腦血管的適應與代償

2019-06-18 14:11:46

在面對生命個體時,我們不得不感嘆生命的偉大,生命中有各種起承轉合,有各種曲徑通幽。在面臨腦血供不足這個問題時,腦組織和腦血管的自適應與代償無處不在,它表現的為腦側支循環的重建與重構,其強大讓人驚嘆!

適應是自然界的一種普遍現象!

在《基督山伯爵》這部書中有這樣一段,基督山伯爵論及毒藥學時這樣描述:“假定這種毒藥是木鱉精,您在第一天吃一克,第二天吃兩克,如此類推。好,到了第十天,您可以吃十克了,到第二十天,又增加了一倍,您可以吃二十克了。也就是說,這付藥您吃了可以毫無妨礙了,但要是沒有經過這種預防步驟的人吃了,卻是非常危險的。好了,那么,滿一個月的時候, 您要是和別人同喝一隻水瓶里的毒藥水,您可以把那個人毒死,而您自己同時雖然也喝了這種水,但除了微微覺得有點不舒服以外,決不會覺察到這瓶水裡混有任何毒質的”,這裡說的就是適應與耐受的問題。

適應是自然界普遍存在的現象,它是系統和環境相協調的行為。一般是指環境條件發生變化時,系統能通過改變結構、參數或控制策略來保持一定功能,從而在新的環境下繼續發揮作用或生存下去的行為。我們身體本身就是一套極有適應力的系統,它的內部溝通良好,能在某位夥伴出問題時,即時找到人來接替。比如,身體因故失去了一顆腎臟,另一顆就會變的更大來應付新的工作量。神經肌肉系統同樣如此,還記得馬拉松的最後一公里嗎?或者籃球比賽最後幾分鐘?你可能忍受膝蓋疼痛並拖著一條腿,但依舊可以在球場上奔跑。或者既使非常疲累,腳底起了水泡,你仍可以用歪七扭八的姿勢咬牙跑下去直到終點。比賽完成後,你回想起來也覺得不可思議。身體適應力是如此驚人,他們會不顧一切後果完成你所下達的指令。

在生物體內,這種適應現象普遍存在。當體內外環境條件變化時,生物會發生各種有效反應,這種適應有多種表現形式,包括屏障機能、免疫、修復、代償,細胞組織和器官的適應等。這種生物適應,一方面表現為生物各層次的結構(從大分子、細胞、組織、器官,乃至由個體組成的種群等)與功能相適應,如細胞增多、細胞再生等;另一方面表現為這種結構與相關功能(包括行為、習性等)適合於該生物在一定環境條件下的生存和延續,如功能加強,突觸功能強化等。無論在生理條件下維持動物體的正常生命活動或在病理條件下出現抵抗障礙和損傷的過程,均包含著機體的各種適應過程。細胞、組織或器官的結構和功能可隨著不斷改變的內外環境而發生改變,比如:肝臟30%發生病變而沒法行使正常功能時,剩餘的70%肝組織超常發揮行使病變的30%部分的肝組織所應行使的功能;腎臟損傷不超過60%-75%時,腎功能都可處於一種完全代償階段。作為人體最重要器官的腦組織,也存在著這種普遍規律的適應現象。在病理條件下,康復訓練就是一種代償、適應不斷強化的過程,在現代醫學中占據重要位置。

腦血管的適應 人腦血管在各種因素的作用下,會產生不同程度的狹窄,直至閉塞。最常見的病變原因是動脈粥樣硬化,動脈粥樣硬化會造成相應好發部位產生狹窄。而狹窄之後,是否能夠發生遠端供血區域的功能改變和梗死,一個重要的因素是腦的適應能力,發揮適應能力的過程是代償的過程,而潛在的代償能力就是腦的儲備力(reserve)。

