Методы оценки pегуляции мозгового кровотока
в нейрохирургии

Семенютин В.Б., Свистов Д.В.

Российский научно-исследовательский нейрохирургический институт им. проф. А.Л. Поленова,
Санк-Петербург, Россия.
Военно-медицинская академия им. С.М.Кирова, Санкт-Петербург, Россия.

Основные задачи системы мозгового кровообращения заключаются в минимизации отклонения циркуляторного и химического гомеостаза головного мозга при различных функциональных состояниях, что предполагает сложную структурно-функциональную организацию процесса регулирования мозгового кровотока. В настоящее время общепризнано взаимодействие трех основных механизмов регуляции мозгового кровотока – миогенного, метаболического и нейрогенного.

Ауторегуляция – одно из фундаментальных свойств мозгового кровообращения. Она имеет принципиальное значение для адекватного кровоснабжения головного мозга и характеризуется способностью мозговых сосудов сохранять относительно неизменной объемную скорость мозгового кровотока при изменении перфузионного давления (разницы между системным артериальным и внутричерепным) в широких пределах (от 50 до 170 мм рт.ст.). При выходе перфузионного давления за эти пределы происходит "срыв" ауторегуляции, и мозговой кровоток начинает линейно следовать за изменениями давления. В пределах диапазона ауторегуляции интенсивность мозгового кровотока остается относительно постоянной, изменяясь незначительно (рис. 1). Ширина диапазона давления, в пределах которого кровоток остается стабильным, свидетельствует о количественном состоянии ауторегуляции, а изменения кровотока в пределах этого диапазона – о качественных характеристиках ауторегуляции.


Рис. 1. Зависимость общего мозгового кровотока (ОМК) от перфузионного давления (ПД).
1,2 – соответственно нижний и верхний пределы ауторегуляции мозгового кровотока.

У нейрохирургических больных в послеоперационном периоде часто наблюдаются изменения перфузионного давления в результате колебаний артериального и внутричерепного давлений. При нарушении ауторегуляции мозгового кровотока эти колебания вызывают гипоксию и отек головного мозга. Ауторегуляция мозгового кровотока нарушается при ишемических и геморрагических инсультах, черепно-мозговой травме, опухолях мозга, составляя основное звено патогенеза нарушений мозгового кровообращения при патологии головного мозга. Анализ состояния механизмов ауторегуляции имеет большое практическое значение, ибо знание их необходимо при решении таких важных вопросов, как поддержание оптимального уровня артериального и внутричерепного давлений во время операций и в послеоперационном периоде, а также для обеспечения оптимальной вазоактивной терапии.

При локальных нарушениях ауторегуляции мозгового кровотока в случае очаговых церебральных поражений регионарный кровоток зависит от отношения внутрисосудистого давления и величины локального тканевого давления. Поскольку это внутрисосудистое давление и в норме составляет лишь несколько миллиметров ртутного столба, даже небольшое повышение тканевого давления резко уменьшает тканевой кровоток. Неравномерность тканевого давления при очаговых поражениях обусловливает неравномерную перфузию мозга, что усугубляет дезорганизацию мозгового кровообращения.

Таким образом, приведенные особенности структурно-функциональной организации системы мозгового кровообращения головного мозга во многом определяют информационную значимость тех или иных показателей ее функционирования при различной нейрохирургической патологии. Уточнение функциональных задач системы регуляции мозгового кровообращения по виду входных возмущений обеспечивает концептуальную базу для разработки и внедрения в клиническую практику методов оценки состояния системы церебрального кровообращения.

В настоящее время сосудисто-мозговая реактивность рассматривается в качестве интегрального показателя адаптационных возможностей системы мозгового кровообращения, способности сосудов мозга реагировать на изменяющиеся условия функционирования и оптимизировать кровоток соответственно этим условиям.

Суть понятия "реактивность сосудов мозга" заключается в возможности объективизации деятельности регуляторных механизмов, лежащих в основе управления мозговым кровообращением и обеспечивающих его функциональную устойчивость, что достигается применением специальных воздействий. Они должны быть дозируемыми по интенсивности и продолжительности, быстро предъявляемыми и снимаемыми, имитирующими естественные возмущения, испытываемые системой мозгового кровообращения в физиологических условиях, не обладать кумулятивным влиянием.

