CC BY
951
УДК 612.01+612.08
МОЗГОВОЕ КРОВООБРАЩЕНИЕ: ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ И СОВРЕМЕННЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Бабиянц А. Я., Хананашвили Я. А.
Ростовский государственный медицинский университет Россия, 344022, Ростов-на-Дону, пер. Нахичеванский, 29 [email protected]
Повышенный медико-биологический ннтерес к проблеме мозгового кровообращения обусловлен исключительной важностью кровоснабжения мозга для организма в целом, так как от качества деятельности центральной нервной системы зависит характер психических, соматических и висцеральных функций человека. Медико-социальная значимость проблемы мозгового кровообращения вызвана широкой распространенностью сосудистых заболеваний головного мозга, приводящих к нетрудоспособности, инвали-дизации и смертности населения.
Основные представления о функциональной организации мозгового кровообращения начали формироваться относительно недавно - во второй половине XX столетия. Многочисленные аспекты проблемы мозгового кровообращения были сведены в две группы. К первой из них были отнесены принципы организации внутричерепной гемодинамики и суммарного кровоснабжения мозга, тогда как вторую группу составили сосудистые механизмы, обеспечивающие функцию локального кровоснабжения нервной ткани. В настоящее время не вызывает сомнений, что процессы суммарного и локального кровоснабжения головного мозга взаимосвязаны и служат единой цели -адекватному метаболическим потребностям нервной ткани кровеобеспечению головного мозга. При этом в сосудистой системе головного мозга выделяют две взаимосвязанные подсистемы:
• макроциркуляции, расположенной практически на поверхности мозга и образующей русло для общего суммарного мозгового кровотока;
• микроциркуляции, обеспечивающей кровоснабжение вещества мозга и формирующей сосудистое ложе для локального мозгового кровотока.
Структурно-функциональной единицей микроциркуляции в головном мозге является сосудистый модуль - комплекс микрососудов, снабжающий кровью отдельные функционально специализированные популяции нервных клеток, что наиболее характерно для организации локального кровоснабжения в проекционных областях коры полушарий мозга.
Гистологические особенности мозговых сосудов связаны, прежде всего, с особенностью строения стенки капилляров, состоящей в наслоении эндотелиаль-ных клеток друг на друга, что делает места их соединений практически непроницаемыми. Пространство
между капиллярами и нейронами заполнено гли-альными клетками - астроцитами. Такое пространственное соотношение между капиллярами, нейронами и астроглией формирует гематоэнцефалический барьер, функцией которого является избирательная проницаемость из крови в мозговую ткань только необходимых для мозговой деятельности компонентов. Благодаря этому мозг практически обладает «своей», отличающейся по химическому составу, внутренней средой. При такой конструкции через стенку капилляров свободно проникают вода и растворенные в липидах О2 и СО2, тогда как кислоты - нет. И лишь в некоторых участках мозга проницаемость капилляров выше: в области гипоталамуса, синего пятна и ядер шва, т.е. там, где сконцентрированы полимодальные хеморецепторы.
Строение стенки мозговых артериол характеризуется содержанием в интиме сосудов одного слоя плотно примыкающих и связанных друг с другом многообразными контактами эндотелиоцитов. Подэндотелиаль-ная зона наряду с эндотелиоцитами содержит в своем составе миоэндотелиальные соединения. Учитывая, что эндотелиоциты способны вырабатывать химические вещества - факторы расслабления и сокращения гладкомышечных клеток (ГМК), их можно рассматривать как источник местных вазоактивных веществ, воздействующих на сократительную активность ГМК изнутри сосуда и провоцирующих сокращение либо расслабление сосудистых стенок. Мышечный слой содержит ГМК, соединенные друг с другом многочисленными контактами (плазматическими выростами и нексусами), создавая условия для электротонического проведения возбуждения между ГМК, что способствует быстрому охвату возбуждением мышечного слоя сосудов.
Адвентициальная оболочка артериол содержит в своем составе соединительнотканные элементы со встроенными в них гранулосодержащими клетками и нервными волокнами, что свидетельствует о наличии субстрата для местных вазоактивных влияний, провоцирующих сокращение и расслабление сосудистых стенок. Среди гранулосодержащих клеток, встречающихся в артериях головного мозга и представляющих местные эндокринные элементы, идентифицированы хромаффиноциты, тканевые базофилы и меланоциты. Установлено, что наряду с известными
биологически активными веществами - адреналином, норадреналином, серотонином, гистамином, грануло-содержащие клетки могут синтезировать и депонировать олигопептиды, вызывающие сосудистые эффекты.
Гистохимическими методами установлена природа нервных проводников адвентициального слоя мозговых артерий и артериол, отражающая источник их иннервации. Она представлена в основном симпатическими адренергическими волокнами, берущими начало из верхнего шейного узла для иннервации сосудов, относящихся к системе внутренних сонных артерий, и из звездчатого ганглия - для артерий и ар-териол в системе позвоночных сосудов. Наибольшая плотность иннервации мозговых сосудов отмечается в крупных артериях мозга, особенно во внутренних сонных. Здесь представлены как многочисленные адренергические, так и холинергические нервные окончания, которые располагаются у наружной границы медиального слоя и адвентиции сосуда на близком (до 26 нм) расстоянии друг от друга, что создает условия для их функционального взаимодействия. В зонах смежного кровоснабжения главных артерий мозга холинергические и адренергические нервные волокна образуют сплетения, и выраженность иннервации сосудов в этих областях высокая. Иннервационный аппарат пиальных и внутримозговых артерий выражен в меньшей мере. Эти группы артерий снабжены адренер-гическими нервными волокнами. Если эфферентная холинергическая иннервация присутствует в крупных мозговых артериях, то адренергические волокна распространяются вплоть до мельчайших артериол. По мере уменьшения диаметра мозговых сосудов в процессе их ветвления интенсивность адренергической иннервации сосудистых стенок уменьшается. Известны данные о серотонинергической (исходящей из ядер шва, голубого пятна) и пептидергической (волокна внутримозговых пептидергических нейронов) иннервации мозговых сосудов, присущей преимущественно внутримозговым артериям и артериолам.
