а) Мозговой кровоток и перфузия. Из всех тканей человеческого тела мозг хуже всего переносит недостаток кислорода. Отсутствие достаточного притока крови к мозгу примерно через 5 с приводит к потере сознания, а спустя несколько минут может вызвать необратимую ишемию и инфаркт головного мозга. Для нормальной работы мозга необходим постоянный кровоток, чтобы доставлять кислород и глюкозу и выводить CO2 и продукты метаболизма. Для поддержания постоянного кровотока используется расчет церебрального перфузионного давления (ЦПД).
ЦПД рассчитывается исходя из среднего артериального давления (АДср), которое, в свою очередь, вычисляется по формуле: АДср = АД диастолическое + (АД систолическое - АД диастолическое)/3. Затем из АДср вычитается показатель ВЧД. Таким образом, ЦПД = АДср - ВЧД. Показатели нормального ЦПД для взрослых составляют 70-100 мм рт.ст.; для детей - 40-60 мм рт.ст.
Нормальные показатели ВЧД: у взрослых <10-15 мм рт.ст., у детей 3,0-7,5 мм рт.ст., у младенцев 1,5-6,0 мм рт.ст., у новорожденных 0,7-1,5 мм рт.ст. У взрослых при снижении ЦПД ниже 50 мм рт.ст. развивается ишемия головного мозга с прогрессирующей потерей электрической активности нейронов.
Ниже представлены определения измеряемых в клинической практике параметров: мозговой перфузии, объема мозгового кровотока, объемной скорости кровотока и среднего времени транзита крови.
• Мозговая перфузия - собирательный термин, означающий отношение величины мозгового кровотока к массе головного мозга. Внутричерепной кровоток можно также оценить, используя такие параметры, как ОМК, ОСК и СВТК.
• Объем мозгового кровотока (ОМК) - это общий объем крови в определенном участке мозговой ткани, включая кровь в артериолах, капиллярах и венулах, а также артериях и венах (измеряется в миллилитрах крови на 100 г мозговой ткани).
• Объемная скорость кровотока (ОСК) — это объем крови, проходящий через заданный объем ткани мозга за единицу времени (измеряется в миллилитрах крови на 100 г мозговой ткани в минуту). В норме колеблется от 50 до 60 мл/100 г/мин.
• Среднее время транзита крови (СВТК) - это среднее время, за которое кровь проходит по сосудистому руслу определенного участка мозговой ткани (в секундах).
Связь между ОСК, ОМК и СВТК показывает соотношение:
ОСК = ОМК/СВТК.
Связь между ОСК и ЦПД показывает соотношение:
ОСК = ЦПД/ЦВС,
где ЦВС - это цереброваскулярное сопротивление. Оно связано главным образом с миогенным сопротивлением кровеносных сосудов, имеющих диаметр 100-250 мкм, а также с нейрогенными факторами, обусловленными симпатической и парасимпатической иннервацией сосудов головного мозга, метаболическими факторами (уровни в крови CO2, О2, лактата) и ВЧД, которое, в свою очередь, зависит от давления в яремной вене и ОМК.
б) Ауторегуляция мозгового кровотока. Механизмы ауторегуляции, или цереброваскулярной реактивности, позволяют поддерживать постоянство ОСК, что обеспечивает должный уровень нейрохимической функции и электрической активности нейронов при изменении системного кровяного давления. Как описано ранее, ОСК = ЦПД/ЦВС. В ауторегуляции мозгового кровотока участвуют три механизма (миогенный, метаболический и нейрогенный), которые модулируют ЦВС, позволяя поддерживать ОСК в диапазоне показателей ЦПД и АДср.
При изменении ВЧД миогенные механизмы регулируют сосудистое сопротивление в головном мозге преимущественно через реакцию артериол (100-250 мкм в диаметре). Когда системное кровяное давление снижается, эти мелкие сосуды расширяются и сосудистое сопротивление в них уменьшается, благодаря чему поддерживается постоянство ОСК и ЦПД, а также увеличивается ОМК.
Предполагают, что миогенный контроль осуществляется за счет изменения состояния калиевых и кальциевых каналов клеточных мембран, что влияет на поляризацию мембран с последующими изменениями АД, а также на активность фосфолипаз и протеинкиназы С.
Второй механизм — метаболические изменения, которые могут непосредственно воздействовать на мышечный тонус артериол, вызывая расширение сосудов. Эти изменения включают подъем уровня СО2 в крови, снижение уровня О2, что вызывает увеличение мембранных потенциалов гладкомышечных клеток через открытие кальциевых, калиевых и АТФ-чувствительных калиевых мембранных каналов, увеличение уровней лактата и снижение pH, повышение уровня окиси азота, выделяемой эндотелиальными клетками, что ведет к расслаблению гладкой мускулатуры, и подъем уровня аденозина в результате катаболизма АТФ. С другой стороны, уменьшение уровня СО2 приводит к сужению сосудов.
