【综述】经股动脉入路颈动脉支架置入术中导引导管支撑力的影响机制研究进展

摘要:颈动脉粥样硬化是造成颈动脉狭窄的主要病因,由于颈动脉粥样硬化性狭窄造成卒中的比例约占卒中病因发生率的25%,几项大型的随机对照试验结果表明,颈动脉支架置入术在颈动脉狭窄治疗中安全､有效,并使之成为颈动脉内膜切除术的代替疗法｡在颈动脉支架置入术中,导引导管的支撑力对于维持输送系统的稳定以保证介入材料通过,以及颈动脉支架释放至关重要,但可检索到的关于导引导管支撑力的形成及其影响机制的相关研究较少｡本文拟对目前已有导引导管支撑力的相关研究进汇总,对经股动脉入路颈动脉支架置入术中导引导管支撑力的影响机制进行归纳总结｡

颈动脉粥样硬化性狭窄是造成缺血性卒中的主要病因,占缺血性卒中病因的10% ~ 25%｡颈动脉狭窄常见于颈内动脉与颈外动脉分叉处,目前可采用的治疗方式包括内科药物治疗､颈动脉内膜切除术(carotid endarterectomy,CEA)以及颈动脉支架置入术(carotid angioplasty and stenting,CAS)｡一系列大型､随机试验如有症状的重度颈动脉狭窄患者的动脉内膜切除术与血管成形术试验(endarterectomy versus angioplasty in patients with symptomatic severe carotid stenosis,EVA-3S)､支架保护血管成形术与颈动脉内膜切除术试验(stent-protected angioplasty versus carotid endarterectomy,SPACE)､国际颈动脉支架置入术研究(international carotid stenting study,ICSS)证实了CAS 在颈动脉狭窄治疗中的有效性､安全性,因此,CAS被美国颈动脉和椎动脉疾病治疗指南推荐为CEA的替代疗法｡

在CAS中,由于股动脉具有较大的血管内径且路径上的血管弯曲较少,因此临床将其作为CAS的首选入路｡但在许多患者中存在血管形态不良及血管病变如部分Ⅱ型主动脉弓､Ⅲ型主动脉弓及牛角弓以及起源于主动脉弓上的血管包括无名动脉､左颈总动脉主干狭窄率> 50%或血管形态迂曲｡上述血管变化可导致导引导管到位困难或稳定性不足,而出现导引导管不稳定的问题,本质是导引导管支撑力弱化的表现,笔者就经股动脉入路CAS中导引导管支撑力的影响机制研究进展进行综述｡

1 导引导管支撑力的相关概念

CAS大致可分为3 个步骤,即导引导管的选择性插管､目标血管和介入材料的输送到位以及最后球囊的扩张和后续支架的释放｡经股动脉入路CAS中,导引导管出现支撑力弱化常发生于支架通过导引导管越过主动脉弓这段路径上,常导致到位后的导引导管无法建立稳定的输送系统导引支架到位｡

出现上述情况的原因是由于弓型的变化,导致支架通过的路径上出现了不同程度的弯曲｡支架通过弯曲导致了导引导管支撑力的弱化｡

目前能检索到神经介入领域导管支撑力的研究较少,现有资料主要来源于冠状动脉介入的研究｡目前尚无关于导管支撑力的一个明确定义,但根据文献可以大致归纳为,导引导管的支撑力指在介入手术中,导引导管在输送介入器材的过程中仍能在血管内保持一定形态及特定位置的一种能力｡支撑力主要由导管本身的物理性能以及导引导管与其接触的血管壁之间的反作用力和导引导管内输送材料对导管的作用力的合力所构成｡支撑力在介入材料输送过程中主要起到防止导管发生变形､侧方移位,及维持支架输送系统稳定性的作用｡