С помощью химико-фармакологических приемов исследования установлено, что нервные влияния на стенку мозговых сосудов опосредуются через альфа- и бета-адренорецепторы, М-холинорецепторы, Д-серо-тониновые рецепторы. При этом стимуляция альфа-адренорецепторов приводит к сужению артерий мозга, а бета-адренорецепторов и М-холинорецепторов - к их расширению. Кроме того, через альфа-адреноре-цепторы реализуется влияние катехоламинов на углеводный обмен в мозгу.
Благодаря электронно-гистохимическим методам исследования установлены некоторые особенности иннервации сосудов мозга. Так, терминальные отделы аксонов, иннервирующих сосудистую стенку артерий мозга, редко содержат одну терминаль, чаще всего, это комплекс разветвлений с разной химической специфичностью. При этом, взаимодействие терминалей аксонов с ГМК мозговых артерий может быть двух типов: а) непосредственная взаимосвязь нервного окончания с ГМК; б) нервное окончание отстоит от миоцита на расстояние, равное 3-4 диаметрам синаптического пузырька. Если в первом случае терминали аксонов
непосредственно модулируют сократительную активность ГМК сосуда, то во втором случае объектом для их влияния служат гранулосодержащие клетки адвен-тиция. Прямой контакт нервных терминалей с моно-аминоцитами адвентициальной оболочки мозговых сосудов обусловливает их реакцию на нервное возбуждение, что показано при электрической стимуляции волокон блуждающего нерва и местном применении ацетилхолина. Наличие в нервных терминалях, контактирующих с гранулосодержащими клетками адвентиция сосудов мозга, светлых пузырьков, ферментов холинацетилтрансферазы и ацетилхолинэсте-разы, позволяет их классифицировать как холинерги-ческие.
Таким образом, помимо непосредственного воздействия нервных волокон на ГМК мозговых сосудов, существует основа для опосредованного их влияния на ГМК через гранулосодержащие клетки, выделяющие олигопептиды и биогенные моноамины с разнонаправленным (констрикторным и дилататорным) действием на мозговые сосуды.
Головной мозг человека даже в условиях функционального покоя характеризуется непрерывно протекающими высокоемкими энергетическими процессами аэробного характера, требующими высокого потребления мозговой тканью кислорода (3-4 мл/100г/мин) и глюкозы (5 мг/100г/мин). В нервной клетке при рО2 20мм рт. ст. в каждом мкм3 содержится 2.0^104 молекул кислорода, а потребляется тем же объемом примерно 1.6^105 молекул в секунду. Причем, нервная ткань практически не обладает ни субстратом для анаэробных окислительных процессов, ни запасами кислорода, а, значит, для нормального функционирования мозга необходимым является высокая интенсивность его кровоснабжения. В связи с этим, головной мозг, имея массу в среднем 1400-1500 г (примерно 2% от массы тела), в состоянии функционального покоя получает около 750 мл/мин крови, что составляет примерно 15% сердечного выброса. Объемная скорость кровотока при этих условиях соответствует 50-60 мл/100г/мин, однако следует отметить, что серое вещество обеспечивается кровью интенсивнее, чем белое вещество, что связано с его более высокой клеточной активностью.
Функциональное назначение системы мозгового кровообращения, как и в других органах, направлено на то, чтобы своевременно и в адекватных количествах доставить кислород и питательные вещества к нервным клеткам, удалить продукты клеточного метаболизма и тем самым обеспечить гомеостаз нервной ткани. Между тем хорошо известно, что не все функциональные единицы мозга, даже в условиях физиологического покоя, работают одинаково активно в одно и то же время, а значит, они имеют разные метаболические потребности. Последнее обстоятельство позволяет сделать допущение, что специфичное для мозга мозаичное распределение активности нейронов требует, в свою очередь, избирательной доставки энергетического материала нервным клеткам, которая может быть обеспечена только за счет гетерогенного распределения кровотока в мозгу между относительно
покоящимися и более активными участками нервной ткани.
Подтверждением изложенному выше служат результаты исследования распределения кровотока по коре полушарий мозга у человека. Так, у пациентов в положении лежа на спине с закрытыми глазами, в расслабленном состоянии интенсивность кровотока в лобных долях выше на 20-30%, в затылочной и височной долях ниже на 20-30% по сравнению с другими отделами коры головного мозга. Во время нагрузки, когда пациенты ритмически сжимали кисти рук, в контралатеральном полушарии интенсивность кровотока в средней части центральной борозды увеличивалась на 50%, а в лобной и премоторных областях коры головного мозга снижалась на 30% по сравнению со средним уровнем полушарного кровотока.
Из этого следует, что в головном мозге наряду с сосудистыми механизмами, обеспечивающими необходимый уровень суммарного мозгового кровотока, функционируют механизмы, обеспечивающие адекватность кровоснабжения отдельных участков мозга при изменении их функциональной активности. Как система суммарного, так и система локального кровоснабжения головного мозга имеет свои отличительные черты.
Система суммарного мозгового кровотока. Кровоснабжение мозга происходит в сложных биофизических условиях. Мозг расположен в ригидном костном образовании (черепе), в котором помимо вещества мозга содержатся кровь и цереброспинальная жидкость, являющиеся практически несжимающимися жидкостями. Такие сложные биофизические условия для мозгового кровотока требуют наличия надежных механизмов, предохраняющих сосудистое русло мозга от избыточности кровенаполнения.
При избытке кровоснабжения мозга в нервной ткани может произойти излишняя гидратация, а отсюда высокая вероятность развития отека мозга с последующими (несовместимыми с жизнью) повреждениями жизненно важных центров.
