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兔体内大型分叉动脉瘤的显微外科构建及其在血管内治疗器械评估中的应用

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DOI：

10.3791/63738

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2023年9月8日

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1Karl Landsteiner University of Health Sciences, 2Department of Neurosurgery, University Hospital St. Pölten, 3Cerebrovascular Research Group, Department of Neurosurgery, University Hospital St. Pölten, 4Division of Biomedical Research, Medical University of Vienna

本文内容

摘要

本文介绍了在兔子体内通过显微外科技术构建大型分叉动脉瘤的方法，用于评估血管内治疗装置。

摘要

大型动脉瘤是具有危险性的病变，需要进行血管内治疗，但其动脉瘤再通和再破裂的发生率较高。可靠的体内模型十分罕见，但却是测试新型血管内器械所必需的。 本文展示了在新西兰白兔（2.5–5.5 kg）中建立大型分叉部动脉瘤的技术细节。从颈外静脉获取一段长25–30 mm的静脉囊袋，通过显微外科手术在双侧颈总动脉之间创建一分叉结构，并将该静脉囊袋缝合于分叉处，以模拟大型动脉瘤。本方案总结了我们此前发表的静脉囊袋真性动脉分叉部动脉瘤的标准技术，并重点说明了适用于大型动脉瘤的关键改良步骤。采用这一改良技术，我们成功构建了一种在血流动力学和凝血系统方面与人类高度可比的大型动脉瘤动物模型。此外，该模型实现了较低的动物并发症发生率和较高的动脉瘤通畅率。所提出的大型动脉瘤模型为新型血管内器械的测试提供了优良的实验平台。

引言

血管内栓塞已成为治疗破裂性脑动脉瘤的一种重要替代方法，可替代动脉瘤夹闭术1。该治疗策略的主要缺点是动脉瘤再通率较高，并可能导致迟发性动脉瘤破裂2。研究表明，大型和巨大型动脉瘤尤其容易发生此类并发症。因此，新型血管内治疗装置正在不断研发中3。用于实验研究的模型对于测试这些装置至关重要4,5。

人类脑动脉瘤已在大鼠、兔、犬和猪中进行研究6,7,8。然而，在血流动力学和凝血系统方面，兔模型显示出与人类最佳的可比性9,10,11,12。在兔的静脉囊动脉分叉模型中，将一个静脉囊缝合至通过显微外科技术在双侧颈总动脉（CCA）上创建的真实分叉处，以模拟动脉瘤13。然而，直到最近，兔的巨大动脉瘤尚无真实分叉模型。我们课题组于2016年首次发表了基于计算流体动力学和生物力学测试的研究结果14。

由于巨大动脉瘤在人类治疗中属于难治性病变，而可靠的动物模型对其研究至关重要，因此我们提供了改进的巨型实验性动脉瘤制备技术的简要总结12,13。该方法的优势包括：(i) 较低的病死率和较高的动脉瘤通畅率14，在血流动力学和凝血系统方面与人类具有高度可比性9,10,11,12，且相较于犬类方法更具成本效益；(ii) 可构建真正分叉结构的巨型动脉瘤13；(iii) 通过计算流体动力学证实所构建动脉瘤具有良好的血流动力学可比性14；以及 (iv) 高长期通畅率15。

方案

动物实验已获得本研究所在机构动物伦理委员会的批准。本动物模型采用新西兰白兔（2.5–5.5 kg）。

注意：我们创建兔静脉 pouch 真性动脉分叉动脉瘤的标准技术已于2011年发表，针对巨大动脉瘤的改良方法于2016年发表12,13。本文总结了这些技术，并重点说明了巨大动脉瘤改良过程中的关键步骤。

1. 术前阶段

  1. 注射氯胺酮（30 mg/kg）和赛拉嗪（6 mg/kg） 通过 经腰旁肌肉注射进行全身麻醉。随后对兔进行气管插管（导管直径：4 mm，长度：18 mm；该尺寸可能根据具体情况有所调整） 根据动物体型调整），并继续使用气体麻醉（2% 异氟烷）。每 15 分钟通过夹捏脚趾检测一次麻醉深度，并根据需要进行调整。
  2. 从下颌角至胸腔区域用电动剃须剪剃毛。使用氯己定或聚维酮碘溶液进行消毒，至少重复三轮，每轮后使用酒精脱碘。对手术区域进行铺巾。

2. 外科手术阶段 I

  1. 使用手术刀从下颌角沿中线向下至胸骨柄切开皮肤。在皮下组织进行钝性分离。
  2. 切换至手术显微镜。游离左侧颈外静脉一段无分支区域，长度为2-3 cm。反复滴加4%罂粟碱溶液以防止血管痉挛，必要时可选择性滴加5 mg/mL硫酸新霉素溶液以控制感染。
  3. proximal 和 distal 使用6-0不可吸收缝线结扎后，取下静脉段。将静脉段置于肝素化生理盐水溶液中（20 mL 0.9%生理盐水中含1,000 IU肝素及1 mL 4%盐酸罂粟碱）13。

