从猕猴动脉硬化模型观察内囊供血动脉的改变
作者：李峰 邝国璧 丁贞佳 龙大宏 张红旗
单位：李峰(510089 广州市 中山医科大学解剖学教研室脑研究室)；邝国璧(510089 广州市 中山医科大学解剖学教研室脑研究室)；丁贞佳(510089 广州市 中山医科大学解剖学教研室脑研究室)；龙大宏(510089 广州市 中山医科大学解剖学教研室脑研究室)；张红旗(510089 广州市 中山医科大学解剖学教研室脑研究室)
关键词：脑动脉硬化；中央支；模型；电镜
中国临床解剖学杂志000230 【摘 要】目的：研究脑血管病的发病机理。方法：本实验用12只猕猴建立动脉硬化模型，用扫描、透射电镜观察内囊供血动脉超微结构的改变。结果：发现大脑中动脉中央支开口处有螺旋形瓣膜，且动脉硬化时极易受损。内皮呈现多处破溃脱落，血小板和单核细胞粘附在裸露的内皮下层形成血栓。中膜平滑肌向内皮下迁移，引起内膜肥厚，而中膜则出现局部平滑肌缺如。中膜还发现散在细胞坏死，尤其是靠近内弹力板处的坏死物向内膜排入，加剧了内膜的损害。中膜平滑肌合成大量细胞外基质(如胶质纤维)，使血管弹性降低。结论：中央支超微结构的改变可能是缺血性或出血性脑血管病的重要发病基础。
, 百拇医药
Observation the changes of arteries to capsula interna on macaque model of arteriosclerosis
Li Feng,Kuang Guobi,Ding Zhenjia,et al.
(Department of Anatomy,Sun Yat-sen University of Medical Science,Guangzhou 510089)
Abstract Objective:To study pathogenetic basis of cerebrovascular didease.Methods:Arteriosclerosis model was established on 12 macaques in this study.Ultrastructure changes of arteries to capsula interna were observe by scanning electron microscope and transmission electron microscope.Rusults:There exists helicoid valve at the beginning of central branch of Sylvian artery and it is easily injured when sclerosis happens.Endothelia damage included the endothelium ecclasis,monocyte and platelets adherence to from thombus at the exposed subendothelia layer.The endothelium pachynsis and local smooth muscle depletion was found because of the smooth muscle translation to subendothlial layer.Sporadic cell necrosis was found in middle membrane,and smooth muscle synthesized an amount of extracellular matrix which reduce the vessels' elasticity.Conclusions:Ultrastructure changes of central branch may be the important pathogenetic basis of ischemic or hemorrhagic cerebrovascular disease.
, http://www.100md.com
Key words Cerebral arteriosclerosis Central branch Model Electron microscope
脑血管病不仅具有高致死、致残率，而且给国家造成巨大的经济负担，因此研究脑血管病的发病机理一直是神经病学领域的热点。但早期的研究多采用脑血管病死亡病人的材料进行电镜观察，由于死亡细胞立即产生自溶，因而影响了超微结构的观察。近年来改用动脉硬化动物模型[1]，但由于选用低等动物，其血压、脂代谢和脑血管构筑等均与人类相距甚远，因而实验结果不理想[2]。本实验用在种系发生上与人类十分相近的灵长类动物猕猴建立动脉硬化模型，观察脑动脉(尤其是内囊供血动脉)结构的改变及其影响内囊血供的因素，为脑溢血的病理和防治提供依据。
1 材料和方法
1.1 动物分组
, http://www.100md.com
雄性猕猴12只(由华南濒危动物研究所提供)，年龄4～13岁，体重5.3～7.3kg，随机分为实验组和对照组，每组6只。对照组给予基础饲料。实验组用1%胆固醇、10%猪油和4%鸡蛋黄/日/只拌入饲料。全部动物分笼喂养，造型期17个月。
1.2 实验取材
用3%戊巴比妥钠(1mL/kg)腹腔注射麻醉动物，快速开胸，2%多聚甲醛+2.5戊二醛心内灌注固定，取胸腹主动脉，纵行切开观察有脂纹、脂斑形成后，开颅在手术显微镜下取双侧大脑前、中、后动脉，尤其是大脑中动脉中央支(供应内囊)。全部动脉经5%戊二醛和1.25%锇酸分别作前、后固定。一侧动脉按扫描电镜标本常规处理后，用扫描电镜观察；另一侧动脉用Epon812包埋后作超薄切片，切片经乙酸铀和枸橼酸铅染色，用透射电镜观察。