С учетом того, что для оценки показателей реактивности используются относительные параметры (колебания мозгового кровотока), для ее определения не обязательно использовать методы измерения объемных характеристик кровотока, и транскраниальная допплерография (ТКДГ) вполне может служить методом косвенной оценки церебральной гемодинамики учитывая тот факт, что просвет базальных артерий мозга при физиологических тест-нагрузках изменяется незначительно по сравнению с диаметром артерий малого калибра. Таким образом, динамика линейной скорости кровотока (ЛСК) в базальных сегментах отражает, в основном, изменения объемного кровотока в бассейнах соответствующих артерий.

В клинической практике для оценки реактивности системы мозгового кровообращения используют гиперкапнические (ингаляция 4–8% карбогена, произвольная задержка дыхания, дыхание в замкнутом контуре, индуцированная гиповентиляция, апноэтическая оксигенация) и гипокапнические (спонтанная/индуцированная гипервентиляция) функциональные тесты химической природы.

Для оценки ауторегуляции мозгового кровотока применяют тесты физической природы: тест компрессии общей сонной артерии, тест индуцированной нефармакологической гипотензиии. Реже используют ортостатическую, антиортостатическую нагрузки, пробу Вальсальва.

В клинике применяют и фармакологические тесты с внутривенным введением 1г диамокса/ацетазоламида, сублингвальным приемом 0.25 мг нитроглицерина.

Гиперкапнические тесты приводят к реализации резерва дилатации резистивных сосудов, вследствие чего в сосудистом бассейне снижается циркуляторное сопротивление, возрастает объемный кровоток, линейная скорость кровотока в базальных артериях. Для создания гиперкапнии используются разные методики. Ингаляция 4-8% СО2 до последнего времени считалась "золотым стандартом" для оценки реактивности. В качестве альтернативы ингаляционной нагрузке применяют методику «дыхания в замкнутом контуре» с постоянным введением кислорода со скоростью 1 л/мин. Основным преимуществом этих нагрузок является то, что СО2 – естественный информационный переносчик в сосудистой системе мозга, тест кратковременный, насыщение крови газом наступает быстро, реакция сосудов детерминирована. Недостатки состоят в том, что по достижении состояния гиперкапнии обследуемый начинает испытывать неприятные ощущения нехватки воздуха, прилива крови к голове; возникают неспецифические реакции дыхательной и сердечно-сосудистой систем, что может маскировать реакцию.

В связи с необходимостью технического обеспечения ингаляционной нагрузки в последнее время для оценки реакции резистивных сосудов на гиперкапнию используют пробу с произвольной задержкой дыхания (на обычном вдохе, на глубоком вдохе, на выдохе, после интенсивного вдоха-выдоха) или гиповентиляцией. Сосудистая реакция наступает в течение 20–30 секунд апноэ за счет накопления эндогенного углекислого газа в условиях временного прекращения вентиляции. Тест имеет ограничения у больных с хроническими заболеваниями сердечно-сосудистой и дыхательной систем, имеющих ограничение резервов основных систем жизнеобеспечения. У пациентов, находящихся на искусственной вентиляции легких (ИВЛ), гиперкапническая нагрузка может быть создана путем временного отключения от аппарата, уменьшением частоты дыхательных движений. Наиболее безопасным, но технически трудоемким является тест апноэтической оксигенации: отключение аппарата ИВЛ в условиях постоянного введения в трахею кислорода со скоростью 30 л/мин.

При оценке реактивности первоначально проводят регистрацию ЛСК в покое в интересующих артериях (в положении обследуемого лежа). После предъявления нагрузки проводят повторную регистрацию максимальных значений средней ЛСК, достигнутых в ходе нагрузки. В том случае, когда для расчета индекса реактивности необходима информация о конкретном уровне насыщения СО2, используют капнографы для оценки рСО2 в выдыхаемом воздухе, которое коррелирует с рСО2 в крови.

Простым в исполнении, позволяющим получить сопоставимые данные является проба с внутривенным введением 1г ацетазоламида. Являясь ингибитором карбоангидразы эритроцитов препарат приводит к нарушению равновесия буферной системы СО2 и накоплению эндогенного углекислого газа. Побочные эффекты препарата и его влияние на сердечно-сосудистую систему минимальны. Эффективная концентрация СО2, по-видимому, достигается на 15–20 минуте после введения, когда отмечаются максимальные значения мозгового кровотока. Действие ацетазоламида не уступает по эффективности углекислому газу и вызывает повышение ЛСК в артериях мозга на 35–42%. Основными недостатками теста являются необходимость внутривенной инъекции и отсроченный на 15–20 минут пик реакции.