3. 手术阶段II

  1. 通过从颈动脉分叉处向下解剖至其起始部位，制备两侧颈总动脉（CCA）。操作时需仔细观察供应喉部、气管及神经结构的内侧动脉分支。
  2. 静脉内注射 1,000 IU 肝素。
  3. 在右侧颈总动脉远端应用颞部显微外科夹。
  4. 在无名动脉干上方，使用6-0不可吸收聚丙烯缝线近端结扎并切断右侧颈总动脉。
  5. 使用无菌橡胶片（例如手套材料） 作为衬垫以辅助操作。用解剖显微镊和显微剪剥离两根血管吻合部位的外膜。在远端和近端分别夹闭左侧颈总动脉的吻合部位13。

4. 外科手术 III 期

  1. 根据计划与右侧颈总动脉（CCA）和静脉袋进行吻合的大小，在左侧颈总动脉上做动脉切开。通过同侧颈总动脉的直径（约 2 mm）以及计划中动脉瘤颈部的大小来确定动脉切开的长度。
    注意：该通用动脉瘤模型可实现的动脉瘤大小和瘤颈大小具有一定的灵活性。最小尺寸不应小于 3 mm，最大可达约 15 mm。
  2. 用肝素化生理盐水（约 5 mL）清洗动脉瘤部位。使用四到五根不可吸收的 10-0 单股缝线，将右侧颈总动脉残端的后半周与前述左侧颈总动脉的动脉切口缝合。
  3. 将右侧颈总动脉残端纵向切开，长度为 1–1.5 cm。使用 10-0 缝线将静脉袋的后部与左侧颈总动脉的动脉切口进行吻合。然后，用三到四根缝线将静脉袋的后侧与右侧颈总动脉的后壁缝合。
  4. 以前述相同顺序缝合前侧吻合口。
  5. 松开右侧颈总动脉上的临时夹。通常，吻合口会渗漏。可利用此渗漏冲洗出空气和血凝块。
  6. 用手术入路区域皮下组织获取的脂肪和纤维蛋白胶封闭吻合口。
  7. 使用 4-0 不可吸收缝线缝合筋膜。使用 4-0 可吸收缝线进行皮肤切口的关闭13。

5. 术后阶段

  1. 静脉注射乙酰水杨酸，剂量为 10 mg/kg。
  2. 术后镇痛通过在剃毛区域贴敷芬太尼透皮贴剂（12.5 µg/h）持续 3 天实现13. 
    注意： 请咨询机构兽医以确定合适的
    镇痛方案。
  3. 术后抗凝通过每日皮下注射低分子肝素，剂量为 100 IU/kg，持续 2 周。

结果

2011年，我们发表了一种改良的静脉 pouch 动脉分叉模型技术，用于在兔子体内构建动脉瘤16。动脉瘤平均长度为7.9 mm，平均瘤颈宽度为4.1 mm。通过使用间断缝合和强化抗凝治疗，我们在16个动脉瘤中实现了0%的死亡率，并保持了14个动脉瘤的通畅性。随后，该技术被改进用于构建巨大动脉瘤，并于2016年进行了计算流体动力学分析和生物力学测试14。在本研究中，麻醉管理方式也由使用通气面罩改为气管插管，原因是具备了一位经验丰富的兽医。这在我们的经验中是一个关键步骤，因为兔的气管插管操作困难，可能导致较高的术前死亡率。此外，术后低分子肝素抗凝剂量从250 IU/kg减少至100 IU/kg。采用这一方案后，我们在12个动脉瘤中实现了0%的死亡率，并保持了11个动脉瘤的通畅性。动脉瘤长度为21.5–25.6 mm，瘤颈宽度为7.3–9.8 mm。本研究的详细结果见表1。此外，这些动脉瘤还被用于评估血管内介入装置。在动脉瘤取出后，支架辅助栓塞的巨大动脉瘤图像见图1。

胚胎发育阶段示意图；胚胎发生过程；解剖标注。
图 1：动脉瘤取出术后支架辅助栓塞的巨大动脉瘤照片。 1 左侧颈总动脉，支架植入的载瘤动脉；2 右侧颈总动脉，载瘤动脉；+ 栓塞后的动脉瘤囊。 请点击此处查看该图的放大版本。

动脉瘤编号通畅性载瘤动脉直径 [mm]长度 [mm]瘤颈宽度 [mm]瘤顶宽度 [mm]纵横比 [-]
2否 ----------
1是2.423.47.79.93
3是2.225.18.710.32.9
4是2.523.59.810.62.4
5是2.824.88.69.82.9
6是2.521.59.89.32.2
7是2.224.27.910.53.1
8是2.325.69.310.22.8
9是2.422.17.3103
10是2.225.68.99.72.9
11是2.323.49.711.12.4 