2 结果
2.1 对照组脑动脉扫描、透射电镜观察
, 百拇医药
扫描电镜可见中央支表面内膜完整，内皮细胞无损伤和脱落。透射电镜发现在内皮和内弹力板之间是电子密度较低的内皮下层。内弹力板较厚。中膜平滑肌平行紧密排列，可见大量肌丝和致密小体。
2.2 实验组脑动脉扫描、透射电镜观察
扫描电镜显示脑动脉内膜完整性普遍受到损害，尤其是大脑中动脉的中央支表面有多发性破溃，引起附壁血栓。中央支开口处有内皮形成的螺旋形瓣膜，有些中央支瓣膜受损，其深部的泡沫细胞钻出阻碍血流或梗塞管腔(图1)。透射电镜发现多处内皮细胞肿胀，核染色质溶解，甚至单个或数个内皮细胞坏死脱落，呈现剥脱性损伤。此时，内皮下层裸露，有单核细胞和血小板粘附。内皮下层增厚，含有许多从中膜迁入内皮下层的平滑肌细胞，少则2～3层，多则5～6层。这些平滑肌细胞失去正常平行排列，杂乱聚成一团，引起内膜局部肥厚。由于多处平滑肌细胞迁离中膜，使中膜出现许多“空隙”(平滑肌缺如区)，此区仅为结缔组织填充。中膜还出现多发性、散在平滑肌细胞坏死(图2)，这些坏死细胞碎块不在原处钙化或被吞噬细胞清除，而是突破内弹力板向内膜排放，使内膜聚积许多坏死物(图3)。
, 百拇医药
图1 中央支开口处瓣膜深部的泡沫细胞钻出(扫描电镜×1500)
图2 中膜靠近内弹力板处有大量坏死物(
)正向内膜排放(↑)。LEI内弹力板(透射电镜×3500)
图3 中膜平滑肌细胞坏死(↑)(透射电镜×3500)
3 讨论
内囊供血动脉——大脑中动脉中央支极其细小，因而研究较为困难，国内外至今尚缺少有关报道。近年来虽然医学影像学取得了长足的进展(如MR、Doppler等)，使这些小动脉的观察成为可能[3、4]，但功能状态下的观察结果无法证明血管表面或血管壁内发生的结构变化，因而有其局限性。以往的研究认为中央支易于破裂的原因可能是血液流变学决定的，因中央支以直角发自大脑中动脉起始段，这使管壁承受的血流压力增大，一遇某些诱因(如高血压)极易破裂出血[5]。但本实验在中央支开口处观察到有螺旋形的瓣膜，这说明血流方向在此发生了改变，血流压力可得到缓解，因而不能构成破裂出血的主要成因，而动脉硬化时这些瓣膜往往出现破损，瓣膜深部的泡沫细胞从破损处钻出，造成管腔狭窄，严重时甚至使血管完全梗塞，本文认为这可能是出血性或缺血性脑血管病发生的关键原因。内膜中另一个显著变化是中膜的平滑肌细胞往内膜迁入，并在内膜聚积，甚至达5～6层之多，推测这可能是脑动脉硬化的特征性改变之一，因为以往的研究认为内膜中少量的平滑肌细胞是伴随血管发育过程中逐步形成的[6]。但本实验却发现这种平滑肌细胞的迁称常常发生在内皮破损处，大量的平滑肌细胞突破内弹力板涌入内膜，使内膜局部增厚，而且在内皮破损处暴露于管腔表面与血液直接接触。正常情况下，血管内皮细胞作为管壁的屏障，可调节大分子物质(如脂质)进入血管壁，并有抗表面血栓形成的作用[7、8]。但直接暴露的平滑肌使血管失去了内皮表面的保护，而且可直接吞噬血浆脂质形成泡沫细胞，促进动脉粥样斑块的形成。中膜内由于这些平滑肌细胞的迁离，使管壁出现许多“空隙”，被结缔组织填充，这一改变可能会导致血管壁弹性下降，使血管更易破裂。不仅如此，中膜内还多处发生单个或数个平滑肌细胞坏死，这些坏死细胞不在原处钙化或被吞噬清除，反而跟随向内膜迁移的平滑肌进入内皮下层，使内膜中坏死物堆积，加重了内膜的损伤，这一现象目前尚未见报道。中膜细胞间隙内基质还明显减少，而胶原纤维却大量增加，使动脉管壁增厚变硬，进一步失去弹性。由此可见，在动脉硬化形成过程中，中央支无论从其开口处或管壁结构均发生了明显的改变，这种改变使血管表面缺损、管壁增厚、弹性降低，最终导致破裂。
, http://www.100md.com
本实验还观察了颅外动脉(主动脉、颈总动脉、椎动脉等)，均发现多处形成大面积粥样斑块或脂斑，但颅内动脉仅在Willis环处发现小脂斑，说明动脉硬化损伤时，颅内动脉轻于或迟于颅外动脉，究其原因，一方面可能是颅内动脉对动脉硬化诱发因素有较强的抵抗性[9、10]，另一方面可能是由于脑动脉的结构特点决定了如此特征性改变，但本文认为这些超微结构的改变已足以构成缺血性或出血性脑血管病的重要发病基础。
国家自然科学基金资助项目(A3870626)
参考文献
1，Kato H.Experimental cerebral atherosclerosis in the rabbit scanning electron micoroscopic study of the initial lesion site.Path Res Pract,1991,187:797
, 百拇医药
2，Weber G.Delayed experimental atherosclerosis involvement of cerebral arteries in monkeys and rabbits.Path Res Pract,1985,180:353
3，Griewing B.Power Doppler ultrasound examination of the intracerebral and extracerebral vasculature.J Neuroimaging,1996,6(1):32
4，Sugimori H.Can transcranial Doppler really detect reduced cerebral perfusion states?Stroke,1995,26(11):2053