Приведенные функциональные нагрузочные стимулы хорошо воcпроизводимы и сопоставимы между собой, что позволяет каждому исследователю выбрать оптимальный тип нагрузки, исходя из потребностей.

Гипокапния, достигаемая путем спонтанной или индуцированной гипервентиляции, приводит к сужению резистивных сосудов, повышению сосудистого сопротивления, снижению мозгового кровотока и ЛСК в базальных артериях на 40–55%. Зависимость ЛСК от рСО2, также как и при гиперкапнии, имеет экспоненциальную зависимость и для расчета индекса реактивности необходимо использовать минимальное стационарное значение ЛСК. Средняя продолжительность гипервентиляции, достаточная для выявления реакции составляет 25–30 сек. с частотой дыхательных движений 60 мин-1.

По результатам функциональных проб рассчитывают индексы реактивности - количественные характеристики состояния системы регуляции мозгового кровообращения:

- коэффициент реактивности на гиперкапническую нагрузку (рассчитывается по результатам любых тестов с ингаляцией СО2, задержкой дыхания, введением ацетазоламида):

(Lindegaard K.-F. et al., 1986),

- индекс реактивности на гиперкапническую нагрузку:

(Lindegaard K.-F. et al., 1986),

- нормализованный ауторегуляторный ответ:

(Widder B. et al., 1986),

- коэффициент реактивности на гипокапническую нагрузку:

(Lindegaard K.-F. et al., 1986),

- индекс реактивности на гипокапническую нагрузку:

(Lindegaard K.-F. et al., 1986),

- индекс вазомоторной реактивности:

(Ringelstein E.B.et al., 1988),

Vо – средняя максимальная ЛСК в покое (см/с),
V + – средняя максимальная ЛСК на фоне гиперкапнической нагрузки (см/с),
V - – средняя максимальная ЛСК на фоне гипокапнической нагрузки (см/с),
рСО20 – напряжение СО2 в выдыхаемом воздухе в покое (мм рт.ст.),
рСО2+ – тоже на фоне гиперкапнической нагрузки,
рСО2- – тоже на фоне гипокапнической нагрузки (мм рт.ст.),
ЕТСО20 – концентрация СО2 в выдыхаемом воздухе в покое (%),
ЕТСО2+ – тоже на фоне гиперкапнической нагрузки.

Нормальные значения показателей реактивности приведены в таблице.

Таблица

Показатели реактивности системы мозгового кровообращения (M±SD)

Исследуемый сосуд

Возраст (лет)

Кр+ (%)

Кр- (%)

ИР+ (%)

ИР- (%)

НАО (%)

ИВМР (%)