Ведущей причиной избыточности кровоснабжения головного мозга может служить увеличение пер-фузионного давления при повышении системного артериального давления. Однако в норме при участии ауторегуляторных сосудистых реакций мозг предохранен от избыточности кровенаполнения при повышении уровня среднего давления вплоть примерно до 170 мм рт. ст. Помимо феномена ауторегуляции кровотока, предохранение головного мозга от высокого кровяного давления и избыточности пульсации крови осуществляется также за счет особенностей конструкции сосудистой системы мозга. Эту функцию достаточно эффективно выполняют многочисленные изгибы (сифоны) по ходу сосудистого русла, которые способствуют значительному перепаду давления и сглаживанию пульсации кровотока.
В условиях активации мозговой деятельности потребность нервной ткани в увеличении интенсивности кровоснабжения возрастает. Благодаря развитию феномена функциональной гиперемии, эта потребность удовлетворяется, не вступая в противоречие с
необходимостью предотвращения головного мозга от избыточности кровенаполнения. Объясняется это специфическими особенностями системы мозгового кровообращения. Так, при усиленной физической работе, эмоциональном возбуждении и т.п. суммарный мозговой кровоток в может увеличивается примерно на 20-25%, что не оказывает повреждающего действия, поскольку пиальные сосуды располагаются поверхностно, проходят в каналах мягкой мозговой оболочки, и за счет расстояния до твердой мозговой оболочки располагают резервом для некоторого кровенаполнения, окружены свободно перемещающейся спинномозговой жидкостью, что в совокупности создает благоприятные условия для изменения их диаметра, не оказывая при этом механического воздействия на вещество мозга.
Система локального мозгового кровотока. Активные состояния человека (включая интеллектуальную деятельность) характеризуются развитием процесса активации в соответствующих нервных центрах, где формируются доминантные очаги. В этом случае нет необходимости в увеличении суммарного мозгового кровотока, поскольку осуществляется внутримозго-вое перераспределение кровотока в пользу активно работающих областей мозга. Эта функциональная особенность реализуется путем активных сосудистых реакций, развивающихся в пределах соответствующих областей мозга.
Особенность системы локального кровоснабжения головного мозга состоит в высокой гетерогенности (мозаичности) и изменчивости распределения кровотока в микроучастках нервной ткани. При одновременном измерении кровотока в соседних микроучастках одной и той же структуры мозга обнаруживается существенное различие его величин. Так, если в двух точках коры мозга, отстоящих друг от друга на расстоянии до 200-250 мкм, значения кровотока близки по величине, то на больших расстояниях разница между ними достигает 1,5-2-кратной величины. Размеры зон, в которых наблюдается синхронность колебаний кровотока составляют в среднем 250-300 мкм.
Существенные колебания кровотока наблюдаются и по слоям коры мозга. Наибольшая его величина присутствует в П^ слоях коры, а наименьшая - на границе с белым веществом. Такая закономерность в распределении кровотока в коре мозга объясняется неравномерностью плотности васкуляризации мозга, разным уровнем активации нервных клеток. Так, в исследованиях, проведенных на крысах, показано, что морфологическое устройство коры головного мозга представлено плотно упакованными кольцеобразными комплексами нервных клеток - так называемых "бочонков". Диаметр таких бочонков составляет 250-300 мкм. Плотность капилляров внутри бочонков нервных клеток максимальна. Таким образом, гетерогенность кровотока в коре мозга может быть связана с разной плотностью васкуляризации нервной ткани, которая в свою очередь зависит от неравномерности распределения активности нервных клеток.
Измерение локального мозгового кровотока у испытуемых в 254 точках по всей латеральной поверх-
ности полушария с помощью детекторов клиренса радиоактивного ксенона, позволило обнаружить очаги функциональной гиперемии в коре, которые перемещались по полушарию в зависимости от вида функциональной деятельности мозга или модальности сенсорного стимула. Такие очаговые изменения кровотока и его перераспределение по полушарию были тесно связаны с уровнем активации соответствующих корковых областей.
Исследование локального кровоснабжения в сен-сомоторной зоне коры мозга у пациентов с помощью позитронной эмиссионной томографии в покое и при движении пальцев выявило при выполнении функциональной нагрузки увеличение кровотока в соответствующих двигательных зонах коры. Таким образом, отличительной чертой кровоснабжения головного мозга является гетерогенность распределения локального мозгового кровотока.
Регуляция мозгового кровообращения. Смысл регуляции кровообращения головного мозга состоит в обеспечении адекватных метаболических условий для функционирования вещества мозга, и достигается на основе следующих физиологических принципов:
• минимизации отклонений физического (в основном водного) и химического гомеостаза внутренней среды мозга при сдвигах центральной (системной) гемодинамики и ликвородинамики;
• перераспределения кровотока между областями и микроучастками ткани мозга в соответствии с текущими нейродинамическими процессами в мозгу;
• минимизации отклонений физического и химического гомеостаза внутренней среды мозга при изменениях газового состава крови и цереброспинальной жидкости.
Надежность и избирательность регуляции мозгового кровообращения обеспечиваются разными регу-ляторными контурами. Так, поддержание интенсивности кровотока в мозге на достаточном уровне достигается посредством ауторегуляции суммарного мозгового кровотока, а в основе избирательного кровеобеспече-ния отдельных зон мозга лежат процессы регуляции локального мозгового кровотока.
