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小鼠Willis环右颈总动脉灌注Microfil成像研究

更新时间:2009-03-28

Willis环由两侧大脑前动脉起始段、两侧颈内动脉末端、两侧大脑后动脉借前、后交通动脉连通而成,其作用是调节血液分配,维持脑营养和功能活动。Willis环是颅内动脉瘤和脑缺血好发部位,颅内动脉瘤尤其好发于Willis环动脉分叉部[1]。小鼠因体型小、便于操作、价格便宜、转基因种系多等优势常用于脑动脉瘤、脑缺血、阿尔兹海默症等[2-5]模型的Willis环建模。通过小鼠Willis环灌注成像了解其完整结构,可为小鼠脑动脉瘤和脑缺血模型提供有效的实验证据。目前Willis环灌注方法多通过小鼠心尖处(左心室)进行心脏灌注,应用不同灌注剂(混合或不混合染液),最后取脑观察Willis环。这些方法虽可观察到Willis环结构,但多不完整或充盈不良,对微小脑动脉瘤就更难以清晰显示。为解决这些问题,本实验通过小鼠右侧颈总动脉灌注对比剂Microfil显示Willis环,旨在评价其成像可行性和效果。

1 材料与方法

1.1 实验动物

清洁级C57BL/6小鼠20只(雄性,约14周龄,重约20 g)。本实验设施环境条件符合中国国家标准《实验动物环境及设施》(GB14925-2001)对屏障动物实验设施的有关标准,动物饲养管理和动物实验操作符合《上海市实验动物管理条例》等法规要求。所有小鼠经标准实验室饮食喂养。研究时间为2016年3月至2017年6月。

1.2 方法

小鼠肌内注射肝素(500 U/kg),30 min后肌内注射氯氨酮稀释液(1∶4)0.2 mL作麻醉;固定小鼠后解剖胸腔,依次自心尖灌注37℃0.9%氯化钠溶液10 mL、4%多聚甲醛溶液和2%戊二醛溶液混合液(1∶1)15 mL;显微镜下分离右侧颈总动脉,将24 g留置针从心尖插入右侧颈总动脉起始部或中段,连接注射器后30 min内匀速缓慢推注Microfil(MV-130∶稀释剂 ∶硬化剂=4∶5∶0.45)5 mL, 灌注操作示意图见图1;灌注后小鼠4℃过夜,从面部分离颅底骨后取脑,浸入4%甲醛中2~3 d,Stemi 508型和Axiocam 506 color型体视镜(德国Carl Zeiss公司)下观察。

1.3 评价

  

图1 小鼠灌注操作示意图

 

①24 g留置针自小鼠心尖插入右侧颈总动脉起始部或中段,未灌注Microfil;②未灌注Microfil时右侧颈总动脉局部示意图(箭头指向24 g留置针尖端);③24 g留置针自心尖插入右侧颈总动脉起始部或中段灌注Microfil;④灌注Microfil后右侧颈总动脉局部示意图(箭头指向24 g留置针尖端)

将体视镜下观察到的Willis环定义为3种状况:①完全充盈,即所有血管包括双侧颈内动脉、大脑中动脉和大脑前动脉充盈良好、灌注清晰,立体感强;②大部分充盈,即部分血管充盈良好、灌注清晰;③充盈不良,即仅有少部分血管充盈良好。

2 结果

通过小鼠右侧颈总动脉途径Microfil灌注Willis环成像技术建立的小鼠Willis环形态结构见图2。20只实验小鼠全部灌注成功,总灌注成功率为100%。其中完全充盈11只(55%),大部分充盈4只(20%),充盈不良5只(25%)。大体观察小鼠灌注后Willis环完整,染色血管显示清晰;体视镜下观察小鼠Willis环清晰、充盈、立体。

小鼠Willis环灌注前试验已有学者报道,但方法与本研究有所不同。Lee等[8]对小鼠皮下注射肝素再麻醉30 min后,先灌注温0.9%氯化钠溶液和2%戊二醛,再以持续100 mmHg(1 mmHg=0.133 kPa)压力向左心室灌注多聚甲醛固定血管,脑充盈后在55℃恒温箱过夜聚合,再浸入15%氢氧化钾溶液腐蚀,流水冲洗,浸入5%蚁酸15 min,冷冻干燥机中脱水48 h;脱水样本覆盖上离子涂层后于扫描电镜(韩国COXEM公司)下观察。此方法可观察到清晰的动脉图像,但灌注方法操作复杂,处理时间长,腐蚀剂存在一定危险性,且未经染色,观察效果欠佳。李广意等[9]在实验小鼠麻醉后,体视显微镜下向左心室灌注填充剂(过氯乙稀10 g、乙酸乙脂90 mL、邻苯二甲丁2.7 mL和红色油料适量按比例配制),再将小鼠头部分离并浸于盐酸,对颅骨进行腐蚀软化;待颅骨软化后用手术器械剥离,于体视镜下观察。此方法优点是所取Willis环完整,缺点是取脑操作复杂,需要盐酸反复腐蚀小鼠颅骨,还要再用器械修饰。Sugiyama等[10]在小鼠麻醉后左心室插管,先后注射0.9%氯化钠溶液2 mL和预先混有Mogul L碳黑50 μL的乳胶复合物0.5 mL进行灌注。