СМА

< 40
> 40

43 ± 4
37 ± 6

55 ± 4
42 ± 2

3.1 ± 0.1
2.6 ±0.2

-3.4 ± 0.1
-2.6 ±0.2

24.6 ± 2.3
17.1 ±1.9

96.8 ± 10.1
79.8 ±11.3

ПМА

< 40
> 40

36 ± 3
29 ± 6

44 ± 9
42 ± 11

2.7 ± 0.1
2.5 ± 0.1

-3.2 ± 0.1
-2.9 ± 0.2

21.4 ± 3.6
16.6 ± 2.7

80.1 ± 9.4
71.6 ± 10.4

ЗМА

< 40
> 40

51 ± 7
38 ± 12

59 ± 11
50 ± 8

3.2 ± 0.1
2.4 ± 0.2

-3.4 ± 0.1
-2.8 ± 0.1

26.7 ± 4.1
19.0 ± 2.2

90.6 ± 12.4
88.6 ± 11.7

Изменение показателей реактивности может служить как диагностическим признаком, так и характеризовать функциональное состояние системы мозгового кровообращения. В большинстве случаев при острой и хронической ишемии мозга происходит снижение показателей реактивности на гиперкапническую нагрузку, отражающее ограничение функционального резерва. Снижение последних в два и более раза, как правило, свидетельствует об органическом поражении мозга или его сосудистой системы. Снижение реакции на гипокапническую нагрузку отмечается при патологическом артериовенозном шунтировании, характерном для артериовенозных мальформаций головного мозга. Примерное равенство амплитуды реакций на гипер- и гипокапническую нагрузку свидетельствует о нейтральном/нормальном тонусе резистивных сосудов. Церебральная ангиодистония характеризуется нарушением соотношения амплитуд реакций: при дистонии по гипотоническому типу доминирует реакция на гипокапнию, при дистонии по гипертоническому типу – на гиперкапнию. При этом суммарный диапазон реакции, отражаемый значением ИВМР, остается нормальным. Сужение гомеостатического диапазона (снижение ИВМР до 50%) свидетельствует о значимом снижении реактивности, как правило, обусловленном органическим поражением мозга и его сосудистой системы.

Состояние ауторегуляции мозгового кровотока может быть оценено по выраженности гиперемических изменений после более или менее длительного периода регионарной гипотензии, вызванной временной окклюзией магистрального сосуда. Компрессия общей сонной артерии на шее вызывает снижение перфузионного давления во внутренней сонной и средней мозговой артериях на 52±11.4% и 32.2±16.3%, соответственно. По прекращении компрессии отмечается преходящее повышение кровотока вследствие компенсаторной вазодилятации, которое может быть использовано в качестве индикатора ауторегуляции. Преходящий гиперемический ответ в СМА, проявляющийся кратковременным повышением ЛСК, позволяет рассчитать индекс, характеризующий вазодилятацию в ответ на временное снижение перфузионного давления.

Для оценки результатов компрессионного теста в покое проводят запись фоновой ЛСК в СМА. Затем, на протяжении 5-ти сердечных циклов выполняют бережную компрессию ипсилатеральной общей сонной артерии, в ходе чего ЛСК снижается до 57±11% от исходной. Компрессию прекращают в диастолу 5-го комплекса, после чего регистрируют ЛСК на протяжении 3–5 сердечных циклов. В норме по завершении компрессии отмечается выраженный подъем ЛСК – овершут. Он возникает на фоне стабильных показателей центральной гемодинамики, т.е. реализуется только церебральными механизмами. С учетом того, что показатели периферического сопротивления во время овершута достоверно ниже исходных, можно предполагать, что он является следствием снижения циркуляторного сопротивления в бассейне СМА в ответ на снижение перфузионного давления (рис. 2).


Рис. 2. Спектрограмма потока в СМА во время выполнения компрессионного теста.
V1 – средняя ЛСК в покое, V2 – средняя ЛСК первого пика после прекращения компрессии.

Расчитывают коэффициент овершута (КО):

Нормальное значение КО в условиях нормокапнии составляет 1.39±0.11. Диапазон «нормальных» значений КО, свидетельствующих о сохраненной ауторегуляции, лежит в пределах от 1.23 до 1.54. Уровень КО выше 1.5 свидетельствует о повышении тонуса резистивных сосудов и характерен для артериальной гипертензии. При КО менее 1.2 тонус резистивных сосудов снижен, что характерно для большинства патологических состояний (ишемия мозга, внутричерепная гипертензия, сосудистый спазм, артериовенозное шунтирование). При значениях КО близких к 1.0 следует констатировать нарушение ауторегуляции, что является прогностически неблагоприятным признаком. При тяжелых поражениях мозга, крупных мальформациях, выраженной недостаточности кровообращения уровень ЛСК по прекращению компрессии может оказаться ниже исходных (инвертированный ответ), что свидетельствует об отсутствии/срыве ауторегуляции мозгового кровотока в данном сосудистом бассейне. Такая форма реакции свидетельствует об исчерпании резерва вазодилятации в ответ на дополнительное снижение перфузионного давления, что корреспондирует с высоким риском повторных эпизодов гемодинамического ишемического повреждения. Также, она отражает феномен внутримозгового обкрадывания ишемизированных участков мозга за счет сегментов сосудистого русла, реагирующих нормально. Средние значения КО при органическом поражении сосудистой системы мозга (артериовенозная мальформация, сосудистый спазм, окклюзирующие поражения) составляют 1.01–1.10, что значительно ниже нормальных значений.

