1.沈陽軍區(qū)總醫(yī)院放射科(遼寧 沈陽 110016)

2.遼寧醫(yī)學(xué)院研究生院(遼寧 錦州 121001)

徐 猛1,2 李延鋒1,2 楊本強1 段 陽1

血腦屏障幾乎阻礙所有大于500Da分子量的分子從血液進入腦組織，使許多神經(jīng)系統(tǒng)有效的藥物不能被傳遞到需要的區(qū)域發(fā)揮其治療的作用[1]。在動物實驗已經(jīng)證實，許多方法可以開放血腦屏障，并在病理切片和免疫組化得到證實。但是目前影像學(xué)灌注成像技術(shù)的進步已經(jīng)為無創(chuàng)的血腦屏障影像學(xué)評估奠定基礎(chǔ)，并且其應(yīng)用具有重要臨床的意義，需要進行進一步研究。

1 血腦屏障的功能和結(jié)構(gòu)

血腦屏障(BBB blood brain barrier)是存在于血液與腦組織之間的一種有選擇性的動態(tài)透過系統(tǒng)，它由毛細血管上連接緊密的內(nèi)皮細胞、基底膜與星形膠質(zhì)系統(tǒng)組成的[2、3]。生理情況下，血腦屏障允許氣體與分子量在400～500Da之間的小分子物質(zhì)通過[2]。血腦屏障之所以能夠維持腦組織的內(nèi)環(huán)境，主要具有以下的特點：有學(xué)者認為腦毛細血管在正常情況下與其他毛細血管在結(jié)構(gòu)上有所不同，它缺少毛細血管孔或有很小的孔；毛細血管的內(nèi)皮細胞緊密結(jié)合在一起，并且是含有脂溶性的類脂成分的兩層結(jié)構(gòu)；基底膜包繞于毛細血管外，加之星形膠質(zhì)細胞足突形成了能夠使氣體及脂溶性小分子物質(zhì)通過并且阻止病原體和大分子物質(zhì)由毛細血管進入腦組織。然而，也有些例外，某些分子如葡萄糖和氨基酸它們在積極的通過血管進入腦組織，同時顯示，淋巴細胞通過短暫打開緊密連接的內(nèi)皮細胞穿越血腦屏障，并且已被證實星形膠質(zhì)細胞的神經(jīng)元起到了機械的效應(yīng)[3、4、5]。

2 血腦屏障的開放

血腦屏障雖然是具有復(fù)雜緊密的結(jié)構(gòu)，但血腦屏障并非不可逾越。目前，研究者探索出有十多種開放血腦屏屏障的方法，可根據(jù)其對腦組織有無損傷將其分為有創(chuàng)和無創(chuàng)；根據(jù)其開放的機制不同，可將其歸納為通過改變內(nèi)源性結(jié)構(gòu)和外源性轉(zhuǎn)運方式以及物理方法開放血腦屏障[6]。本文就其開放的途徑分為藥物方法和物理方法兩種。

2.1 藥物開放血腦屏障的方法 藥物開放血腦屏障有改變內(nèi)源性結(jié)構(gòu)方法和藥物載體的發(fā)放；以形成血腦屏障的細胞膜上轉(zhuǎn)運蛋白[7]為突破口，內(nèi)皮細胞緊密連接的主要由蛋白claudin-5構(gòu)成，同時也是構(gòu)成血腦屏障的主要跨膜蛋白。有研究發(fā)現(xiàn)通過調(diào)控緊密連接蛋白claudin-5的表達，便可以使緊密連接的內(nèi)皮細胞的開放[8-9]。(a)緩激肽可以開放缺血性的腦組織，但對無缺血性疾病的血腦屏障沒有影響[10]；(b)甘露醇通過改變血管通透性的方式，可以暫時的滲透性的開放血腦屏障，并已經(jīng)通過動物實驗證實，但是，動物實驗表示：甘露醇開放血腦屏障后會出現(xiàn)短暫的腦水腫和顱內(nèi)壓增高的情況，且從頸內(nèi)動脈注射的方法，使得甘露醇并非無創(chuàng)的血腦屏障的方式有待于提高。通過藥物載體的方式開放血腦屏障：毛細血管內(nèi)皮上有多種載體能夠?qū)⒋蠓肿拥乃幬锱c其結(jié)合，將藥物輸送到腦組織中，這種方法已經(jīng)發(fā)現(xiàn)多種載體，納米粒子是10～1000nm之間的微粒，藥物通過吸附、包埋、分散的方式送入微粒中，根據(jù)不同的疾病可以選擇加載不同功能的藥物形成多種納米粒子，納米粒子通過血腦屏障，可以靶向的將藥物運送到受損腦組織，達到治療疾病的效果[11]。

研究顯示，腺苷受體(AR)能夠調(diào)節(jié)體內(nèi)血腦屏障通透性,近來選擇性A2a腺苷受體促效藥瑞加德松(Regadenoson)，它主要應(yīng)用于放射性核素心肌灌注顯像期間的藥物應(yīng)激。但在動物實驗中顯示,它可以改變血腦屏障的通透性,可以短暫、可逆開放血腦屏障,但相關(guān)的的機制及臨床應(yīng)用尚需要進一步研究[12]。

