2021年08月27日发布 | 3251阅读

脑血管畸形(AVM&DAVF)的栓塞材料进展及概况

王婷

四川大学华西医院

张昌伟

四川大学华西医院

许奕

海军军医大学附属长海医院

达人收藏

DAVF与AVM的形成机制不同,与其他治疗方式比,介入栓塞治愈率高、并发症率低,对大多数DAVF而言,介入栓塞常作为首选。


——摘自文章章节

【REF:Vollherbst DF, et al.Clin Neuroradiol. 2021; doi:10.1007/s00062-021-01066-6】



研究背景



目前对于AVM的治疗多采用联合治疗的方式,如外科切除、介入栓塞、伽马刀治疗等多种方式联合以最终达到消除病变或高危因素的目的;但介入栓塞通常作为首次采用的治疗方式。而DAVF与AVM的形成机制不同,与其他治疗方式比,介入栓塞治愈率高、并发症率低,对大多数DAVF而言,介入栓塞常作为首选。



研究方法


目前几乎所有用于脑血管畸形介入栓塞的栓塞剂均为液体,早年有栓塞颗粒,如PVA(聚乙烯醇)颗粒,但是其复发率高,几近淘汰。有时栓塞过程中应用压力锅技术或者需要闭塞部分静脉结构时,可以使用弹簧圈辅助栓塞。目前市面上的液体栓塞剂主要为两类:黏附型栓塞剂,主要成分为氰基丙烯酸酯及其衍生物,特点类似胶水(俗称胶水);非粘附型栓塞剂,主要成分为乙烯醇聚合物,其特点是类似熔岩。


黏附型栓塞剂介绍

外观如图1


图1. 化学式(a),宏观外观(b)和氰基丙烯酸酯注射准备(c)。注入生理盐水后,n-BCA(b显示的是蓝色可视的Histoacryl)以液滴的形式散开,共聚物立即开始聚合,氰基丙烯酸酯封装在小塑料瓶中(c显示的是Glubran 2)。在容器中与碘化油手动混合,用葡萄糖溶液冲洗微导管后,氰基丙烯酸酯-碘化油混合物才可以进行注射。


栓塞原理:液态时,氰基丙烯酸酯由单体分子组成,在血液(特别是氢氧根离子)的存在下,迅速发生放热的链式聚合反应,温度上升到80-90℃,形成一种粘性材料,将血管堵塞。在化学上,氰基丙烯酸酯类栓塞剂由氰基丙烯酸酯分子组成,只是在烷基链的长度上有所不同。


氰基丙烯酸酯在医学上的第一个应用领域是伤口封闭。最早用于血管内栓塞的是异丁基-2氰基丙烯酸酯(IBCA;Ethicon,Somerville,MA,USA),也称白丙烯酸酯,于20世纪80年代末被淘汰,由氰基丙烯酸丁酯(nBCA)取代,生产商B.Braun(Melsungen,Germany),产品名Histoacryl。虽然Histoacryl 40多年来广泛用于血管内栓塞,但并未获得官方批准,由此开发出了新的氰基丙烯酸酯栓塞剂。


Glubran 2(GEMSRL,Viareggio,Italy)是由nBCA和甲基丙烯酰砜(MS)组成,MS可将聚合温度降低至45℃左右,以减少炎症和细胞毒性效应,同时能够延长聚合时间,达到延长注射时间。一项纳入31例AVMs患者的临床研究表明,Glubran 2可用于AVMs的介入栓塞,完全闭塞率为87.1%,总体并发症发生率为19.4%,永久性功能神经损伤率为0%。


Magic glue(Balt,Montmorency,France),前称Purefill(Péters Surgical,Bobigny Cedex,France),是氰基丙烯酸正己酯(nHCA),根据两项临床前实验研究,具有与Histoacryl和Glubran 2相似的闭塞效果,同时粘合强度较低。可以长时间注射而不影响拔管;缺点是栓塞剂延迟移位的风险,这一点很少报道。