Тест-нагрузка с нитроглицерином обладает двунаправленным влиянием на систему регуляции мозгового кровообращения. С одной стороны, за счет своего влияния на центральную гемодинамику (уменьшение венозного возврата к сердцу, уменьшение сердечного выброса), а с другой, за счет прямого эндотелий-независимого сосудорасширяющего действия на артерии среднего калибра. Для системы мозгового кровообращения следствием этого влияния является повышение объемного мозгового кровотока на фоне снижения ЛСК в магистральных артериях за счет их дилатации. В норме через 3 минуты после применения препарата допплерографически регистрируется снижение средней ЛСК на 10–12%, возрастание объемного кровотока на 70±35 мл/мин, увеличение диаметра СМА на 37±12% (по данным транскраниальной сонографии с цветовым кодированием энергии допплеровского спектра), что считается адекватной реакцией (Лелюк В.Г., Лелюк С.Э., 1999).

Сочетание компрессионного теста и теста с нитроглицерином позволяет раздельно оценить состояние тонуса как магистральных артерий головного мозга, так и периферического русла.

В 1987 году R. Aaslid с соавторами предложили количественный способ оценки ауторегуляции мозгового кровотока – "манжетный" тест. Суть теста состоит в сравнительном анализе изменений системного артериального давления и ЛСК в сосудах мозга в ответ на острое снижение артериального давления (на 20–25%), что в авторском варианте обеспечивалось постишемической гиперемией в нижних конечностях после компрессии бедер пневматическими манжетами. В процессе мониторинга артериального давления и ЛСК определяются относительные изменения этих параметров. Разница скоростей восстановления значений артериального давления и ЛСК указывает на выраженность ауторегуляции. При отсутствии ее тренд ЛСК когерентен тренду артериального давления, при наличии – ЛСК восстанавливается значительно быстрее.

Скорость ауторегуляции мозгового кровотока (RoR) вычисляют по формуле:

, где

DCVR – относительное изменение цереброваскулярного сопротивления после снижения давления в манжетах,
DТ50 – время, в течение которого ЛСК после своего максимального снижения во время манжетного теста восстанавливается до 50 % от исходного значения,
DCPP – относительное изменение ПД после снижения давления в манжетах.


Рис. 3. Изменения системного артериального давления (АД), ЛСК
и внутричерепного давления (ВЧД) при проведении манжетного теста.

Рассчитываемое значение RoR в норме составляет 20±3% сек-1. RoR в норме зависит от напряжения СО2, снижаясь при гиперкапнии (11±2), возрастая при гипокапнии (38±4) (рис. 3). Чем ниже значение RoR, тем в более плачевном состоянии находится ауторегуляция. Грубые нарушения ауторегуляции обнаруживают при тяжелой черепно-мозговой травме, внутричерепных кровоизлияниях, сосудистом спазме (рис. 4). Недостатком этого теста является необходимость использования специальных систем для мониторинга ТКДГ, артериального и внутричерепного давлений, а также специального программного обеспечения.

   A

   Б
Рис. 4. A - Результаты манжетного теста у больного в компенсированном состоянии.
Показатели скорости ауторегуляции мозгового кровотока соответствуют нормальным величинам.

Б - Результаты манжетного теста у больного со спазмом левой СМА в остром периоде субарахноидального кровоизлияния.
Показатели скорости ауторегуляции существенно снижены на стороне спазма (нарушение ауторегуляции).

Так или иначе, но большинство тестов подразумевает, пускай безвредное, но воздействие на организм испытуемого, что неизбежно влечет некоторые искажения реакций, которые в естественном состоянии могут протекать по иному. В связи с этим возникли представления о необходимости оценки состояния ауторегуляции на основе длительного мониторинга параметров мозгового кровотока, системного артериального давления, напряжения углекислого газа без каких бы то ни было внешних возмущений. Такой мониторинг позволяет выявить т.н. медленные колебания физиологических параметров и на основе расчета коэффициентов когерентности определять степень подобия колебаний кровотока, давления и насыщения крови углекислым газом. Являясь поистине неинвазивным, подобный метод позволяет оценивать состояние регуляторных контуров in situ, что и обуславливает его ценность для клиники.

