頸動脈重度狹窄聲學(xué)特征與血流動力學(xué)變化及伯努利效應(yīng)的相關(guān)性研究

趙越 華揚 劉玉梅 周瑛華 劉然

頸動脈粥樣硬化性狹窄是缺血性卒中的重要病因之一，頸動脈內(nèi)膜切除術(shù)(carotid endarterectomy,CEA)是治療頸動脈重度狹窄(severe carotid artery stenosis，SCAS，70%～99%)、實施血運重建、改善腦血流灌注、預(yù)防頸動脈狹窄相關(guān)微栓子栓塞的“金標(biāo)準(zhǔn)”[1-2]。

頸動脈粥樣硬化性易損斑塊使同側(cè)大腦半球缺血性卒中事件的風(fēng)險升高3.1倍[3]。斑塊組織結(jié)構(gòu)及形態(tài)學(xué)特征是評估易損斑塊的主要依據(jù)[4-5]。斑塊內(nèi)脂質(zhì)核心周邊毛細(xì)血管的增生及炎性細(xì)胞的積聚等，是導(dǎo)致斑塊內(nèi)出血、斑塊破裂、繼發(fā)栓塞事件的重要原因[6]。此外，斑塊表面血管腔內(nèi)血流速度的升高可減低對血管壁產(chǎn)生的靜水壓，即血管內(nèi)伯努利效應(yīng)[7]的存在，可以解釋其對斑塊壓力的瞬間減低，使外膜層滋養(yǎng)血管壓力高于斑塊內(nèi)，導(dǎo)致滋養(yǎng)血管向斑塊內(nèi)延伸導(dǎo)致斑塊破裂出血的基本機制[8]。因此，血管內(nèi)伯努利效應(yīng)可能是增加斑塊易損性的重要原因。伯努利效應(yīng)對SCAS患者術(shù)前責(zé)任斑塊的易損性影響缺乏相關(guān)報道。本研究擬通過CEA治療前SCAS患者病變處責(zé)任斑塊的超聲特征與血流動力學(xué)的關(guān)系，探討伯努利效應(yīng)對責(zé)任斑塊易損性及其對血流動力學(xué)的影響。

1 對象與方法

1.1 對象

回顧性連續(xù)納入2016年1月至2018年1月因單純SCAS在首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院神經(jīng)外科、血管外科行CEA治療的符合入選標(biāo)準(zhǔn)的患者138例，其中男115例(83.3%)，女23例(16.7%)，年齡44～76歲，平均(61±7)歲。本研究經(jīng)首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院倫理委員會審核通過，患者或其家屬于手術(shù)治療前簽署了知情同意書。

1.2 納入標(biāo)準(zhǔn)

(1)癥狀性或非癥狀性單側(cè)動脈粥樣硬化性SCAS，其中癥狀性患者包括近6個月內(nèi)出現(xiàn)過短暫性腦缺血發(fā)作(TIA)、缺血性卒中或同側(cè)單眼黑矇；(2)術(shù)前行頸動脈彩色多普勒血流顯像(CDFI)檢查，并經(jīng)DSA或頭部CT血管成像(CTA)證實。

1.3 排除標(biāo)準(zhǔn)

(1)合并對側(cè)SCAS、鎖骨下動脈和(或)椎-基底動脈重度狹窄(70%～99%)或閉塞者；(2)合并同側(cè)顱內(nèi)動脈重度狹窄或閉塞者；(3)病變處責(zé)任斑塊嚴(yán)重鈣化導(dǎo)致斑塊后方回聲衰減出現(xiàn)聲影，無法判斷斑塊內(nèi)部回聲特征者；(4)臨床和(或)CDFI資料不完整者。

1.4 資料收集

收集所有患者的年齡、性別等一般資料及既往腦血管病相關(guān)危險因素病史，其判斷方法依照中國國家卒中登記研究中使用的方法：高血壓病為自訴既往高血壓病史或入院后間隔1周重復(fù)測量血壓≥140/90 mmHg；高脂血癥為既往具有高脂血癥病史或存在如下情況中1項及以上，即血清低密度脂蛋白膽固醇≥3.12 mmol/L、總膽固醇≥5.80 mmol/L、三酰甘油≥2.25 mmol/L；糖尿病為自訴既往糖尿病病史或入院測定快速血糖濃度>7.8 mmol/L；吸煙為當(dāng)前或既往吸煙≥1支/d[9]。