2 影响导引导管支撑力的因素分析

在CAS中可对导引导管的支撑力产生影响的因素包括导引导管本身､导引导管与血管侧壁的关系以及导管内输送的介入材料3个方面｡

2. 1 导引导管

导引导管内部由金属丝编织而成,其物理性能包括顺应性､抗折性､扭控性几个方面｡其中能够对抗导管变形的力主要由导管内部金属丝的粗细､密度及编织方法所决定｡通常粗导管较细导管有着更粗的金属编织丝,在有着相似编织方法及密度的情况下,导引导管的支撑力会随着导管直径的增加而增加｡Takeshita 等在体外模拟血管实验中分别测量5､6､7､8 F的导引导管的直径大小和支撑力,5 F导引导管(外径:1. 67 mm;内径:1. 40 mm)支撑力为0. 78 N(范围:0. 78 ~ 0. 83 N),6 F导引导管(外径:2. 00 mm;内径:1. 75 mm)支撑力为1. 10 N(范围:1. 06 ~ 1. 13 N),7 F导引导管(外径:2. 30 mm;内径:2. 00 mm)支撑力为2. 05 N(范围:2. 00 ~2. 08 N),8 F导引导管(外径:2. 70 mm;内径:2. 20 mm)支撑力为2. 65 N (范围:2. 65 ~ 2. 69 N)｡研究结果显示,导引导管支撑力随着其直径的增加而增加｡5､6 F导引导管虽然外径仅差1 个F(0. 33 mm),但6 F 的导管支撑力较5 F 导管支撑力增加了约40%;6 F导管直径和7 F导管直径仅差1 个F,但7 F的导管支撑力较6 F导管增加了约90%,这表明导引导管的支撑力随着其外径及壁厚度的增加而增加｡此外,导引导管外径增加的同时,其内径也变大,可减少输送材料与导引导管之间的摩擦力,更有利于介入材料的输送,但理论上导引导管直径越大,其顺应性也会越差,可降低其选择性插管的成功率,同时增加患者发生出血和血肿的风险｡

2. 2 导引导管与血管壁之间关系变化所带来的影响

来自冠状动脉的研究结果显示,导引导管在血管内会对与之接触的血管壁产生一个压力,相对应血管壁对导引导管产生一个反作用力｡这个力的大小归纳为公式如下:Fmax = k(cos θ′ + λ)/ cos θ(Fmax为导引导管支撑力,k为导管直径所决定的常数,θ′为接触点导管远端与血管壁构成的夹角,θ 为接触点导管近端与血管壁构成的夹角,λ为导管与血管壁之间的摩擦阻力)｡该研究结果显示,导引导管直径､导引导管与血管壁的接触面积､导引导管与血管壁形成的角度均是导引导管支撑力的影响因素｡(1)接触面积:导引导管进入血管后与血管壁产生接触并形成一定长度的平坦部分,导引导管与血管壁接触面积越大,其与血管壁之间的摩擦力(λ)越大,从而增加导引导管的支撑力｡Ikari等在体外模拟血管的研究中,通过控制导引导管与主动脉壁之间的平坦接触面积,在保持其他变量一致的情况下,测得导引导管与血管壁平坦接触的长度为15､25､35 mm时,导管所具备的支撑力逐渐增大｡(2)角度变化:在导引导管推送至主动脉弓,选择进入目标血管时,导引导管弯曲远端的外侧面与接触的血管壁形成一定的夹角(方向向下),此时血管壁给导引导管一定的力,这个力在方向上为指向目标血管的力F,在理论上,当夹角从锐角向直角变化时,导引导管远端的支撑力逐渐增大(但实际上夹角一般不会≥90°)｡由上可见,导引导管与血管壁形成的角度在90°以内变化可以影响导管支撑力的大小｡

