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Application for Cerebral autoregulation

脑血流自动调节应用

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脑血流自动调节:从理论到临床转化及检查流程的标准化

发布日期【2019-08-12】 已浏览【】次

摘自:中国卒中杂志 2019年3月 第14卷 第3期

作者:韩珂,胡汉华

【关键词】 脑血流自动调节;机制;评估方法;标准

脑血流(cerebral blood flow,CBF)存在于人脑中一个约600 km长,具备协同作用且相互连接的血管网内。在此血管网系统中,脑动脉、小动脉和毛细血管为大脑提供O2、能量和营养,而脑静脉将CO2和代谢废物从大脑中排出。脑几乎没有能量储备,必须通过血流持续供应O2和能量。
脑血管的适应性调节机制有助于保证脑在各种条件下均可获得充足且适当的血液供应。包括:平均动脉血压(ar ter ial blood pressure,ABP)在一定范围内变动时,保持脑灌注稳定能力的CA;脑内动脉PaCO2/pH改变时,保持脑灌注稳定的血流动力学反应的脑血管运动(舒缩)反应性(cerebral vasomotorreactivity,VMR)。以上2种调节机制针对的是静息状态的脑血流调控。此外,细胞活性增加时,CBF通常也会增加,这是通过神经血管耦联(neurovascular coupling,NVC)调整脑灌注以适应大脑活动增强时细胞功能增加的高代谢需求,又被称为功能性充血,目前是一个比较活跃的研究领域。
上述3种脑血管的适应性调节机制均通过神经血管单元(neurovascular unit,NVU)起作用。传统NVU位于脑循环的末段,由小动脉、微血管、壁细胞如血管平滑肌细胞和周细胞、内皮细胞、星形胶质细胞、神经元及小静脉构成。上述结构不但在神经血管耦联中各司其职(如壁细胞具有收缩性,能够直接调控血管的直径和血流),而且与动脉、小动脉和脑微循环毛细血管段的神经元之间相互作用;同时通过介导脑血管扩张和收缩的细胞信号通路进而调控CBF使其增加和减少[1-3]。在许多神经系统疾病的早期阶段,当CBF调节的细胞和分子机制异常,CBF、O2输送和神经元活动不匹配,出现神经血管功能连接中断,神经血管将失耦联[4-5]。近年来,NVU的概念逐渐扩展为更大范围的“血管神经网络”[6 -8],包括在生理和病理条件下维持脑血流所需的全部细胞及结构,除了传统的毛细血管内皮细胞、周细胞和被星形细胞端足包裹的基底层、内皮细胞、神经元和星形胶质细胞,还包括平滑肌细胞、非毛细血管内皮细胞、血管周围神经、成纤维细胞、平滑肌祖细胞和免疫系统细胞及侧支血管、血管周围神经和静脉。正是依赖于这个血管神经网络的精细和复杂的协同合作,才实现了脑血流的
精确调控,支持了大脑正常的稳态和功能。
TCD可以同步动态监测颅内血管的血流速度(cerebral blood flow velocity,CBFV)。假设颅内血管的直径不变,血流速度可以代表脑血流。通过TCD监测颅内血管的血流速度,得以实现实时同步监测生理或病理条件下由外部或者内部刺激诱发的NVU的变化和反应,进而分析这些机制调控下的脑血流改变。
由于人体研究更适合阐述CA的机制,本文结合团队多年的临床研究积累的经验,主要关注的是人体CA的生理和临床转化应用,包括CA检查流程的的标准化。
1 脑血流自动调节的生理
CA的概念由Lassen等在1959年首次提出,是当ABP在60~150 mm Hg之间波动时,CBF保持稳定的能力。CA保护脑,避免低血压导致的脑灌注不足,或高血压导致的脑充血、过度灌注[9]。
CA的基础是通过小动脉和毛细血管括约肌调节脑血管的阻力(c e r eb r ov a s c u l a r resistance,CVR)。关于机制,主要是4种学
说,包括肌源性、神经源性、内皮性和代谢反应机制。肌源性张力是压力增高时小动脉及其平滑肌收缩,压力降低时舒张[10]。跨壁压力快速
变化(ΔP=10~25 mm Hg/s)将触发血管直径的即时变化[11]。跨壁刺激开始和血管机械应答开始之间的潜伏期通常<250 ms[12]。代谢机制发生在较小的血管,局部微环境的变化会影响血管舒缩反应,例如,低于自动调节下限的低血压导致了脑血流降低,进而导致CO2蓄积,由于调节存在则小血管扩张,PaCO2每增加1 mm Hg,脑血流增加近4%。相反,高于CA上限的高血压导致高灌注和CO2减少,相应地血管收缩,PaCO2每降低1 mm Hg,脑血流减少4%[13]。该反应已经被归因于脑血管平滑肌对H+的反应[14]。神经源性机制也被称为“神经血管耦联”,包括中、小直径血管的控制。神经元分泌具有血管活性的神经递质,如血管扩张剂乙酰唑胺、NO及血管收缩剂5-羟色胺和神经肽Y[15]。通过红外视频显微技术观察大鼠的神经元之间和邻近的微血管,发现微血管对神经元间去极化的反应是收缩[16]。内皮性机制是指内皮细胞产生了多种信号,如内皮细胞分泌血管扩张剂NO等,以及血管收缩剂如内皮素-1、血栓素A2等,影响正常和疾病状态下脑血管的张力[17]。
CA分为2种类型:静态的自动调节和动态的自动调节。sCA是调整脑血流适应在数分钟或者数小时内缓慢/渐进改变的血压,是在TCD技术应用临床之前,因无法实现同步,故记录的是滞后的数据。TCD问世后,由于具有高时间分辨率,可以实现即时同步,故dCA可以在数秒钟内对血压的即时变化做出反应,允许持续测量CA,实现对血流动力学的逐波分析。
CA及脑血流与昼夜、运动、强迫呼吸(伴随着动脉血PaCO2的变化)、体位和功能活动均有关,饮食、月经周期的激素改变、麻醉剂也是影响因素。所以,在队列研究(在相同条件下评估每例患者)或者个体前、后比较的纵断面研究中,进行CA实验时,必须要考虑这些波动因素的影响,以便实现标准化操作,提高该检查的可重复性及多中心之间比较结果。

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201903_脑血流自动调节_韩珂,胡汉华.pdf