表1：用于计算流体动力学和生物力学测试的动脉瘤数据。展示了2016年创建的11个动脉瘤的更新且详细的结果。本表改编自Sherif等人的研究14。

讨论

为确保上述方案的可重复性，有几个关键步骤需要注意。必须仔细清除吻合部位具有血栓形成倾向的外膜周围组织13。应确保吻合无张力，并尽可能减少缝线数量。对于巨大动脉瘤，应从吻合口的后壁开始操作，与既往提出的方法相比，这有助于更清晰地观察并更好地控制最具挑战性的缝合步骤17,18,19。

与普通大小的动脉瘤不同，静脉囊获取的关键在于精细制备一段2-3厘米长的静脉。必须仔细解剖颈外静脉的所有细小侧支，以便安全地进行结扎。在缝合吻合口时，应将单根缝线的末端留得稍长一些，避免直接接触血管。仅用镊子夹持这些游离的缝线末端来移动动脉瘤复合体。这一技术细节有助于实现血管的“无触碰”技术，这是血管显微外科中的一般原则。与普通大小的动脉瘤相比，另一个挑战是巨大动脉瘤囊会阻碍对血管动脉瘤复合体背面的视野，从而导致吻合口后方操作的技术难度增加。完成吻合后，由于巨大动脉瘤囊内血栓形成的可能性较高，需要更长时间的冲洗。应警惕渗漏的发生，因为这种情况非常常见。如果脂肪垫无法完全封闭渗漏，则需追加缝合。

局限性在于使用颅外动脉瘤作为颅内病变的模型。此外，该方案的成功实施需要较高的显微外科技术要求以及设备完善的实验室。同时，兔子是较为敏感的动物，良好的动物饲养条件对存活率至关重要。

本研究所提出的模型相较于目前广泛使用的模型具有多项优势。当前应用最广泛的脑动脉瘤模型是弹性蛋白酶模型。然而，该模型尚未进行动脉瘤壁力学特性的生物力学测试，因此其与人类病理条件的生物力学可比性尚不明确。相反，本研究所提出模型已具备生物力学测试数据，显示其与人类病理条件具有良好的可比性14。该模型相较于弹性蛋白酶模型的另一显著优势在于其真实的分叉部位血流动力学特征18。本模型构建于人工真实分叉结构中，而弹性蛋白酶消化所形成的动脉瘤囊则位于颈总动脉的盲端，仅在一定程度上模拟侧壁型几何结构。

截至目前，几乎还没有其他可用的巨大动脉瘤模型。然而，这些模型对于评估新型血管内介入器械至关重要。查阅文献仅发现一种用于巨大分叉动脉瘤的犬模型20。然而，犬的血流动力学和凝血系统与人类存在显著差异，而兔模型在与人类的可比性方面已显示出其优越性14。

用于动脉瘤治疗的新型血管内装置通常在兔模型中进行测试。我们先前发表的静脉囊分叉动脉瘤 模型已被用于此类装置的CE和FDA批准3,18。然而，直到最近，尚无可靠且可比的兔体巨大动脉瘤动物模型。在人类中，巨大动脉瘤在血管内治疗后具有最高的再通率和迟发性破裂风险。因此，迫切需要开发新的血管内装置，产业界也提出了建立兔巨大动脉瘤模型的需求。另一个应用是利用高场强磁共振成像评估动脉瘤壁，旨在识别潜在的破裂风险因素，例如动脉瘤壁直径或对比增强特征22。此外，还需要长期研究以评估该动脉瘤模型随时间推移的通畅性，以及研究其在使用血流导向支架和囊内血流分流装置时的动脉瘤行为。

披露

作者没有相关财务或非财务利益需要披露。

致谢

我们感谢国际显微外科工作坊的多位主任教授 Heber Ferraz Leite，感谢他开放且富有价值的教学理念。

我们感谢奥地利克雷姆斯健康科学卡尔·兰德施泰纳大学开放获取出版基金对本研究的支持。本研究由维也纳市长科学基金资助。本出版物的费用由奥地利克雷姆斯健康科学卡尔·兰德施泰纳大学开放获取出版基金承担。资助机构在研究设计、数据收集、分析与解释以及论文撰写过程中均未发挥任何作用。

材料

本文使用的材料清单
姓名公司目录编号评论
0.9% 生理盐水任意通用品牌
4% 盐酸罂粟碱任意通用品牌
Ethilon 10-0 单股不可吸收缝线 Ethicon Inc2814锥形针头
Evicel 生物胶 Ethicon Biosurgery Inc.3901
芬太尼透皮贴剂 12.5 μg/h任意通用品牌
肝素任意通用品牌
氯胺酮 50 mg/mL任意通用品牌
硫酸新霉素 5 mg/mL任意通用品牌
Vicryl 4-0 多股可吸收缝线 Ethicon IncJ386H
赛拉嗪 20 mg/mL任意通用品牌

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