2. 3 介入材料带来的影响

CAS中输送的介入材料包括微导丝､血栓远端保护装置以及颈动脉支架｡微导丝是由一根坚硬的轴心钢丝外面紧密缠绕弹簧圈组成,临床使用中观察到,由于微导丝直径较小(直径= 0.356 mm),微导丝只能起到引导作用,对支撑力的加强作用并不大｡血栓远端保护装置,即“保护伞”,由刚性结构的轴和滤网组成,但由于轴与微导丝相似,因此其并不具备影响导管支撑力的能力｡颈动脉支架为合金材料所制,是强有力的刚性结构,且相对于导引导管,其顺应性较差,由此减弱了导引导管的支撑力,尤其在走形于变异的主动脉弓中,因而成为影响导引导管支撑力的主要绝对性因素｡理论上支架在导引导管内输送过程中受到的力主要是由后向前的推力及介入材料与导引导管之间向后的摩擦阻力(患者平卧状态下介入材料受到的重力较小,可以忽略)所组成｡当导引导管处于一条直线上时,支架不会对其侧壁产生压力｡而当导引导管处于弯曲状态时,支架通过弯曲时对弯曲的导管侧壁产生推顶的力,该力导致导引导管向侧方移位,使导管在原有的形状上发生变形,或从固定的位置上脱垂入主动脉弓,致支架无法到位｡而要使支架沿弯曲的导引导管发生曲线运动,则需要一个从侧方施加的力｡由于支架本身的金属记忆,支架弯曲所需的力与弯曲的角度相关｡随着血管弯曲角度的增加,支架需要通过弯曲所需的力也不断增加,因此造成了导引导管支撑力的相对弱化｡

2. 4 支架对支撑力的影响

作为血管内置入异物,支架需要满足生物相容性､纵向柔韧性､明显的可视性､足够的径向支撑力等特性｡支架的材料､设计方式､制成工艺对支架本身的特性有着决定性影响,从而在输送过程中间接影响导引导管的支撑力｡

2. 4. 1 材料分类:支架按材料组成分为金属裸支架､覆膜支架､药物涂层支架及可降解支架｡支架材料对导引导管支撑力的影响主要在于抗弯刚度和纵向柔韧性｡抗弯刚度可以保证其在血管内不易弯折,同时提供更好的径向支撑力｡目前颈动脉支架多采用合金材料以加强抗弯刚度,如镍钛合金,材料的抗弯刚度通常是由材料本身属性所决定｡镍钛合金材料所制成的支架可以保证在抗弯刚性和径向支撑力的同时,导引导管内又有足够的纵向柔韧性｡纵向柔韧性是允许支架在受到外力作用下能产生一定弯曲的特性,该特征可使支架本身在导引导管内穿过曲折的血管,同时顺应血管的弯曲形状｡支架通过弯曲所需要的力不会超过导引导管所提供的支撑力,从而使导引导管保持相对稳定的状态｡但抗弯刚度与纵向柔韧性两者性质相反,目前的支架材料无法同时兼顾两者｡改善支架对导引导管支撑力弱化的关键在于平衡支架材料的抗弯刚度和纵向柔韧性,不同的材料的两种属性相差甚远,目前对于裸支架､覆膜支架､药物涂层支架及可降解支架的材料之间两种特性的对比研究较少,缺乏相应数据｡

2. 4. 2 制作工艺分类:CAS 一般选用自膨胀式支架,此类支架具有顺应性佳､径向支撑力大､贴壁性强等优点,更能适应颈动脉结构与血流动力学相关改变｡此类支架有两种制作工艺,一种是由合金编制的金属网线型支架,此类支架外径较小,可以适应大部分导引导管的输送,且顺应性较好,但金属网线结构的支架在释放过程中容易发生纵向回缩,且径向支撑力较弱,当血管形态发生变化时,支架远端也极易发生变形､扭曲甚至塌陷｡另一种是由一体化激光切割雕刻镍钛合金材料制成,其具备更好的径向支持力,更适合用于复杂变异的弯曲血管,但该类型支架顺应性较差｡