1999年,加拿大學者Weih在觀察短暫性腦缺血發作(TIA)對於腦梗死影響時,發現一個有趣的臨床現象。有反覆TIA發作的患者,發生腦梗死後,加拿大神經功能評分輕度殘疾(0-6分)的比例較多,而較重的患者(9-10.5分)相對少。反之,沒有TIA發作的患者,輕度殘疾(0-6分)的比例較少,而較重的患者(9-10.5分)相對多。這個結果提示,反覆發作的小的缺血對腦組織產生保護作用,使得腦組織可以抵抗嚴重缺血的損害。換一句話說,腦組織產生了缺血的適應,或者說機體動用了代償機制。

腦血管的代償

腦血管的代償主要是腦側支循環的啟用與重建。腦缺血後的代償過程:按照腦儲備能力發揮的程度和機制的不同,把腦缺血後的代償過程分為四期:

第一期(側支循環儲備期):在這一期主要代償機制是建立側支循環。此期腦血流量(CBF)、血容量(CBV)以及氧攝取分數(OEF)維持在正常範圍。

第二期(腦血流儲備期):這一期的主要代償機制是血管反應性增加、毛細血管擴張、腦自動調節能力提高。此期CBF正常,CBV升高,OEF正常。

第三期(腦代謝儲備期):這一期的主要代償機制是腦的能量生成能力增加、能量消耗下降,體內產生抗缺血、缺氧的化學物質。此期CBF下降,CBV升高,OEF升高。

第四期(梗死期):這一時期腦組織已經處於失代償能力,所有的代償都不能低於缺血的損害,腦組織出現不可逆死亡。此期此期CBF下降,CBV下降,OEF進一步升高。

腦側支循環

側支循環:又稱為“代償性循環”,是機體某一局部的主要血管 (動脈或靜脈) 的血流受阻後,該部原有吻合支的血管擴張,形成旁路,使血液迂迴地通過這些旁路,恢復了循環的一種循環途徑。顱內或顱外潛在的或新生的血管吻合,在腦的供血動脈發生嚴重狹窄或閉塞時,血流可以通過這些血管吻合起到代償作用。

腦側支循環一般可分為3級:初級側支為willis環;次級側支為小血管吻合支;三級側支為新生血管。這種分級方式仍需要補充:①Willis環參與側支循環的血管變異很大,僅有約50%的人具有完整的Willis環。②一些Willis環雖然完整,但其前、後交通動脈或其它Willis結構發育不良,其代償能力達不到一級代償的作用。③部分患者的側支代償起主要作用的是軟膜動脈或新生的血管。④一些少見的側支循環代償方式,如胚胎大腦後動脈、永存三叉動脈、永存舌下動脈等其代償能力超過一級代償。歸類這些側支循環可以分為:固有的側支循環代償、潛在的側支循環代償及新生的側支循環代償三類。

血管再通≠血流再通≠腦功能再恢復

缺血性腦血管病的臨床症狀取決於什麼?

一般認為腦血管病變與缺血發作相關,但仍有非線性的表現。比如病變嚴重程度與臨床表現並不一致,並不是血管病變越嚴重,症狀越重;比如溶栓時間窗也不一樣,有些人強調3、4小時,有些人可以放寬到6小時、甚至8小時,有些人進行溶栓取栓治療時會出現出血轉化,背後的原因是什麼?經證實,背後的原因與側支循環建立情況有關,側支循環建立情況差異與症狀、預後相關。良好的側支循環可以降低嚴重頸動脈狹窄患者發生卒中的風險[Stroke.2000,31(1):128-132];側支血流能預測急性缺血性卒中患者腔內血管治療的效果[Stroke.2011,42:693-699]。