Ауторегуляция мозгового кровотока. В середине прошлого столетия в экспериментах на различных лабораторных животных было отмечено, что во время острого понижения или повышения уровня системного артериального давления кровоток в мозге либо не изменяется, либо имеет место сдвиг, выраженный менее значительно по сравнению с другими сосудистыми регионами. Позднее на основании количественных измерений интенсивности кровотока в головном мозгу человека при значительных изменениях системного артериального давления было показано, что мозговой кровоток остается неизменным при сдвигах кровяного давления в системных артериях. Все вышеизложенное свидетельствует, что интенсивность мозгового кровотока может оставаться независимой величиной от уровня интегрального показателя системной гемодинамики - артериального давления. Описанная сосудистая реакция получила название ауторегуляции
мозгового кровотока и является проявлением одного из основных регуляторных феноменов, свойственных регионарному кровообращению.
Ауторегуляция общего кровотока эффективна при сдвигах системного артериального давления от 50 до 170 мм рт. ст., при повышении венозного давления до 6-10 мм рт. ст., при повышении давления цереброспинальной жидкости до 100 мм рт. ст. Время стабилизации мозгового кровотока после изменений артериального давления составляет в среднем 45 с, при изменениях венозного давления и давления спинномозговой жидкости - до 20 с.
Для решения вопроса об эффекторных механизмах ауторегуляции мозгового кровотока были исследованы сосудистые реакции магистральных артерий мозга, ветвлений мелких пиальных сосудов, внутри-мозговых артерий и артериол при острых сдвигах системного артериального и венозного давлений.
При изменении артериального давления закономерные изменения сопротивления току крови посредством активного изменения своего просвета были обнаружены в магистральных артериях мозга. Так, при повышении системного давления происходило сужение магистральных артерий мозга, увеличивающее сопротивление кровотоку, а при его понижении, напротив, происходило расширение сосудов мозга, вызывающее уменьшение цереброваскулярного сопротивления. Такие активные изменения просвета магистральных сосудов мозга, очевидно, направлены на поддержание постоянства давления в сосудах вил-лизиевого круга.
Аналогичные изменения сосудистого просвета при сдвигах системного артериального давления были выявлены и в системе пиальных артерий мозга. Однако в реакциях пиальных сосудов на сдвиги системного артериального давления отмечаются различные по своей продолжительности (от 15 до 240 с) латентные периоды констрикторных и дилататорных реакций. Это означает, что эти регуляторные сосудистые реакции не могут быть отражением непосредственных ответов на изменения внутрисосудистого давления и, скорее всего, являются проявлением компенсирования реакций магистральных артерий мозга.
В свою очередь, внутримозговые артерии и арте-риолы не изменяют заметным образом свой просвет при сдвигах системного артериального давления, а характеристики ауторегуляции локального мозгового кровотока при сдвигах системного артериального давления имеют свои особенности: во-первых, реакции микрососудов в смежных микроучастках ткани головного мозга развиваются с разными латентными периодами; во-вторых, локальный мозговой кровоток в процессе ауторегуляции почти в 50% наблюдений не восстанавливается до исходного уровня. При этом новый уровень кровотока обычно превосходит исходный, если регуляция была направлена на уменьшение местного кровотока, и не достигает исходного, если регуляция была направлена на повышение местного кровотока.
Отсутствие удержания локального мозгового кровотока на строго постоянном уровне при сдвигах си-
стемного артериального давления можно объяснить с точки зрения гипотезы о «гомеостатическом диапазоне» локального мозгового кровотока. Согласно этой гипотезе целью регулирования локального мозгового кровотока при сдвигах системной гемодинамики является не удержание регулируемого параметра на строго постоянном уровне, а лишь сохранение относительного его постоянства в оптимальных для мозга пределах. Средний уровень и ширина «гомеостатиче-ского диапазона» интенсивности локального мозгового кровотока зависят от метаболической потребности мозговой ткани и от газового состава артериальной крови.
Итак, можно заключить, что главными эффекторами ауторегуляции мозгового кровотока являются магистральные артерии мозга, а пиальные артерии и внутримозговые микрососуды играют дублирующую роль, так как начинают активно изменять свой просвет только тогда, когда реакции магистральных артерий мозга оказываются недостаточными и вследствие этого нарушается адекватное кровоснабжение нервной ткани.
Ауторегуляторные реакции артериальных сосудов мозга имеют место не только при сдвигах системной гемодинамики, но и при изменении давления спинномозговой жидкости. Так, при повышении давления спинномозговой жидкости наблюдается снижение трансмурального давления и уменьшение растягивающей сосуды силы, что вызывает ауторегуляторную дилатацию мозговых артерий, а также усиление оттока венозной крови за счет повышения тонуса венозных сосудов мозга. В результате подъем давления спинномозговой жидкости не приводит к изменениям мозгового кровотока.
В ауторегуляции локального мозгового кровотока, вероятно, принимают участие как минимум три взаимосвязанных механизма регуляции тонуса сосудов: миогенный, нейрогенный, метаболический.
Функциональная гиперемия в головном мозге. Изменения мозгового кровотока, связанные с метаболическим обеспечением нейродинамических процессов, сводятся к увеличению интенсивности кровоснабжения функционально активных участков мозга с одновременным уменьшением кровотока в других зонах, активность которых в данный момент снижена. Так, применение радиоизотопных методов исследования мозгового кровотока позволило выявить, что у человека при произвольных движениях кисти руки интенсивность кровотока в контралатеральном полушарии увеличивается в прецентральной и постцентральной извилинах соответственно на 22 и 21,8%, а в затылочной и височной областях при этом снижается. При реализации зрительной функции также характерно специфическое распределение кровотока в коре полушарий. Когда пациенты открывают глаза и рассматривают предметы, то повышение кровотока в среднем на 20% имеет место в зрительной коре, включая прилегающие ассоциативные зоны, а также локально во фронтальной области, ответственной за движения глазных яблок, и добавочной моторной коре. Местные изменения мозгового кровотока при повышении
биоэлектрической активности различных областей мозга вследствие выполнения человеком соответствующих функциональных проб в среднем составляют ±20-30%, а в отдельных случаях могут достигать ±60%. Латентные периоды локальных сосудистых реакций короткие и не превышают 1-2 с.