2.2 聚焦超聲聯(lián)合微泡開放血腦屏障的方法 目前，研究者在研究開放血腦屏障方法的同時，更注重的是如何能夠做到無創(chuàng)、短暫及靶向的方式，聚焦超聲聯(lián)合微泡開放血腦屏障是目前認為開放血腦屏障的無創(chuàng)的方法。超聲技術(shù)在20世紀(jì)初普遍應(yīng)用于疾病的診斷中，超聲波是頻率20000Hz以上的振動波，臨床應(yīng)用的超聲頻率一般都在2～5MHz之間，具有高頻率、低強度的特點，利用人體在組織間的反射和衍射作用，廣泛應(yīng)用于腹部臟器、心臟和盆腔等部位診斷，它快速、經(jīng)濟且無放射污染等優(yōu)點是許多輔助診斷技術(shù)所不及的。同時利用超聲治療疾病應(yīng)用迅速的發(fā)展，并且在某些領(lǐng)域起到了不可替代的作用。例如：震波碎石、癌癥治療以及造瘺等技術(shù)。它們都是利用超聲不同的頻率起到不同的效果，1990年P(guān)atrick經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)高強度的超聲開放血腦屏障，但造成腦組織出血或水腫等有創(chuàng)損傷[13]。1995年Uykhodtseva等發(fā)現(xiàn)短脈沖高能聚集超聲輻射能局部開放血腦屏障，開放了無創(chuàng)超聲輻照開放BBB的研究先河。2001年Hynynen等利用聚焦超聲引入微泡方式開放實驗家兔血屏障[11]。在大型動物實驗中，Xie等將微泡與伊文思藍染料通過靜脈注射到豬的體內(nèi)在超聲照射下，伊文思藍染料明顯溢出，且證實對腦組織無腦實質(zhì)損害和出血[14]。

聚焦超聲(Focused Ultrasound FUS)不單單是在幾個不同組織的界面成像產(chǎn)生的回波采集和顯示，F(xiàn)US采用凹形的換能器通常有一個單一的幾何焦點，或使用相控陣電子，以超聲誘導(dǎo)的機械效應(yīng)、熱效應(yīng)或兩者的共同的效應(yīng)，傳遞了大部分的功率[15-16]，利用低頻率高強度的超聲靶向照射局部組織，同時引入大分子藥物或基因結(jié)合的微泡造影劑，微泡是表面由油類、脂質(zhì)體、蛋白質(zhì)等物質(zhì)包繞大分子氣體形成的球形體，當(dāng)微泡被壓縮膨脹后發(fā)生內(nèi)爆炸，產(chǎn)生聲孔效應(yīng)。將緊密連接的細胞膜開放微泡造影劑能夠增強空化作用[17]，微泡攜帶的大分子藥物和基因釋放并進入腦組織，使藥物通過血腦屏障靶向作用腦組織，美國食品與藥品管理局(FDA)批準(zhǔn)微泡造影劑可以用于血腦屏障開放的超聲心動圖供人類使用，例如心肌梗死的檢測，大部分對于微泡的生物效應(yīng)的研究在體內(nèi)的都集中在心臟[18]，微泡的大小及濃度對血腦屏障的開放的影響還沒有一個明確的標(biāo)準(zhǔn)，尚需進一步研究。

3 影像醫(yī)學(xué)血腦屏障開放評價及監(jiān)測

藥物和物理方法開放的血腦屏障評價一般經(jīng)動物實驗證實，采用伊文思藍EB染色法、熒光分光度法，均利用組織切片在電鏡中觀察，只能應(yīng)用于動物實驗中，不能應(yīng)用于臨床，而近年來，影像技術(shù)的發(fā)展，使影像技術(shù)能夠從分子水平評估血腦屏障的開放，臨床上普遍使用影像學(xué)方法，包括CT/MRI增強掃描與灌注成像方法，能夠顯示平掃和常規(guī)增強影像所不能發(fā)現(xiàn)的病理學(xué)改變。檢測血腦屏障是能夠清楚顯示腦組織的某個部位與其他部位造影劑灌注系數(shù)的改變。

常規(guī)腦CT或MRI影像增強方法顯示顱內(nèi)病變(像腫瘤)呈現(xiàn)為強化改變，是造影劑通過不完整的“血腦屏障”漏到病灶內(nèi)的結(jié)果。原因是：1)腫瘤組織的新生血管失去了正常的解剖和生理特性，以這樣的血管為基礎(chǔ)形成的血腦屏障是不完整的；2)病變(腫瘤)細胞還可能分泌出一種彌散性物質(zhì)，使局部血管容易滲漏。

新的技術(shù)灌注成像與傳統(tǒng)的增強不同，不僅反映常規(guī)區(qū)域變化，還能顯示影像上呈現(xiàn)“表面正常的區(qū)域”的異常影像學(xué)改變。