В 1991 году C.Giller провел анализ спонтанных колебаний системного артериального давления и линейной скорости кровотока у больных после разрыва внутричерепных аневризм. Установлена зависимость индекса когерентности (кросспектральный Фурье анализ) между спонтанными колебаниями артериального давления и линейной скорости кровотока от состояния ауторегуляции мозгового кровотока. В норме индекс когерентности составляет 0.21±0.05. У больных с разрывом внутричерепных аневризм индекс когерентности существенно возрастает до 0.45±0.1 (p<0.05).

В 2001 году Lang E. с соавторами установлена зависимость угла сдвига фаз между спонтанными колебаниями системного артериального давления и линейной скорости кровотока от состояния ауторегуляции мозгового кровотока. Определена нормальная величина этого показателя. Он составил 69.4±12.10o. На Рис. 5 представлена спонтанные колебания артериального давления и ЛСК у больных с различными сроками субарахноидального кровоизлияния.


Рис. 5. Фазовый угол между спонтанными колебаниями артериального давления и линейной скорости кровотока.

У больных с внутричерепными аневризмами фазовый угол существенно меньше и определяется сроками субарахноидального кровоизлияния – на 7-13 сутки после САК наблюдается его дальнейшее уменьшение.

С учетом анатомо-функциональной целостности сосудистой системы мозга оптимальным следует признать тест, позволяющий оценивать реакцию не изолированного сосудистого бассейна, а по меньшей мере, двух симметричных бассейнов здорового и пораженного полушарий. Это условие может быть реализовано при помощи билатеральной регистрации ЛСК на фоне проведения нагрузки. Фиксация датчиков осуществляется при помощи специального мониторного шлема, обеспечивающего закрепление их в произвольном положении в проекции ультразвукового окна.


Рис. 6. Тренды средней ЛСК в обеих СМА в норме: в покое, на фоне гипер- и гипокапнической нагрузок.
По оси ординат – средняя ЛСК (см/с), по оси абсцисс – время (мин).

В норме тренды скорости кровотока в парных артериях характеризуются высокой степенью подобия, повторяя одна другую (рис. 6).

При односторонней недостаточности кровообращения отмечается выраженное отличие реакции ЛСК на нагрузку на стороне поражения (рис. 7).

Помимо стандартных индексов реактивности при билатеральном ТКДГ-мониторинге можно рассчитать ряд показателей, характеризующих степень недостаточности кровообращения на стороне поражения, такие как коэффициент корреляции потоков (в норме стремится к 1.0), соотношение коэффициентов регрессии (в норме стремится к 1.0). На рис. 8 приведены тренды линейной регрессии ЛСК в парных сосудистых бассейнах в норме и при окклюзии ВСА.


Рис. 7. Тренды средней ЛСК в обеих СМА при односторонней окклюзии внутренней сонной артерии:
А - на здоровой стороне, Б - на стороне окклюзии.
По оси ординат – средняя ЛСК (см/с), по оси абсцисс – время (мин).

По результатам реакции на функциональные нагрузочные тесты R.Aaslid и соавторы выделяют следующие типы:
1) однонаправленная положительная реакция – симметричный адекватный ответ на нагрузку;
2) разнонаправленная – положительная реакция на одной, сниженная или пародоксальная на противоположной стороне;
3) однонаправленная отрицательная – двусторонний сниженный или инвертированный ответ.



Рис. 8. Графики линейной регрессии ЛСК в обеих СМА в норме и при окклюзии.
По осям ординат и абсцисс – средняя ЛСК (см/с).

В настоящее время ТКДГ является основным методом изучения регуляции мозгового кровотока в клинике. Использование функциональных нагрузок позволяет оценить состояние системы мозгового кровообращения, что нередко является определяющим фактором при определении показаний к хирургическому вмешательству при сосудистых заболеваниях мозга (операции создания микрососудистого анастомоза, вмешательства при артериовенозных мальформациях), терапии острой внутричерепной гипертензии, назначении вазоактивных препаратов. В повседневной практике наиболее применимы тесты, позволяющие оценивать реакцию сосудов на СО2 (тесты с задержкой дыхания и гипервентиляцией), ауторегуляцию (компрессионный и манжетный тесты), а также кросспектральный анализ спонтанных колебаний системной и церебральной гемодинамики. Исследование, проведенное без оценки функционального состояния системы мозгового кровообращения, сегодня не может считаться полноценным.