即使腦動脈主幹血管閉塞,如果側支循環代償完全,腦組織可能僅出現輕度的損傷,甚至並不表現出相關的症狀與體徵。但是當側支代償能力受損或不全時,腦組織的損傷可能較重甚至發生致殘或致死性大面積腦梗死。有效的側支循環建立可改善缺血性腦血管病患者的預後。對於血管閉塞的患者更主要的是血流再通,我們的研究應從多個角度著手,而不僅僅是使閉塞的血管再通。血管再通≠血流再通≠腦功能再恢復,應該跳出對“閉塞血管”的唯一聚焦,我們還需關注腦側支循環以及腦儲備力。對於溶栓時間窗的嚴格限制,就是這樣,血管再通可能帶來的是再灌注損傷,甚至是出血轉化。只有在合適的時間窗,或者是側支側支循環代償允許的條件下,血管再通才會直接帶來腦功能康復。

腦儲備能力

腦儲備能力

腦儲備能力發揮有四個途徑,也就是血流儲備、功能儲備、結構儲備和化學儲備。

按照不同的腦儲備能力可以進行分期,與臨床腦缺血事件發生率、症狀嚴重程度直接相關。腦循環功能的損害並非單純的血管狹窄,研究表明一些腦動脈嚴重狹窄有良好腦血管儲備力(Cerebrovascular reserve,CVR)者卒中發生率並不高,而CVR差者則腦缺血事件可高達32.7%/年。

1、血流儲備:指大腦通過血管最大程度擴張來增加腦血流量的能力。一般來講,通過腦血管最大程度擴張可以增加腦血流20-75%,臨床測定時,一般使用靜脈注射乙醯唑胺或者吸入一定濃度的CO2來擴張血管,測定擴張前後的腦血流量的變化來表示腦血流能力的大小。

2、功能儲備:腦血管有自動調節功能,即在一定灌注壓的的範圍內,維持腦血流的恆定不變。臨床通過改變血壓的方式,觀察腦血流的穩定性,以此反應腦自動調節的能力。

3、 結構儲備:通過腦血管側枝循環的開放發揮的代償能力。側枝循環按照級別開放。首先開放以及側枝循環,也就是前交通動脈和後交通動脈。其次開放二級側枝循環,也就是通過眼動脈和軟腦膜側枝使得顱內外動脈溝通,使顱外的血流供應顱內。最後開放三級側枝循環,也就是新生血管的產生。

4、化學儲備:在反覆缺血的時候,局部產生一系列抗缺血、缺氧的化學物質,提高腦組織的抗缺血缺氧的能力。這個過程也成為缺血預適應,或者缺血耐受。

這四種儲備方式是並存的,也是漸進的。關注腦儲備能力能從另一個角度幫助我們認識腦血管病,從另一方面開發預防和治療腦血管病的方法,增強腦儲備能力的干預手段應該成為防治腦血管病的重要途徑。

腦動脈側支循環代償的評估方法?

(1) 直接評估方法:臨床上常用的評估側支循環的方法包括TCD、CTA、MRA以及DSA,各有優劣。其中DSA被認為是評估各級側支循環的金標準,它可以清晰的顯示各種側支循環的解剖結構和代償情況,還能評估軟腦膜側支吻合和顱內外動脈側支循環。

(2) 間接評估方法:間接方法目前主要是通過評估腦血流動力學來反映其側支循環,CT灌注(CTP)、MR灌注(CTP)、SPECT、PET等可評估靜息狀態下的腦灌注,這些方法都是通過對比劑或同位素的測定來反映腦灌注量的,各有優劣。但腦血流灌注是一個動態的、波動的、可調節的,通過一些方法使腦血管擴張達到最大灌注再來測定其灌注或者是測定腦血管儲備能力也是一個重要的手段。

目前我們還不能對所有直接代償的側支血管完整有效地進行檢測,也不能準確地檢測各腦區的腦血流灌注量,間接與直接方法不能互相代替,可以互相補充,達到更準確的評估。多種影像學方法評估標準各不相同,目前側支循環分級標準以及評估方法缺乏權威統一評估標方法。

DSA

CTP

影響側支代償能力的因素有什麼?