Установлено, что реализация локальной функциональной гиперемии в проекционных зонах сомато-сенсорной коры мозга осуществляется посредством нескольких регуляторных факторов, отличающихся друг от друга своей природой и последовательностью участия в развитии адаптивных сосудистых реакций.
Известно, что общим конечным путем в сложной многозвеньевой системе регуляции локального мозгового кровотока являются ГМК сосудов, степень снижения сократительной активности которых и определяет уровень вазодилатации. В свою очередь, сократительная активность сосудистых ГМК находится в тесной зависимости от факторов, непосредственно и/или опосредованно оказывающих влияние на ГМК. Классификация этих факторов в соответствии с их расположением по отношению к сосудистой стенке позволяет выделить:
1. факторы внесосудистого происхождения, действующие на сосудистую стенку со стороны окружающих сосуд тканей;
2. факторы внутрисосудистого происхождения, порождаемые физико-химическими характеристиками кровотока и действующие на сосудистую стенку изнутри.
К числу известных факторов, составляющих первую группу, относятся:
• осмолярность периваскулярного пространства, обусловленная концентрацией К+, Са2+, Ы§2+ и т.п.;
• уровень рН, связанный с изменениями рО2, рСО2 и содержанием кислых метаболитов в пе-риваскулярном пространстве;
• биологически активные вещества и нейропепти-ды тканевого происхождения;
• N0 нейроглиального происхождения.
Из этой группы факторов наиболее оперативным в развитии регуляторной сосудистой реакции представляется N0, поскольку установлено, что повышение функционально-метаболической активности нервной ткани в течение короткого промежутка времени (десятые доли секунды) сопровождается активацией фермента N0-синтетазы нейроглиального происхождения и образованием N0, который приводит к расслаблению сосудистых ГМК и реализации локальной вазодилатации.
Ко второй группе факторов развития функциональной гиперемии необходимо причислить:
• напряжение сдвига и продольное усилие сдвига на сосудистой стенке, уровень которых определяется изменениями физических параметров кровотока в сосудах;
• факторы биохимической природы, в первую очередь связанные с изменениями газового состава крови.
Представляется очевидным, что характер сосудистых реакций, развивающихся в нервной ткани мозга
при ее активации, является отражением взаимодействия во времени регуляторных влияний вне- и вну-трисосудистого происхождения. При этом действию факторов экстравазарной природы, в том числе N0 нейроглиального генеза, активирующихся в результате повышения клеточной деятельности, может принадлежать пусковое значение в развитии начальной фазы вазодилатации и первоначальном увеличении локального мозгового кровотока. В свою очередь, возрастание интенсивности локального мозгового кровотока порождает изменение напряжения сдвига на сосудистую стенку, что создает условия для формирования эндотелийзависимой дилатации мозговых сосудов и достижения адекватного уровня функциональной гиперемии в нервной ткани.
Подводя итог, следует подчеркнуть, что процессы регуляции циркуляторного обеспечения деятельности мозга, выражающиеся в стабилизации кровотока через мозг в целом при изменениях системного артериального и венозного давления, сдвигах химизма притекающей крови, с одной стороны, и в изменениях кровотока в более или менее обширных зонах мозга соответственно их функциональной активности - с другой, реализуются сложным механизмом, включающим в себя несколько регуляторных контуров.
Целевое назначение этой сложной системы регуляции - обеспечение притока метаболитов к ткани мозга, эвакуация продуктов деятельности нервной ткани и поддержание ее водного баланса. Приоритетность каждой из рассмотренных выше функциональных задач определяется по ее значимости в конкретных ситуациях. Например, в условиях циркуляторной недостаточности мозга возрастает роль регуляторного механизма, ответственного за эвакуацию продуктов метаболизма нервной ткани. В условиях артериальной гипертензии или при повышении давления в венозных сосудах мозга увеличивается роль регуляторного механизма, обеспечивающего водный баланс в нервной ткани. Комбинированные возмущаюшие воздействия в системе мозгового кровообращения ведут к сложному взаимодействию регуляторных контуров кровоснабжения мозга.
Все варианты сосудистых реакций в головном мозге требуют тщательного изучения, так как на этой фундаментальной основе возможно объяснение механизмов развития цереброваскулярных нарушений. Этому могут способствовать информативные методы исследования мозгового кровотока.
Методы исследования мозгового кровотока
Своевременная диагностика способна выявлять как сами заболевания, так и причины их возникновения, благодаря чему становится возможным эффективное лечение. Рассмотрим основные методы исследования структуры головного мозга.
Реоэнцефалография (РЭГ) - метод оценки функционального состояния сосудов головного мозга, основанный на регистрации изменений электрического сопротивления (импеданса) тканей и обусловлен пульсовыми колебаниями сосудов.
Ультразвуковая допплерография (УЗДГ) - исследование проводят для оценки кровотока в крупных и средних сосудах головы и шеи. Ультразвуковую доп-плерографию можно использовать и в целях выявления первых признаков патологии сосудистого русла, и для контроля проводимого лечения.
Нейросонография (НСГ) - ультразвук отлично справляется с исследованием головного мозга новорожденных до момента закрытия большого родничка. Нейросонография безопасна и к тому же дает массу информации, позволяющей выявлять патологии на ранних стадиях и верно оценивать эффективность проводимого лечения.
Магнитно-резонансная томография (МРТ) сосудов головного мозга - достаточно сложный, но высокоинформативный метод обследования, основанный на механизме ядерно-магнитного резонанса. В настоящее время применяется в виде технологии функциональной МРТ (фМРТ).
Магнитно-резонансная ангиография (МРА) - метод, не требующий прямой пункции артерии, быстро совершенствуется и открывает большие перспективы для изучения сосудистого русла головного мозга. МРА дает возможность построения трехмерной реконструкции сосудистой сети в рассматриваемой области, позволяет выделять для исследования определенные нервные сосуды и стволы из проекции отделов головного мозга.