钻孔井口为1 m×1 m×20 mm钢板1块,预埋螺栓M20×630 mm 4套,20 mm肋板4块;钻孔井下托盘为1 m×1 m×10 mm钢板1块,4块300 mm×300 mm×12 mm四角托盘,17.8×8000 mm锚索4套。

3 讨论

  

图2 小鼠Willis环形态结构

 

①Willis环完全充盈;②Willis环大部分充盈

通过左心室进行心脏灌注,Willis环不易完全充盈。为解决这一问题,本实验在保留前实验优点基础上对某些步骤加以改进。首先,与之前学者研究的通过心尖-左心室-主动脉弓-头臂干-右侧颈总动脉-右侧颈内动脉-Willis环行心脏灌注途径不同,本实验经右侧颈总动脉-右侧颈内动脉-Willis环途径灌注,省去了心尖-左心室-主动脉弓-头臂干这一中间环节,使得灌注血管充盈度更好,Willis环动脉显像更加具有立体感。相比于其它研究者灌注后易于观察Willis环血管外径,本实验灌注后更易于观察Willis环血管内径,达到MRA观察效果。其次,本实验选择Microfil对比剂进行小鼠Willis环灌注。Microfil是由MV染剂、稀释剂、硬化剂按一定比例混合而成的复合物。在生理注射压力下灌注Microfil即能充满小鼠微血管,并使其不透明;Microfil具有微小收缩性,可完全填充血管,提高血管灌注连续性,保证灌注后微循环在观察时清晰生动;经Microfil灌注的组织颜色具有多样化,便于显微检查和摄片[11]。再次,小鼠经灌注后从面部分离颅底骨取脑,无需腐蚀取脑。经过改进后,操作步骤得以简化且更安全,试验用时相应缩短。

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相比大型动物,小型动物(如鼠科、兔等)更常用于动脉瘤和脑缺血建模试验[6]。其中鼠科动物体型小、价格便宜,且因转基因技术发展有着广泛种系,可进行复杂分子和细胞技术检测[7],故最常用于动脉瘤和脑缺血实验研究,而小鼠Willis环灌注常作为实验环节一部分。

实施本实验需注意:①Microfil浓度配比。硬化剂浓度过高可能在未完全灌注前Microfil先凝固,不能完成灌注,浓度过低则长时间灌注也不凝固,导致血管充盈不充分。②0.9%氯化钠溶液和固定剂推速可相对较快。Microfil灌注速度应缓慢匀速,流量过快可能造成小血管破裂,Willis环得不到完全灌注。但应注意Microfil要在30 min内灌注完成。

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本实验结论认为,通过小鼠右侧颈总动脉途径灌注Microfil显示Willis环方法简单、可行,不仅能使小鼠Willis环充盈良好,还能清晰显示其立体结构,具有MRA成像效果。

[参 考 文 献]

[1] Alfano JM,Kolega J,Natarajan SK,et al.Intracranial aneurysms occur more frequently at bifurcation sites that typically experience higher hemodynamic stresses[J].Neurosurgery, 2013, 73: 497-505.

[2] Nowicki KW,Hosaka K,Walch FJ,et al.M1 macrophages are required for murine cerebral aneurysm formation[J].J Neurointerv Surg,2018,10:93-97.

[3] Hecht N, Schneider UC, Czabanka M, et al.Endothelial progenitorcellsaugmentcollateralization and hemodynamic rescue in a model of chronic cerebral ischemia[J].J Cereb Blood Flow Metab,2014,34:1297-1305.

[4] Roher AE, Esh C, Kokjohn TA, et al.Circle of willis atherosclerosis is a risk factor for sporadic alzheimer's disease[J].Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2003, 23: 2055-2062.

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[6] 杨 飞,姜建威,王 鹏,等.新西兰大白兔脑血管造影:脑底动脉环的解剖与变异[J].介入放射学杂志,2013,22:216-218.

[7] Bouzeghrane F, Naggara O, Kallmes DF, et al.In vivo experimental intracranial aneurysm models:a systematic review[J].AJNR Am J Neuroradiol, 2010, 31: 418-423.

[8] Lee S, Kim IK, Ahn JS, et al.Deficiency of endotheliumspecific transcription factor Sox17 induces intracranial aneurysm[J].Circulation, 2015, 131: 995-1005.

[9] 李广意,邹柯杰,赵 娟,等.利用灌注技术观察昆明小鼠Willis环的形态结构[J].实验动物科学,2014,31:21-22.

[10] Sugiyama Y, Yagita Y, Oyama N, et al.Granulocyte colonystimulating factor enhances arteriogenesis and ameliorates cerebral damage in a mouse model of ischemic stroke[J].Stroke,2011,42:770-775.

[11] Zhu YQ, Dai DY, Xing HX, et al.Concomitant aneurysm detection in an intracranial dolichoectasia mouse model using a MicroFil polymer perfusion technique[J].J Neurointerv Surg,2017,9:783-786.

 
陈蓦,王武,李永东,李明华
《介入放射学杂志》 2018年第05期
《介入放射学杂志》2018年第05期文献

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