灌注成像(PWI perfusion imaging)是一種活體、個性化、快速評價組織內(nèi)微血管分布及微血流灌注情況的影像功能成像方法，隨著灌注成像的問世和臨床應(yīng)用，使CT和MRI由原來觀察解剖結(jié)構(gòu)發(fā)展為既能反應(yīng)組織形態(tài)結(jié)構(gòu)又能反映功能和微觀組織情況的新技術(shù)，它是從分子運動的角度，在流動血流的基礎(chǔ)上的成像，主要測量的是灌注成像的rCBV、rMSD、MTT和PS值等參數(shù)值。CT灌注成像是當(dāng)靜脈注射有機碘造影劑后，在不同的時間段，掃描組織的同一層面。獲得表示造影劑隨時間而改變的每一個像素的時間-密度曲線(TDC)，同時也反映了組織時間變化對比價密度隨之變化的情況，根據(jù)該曲線計算出血流量(BF)、血容量(BV)、對比劑平均通過時間(MTT)、對比劑峰值時間(TTP)、毛細血管通透性(PS)等參數(shù)，通過以上的參數(shù)，得到腦組織中對比劑的情況，判斷血腦屏障的開放程度及時間窗。研究顱內(nèi)腫瘤破壞血腦屏障時，CBF、CBV和PS值均明顯升高于正常組織。研究表明顱內(nèi)腫瘤有大量不成熟的新生血管，它的基底膜不完整，內(nèi)皮之間的緊密連接松弛，與血腦屏障開放時機制相似，使毛細血管通透性改變，通過測量灌注值，可以量化血腦屏障微循環(huán)灌注狀態(tài)與未開放的區(qū)域作對比。PS值即毛細血管通透性是于血腦屏障受損密切相關(guān)的指標(biāo)。顱內(nèi)腫瘤破壞血腦屏障或血腦屏障開放時PS值明顯升高，周圍正常腦組織PS值并不增高。因此可以用PS值表示血腦屏障開放與否。全腦三維灌注圖可以真實全面的反應(yīng)腦組織血流灌注信息，PS圖能清晰的勾勒出血腦屏障開放范圍，與周圍腦組織分開[19-21]。

MRI灌注成像主要有兩種方法：一是通過注射造影劑的方法動態(tài)研究組織的灌注情況；二是通過對游離水分子和結(jié)合水分子的敏感的序列來觀察組織的灌注情況。第一種方法與CT增強掃描方法相似，靜脈注射造影劑MRI增強掃描與CT增強的原理相似，靜脈注射順磁性物質(zhì)的造影劑GDDTPA時，是磁場的均勻性減低從而組織中質(zhì)子弛豫時間縮短，即使用T2加權(quán)序列敏感性檢測，組織的信號縮?。皇褂肨1加權(quán)序列檢測，組織的信號增強[22,23]。因其對比劑的濃度與時間變化不成線性關(guān)系，所以不能像CT灌注成像時時測量具體的數(shù)值，正常生理情況下，這種造影劑不能通過血腦屏障，所以當(dāng)檢測不同方法開放血腦屏障時，造影劑通過腦毛細血管進入被開放的腦組織中，使信號改變，并且當(dāng)組織中有水腫或缺血是均能夠準(zhǔn)確、直觀的顯示評價血腦屏障的開放。第二種方法是將目標(biāo)區(qū)域沒有自旋和自旋標(biāo)價后的兩次不同的T1弛豫時間的不同，通過公示測定出目標(biāo)去內(nèi)的血流灌注情況，評價血腦屏障的開放情況。動態(tài)磁敏感對比法[24]是MR常規(guī)獲得的成像技術(shù)中最常用的缺血性中風(fēng)患者或腦腫瘤患者，在腦腫瘤患者應(yīng)用動態(tài)磁敏感對比法評價組織內(nèi)微血管的分布情況及分析血腦屏障的開放，多用于確定腫瘤的分級[25]，一般腫瘤級別越高，血腦屏障破壞程度就越大。在低級別中CBV信號分布較均勻，接近或略高于正常腦白質(zhì)病變；高級別膠質(zhì)瘤的CBV信號分布明顯不均勻，CBV不同程度的升高；CBV、CBF值越大表示血腦屏障的開放的程度越大。

通過以上參數(shù)可以無創(chuàng)的顯示腦組織中血腦屏障的開放的時間和程度。為臨床工作中，提供了一種有效的評價和監(jiān)測方法。

以上研究說明永久和不完全血腦屏障開放在CT或MR灌注成像參數(shù)均能有所改變，但是在無創(chuàng)、短暫、可逆血腦屏障的開放在動物實驗均證實，但是未見無創(chuàng)傷的影像學(xué)評估方法，需要我們進行探討和研究。經(jīng)文獻查詢很少有采用灌注成像研究無創(chuàng)、短暫、可逆血腦屏障開放研究報道，因為以往的影像成像技術(shù)和后處理等因素的限制。目前由于CT和MR灌注成像的技術(shù)成熟和相關(guān)后處理提升，已經(jīng)具有可能，具有研究的一定基礎(chǔ)和潛能。

應(yīng)用該灌注成像能的方法評估血腦屏障開放程度和時間窗，有利于進一步研究血腦屏障及其短暫開放機制，為臨床的進一步診斷、治療和評估提供一種方法。

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