Компьютерная томография (КТ) сосудов головного мозга - заключается в измерении интенсивности прохождения рентгеновских лучей через мозговую ткань. Метод дает возможность рассмотреть срезы головного мозга на разном уровне горизонтальной плоскости. Компьютерная томография выявляет врожденные пороки развития, определяет месторасположение и характер патологий, фиксирует степень расширения ликворосодержащей системы головного мозга.
Позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) - метод, основанный на применении радиофармпрепаратов, дающих возможность построить трехмерную реконструкцию функциональных процессов, протекающих в мозге человека.
Несмотря на разнообразие методов исследования мозгового кровотока, не существует унифицированной методики, дающей возможность многопланово оценить состояние церебрального кровообращения. В исследовании сосудистой патологии головного мозга, а также в изучении реактивности мозговых сосудов все составляющие крайне важны и дополняют друг друга. Поэтому представляется важным комплексный подход к диагностике церебрального кровотока у пациентов с сочетанным многососудистым поражением ветвей дуги аорты и коронарных артерий.
В настоящее время существует много новых диагностических методов исследования патологии сосудов головного мозга. Ультразвуковое дуплексное сканирование (УЗДС) занимает лидирующее место среди методов оценки сосудистой системы мозгового кровообращения. Активное развитие науки и новых технологий подарило врачам несколько поколений ультразвуковых приборов, которые позволяют лока-
лизовать поражение и определить его степень. При исследовании брахиоцефальных и интракраниальных сосудов проводятся локация и визуализация их среза. УЗДС позволяет визуализировать почти все артерии головноиго мозга, а также определить направление и линейную скорость кровотока.
Использование транскраниального дуплексного сканирования (ТКДС) способствует более достоверной диагностике локализации поражения сонных и позвоночных артерий. Ультразвуковая оценка кровотока по артериям основания мозга является наиболее сложным, по сравнению с другими, методом. Использование компрессионных и функциональных нагрузочных проб облегчает диагностику поражений ветвей дуги аорты. Анализ данных УЗДС и ТКДС показывает их высокую диагностическую ценность, возможность на основании только этих результатов определить вид поражения артерий. Указанные методы необходимы для первичной диагностики функционального состояния виллизиева круга и определения показаний к ан-гиографическому исследованию больных.
ТКДС является одним из самых «молодых» из ультразвуковых методов. С момента внедрения его в повседневную клиническую практику прошло чуть более 15 лет. Данный метод имеет важное диагностическое значение, позволяя выявить различные виды патологии вещества головного мозга и его сосудистой системы. ТКДС является одним из наиболее достоверных методов исследования величины, направления и спектральных составляющих кровотока в интракра-ниальных ветвях внутренней сонной артерии, задних мозговых артериях, коллатерального кровообращения по передней и задней соединительным артериям, а также по глазничному анастомозу в норме и при окклюзии внутренней сонной артерии, превосходя по своей чувствительности ангиографию. Немаловажна роль ТКДС и в выявлении аневризмы артерий, а также артериовенозных мальформаций сосудов основания мозга.
Ультразвуковые методы диагностики церебро-васкулярной реактивности и резервов коллатерального кровообращения. Количественное определение параметров ауторегуляции кровотока нуждается в исследовании изменений кровотока при воздействии различных функциональных проб, вызывающих ва-зодилататорную или вазоконстрикторную реакцию. Изменение линейной скорости мозгового кровотока под действием функциональных проб обозначается термином «цереброваскулярная реактивность». Для количественной оценки цереброваскулярной реактивности используются коэффициенты или индексы реактивности, представляющие собой отношение показателей кровотока во время пробы к значению этого же показателя непосредственно перед функциональной пробой. В клинической практике при оценке цереброваскулярной реактивности в ка-ротидном бассейне головного мозга с помощью транскраниальной допплерографии (ТКДГ) чаще других используют два вида тестов:
• тесты, вызывающие изменения газового состава артериальной крови, к которым относят гипер-
капнические (ингаляция 5-7% СО2 произвольная задержка дыхания, внутривенное введение 1 г ацетазоламида) и гипокапнически-гипоксиче-ские (гипервентиляция, ингаляция кислорода) нагрузки;
• тесты с изменением перфузионного давления в мозговых артериях: ортостатическую и анти-ортостатическую нагрузки, тесты компрессии общей сонной артерии.
Гиперкапнические тесты приводят к прогрессивному расширению артерий и артериол мозга преимущественно малого диаметра. Снижение в результате этого периферического сосудистого сопротивления обеспечивает увеличение объема крови, поступающей в мозг, что отражается в увеличении линейной скорости кровотока по базальным артериям мозга. Выраженность реакции принято оценивать по изменению кровотока в средней мозговой артерии. Самое широкое распространение получила проба с ингаляцией 5-7% СО2. Большинство исследователей определяют цереброваскулярную реактивность как изменение показателя кровотока при изменении парциального давления СО2 (рСО2) в артериальной крови на 1 мм рт. ст. Показана прямая линейная зависимость между линейной скоротью кровотока по средней мозговой артерии и рСО2: нормой СО2-реактивности считается 2-3% на 1 мм рт. ст. Максимальное увеличение скорости кровотока в средней мозговой артерии при гиперкапнии может превысить 50% от исходного уровня. Недостатки метода состоят в том, что проведение пробы требует наличия дополнительной дыхательной аппаратуры; по достижении состояния гиперкапнии обследуемый начинает испытывать неприятные ощущения нехватки воздуха, прилива крови к голове, описана возможность развития гипертонического криза на фоне гиперкап-нии. Поэтому в настоящее время чаще используется проба с произвольной задержкой дыхания (проба Штанге), обеспечивающая повышение уровня эндогенного СО2, или проба с внутривенным введением 1 г ацетазоламида (ингибитора карбоангидразы, действие которого вызывает снижение рН крови и рефлекторное расширение артериол). При внутривенном введении ацетазоламида скорость кровотока в средней мозговой артерии увеличивается примерно на 35% по отношению к исходному уровню, причем эта реакция достигает максимальной выраженности через 10 мин после введения препарата, а стойкое увеличение скорости кровотока продолжается около 30 мин.