2. 4. 3 开环设计和闭环设计:闭环设计是指支架每个节段与节段之间都是通过连接桥连接而成,由一体化切割(如Boston公司的Nexstent支架)和激光雕刻(如雅培公司的Xact颈动脉支架)两种制成工艺｡闭环设计的优点是刚性大､径向支撑力较为良好,其缺点是柔韧性欠佳以及贴壁性能不良,在弯曲血管中可能容易发生扭结或展开不完全｡开环设计是指支架节段与节段之间通过若干个连接桥连接而成,如Abbott公司的Acculink颈动脉支架､Coridis公司的Precise 支架｡支架的开放式设计符合复杂的血管解剖结构,避免了闭环式支架在弯曲血管内发生椭圆变形,并提供了更好的血管贴壁性｡其缺点是径向支撑力较小｡理论上,开环结构会增加破碎斑块在支架展开､扩张后及CAS后通过支架间隙挤压发生逃逸的风险｡当然,在大多数CAS中,最佳颈动脉支架的选择通常基于动脉解剖结构,并在较小程度上基于病变的形态｡当治疗弯曲的血管时,具有柔韧性和顺应性开环结构的支架可能是优选的｡对于疑似具有高栓塞可能性的病变,可以使用闭环式支架进行治疗｡但是Faateh等对闭环式与开环式支架CAS后卒中发生率和病死率比较发现,两者差异均无统计学意义[卒中:1 . 8 %(25 / 1 384)比2 . 4 %(31 / 1 287),P = 0 . 28;病死率:1 . 8 % (25 / 1 384)比1. 4%(18 / 1 287),P = 0. 40]｡

2. 4. 4 支架形态:此外,支架还可以根据释放后的形态分为锥形和直形支架｡锥形支架自近端到远端的直径逐渐减小,以Acculink 和Xact 支架(Abbott Vascular,Abbott Park,IL,USA)为代表;另一种为以Wallstent(Boston Scientific, Natick Massachusetts)为代表的直形支架,该类型支架口径上下相同｡直形支架具有在颈动脉窦和颈内动脉分叉处径向扩张度更大的优点,但Shen等发现,直形支架会导致血流动力学改变从而致支架置入后支架再狭窄｡Liu等的一项前瞻性研究调查结果显示,术后短期(术后30 d及6个月),直形支架与锥形支架两组卒中发生率差异均无统计学意义[术后30 d:3%(2 / 74)比3%(2 / 72),P = 0. 63;术后6 个月:5%(4 / 74)比4%(3 / 72),P = 0. 97],术后6 个月内均未发现CAS相关性死亡;术后6个月时血流动力学抑制发生率差异有统计学意义[直形比锥形:51%(38 / 74)比35%(25 / 72),P = 0. 04],再狭窄发生率相似[直形比锥形:4%(3 / 74)比1%(1 / 72),P =0.63],且所有发生再狭窄血管均为中度狭窄(狭窄率:50% ~ 70%)｡这两种形态支架对导引导管支撑力影响的对比研究未见报道｡

3 总结

导引导管支撑力的影响因素是多方面的,综合上文所述,导引导管本身直径的增加会使其支撑力加强,导管与血管壁的接触面积增加及形成角度增大也会使支撑力加强;微导丝及血栓远端保护装置可以增加导引导管的支撑力,但是对于支撑力的强化并未有决定性作用,而支架是具有一定长度的金属材料,需要在保持刚性的同时兼顾柔韧性,支架的抗弯刚性所产生的力与导引导管的支撑力相作用,在减弱导管的支撑力方面起主要作用｡

4 展望

深入研究CAS 中弱化导引导管支撑力的影响机制并探寻其解决方案,为降低手术难度及手术风险提供了保障｡该研究需要联合材料学､物理学､流体力学等相关领域,形成交叉学科,对于研究者具有较大的挑战｡但相关的基础研究能形成我国具有自主产权的数据积累,从而为神经介入材料的国产化及医疗费用降低提供必要的知识储备｡