Trufill与Histoacryl非常相似,也是由nBCA组成,可与钽粉配套使用,增加其显影性。厂商推荐氰基丙烯酸酯浓度较高(>50%)时,建议添加0.5g钽粉。在最近发表的一项纳入251例AVM患者使用Trufill进行栓塞的研究中报道,总体并发症率(主要栓塞相关并发病率:7.2%)和死亡率(总体死亡率1.6%)都很低。


由2-氰基丙烯酸辛酯(OCA)和nBCA组成的Fuaile(福爱乐,北京,中国)是另一种用于血管内栓塞的栓塞剂,目前只供应国内。到目前为止,还没有关于福爱乐用于栓塞脑血管畸形的研究发表。


对于氰基丙烯酸酯类栓塞剂而言,本身并不显影,因此DSA下无法观察;因此不能单纯用氰基丙烯酸酯进行栓塞,需要与碘化油混合后使用。配合碘化油使用的另外一个原因是:降低聚合的速度。碘化油含量越高,混合物的聚合速度就越慢。具体多大浓度取决于微导管的位置、栓塞血管的直径、血流速度、注射时长。例如,对于流量较高的病变,浓度可高一点;微导管不能很好到位的情况下,可选择较低的浓度。对于添加少量碘化油的高浓度栓塞剂,还可以加入钽粉增加显影性。另外为了防止微导管内的聚合和随后的堵管,在注射之前,必须用5-10%的葡萄糖溶液充分冲洗微导管。


另外,使用氰基丙烯酸酯类栓塞剂,拔管需特别注意。尽量避免反流,反流距离和注射时间要严格控制,否则拔管风险会大大增加。在拔管这点,magic glue由于其粘合强度较低,可以降低拔管风险。


多年来,氰基丙烯酸酯是唯一可用于栓塞脑血管畸形的栓塞剂;因此,在非粘附性栓塞剂问世之前的大多数研究中,AVM完全栓塞往往不是血管内治疗的主要目的。Elsenousi等人在2014年发表的荟萃分析发现,使用氰基丙烯酸酯栓塞的永久性并发症率较低(神经系统不良后果:nBCA为5.2%,Onyx为6.8%),而Onyx的血管内治愈率更高(完全闭塞率:nBCA为13.7%,Onyx为30.5%)。现在虽然大多数介入医生使用Onyx或其他非粘附性栓塞剂治疗脑动静脉畸形,但氰基丙烯酸酯在某些情况下仍然有优势,如高流量病变的栓塞或一些特殊技术的运用,如压力锅技术,对于脊髓血管畸形的栓塞,氰基丙烯酸酯应用较为广泛。


对于DAVFs,与AVM栓塞类似,多年来氰基丙烯酸酯被有效和安全地用于DAVF的栓塞,研究报道其闭塞率在30%和71%之间。自Onyx问世以来,广泛应用于DAVF的栓塞治疗,,DAVF的治愈率大幅提高,文献报道在80%左右。


非粘附型栓塞剂介绍

外观如图2


图2. 化学式(a)、外观(b)和Onyx注射准备(c)。图a为EVOH共聚物的结构化学式。注入生理盐水后,Onyx像熔岩一样向外流动,同时由外向内凝固(b显示的是Onyx 18)。包装包括分别装有1.5mLOnyx和DMSO的小瓶,以及三个与DMSO兼容的注射器。


尽管Onyx、Squid和PHIL结构不同,但具有相似的栓塞特性,都是通过不断沉淀来闭塞血管,类似火山熔岩的凝固。凝固的原理是DMSO(一种溶剂,非粘附性栓塞剂的溶剂成分)在血液中逐渐消散。在注射栓塞剂之前,微导管必须用DMSO冲洗,以防止其在微导管内沉淀堵管(类似于使用氰基丙烯酸酯时用葡萄糖溶液冲管)。DMSO会对栓塞血管产生局部毒性作用,可能会导致血管痉挛、血管壁炎症或血管坏死。此外,在极少病例中,DMSO可能引起心动过缓或过速,这是由三叉神经心反射引起的。在冲管和栓塞过程中,缓慢注射可以降低这些影响。由于DMSO可以溶解普通注射器,所以只能使用抗DMSO溶解的导管和注射器。