Гипокапнические тесты (гипервентиляция, реже -вдыхание кислорода) приводят к противоположным изменениям: снижению уровня СО2, сужению пи-альных сосудов, повышению периферического сосудистого сопротивления, снижению объема кровотока. Отражением этих процессов является снижение линейной скорости кровотока в средней мозговой артерии. Диапазон реактивности отражается индексом вазомоторной реактивности, который рассчитывается как отношение разницы между линейной скорости кровотока на фоне гиперкапнической и гипокапнической нагрузок к исходному уровню кровотока.
Для оценки функционирования миогенного механизма регуляции мозгового кровотока используются компрессионный тест, тесты с нитроглицерином и немедикаментозной артериальной гипотензией.
При проведении компрессионного теста выполняют пальцевую компрессию общей сонной артерии в течение 5 кардиоциклов с ее прекращением в фазу диастолы. Регистрируют линейную скорость кровотока в ипсилатеральной средней мозговой артерии до, во время и на протяжении 10-15 с после прекращения пробы с компрессией. По завершении компрессии в норме отмечается выраженный подъем кровотока -транзиторная гиперемическая реакция, длительность которой не превышает 10 с. Она возникает на фоне стабильных показателей системной гемодинамики, что позволяет объяснить увеличение линейной скорости кровотока только церебральными механизмами. Учитывая, что периферическое сопротивление сосудов во время гиперемической реакции ниже исходного уровня, предполагается, что она является следствием снижения циркуляторного сопротивления в бассейне средней мозговой артерии в ответ на снижение перфузионного давления. Таким образом, имеется широкий арсенал тест-нагрузок, позволяющих с помощью ТКДГ оценивать состояние центрального перфузионного резерва.
Использование ТКДГ с функциональными тестами у пациентов с окклюзирующими поражениями магистральных артерий головного мозга позволило прогнозировать ишемические поражения головного мозга, оптимизировать отбор больных, нуждающихся в хирургическом вмешательстве. Изменения цереброваскулярной реактивности у пациентов с ок-клюзирующим поражением внутренней сонной артерии легли в основу классификации коллатерального кровоснабжения и определения показаний к экстра-интракраниального анастомозирования. Наибольшее количество исследований посвящено оценке риска развития нарушений мозгового кровообращения у пациентов с гемодинамически значимыми стенозами и окклюзиями внутренней сонной артерии.
Изучение состояния резервов коллатерального кровообращения при недостаточности мозгового кровообращения показало, что у пациентов со сниженным гемодинамическим резервом неврологический дефицит при поражениях магистральных артерий головного мозга выражен больше, чаще возникает рецидив инсульта. Оценка наличия функционирующих соединительных артерий у пациентов с ишемическим инсультом на фоне гемодинамически значимого поражения внутренней сонной артерии показала отсутствие функционирующей передней соединительной артерии у 48% пациентов и отсутствие задней соединительной артерии у 57% пациентов. Считают, что такая высокая частота случаев отсутствия передней соединительной артерии у пациентов с развившимся ишемическим инсультом указывает на значимую роль в предотвращении ишемии мозга этого артериального сосуда.
Для определения реактивности вертебробазиляр-ного бассейна применяется метод оценки прироста
линейной скорости кровотока по задней мозговой артерии при проведении пробы с фотостимуляцией. При этом нормальным значением индекса фотостимуляции считается увеличение скорости кровотока по задним мозговым артериям более чем на 25%.
Модифицированная компрессионная проба (проба Матаса). Для ориентировочного определения толерантности мозга к ишемии (например, перед операцией каротидной эндартерэктомии) стандартным является применение пробной компрессии соответствующей общей сонной артерии. При этом указывается на опасность возникновения эмболии в ходе проведения этой пробы, что требует особой осторожности в ее проведении. Согласно рекомендациям Л.А. Бокерия и др. (2012) пережатие сонной артерии необходимо проводить как можно проксимальнее, вне зоны бифуркации сонной артерии. В ходе выполнения пробы проводится контроль за состоянием пациента (при минимальных неврологических симптомах ишемии в любом каротидном или вертебробазилярном бассейне проба прекращается) и регистрируются следующие параметры: кровоток до и во время пережатия; длительность пережатия; кровоток после декомпрессии и наличие гиперперфузии; время восстановления исходных параметров кровотока.
При интерпретации рекомендуется выделять следующие результаты пробы:
- проба считается отрицательной, если не возникают новые клинические симптомы, уровень кровотока по средней мозговой артерии падает не более чем на 50%, гиперперфузия отсутствует либо длится не более 5 с;
- проба условно-отрицательная, если не возникают новые клинические симптомы, уровень кровотока по средней мозговой артерии падает не более чем на 60%, гиперперфузия длится не более 30 с;
- проба положительная, если возникает новая клиническая симптоматика, уровень кровотока по средней мозговой артерии падает более чем на 60%, гиперперфузия длится не более 30 с.
Неультразвуковые методы исследования мозгового кровообращения. В диагностике поражения сосудов головного мозга и оценки коллатерального кровообращения на протяжении многих лет применялся высокоинформативный инвазивный метод - церебральная ангиография. Современная классическая ангиография церебральных сосудов при применении субтракции и дигитального анализа позволяет значительно улучшить разрешение аппаратуры (визуализировать сосуды до 0,1 мм в диаметре) при использовании малых доз контрастного вещества (менее 5 мл).