1.5 方法

1.5.1 超聲儀器：采用荷蘭飛利浦公司生產(chǎn)的Epiq-5，選擇3.0～12.0 MHz超寬頻線陣探頭和1.0～5.0 MHz凸陣探頭；日本日立阿洛卡公司生產(chǎn)的Acendus彩色多普勒超聲診斷儀，4.0～8.0 MHz微凸陣探頭和1.0～5.0 MHz凸陣探頭。頸動脈狹窄程度的評估：根據(jù)中國醫(yī)師協(xié)會超聲醫(yī)學(xué)分會頒布的《血管和淺表器官超聲檢查指南》[10]，分別檢測記錄狹窄處殘余內(nèi)徑、原始內(nèi)徑，計算直徑狹窄率=(1-殘余內(nèi)徑/原始內(nèi)徑)×100%。同時記錄收縮期峰值流速(PSV,其中狹窄處PSV為PSV1,狹窄遠(yuǎn)段為PSV2)、舒張期末流速(EDV,其中狹窄處EDV為EDV1,狹窄處遠(yuǎn)段為EDV2)、平均流速(MV,其中狹窄處MV為MV1,狹窄遠(yuǎn)段為MV2)，并計算PSV1/PSV2。依據(jù)既往研究的頸動脈狹窄診斷標(biāo)準(zhǔn)[11]，確定SCAS。

1.5.2 頸動脈斑塊聲學(xué)特征分類：參考?xì)W洲頸動脈斑塊研究提出的標(biāo)準(zhǔn)[12]，依據(jù)患者的頸動脈斑塊回聲情況，將研究對象分為低回聲組(圖1a,1b，80例)和非低回聲組[等回聲(圖1c,1d)及高回聲斑塊(圖1e,1f)，58例]。采用圖像分析信息系統(tǒng)(picture archiving and communication systems，PACS)對獲取的超聲圖像進(jìn)行斑塊總面積與斑塊內(nèi)低回聲面積描記，并計算低回聲面積所占斑塊的比率。根據(jù)文獻(xiàn)[13]標(biāo)準(zhǔn)確定潰瘍型斑塊。

1.6 統(tǒng)計學(xué)分析

2 結(jié)果

2.1 一般臨床資料比較

低回聲組與非低回聲組患者的年齡、性別、相關(guān)腦血管病危險因素(高血壓病、糖尿病、高脂血癥、吸煙)及病變側(cè)頸內(nèi)動脈直徑狹窄率差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(均P>0.05)(表1)。

低回聲組患者病變處責(zé)任斑塊中潰瘍型斑塊的比例高于非低回聲組(P<0.05)，且癥狀性SCAS患者的比例顯著高于非低回聲組(P<0.05)，見表1。

2.2 病變側(cè)頸動脈血流動力學(xué)參數(shù)比較

低回聲組患者頸動脈PSV1、EDV1、MV1及PSV1/PSV2值均高于非低回聲組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(均P<0.05，表2)，但是兩組間PSV2、EDV2及MV2的差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(均P>0.05)。進(jìn)一步計算狹窄段伯努利壓力梯度顯示，低回聲組壓力梯度值顯著高于非低回聲組，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05，表2)。

2.3 斑塊內(nèi)低回聲面積及其所占斑塊的比率與伯努利壓力梯度的相關(guān)性分析

斑塊內(nèi)低回聲面積[(0.25±0.01) mm2，r=0.32，P<0.05]及其所占斑塊的比率[(47.5±1.9)%，r=0.28，P<0.05]，二者與伯努利壓力梯度可能存在相關(guān)性(圖2)。

3 討論

易損斑塊的概念源于血管內(nèi)超聲或MRI對冠狀動脈粥樣硬化病變的評估研究，即具有破裂傾向、易發(fā)生血栓造成栓塞事件的不穩(wěn)定斑塊為易損斑塊[15]，其主要特征包括斑塊內(nèi)出血、菲薄或已破裂的纖維帽、豐富的脂質(zhì)核心、鈣化及斑塊內(nèi)炎性細(xì)胞的浸潤[5,16]。SCAS病變處多為穩(wěn)定斑塊，發(fā)生卒中的風(fēng)險較低[17]，但是相關(guān)研究結(jié)果表明，低至無回聲斑塊與卒中的發(fā)生密切相關(guān)[18-19]，原因在于該類斑塊主要是由斑塊內(nèi)出血或富含脂質(zhì)的壞死核心構(gòu)成[20-21]，二者均是導(dǎo)致癥狀性缺血性卒中的危險因素。斑塊內(nèi)新生血管破裂導(dǎo)致出血將觸發(fā)一系列生物反應(yīng)，如巨噬細(xì)胞活化、局灶性炎性反應(yīng)，促使蛋白水解酶釋放，游離膽固醇蓄積導(dǎo)致斑塊增大且趨于破裂[22]。一項針對無癥狀性頸動脈狹窄患者的頸動脈斑塊回聲性質(zhì)與卒中風(fēng)險的Meta分析指出，病變處為低至無回聲為主的斑塊未來發(fā)生同側(cè)卒中事件的概率是等回聲為主斑塊的2.3倍，特別是存在中度及以上狹窄的患者中，低至無回聲斑塊發(fā)生卒中事件的概率為其他患者的2.6倍[23]。本研究結(jié)果進(jìn)一步證實低回聲組癥狀性卒中患者的發(fā)生比例顯著高于非低回聲組。