虽然在注射氰基丙烯酸酯时,反流会增加拔管困难,但对于非粘附性栓塞剂,反流是栓塞技术的一部分,即塞子和推动技术。在注射中反流并在导管头端形成塞子,是有效弥散或完全栓塞AVM或DAVF的先决条件。但是反流往往很难控制,一旦反流过多,必须停止注射,等待后再次注射;否则反流过多可能误栓导致缺血事件发生。通常情况下,注射需要反复等待才能有效弥散进畸形团,但有时等待也不一定能达到想要的效果。如果微导管头端位置不好,无法有效弥散进畸形团,宁愿不栓塞,以防止因反流误栓所致缺血事件的发生。为了降低反流的风险,增加畸形团内的弥散,可以使用可解脱微导管,最常见的主要是Sonic(Balt)和Apollo(Medtronic),允许栓塞剂反流至解脱点;也可以使用高压锅技术,如用弹簧圈和氰基丙烯酸酯形成的塞子或双腔球囊导管。


目前已上市的最常用于脑血管畸形栓塞的非粘附性栓塞剂有Onyx(图2 Medtronic,Irvine,CA,USA)、Squid(Balt,Montmorency,France)和PHIL(图3 MicroVention,Aliso Viejo,CA,USA)。在这三种栓塞剂中,只有Onyx获得了CE和FDA的批准,于欧美上市;而Squid和PHIL目前还没有在美国上市。


Onyx和Squid的组成成分相同,均由EVOH聚合物、钽粉和DMSO组成;使用方式类似,均需DMSO冲管,同时在使用前必须在摇床上震荡至少20分钟,以确保钽粉微粒的均匀悬浮,达到均匀显影,二者的区别在于Squid内的钽粉微粒更小,可使后者显影更为均匀,长时间注射时显影更好。EVOH聚合物才是活性物质,在DMSO消散后会凝固;而含有EVOH的栓塞剂一个众所周知的缺点是在CT成像中会产生伪影,这些伪影可能导致术中或术后出血判断困难,以及增加伽马刀治疗的定位困难。


Onyx和Squid都有多种规格,Onyx有Onyx 18、Onyx 20和Onyx 34;Squid有Squid 12,Squid 12LD,Squid 18,Squid 18LD,Squid 34和Squid 34LD(数字均表示40°C时的粘度,单位为cps,数字越大代表粘度越大)。作为比较,纯nBCA的粘度约为10cps(添加碘化油会影响粘度)。EVOH/DMSO混合物的粘度与EVOH的浓度没有线性关系:如Onyx 18由6%的EVOH/94%的DMSO组成,Onyx 20由6.5%的EVOH/93.5%的DMSO组成,Onyx 34由8%的EVOH/92%的DMSO组成;高粘度版本通常用于迂曲增粗和高流量病变。


Squid的主要创新是超低粘度版本Squid 12/Squid12LD和低密度(LD)版本。超低粘度版本的EVOH浓度较低,可使其更易弥散。低密度版本的钽粉含量少了30%,虽然显影性有所降低,但栓塞特性与常规版本并无二异。这种改进的栓塞剂能够更好地评估已栓塞的AVM血管结构和注入的栓塞剂体积。较大的AVM和DAVFs部分栓塞后,其铸型往往不透线,会妨碍残余病变的显影。这种情况可以通过Squid的低密度版本(LD)得到改善。使用低密度版本有帮助区分哪部分栓塞剂是先前注射的,但到目前为止,还没有研究报道Squid LD版本的显影性方面的优势。


PHIL(图3)的成分与Onyx和Squid不同。它由两种共聚物(聚乳酸-共-乙二醇和聚羟乙基甲基丙烯酸酯)作为其活性成分和三碘苯酚(一种碘化合物)组成,后者与两种共聚物共价结合,使其显影。PHIL仍然使用DMSO作为溶剂。