Нейрогенный механизм расширения или сужения внутричерепных сосудов функционирует за счет синхронизированного и сбалансированного влияния вазоактивных механизмов на экстрааксиальные пиальные артерии (симпатические волокна из верхнего шейного ганглия посредством норадреналина и нейропептида У, который преимущественно участвует в сужении сосудов; парасимпатические волокна из крылонёбного и ушного ганглиев, стимулируемые вазоактивным интестинальным пептидом, ацетилхолином и оксидом азота и в основном участвующие в вазодилатации; а также сенсорные волокна из тройничного ганглия, влияющие на секрецию кальцитониноподобного пептида, вызывающего расширение сосудов).
Дополнительный нейрогенный механизм ауторегуляции мозгового кровотока реализуется через внутримозговые артериолы посредством сосудисто-нервного пучка, состоящего из внутричерепных артерий, артериол, капилляров, нервов, астроцитов и перицитов. Этот сосудистонервный пучок иннервируется подкорковыми нейронами, которые проецируются на внутримозговые артериолы и окружающие астроциты в ядре шва ствола мозга (обеспечивают серотонин-индуцированную вазоконстрикцию), базальных отделах переднего мозга (отвечают за ГАМК-опосредованное расширение сосудов), таламусе и голубом пятне (с норадренергическими нейронами на периваскулярных астроцитах).
Вазоактивные нейромедиаторы (ацетилхолин, ГАМК и дофамин) могут также вызвать локальную вазодилатацию внутримозговых артериол в сосудисто-нервном пучке. Эти защитные механизмы цереброваскулярной реактивности поддерживают ОСК и ЦПД при колебании АДср в диапазоне от 50-60 до 150-160 мм рт.ст.. При артериальной гипотензии и умеренно сниженном ЦПД функционирование клеток поддерживают дополнительные компенсаторные механизмы, такие как увеличение экстракции питательных веществ и кислорода из крови.
Когда снижение ЦПД уже невозможно компенсировать за счет максимальной экстракции кислорода и максимального расширения сосудов, продолжающееся снижение системного АД приводит к уменьшению потребления кислорода и поступления питательных веществ к мозгу, что вызывает обморок и гибель клеток.
В противоположной ситуации, когда системное АД увеличивается, возрастает и сопротивление в мелких кровеносных сосудах, что позволяет поддерживать ОСК и ЦПД, а также уменьшать ОМК. Однако, когда АДср превышает 150-160 мм рт.ст., нарушается проницаемость гематоэнцефалического барьера, что ведет к отеку мозга. На ранних стадиях повышения давления в церебральных артериях отек преимущественно затрагивает белое вещество, снабжаемое кровью через вертебробазилярную систему, такое состояние часто называют синдромом задней обратимой энцефалопатии.
Более раннее включение заднего сосудистого бассейна по сравнению с передним, наблюдаемое при этом синдроме, связано с меньшей степенью симпатической иннервации вертебробазилярной системы, нежели системы внутренней сонной артерии, обладающей меньшими возможностями ауторегуляции мозгового кровотока при повышении давления в церебральных артериях. Длительное повышение давления в церебральных артериях в конечном итоге ведет к отеку структур, кровоснабжаемых через систему внутренней сонной артерии.
в) Показатели объемной скорости кровотока, при которых развивается ишемия и инфаркт мозга. Поддержание ОСК крайне важно для нейронов. При окклюзии артерий нарушение электрической активности нейронов развивается за считаные секунды. Смерть клеток зависит от продолжительности и степени ишемии, чувствительности отдельных анатомических структур к гипоксии и концентрации кислорода в крови. В норме ОСК составляет 50-60 мл/100 г/мин.
Если в течение нескольких часов ОСК держится на уровне 15-20 мл/100 г/мин (легкая/средней тяжести гипоксия), развивается ишемия, на фоне которой спонтанная и индуцированная электрическая активность нейронов существенно уменьшается, хотя в случае реперфузии и при восстановлении показателей ОСК выше 50 мл/100 г/мин эти изменения могут быть полностью обратимы. При тяжелой гипоксии, когда ОСК падает ниже 10 мл/100 г/мин, через несколько минут может возникнуть деполяризация клеточных мембран и ишемия, влекущая за собой инфаркт мозга.
В таких случаях ишемия головного мозга развивается из-за переключения энергетического обмена в клетках с эффективного окислительного фосфорилирования на неэффективный процесс анаэробного метаболизма, что ведет к истощению клеточной АТФ. В результате исчерпания запасов АТФ в клетках происходит накопление молочной кислоты, а также потеря мембранного потенциала (деполяризация).
Деполяризация запускает каскад неблагоприятных реакций (выброс глутамата во внеклеточное пространство; активация мембранных рецепторов глутамата, таких как NMDA, АМРА [α-амино-3-гидрокси-5-метил-4-изоксазолпропионовая кислота] и каинатные рецепторы; приток ионов кальция и натрия в клетку, что ведет к цитотоксическому отеку; активация протеолитических ферментов; образование свободных радикалов; разрушение митохондриальных мембран; липолиз и протеолиз), что в конечном счете приводит к некрозу и/или апоптозу.
