胎型Willis 環(huán)可以增加后循環(huán)卒中事件發(fā)生的風險，Willis 環(huán)作為初級側支代償，在急性腦卒中出現時起著重要的代償作用，Willis 環(huán)后部結構變異使得初級代償失效，而且Willis 環(huán)的變異使頸內動脈系統(tǒng)和椎基底動脈系統(tǒng)之間的脈絡膜動脈不能發(fā)展，因為大腦中動脈和大腦后動脈都與頸內動脈系統(tǒng)相聯系而不是椎基底動脈聯系，可增加腦卒中事件發(fā)生的風險。另有研究［32］報道，胚胎型Willis 環(huán)能夠打亂前后循環(huán)供血之間的平衡，增加缺血性腦血管病的發(fā)生率，一方面，出現胚胎型Wil?lis環(huán)合并椎動脈發(fā)育不良時，同側大腦后動脈P1段常缺如或發(fā)育不全，當同側頸內動脈出現閉塞，椎基底動脈的血流很難直接到達大腦后動脈遠端，前循環(huán)血流代償減少容易出現大面積的腦梗死。

3.2 椎動脈發(fā)育不良者易出現Willis 環(huán)后部結構異常 在胚胎的發(fā)育過程中，頸內動脈是顱內最先形成的動脈，而且供應原始大腦所需的血供［1333-36］。隨著腦干、小腦、枕葉的擴大增容，對血供的需求逐漸增加，頸內動脈的供血不能滿足其需求，后循環(huán)隨之開始發(fā)育，但在這個階段后循環(huán)發(fā)育還不完全，它仍由起源于前循環(huán)的原始動脈網形成。在椎動脈和基底動脈發(fā)育形成后，這些吻合支開始消退。由于椎基底動脈的發(fā)育不良對后循環(huán)的供血不足，導致吻合支消退不完全，沒有完全消退的吻合支就成了連接前后循環(huán)的異常血管。最常見的異常吻合支類型是胚胎型大腦后動脈。隨著大腦的發(fā)育，成年型和胚胎型結構的頻率隨之增加，而過渡型結構的頻率隨之減少［13］。相比正常直徑的椎動脈，在存在有椎動脈發(fā)育不良時，為了滿足同側腦組織的生理需要以及維持前后循環(huán)的壓力平衡，Willis 環(huán)作為顱內的初級代償血管可出現相應的變異更好地給大腦供血，以預防腦缺血發(fā)生，當代償仍不能滿足腦組織的需求時將會出現腦組織的梗死。

近年，學者們發(fā)現，隨著椎動脈發(fā)育不良的程度增加，胚胎型大腦后動脈的發(fā)生率隨之增加，且出現在同側比較多見，而后交通動脈缺失或發(fā)育不良的比例減少。通過雙功能超聲和CT灌注成像發(fā)現，椎動脈發(fā)育不良可導致后循環(huán)相關區(qū)域出現低灌注，胚胎型Willis 環(huán)可通過前循環(huán)血流進行代償可能有保護作用，當代償不足時可增加腦卒中的風險。YANG 等［30］對306 例椎動脈發(fā)育不良的人群和302例椎動脈發(fā)育正常人群進行比較，結果顯示兩組中Willis 環(huán)后部結構異常的發(fā)生率分別為49.0%和17.5%，兩者之間存在統(tǒng)計學差異。VIRGINIJA等［13］通過MRA 對923 例健康志愿者顱內Willis 結構模式和椎動脈關系進行研究，結果發(fā)現，與正常椎動脈人群相比，椎動脈發(fā)育不良的人群發(fā)生Willis 環(huán)變異的概率較大（28.8% vs 13.5%），且發(fā)生在同側比較多見；隨著椎動脈狹窄程度的增加，發(fā)生胚胎型大腦后動脈的可能性相應增加，然而后交通動脈狹窄或缺失的發(fā)生率就下降，且椎動脈發(fā)育不良和胚胎型大腦后動脈經常出現在同側。

綜上所述，在Willis 環(huán)結構變異中，Willis 環(huán)后部結構的變異率較高，其中以胚胎型大腦后動脈比較常見，常合并椎動脈發(fā)育不良出現，且出現在同側的概率較高。椎動脈發(fā)育不良在人群中的發(fā)生率較高，椎動脈發(fā)育不良在右側的發(fā)生率較左側高；大部分的椎動脈發(fā)育不良不出現臨床癥狀，但合并有Willis 環(huán)后部異常結構時后循環(huán)卒中的風險增加。目前尚未明確報道Willis 環(huán)后部結構變異與椎動脈發(fā)育不良之間的關系，在椎動脈發(fā)育不良的前提下，Willis 環(huán)后部結構異常對后循環(huán)卒中的影響機制仍不明確。未來還需進一步、多中心、大樣本的研究來闡述該機制，為臨床上對后循環(huán)卒中的預防及治療提供理論基礎。