5，Furst G.Selective MR angiography and intracranial collateral blood flow.J Comput Assist Tomogr,1993,17(2):178
, 百拇医药
6，韩仲岩，唐盛孟，石秉霞.实用脑血管病学.上海：上海科技出版社，1994.156～158
7，Yoo JH.Relation of plasma homocystine to cerebral infarction and cerebral atherosclerosis.Stroke,1998,29(12):2478
8，Kato H.Granule-laden perivascular cells observed in rabbits with experimental cerebral atherosclerosis.Angiology,1996,47(4):343
9，Bhagwati SN.Study of circle of Willis in 1021 consecutive autopsies:incidence of aneurysms,anatomical variation and atherosclerosis.Ann Acad Med Singapore,1993,22(3 Suppl):443
10，Yasaka M,Distribution of atherosclerosis and risk factors in atherothrombotic occlusion.Stroke,1993,24(2):206
(收稿：1999-07-15), 百拇医药
单位：李峰(510089 广州市 中山医科大学解剖学教研室脑研究室)；邝国璧(510089 广州市 中山医科大学解剖学教研室脑研究室)；丁贞佳(510089 广州市 中山医科大学解剖学教研室脑研究室)；龙大宏(510089 广州市 中山医科大学解剖学教研室脑研究室)；张红旗(510089 广州市 中山医科大学解剖学教研室脑研究室)
关键词：脑动脉硬化；中央支；模型；电镜
中国临床解剖学杂志000230 【摘 要】目的：研究脑血管病的发病机理。方法：本实验用12只猕猴建立动脉硬化模型，用扫描、透射电镜观察内囊供血动脉超微结构的改变。结果：发现大脑中动脉中央支开口处有螺旋形瓣膜，且动脉硬化时极易受损。内皮呈现多处破溃脱落，血小板和单核细胞粘附在裸露的内皮下层形成血栓。中膜平滑肌向内皮下迁移，引起内膜肥厚，而中膜则出现局部平滑肌缺如。中膜还发现散在细胞坏死，尤其是靠近内弹力板处的坏死物向内膜排入，加剧了内膜的损害。中膜平滑肌合成大量细胞外基质(如胶质纤维)，使血管弹性降低。结论：中央支超微结构的改变可能是缺血性或出血性脑血管病的重要发病基础。
, 百拇医药
Observation the changes of arteries to capsula interna on macaque model of arteriosclerosis
Li Feng,Kuang Guobi,Ding Zhenjia,et al.
(Department of Anatomy,Sun Yat-sen University of Medical Science,Guangzhou 510089)
Abstract Objective:To study pathogenetic basis of cerebrovascular didease.Methods:Arteriosclerosis model was established on 12 macaques in this study.Ultrastructure changes of arteries to capsula interna were observe by scanning electron microscope and transmission electron microscope.Rusults:There exists helicoid valve at the beginning of central branch of Sylvian artery and it is easily injured when sclerosis happens.Endothelia damage included the endothelium ecclasis,monocyte and platelets adherence to from thombus at the exposed subendothelia layer.The endothelium pachynsis and local smooth muscle depletion was found because of the smooth muscle translation to subendothlial layer.Sporadic cell necrosis was found in middle membrane,and smooth muscle synthesized an amount of extracellular matrix which reduce the vessels' elasticity.Conclusions:Ultrastructure changes of central branch may be the important pathogenetic basis of ischemic or hemorrhagic cerebrovascular disease.