图3. PHIL的化学式(a)、外观(b)和注射准备(c)。a显示了聚羟乙基甲基丙烯酸酯的结构化学式,以及与其共价结合的三碘苯酚。注入生理盐水后,PHIL会偏心地流动并凝固成柱状(这里显示的是PHIL 25%)。包装包括分别装有PHIL和DMSO的1.0ml注射器,以及注射器-导管接口适配器。


PHIL相对于Onyx和Squid的优点有:一、长时间手术中显影性比较稳定。因为其显影原理为共价结合的碘,不存在沉淀的问题,而Onyx和Squid由钽粉显影,其沉淀会干扰显影性。二、与Onyx和Squid相比,PHIL产生的伪影明显减少,对后续治疗更为有利。三、氰基丙烯酸酯必须与碘化油混合使用,Onyx和Squid在使用前必须震荡至少20分钟,而PHIL可以直接使用,使用前不需要摇晃或做其他准备,可以立即用于栓塞,在某些紧急情况下例如术中突发出血有一定优势。


PHIL有四种不同的规格:PHIL LV、PHIL 25%、PHIL 30%和PHIL 35%,其中PHIL 25%是标准低粘度版,PHIL LV是超低粘度版,数字代表共聚物的浓度。与超低粘度的Squid 12相似,PHIL LV旨在提高栓塞剂向AVM畸形团或DAVF瘘口的弥散。PHIL LV和PHIL 25%的区别在于聚合物链的长度,PHIL LV的聚合物链较短,所以其粘度较低。从技术上讲,PHIL 25%和PHIL LV的共聚物的浓度、相应的碘浓度、显影性都是一样的。


另外PHIL相对于Onyx和Squid在栓塞特性上有区别:PHIL呈柱状向前流动,而不像Onyx和Squid的类似熔岩硬化,从外向内沉淀。在Onyx和Squid栓塞过程中必须考虑到这点,因为在栓塞过程中影像上完全闭塞的血管可能并未完全堵死。栓塞后的血管壁可能只是粘附了一层,中心仍然可以流动,不了解这个特性可能导致某些病变不完全栓塞。


根据它们的组成和现有的数据,目前各种非粘附性栓塞剂彼此之间各有优势。Onyx的一个明显优势是拥有大量的科学数据和长期使用经验,而目前对Squid和PHIL的了解不够。有AVM样本量超过300例患者的单项研究和文献报道总数超过5000例患者的应用经验报道,以及DAVF样本量超过100例患者(单项研究)和文献报道总数超过400例患者经验报道,分析并证明了Onyx在这些疾病栓塞中的安全性和有效性。


上述所有栓塞剂均可引起栓塞区域的血管毒性和炎症反应。氰基丙烯酸酯毒性相对较高,因氰基丙烯酸酯凝固原理是放热的聚合反应,同时释放出高毒性成分,如乙酸丙烯酯和甲醛。而对于非粘附性性栓塞剂,其毒性作用通常较轻,主要其内含有的DMSO引起。围手术期使用抗炎药物,如皮质类固醇,可以防止或减少栓塞相关的炎症反应的发生。由于含有钽粉,Onyx和Squid在开放性手术中使用双极电凝时可能会引起危险,出现火花和燃烧。在氰基丙烯酸酯或PHIL使用过程中尚未发现此种情况。



研究结论


总之,目前各类栓塞剂都有各自的优缺点。相应的优点,特别是最近出现的新材料,需要在实验和临床试验中进一步探究。充分了解各种栓塞剂的特性至关重要,任何一种栓塞剂都不可能适用于所有疾病。如何选择最合适的栓塞剂,必须熟悉各种栓塞材料的特性、目标病变的解剖特征(例如:供血动脉大小、血流量、栓塞程度等)。



审稿点评


文章介绍了黏附型与非黏附型液态栓塞剂的栓塞原理、栓塞特性、规格型号、各自优缺点,使用注意事项及栓塞治疗的效果。作为术者,不仅需要熟悉目标病变的解剖特征,还需充分了解我们手上的“武器”,选择最合适的栓塞剂,才能使手术更加安全有效,尽可能减少产品相关并发症,如此,病人才能最大程度受益。


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