表1 低回聲組與非低回聲組SCAS行頸動脈內(nèi)膜切除術(shù)治療患者一般臨床資料比較

注：SCAS為頸動脈重度狹窄，ICA為頸內(nèi)動脈 ；a為t值，b為χ2值

表2 低回聲組與非低回聲組SCAS行頸動脈內(nèi)膜切除術(shù)治療患者頸動脈血管結(jié)構(gòu)及血流動力學(xué)差異比較

注：SCAS為頸動脈重度狹窄，PSV1為狹窄處收縮期峰值流速，EDV1為狹窄處舒張期末流速，MV1為狹窄處平均流速，PSV2為狹窄遠(yuǎn)段收縮期峰值流速，EDV2為狹窄遠(yuǎn)段舒張期末流速，MV2為狹窄遠(yuǎn)段平均流速，PSV1/PSV2為狹窄處收縮期峰值流速與狹窄遠(yuǎn)段收縮期峰值流速的比值

頸動脈潰瘍斑塊是斑塊易損性的重要特征之一。頸動脈超聲檢查對潰瘍型斑塊的診斷具有較高敏感度(85.7%)及特異度(81.3%)[13]。針對潰瘍型斑塊組成成分的研究證實，脂質(zhì)豐富及出血的斑塊中易發(fā)生斑塊破裂進(jìn)而導(dǎo)致潰瘍型斑塊的形成，而纖維及鈣化型斑塊很少發(fā)生[24-25]。同時，潰瘍型斑塊與卒中發(fā)生密切相關(guān)，其風(fēng)險隨頸動脈狹窄程度增加而增加，為非潰瘍型斑塊患者的1.24～3.43倍[26]。本研究針對SCAS患者的CDFI檢查結(jié)果顯示,低回聲斑塊更易發(fā)生潰瘍。

與流體相關(guān)的伯努利效應(yīng)，指流體的總機械能是動能及勢能之和[27]。在動脈管腔中由于流動的血液(注意是紅細(xì)胞)具有質(zhì)量與速度，因此血液存在的動能可以用血流速度表示。當(dāng)血液在血管內(nèi)流動時，對血管壁施加的壓力稱為勢能，為維持能量守恒，動能與勢能間可相互轉(zhuǎn)化。在動脈血管出現(xiàn)狹窄時，狹窄處血流速度明顯升高，即血液的動能升高，則勢能減低，表現(xiàn)為施加在血管壁上的靜水壓減低。

Texon[8]認(rèn)為，由于頸動脈狹窄處存在伯努利效應(yīng)，導(dǎo)致斑塊內(nèi)新生血管的破裂出血并繼發(fā)炎性反應(yīng)[28]。Beach等[7]通過對10例進(jìn)行CEA的頸動脈斑塊進(jìn)行分析，證實斑塊內(nèi)出血的患者PSV1明顯高于無出血者。同時，將斑塊內(nèi)出血體積進(jìn)行量化分析，發(fā)現(xiàn)PSV1與斑塊內(nèi)出血的體積顯著相關(guān)(r2=0.68，P<0.01)[29]。本研究結(jié)果顯示，SCAS低回聲組的PSV1、EDV1、MV1及PSV1/PSV2均顯著高于非低回聲組(均P<0.05)，與上述研究結(jié)果高度一致。此外，本研究通過伯努利壓力梯度的計算，證實低回聲組內(nèi)伯努利壓力梯度明顯高于非低回聲組，同時進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)，斑塊內(nèi)低回聲面積的大小及其所占斑塊的比率與伯努利壓力梯度可能有一定相關(guān)關(guān)系。該發(fā)現(xiàn)提示SCAS狹窄段血流速度與斑塊內(nèi)低回聲特征可能存在相關(guān)性，而低回聲斑塊狹窄段流速增高與伯努利壓力增大繼發(fā)斑塊破裂出血風(fēng)險增加之間的確切關(guān)系有待進(jìn)一步研究。

本研究尚存在一定的不足之處。首先，本研究為回顧性研究，可能存在選擇性偏倚；其次，CDFI檢查顯示的低回聲斑塊增加灰階值的定量分析，將有助于深入分析伯努利效應(yīng)對斑塊的作用；最后，受樣本量影響，斑塊內(nèi)低回聲面積及其所占斑塊的比率與伯努利壓力梯度的相關(guān)度較低，未來將擴(kuò)大樣本量進(jìn)一步研究證實。

總之，SCAS的血流動力學(xué)變化與狹窄段責(zé)任斑塊聲學(xué)特征相關(guān)?；诹黧w力學(xué)的伯努利效應(yīng)可以解釋頸動脈狹窄進(jìn)程與血流動力學(xué)變化相關(guān)，伯努利壓力的變化與不同回聲斑塊的易損差異性相關(guān)。超聲對頸動脈狹窄血流動力學(xué)及斑塊特征的綜合評估具有重要臨床意義。