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Key words Cerebral arteriosclerosis Central branch Model Electron microscope
脑血管病不仅具有高致死、致残率，而且给国家造成巨大的经济负担，因此研究脑血管病的发病机理一直是神经病学领域的热点。但早期的研究多采用脑血管病死亡病人的材料进行电镜观察，由于死亡细胞立即产生自溶，因而影响了超微结构的观察。近年来改用动脉硬化动物模型[1]，但由于选用低等动物，其血压、脂代谢和脑血管构筑等均与人类相距甚远，因而实验结果不理想[2]。本实验用在种系发生上与人类十分相近的灵长类动物猕猴建立动脉硬化模型，观察脑动脉(尤其是内囊供血动脉)结构的改变及其影响内囊血供的因素，为脑溢血的病理和防治提供依据。
1 材料和方法
1.1 动物分组
, http://www.100md.com
雄性猕猴12只(由华南濒危动物研究所提供)，年龄4～13岁，体重5.3～7.3kg，随机分为实验组和对照组，每组6只。对照组给予基础饲料。实验组用1%胆固醇、10%猪油和4%鸡蛋黄/日/只拌入饲料。全部动物分笼喂养，造型期17个月。
1.2 实验取材
用3%戊巴比妥钠(1mL/kg)腹腔注射麻醉动物，快速开胸，2%多聚甲醛+2.5戊二醛心内灌注固定，取胸腹主动脉，纵行切开观察有脂纹、脂斑形成后，开颅在手术显微镜下取双侧大脑前、中、后动脉，尤其是大脑中动脉中央支(供应内囊)。全部动脉经5%戊二醛和1.25%锇酸分别作前、后固定。一侧动脉按扫描电镜标本常规处理后，用扫描电镜观察；另一侧动脉用Epon812包埋后作超薄切片，切片经乙酸铀和枸橼酸铅染色，用透射电镜观察。
2 结果
2.1 对照组脑动脉扫描、透射电镜观察
, 百拇医药
扫描电镜可见中央支表面内膜完整，内皮细胞无损伤和脱落。透射电镜发现在内皮和内弹力板之间是电子密度较低的内皮下层。内弹力板较厚。中膜平滑肌平行紧密排列，可见大量肌丝和致密小体。
2.2 实验组脑动脉扫描、透射电镜观察
扫描电镜显示脑动脉内膜完整性普遍受到损害，尤其是大脑中动脉的中央支表面有多发性破溃，引起附壁血栓。中央支开口处有内皮形成的螺旋形瓣膜，有些中央支瓣膜受损，其深部的泡沫细胞钻出阻碍血流或梗塞管腔(图1)。透射电镜发现多处内皮细胞肿胀，核染色质溶解，甚至单个或数个内皮细胞坏死脱落，呈现剥脱性损伤。此时，内皮下层裸露，有单核细胞和血小板粘附。内皮下层增厚，含有许多从中膜迁入内皮下层的平滑肌细胞，少则2～3层，多则5～6层。这些平滑肌细胞失去正常平行排列，杂乱聚成一团，引起内膜局部肥厚。由于多处平滑肌细胞迁离中膜，使中膜出现许多“空隙”(平滑肌缺如区)，此区仅为结缔组织填充。中膜还出现多发性、散在平滑肌细胞坏死(图2)，这些坏死细胞碎块不在原处钙化或被吞噬细胞清除，而是突破内弹力板向内膜排放，使内膜聚积许多坏死物(图3)。
, 百拇医药
图1 中央支开口处瓣膜深部的泡沫细胞钻出(扫描电镜×1500)
图2 中膜靠近内弹力板处有大量坏死物(
)正向内膜排放(↑)。LEI内弹力板(透射电镜×3500)图3 中膜平滑肌细胞坏死(↑)(透射电镜×3500)
3 讨论
内囊供血动脉——大脑中动脉中央支极其细小，因而研究较为困难，国内外至今尚缺少有关报道。近年来虽然医学影像学取得了长足的进展(如MR、Doppler等)，使这些小动脉的观察成为可能[3、4]，但功能状态下的观察结果无法证明血管表面或血管壁内发生的结构变化，因而有其局限性。以往的研究认为中央支易于破裂的原因可能是血液流变学决定的，因中央支以直角发自大脑中动脉起始段，这使管壁承受的血流压力增大，一遇某些诱因(如高血压)极易破裂出血[5]。但本实验在中央支开口处观察到有螺旋形的瓣膜，这说明血流方向在此发生了改变，血流压力可得到缓解，因而不能构成破裂出血的主要成因，而动脉硬化时这些瓣膜往往出现破损，瓣膜深部的泡沫细胞从破损处钻出，造成管腔狭窄，严重时甚至使血管完全梗塞，本文认为这可能是出血性或缺血性脑血管病发生的关键原因。内膜中另一个显著变化是中膜的平滑肌细胞往内膜迁入，并在内膜聚积，甚至达5～6层之多，推测这可能是脑动脉硬化的特征性改变之一，因为以往的研究认为内膜中少量的平滑肌细胞是伴随血管发育过程中逐步形成的[6]。但本实验却发现这种平滑肌细胞的迁称常常发生在内皮破损处，大量的平滑肌细胞突破内弹力板涌入内膜，使内膜局部增厚，而且在内皮破损处暴露于管腔表面与血液直接接触。