После падения ОСК ниже 10 мл/100 г/мин повреждается Na+,К+-АТФаза клеточных мембран, происходит их деполяризация, и развивается цитотоксический отек, который сопровождается экспоненциальным уменьшением ИКД в течение нескольких минут, а затем через 30 мин - увеличением содержания свободной воды (ишемический отек). При КТ признаки наличия свободной воды при ишемических инсультах обнаруживаются позднее и кажутся менее выраженными, чем при МРТ с применением картирования ИКД.
Когда происходит артериальный тромбоз или эмболия, ОСК в пораженной мозговой ткани обычно изменяется неоднородно. В центре поражения расположено ядро ишемии с наибольшим снижением ОСК, что вызывает необратимое повреждение клеток и инфаркт, по периферии находится зона ишемической полутени (пенумбра), в которой ОСК снижена умеренно и при реперфузии ишемия может быть обратима. В полутени обычно наблюдается утрата электрической активности нейронов без немедленной аноксической деполяризации, а также потеря ауторегуляции.
Если реперфузии не произойдет, полутень будет прогрессировать до инфаркта. Вокруг полутени может также располагаться зона умеренного снижения ОСК (зона олигемии); риск развития инфаркта в этой зоне ниже, чем в ишемической полутени. Тромболитическую терапию можно считать успешной, если она обеспечивает своевременную реперфузию полутени и зоны олигемии. Оценить размеры полутени и зоны олигемии можно с помощью КТ с динамическим контрастированием и/или перфузионной MPT. При перфузионной КТ используют внутривенное болюсное введение йодсодержащего КС; линейная зависимость между концентрацией КС и плотностью позволяет напрямую рассчитывать и количественно определять ОСК, ОМК и СВТК.
При перфузионной МРТ внутривенно вводят парамагнитные КС на основе гадолиния; измерение динамики укорочения времени Т2* по мере того, как КС проходит через капиллярное русло, позволяет косвенно оценить относительные значения ОСК, ОМК и СВТК. Поэтому при перфузионной МРТ, в отличие от перфузионной КТ, нет простого и надежного способа рассчитать ОСК и ОМК.
В литературе описаны стадии патологических изменений при инфаркте головного мозга. В первые 2 дня при макроскопическом исследовании никаких грубых патологических изменений не обнаруживается. Однако при микроскопическом исследовании в пораженных инфарктом клетках выявляются пикноз и отечность. На ДВИ наблюдается снижение диффузии из-за цитотоксического отека, вызванного внутриклеточным накоплением натрия и воды, что в свою очередь связано с деполяризацией мембран клеток, которая происходит через несколько минут после инфаркта.
Суммарное содержание воды в тканях на месте инфаркта увеличивается примерно на 3-5%. В сроки от 4-6 ч до 3-5 дней после ишемического инсульта эндотелий капилляров головного мозга теряет способность поддерживать целостность гематоэнцефалического барьера, что приводит к вазогенному отеку в зоне инфаркта. Приблизительно через 2 дня развивается некроз всей толщи коры головного мозга, приводя к денатурации белков, накоплению парамагнитных соединений (таких как ионы марганца) и выделяемых макрофагами свободных радикалов. С 3-го по 10-й день после инфаркта на макропрепаратах можно наблюдать отек и размягчение пораженной ткани мозга.
Максимальной выраженности отек достигает на 3-5-й день. Разрушаются нейроны, клетки микроглии, астроциты и олигодендроциты. Спустя несколько недель или месяцев после этого выявляется энцефаломаляция и глиоз.
г) Классификация (табл. 8). Ишемия и инфаркт головного мозга и/или его ствола у взрослых:
• Взрослые:
- Ишемические инсульты в результате стеноза или окклюзии артерий
• Инфаркты, вызванные окклюзией крупных и средних артерий:
- Острейший и острый периоды инфаркта, вызванного атеросклерозом, тромбозом и эмболиями
- Подострый период инфаркта, вызванного атеросклерозом, тромбозом и эмболиями
- Отдаленный период инфаркта, вызванного атеросклерозом, тромбозом и эмболиями
- Кардиоэмболический инсульт
• Микрососудистый, или лакунарный, инфаркт
• Гипоксически-ишемические поражения у взрослых:
- Тяжелые гипоксически-ишемические поражения
- Легкие и умеренные гипоксически-ишемические поражения
• Инфаркт, вызванный окклюзией синусов ТМО у взрослых.
Все данные состояния и их дифференциальная лучевая диагностика описана в отдельных статьях на сайте - просим Вас пользоваться формой поиска по сайту выше. На отдельных состояниях мы остановимся дополнительно ниже.