Дальнейшим развитием рентгенологических методов диагностики локализации и выраженности ок-клюзирующего поражения магистральных артерий головного мозга стало применение метода спиральной компьютерной томографии, позволяющего проводить трехмерную визуализацию сосудистого русла выбранного региона мозга. При этом методе, в отличие от позиционной компьютерной томографии, регистрируется безразрывный массив данных, который в дальнейшем подвергается математическому анализу, и на его основе получают послойные изображения
срезов. При необходимости на основе этого массива данных возможно построение объемного трехмерного изображения исследуемой области. При введении контрастного вещества внутривенно или внутриарте-риально и вычленении для анализа соответствующей рентгенопрозрачности возможно получение трехмерного изображения сосудистого русла.
Перфузионная однофотонная эмиссионная компьютерная томография головного мозга. Перфузионная однофотонная эмиссионная компьютерная томография (ОФЭКТ) головного мозга является методом функциональной нейровизуализации, который позволяет неинвазивно изучать физиологические и патофизиологические процессы, происходящие в головном мозге. При соблюдении соответствующей техники и аккуратной интерпретации полученной информации перфузионная ОФЭКТ головного мозга доказала свою значимость в ведении пациентов кардио- и ангиохи-рургического профиля.
ОФЭКТ головного мозга предоставляет трехмерную информацию о перфузии и метаболическом статусе нервной ткани мозга. Эта информация часто является дополнением к анатомическим данным, полученным структурными методами нейровизуализации -компьютерной и магнитно-резонансной томографией. Тем не менее перфузионная ОФЭКТ имеет самостоятельную диагностическую ценность, так как функциональные нарушения, возникающие при патологии головного мозга часто предшествуют развитию структурных изменений. ОФЭКТ может быть использована для определения патологического статуса пациента, когда клинические симптомы не находят объяснения по данным структурной нейровизуализации. Кроме того, неинвазивность метода ОФЭКТ делает его доступным и незаменимым способом оценки функции головного мозга человека in vivo.
В противовес высокой чувствительности метода в выявлении функциональных нарушений выступает его низкая специфичность - один и тот же паттерн ОФЭКТ может встречаться при разных видах патологии мозга. Поэтому данные ОФЭКТ должны быть сопоставлены с данными компьютерной или магнитно-резонансной томографии. Такая интеграция повышает качество окончательного диагностического заключения.
Сосудистые и иные поражения мозга нарушают связи между его областями, что сказывается снижением метаболизма, и такие зоны выявляются на ОФЭКТ-изображениях в виде зон с низким уровнем поглощения.
Существующий параллелизм между уровнем мозгового кровотока, метаболизма и функциональной активностью мозга служит основанием для использования перфузионной ОФЭКТ головного мозга в оценке церебральных функций и их динамики. Возможность неинвазивной процедуры оценки нейронной активности в различных областях мозга может быть использована для проведения углубленных исследований нейроактивационных и фармакологических проб. Так, ОФЭКТ позволяет обнаружить вариации регионального мозгового кровотока в различных условиях, что способствует исследованию сенсорной, моторной и когнитивной активности (исследование нейроактивации) и основных эффектов препаратов, влияющих на центральную нервную систему в норме и при патологии головного мозга.
Таким образом, однофотонная эмиссионная компьютерная томография позволяет получать информацию относительно разных аспектов функционирования головного мозга, в частности метаболической активности клеток, перфузии мозговой ткани, ее ва-скуляризации и мн. др.
ЛИТЕРАТУРА
1. Асланиди И.П., Пышкина Л.И., Сергуладзе Т.Н. Современные возможности исследования мозгового кровообращения и уровня церебральной перфузии у больных с ок-клюзирующими поражениями брахиоцефальных артерий. Вестник Российского государственного медицинского университета. 2012; 4: 32-37.
2. Бокерия Л.А., Асланиди И.П., Сергуладзе Т.Н., Дарвиш Н.А., Качеишвили М.Ю., Трифонова Т.А. и др. Методы диагностики мозговой гемодинамики и уровня церебральной перфузии у больных с окклюзирующими поражениями брахиоцефальных артерий. Бюллетень НЦССХ им. А.Н. Бакулева РАМН. 2012; 13 (1): 5-17.
3. Лелюк В.Г., Лелюк С.Э. Транскраниальное дуплексное сканирование: методическое пособие. М., 2003.
4. Москаленко Ю.Е., Кравченко Т.И. Физиологические и патофизиологические механизмы внутричерепной гемо- и ликвородинамики. Журнал фундаментальной медицины и биологии. 2017; 4: 3-11.
5. Хананашвили Я.А. Основы организации кровоснабжения органов. Ростов-на-Дону, 2001.
6. Шахнович В.А. Ишемия мозга. Нейросонология. М.: АСТ, 2002.
7. Brooks DJ. Functional imaging techniques in the diagnosis of non-Alzheimer dementias. J Neural Transm. 1996; 47 (Suppl.): 155-167.
8. Buttler CRE, Costa DC, Walker Z, Katona CLE. PET and SPECT imaging in the dementias. Nuclear medicine in clinical diagnosis and treatment / IPC. Murray; ed. P. J. Ell. 2nd ed. Edinburgh, Scotland: Churchill Livingstone, 1998: 713-728.
9. Catafau AM. Brain SPECT in clinical practice. Part I: perfusion. Nucl Med. 2010; 42 (2): 259-271.
10. Costa DC, Pilowsky LS, Ell PJ. Nuclear medicine in neurology and psychiatry. Lancet. 1999; 354: 1107-1111.
11. Nordberg A. Functional studies of new drugs for the treatment of Alzheimer's disease. Acta Neurol Scand. 1996; 165 (Suppl): 137-144.
12. Ryding E. SPECT measurements of brain function in dementia: a review. Acta Neurol Scand. 1996; 168 (Suppl): 54-58.