正常情况下，血管内皮细胞作为管壁的屏障，可调节大分子物质(如脂质)进入血管壁，并有抗表面血栓形成的作用[7、8]。但直接暴露的平滑肌使血管失去了内皮表面的保护，而且可直接吞噬血浆脂质形成泡沫细胞，促进动脉粥样斑块的形成。中膜内由于这些平滑肌细胞的迁离，使管壁出现许多“空隙”，被结缔组织填充，这一改变可能会导致血管壁弹性下降，使血管更易破裂。不仅如此，中膜内还多处发生单个或数个平滑肌细胞坏死，这些坏死细胞不在原处钙化或被吞噬清除，反而跟随向内膜迁移的平滑肌进入内皮下层，使内膜中坏死物堆积，加重了内膜的损伤，这一现象目前尚未见报道。中膜细胞间隙内基质还明显减少，而胶原纤维却大量增加，使动脉管壁增厚变硬，进一步失去弹性。由此可见，在动脉硬化形成过程中，中央支无论从其开口处或管壁结构均发生了明显的改变，这种改变使血管表面缺损、管壁增厚、弹性降低，最终导致破裂。
, http://www.100md.com
本实验还观察了颅外动脉(主动脉、颈总动脉、椎动脉等)，均发现多处形成大面积粥样斑块或脂斑，但颅内动脉仅在Willis环处发现小脂斑，说明动脉硬化损伤时，颅内动脉轻于或迟于颅外动脉，究其原因，一方面可能是颅内动脉对动脉硬化诱发因素有较强的抵抗性[9、10]，另一方面可能是由于脑动脉的结构特点决定了如此特征性改变，但本文认为这些超微结构的改变已足以构成缺血性或出血性脑血管病的重要发病基础。
国家自然科学基金资助项目(A3870626)
参考文献
1，Kato H.Experimental cerebral atherosclerosis in the rabbit scanning electron micoroscopic study of the initial lesion site.Path Res Pract,1991,187:797
, 百拇医药
2，Weber G.Delayed experimental atherosclerosis involvement of cerebral arteries in monkeys and rabbits.Path Res Pract,1985,180:353
3，Griewing B.Power Doppler ultrasound examination of the intracerebral and extracerebral vasculature.J Neuroimaging,1996,6(1):32
4，Sugimori H.Can transcranial Doppler really detect reduced cerebral perfusion states?Stroke,1995,26(11):2053
5，Furst G.Selective MR angiography and intracranial collateral blood flow.J Comput Assist Tomogr,1993,17(2):178
, 百拇医药
6，韩仲岩，唐盛孟，石秉霞.实用脑血管病学.上海：上海科技出版社，1994.156～158
7，Yoo JH.Relation of plasma homocystine to cerebral infarction and cerebral atherosclerosis.Stroke,1998,29(12):2478
8，Kato H.Granule-laden perivascular cells observed in rabbits with experimental cerebral atherosclerosis.Angiology,1996,47(4):343
9，Bhagwati SN.Study of circle of Willis in 1021 consecutive autopsies:incidence of aneurysms,anatomical variation and atherosclerosis.Ann Acad Med Singapore,1993,22(3 Suppl):443
10，Yasaka M,Distribution of atherosclerosis and risk factors in atherothrombotic occlusion.Stroke,1993,24(2):206
(收稿：1999-07-15), 百拇医药