當然側支循環的代償能力受多種因素的影響,包括側支循環的完整性和變異性,側支循環管腔內徑,腦血管狹窄程度和速度,側支血管壓力梯度、腦血管病相關危險因素及遺傳因素。已經證明高血壓、高血脂、DM、年齡與側支循環有相關性,而吸菸、既往卒中史、高同型半胱氨酸血症等對側支循環建立的影響尚無結論。

側支循環的臨床意義?

對於接受血管再通的患者,側支循環可以保護患者免受在灌輸損傷的影響,更重要的意義是對於大部分不能接受血管再通治療的患者,開放側支這種涓涓細流的灌注方式,可以在第一時間實現有效安全的血液灌注。因此,人們將越來越多的注意力轉向側支循環。側支循環的關注點應該在於缺血區血流的恢復;側支循環可增加腦缺血中心區域周圍的血供;側支循環的改善可帶來微循環改善,並可使干預藥物最大限度地抵達缺血區,提高治療效果。

促進腦側支循環治療方法有哪些?

腦側支循環與缺血性卒中的發生、發展和預後都有十分密切的關係,也是可以干預的一條治療途徑。但對於側支循環的干預治療措施研究一度陷入困境工作,沒有突破性進展。它大致可以分為兩類:直接干預措施---顱外-顱內動脈搭橋術(bypass);間接干預措施---體外反搏,主動脈部分阻斷,升高系統血壓。早在1985年就開展了對側支循環干預的研究,但是一些手術並未得到良好的結果,期間也並未出現有效干預側支循環的藥物。

目前這種狀況在慢慢改變,在臨床患者和動物模型上,已經有一些促進側支循環的方法或技術在研究,一些方法的具體療效還缺乏更具說服力的臨床證據支持。這些方法應該包括:藥物、康復理療和預適應等。

藥物---理想的改善側支循環藥物的特徵為:(1)保護血管結構;(2)恢復或擴張側支循環管徑;(3)迅速促進側支血管的再生;(4)安全,不良反應少。腦側支循環治療的血管保護目標是:(1)維持缺血後腦血管結構的完整;(2)促進側支代償;最終能預防腦梗死後繼發水腫、出血。目前已發現某些藥物具有上述血管保護效應:(1)他汀類:可能與保護血管內皮、促內皮祖細胞繁殖和遷移等機制有關,與其降血脂作用無必然聯繫;(2)丁苯酞:保護線粒體,重構微循環,通過保護血管神經單元而促進側支循環的建立,目前本藥的作用已被寫入缺血性卒中治療的指南。機理:首先是丁苯酞對於二級側支的作用:它可以提高體外腦血管內皮細胞和體外主動脈內皮細胞NO含量,成劑量依賴;它可以作用於軟腦膜微動脈側支血管,可能通過其提高內皮NO含量,恢復血管管徑和增加血流速度,真正實現恢復血流灌注的治療目標;它促進血管新生的作用在動物模型中得到了驗證,丁苯酞可以促進斑馬魚模型和雞胚絨毛尿囊膜模型中血管新生的數量;不僅可以開放二級側支循環和促進血管新生,同時具有保護微循環的作用;(3)尤瑞克林:擴張缺血區域小血管,有利於幫助開放側支循環,不影響大血管而引發盜血;(4)傳統醫學中活血化瘀類等藥物:可能成為改善側支循環的新藥,需進一步研究。

雞胚絨毛尿囊膜中的血管新生

預適應----使用水銀血壓計防治腦卒中的使用原理叫做遠程缺血預適應。遠程缺血預適應是指機體部分器官(如上肢)在受到短暫的、可逆性缺血缺氧刺激後,通過誘導缺血器官以外的其他臟器(如心、腦、肝、腎),對隨後發生的嚴重或致命的缺血缺氧產生保護作用。它最早套用於冠心病的治療上,已經得到廣泛的重視,而用於缺血性腦血管病的套用才剛剛開始。

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