危重條件下腦血流的變化

危重條件下腦血流的變化

當體重達到一定水平時，液體靜水壓消失，約2000ml血液從下肢轉(zhuǎn)移到上肢，其中20%分布在頭部，導(dǎo)致大腦循環(huán)變化。在探討失重引起各生理系統(tǒng)變化的起因時,很多學者認為與失重時腦循環(huán)和腦功能改變有關(guān)。因此,失重對腦循環(huán)的影響逐漸引起人們的重視。本文簡要介紹失重對腦循環(huán)的影響并分析失重時影響腦循環(huán)的因素。失去控制大腦循環(huán)的影響重血壓病結(jié)果的表現(xiàn)失重/模擬失重時對腦血流的研究結(jié)果并不一致。表1和表2是短期(≤14d)和中長期(>14d)飛行模擬失重時人/動物腦血流變化的部分實驗結(jié)果。由表可見短期失重/模擬失重時腦血流的變化結(jié)果不一致。對照體位為平臥位時,多數(shù)結(jié)果是失重/模擬失重初期腦血流量增加,之后下降,甚至低于對照水平;對照體位為坐位時,腦血流量增加。長期飛行時各研究均以平臥位為對照體位,結(jié)果也不一致,有的升高,有的降低,同一次飛行中不同航天員的變化也不一致。分析上述實驗結(jié)果存在較大差異、甚至完全相反的可能原因有:a.對照體位不同。流體靜壓消失是引起失重時腦循環(huán)變化的最主要原因。研究失重對腦循環(huán)的影響時,應(yīng)以地面人坐位或立位時的腦血流為對照值。但很多研究以飛行或模擬失重前平臥位為對照,尤其是飛行中腦循環(huán)的研究時,多以航天員在發(fā)射臺座艙內(nèi),半仰臥位、腿抬高狀態(tài)下的腦血流速度為對照值。此時流體靜壓的作用明顯減小,已出現(xiàn)體液頭向分布,以此狀態(tài)下的腦血流作為對照值將得出不同的結(jié)論。Kawai比較了8名被試者坐位、平臥位和頭低位-6°時腦中動脈的血流速度。與坐位相比,平臥位和頭低位時腦血流速度分別增加111%(P<0.05)和114%(P<0.01),而與平臥位比,頭低位時無明顯變化;b.參加實驗的人數(shù),尤其是飛行中被試者人數(shù)較少,難以進行統(tǒng)計學分析,個體差異較大;c.各實驗方法的不一致性,如測量儀器、測量時間、記錄指標等的不統(tǒng)一,引起分析實驗結(jié)果的差異;d.航天中的量測量數(shù)據(jù)來自于相對不受控的條件下。一些因素,如發(fā)射前的體位、航天引起的心理刺激和負荷、測量時間的不同、承擔任務(wù)的不同、飛行中采用的防護措施及其對航天員的不同作用,均可影響到腦血流的測量;e.經(jīng)顱多普勒主要用于測量大腦中動脈的血流速度,并以失重時大動脈管徑不變?yōu)榧俣ㄇ疤?以腦血流速度的變化反映腦血流量的改變。它不能代表整個腦循環(huán)系統(tǒng)血流速度的變化;f.腦血流本身的不對稱性。Satake發(fā)現(xiàn)-6°頭低位時各腦區(qū)及雙側(cè)半球血流變化不同;禮炮號65～237d飛行后21名航天員雙側(cè)腦血流呈不對稱性改變,右半球腦血流增加、左半球減少,飛行2～8個月時下降10%,造成兩半球血液供應(yīng)中度不對稱,雙側(cè)頸總動脈和椎動脈的血流也出現(xiàn)不對稱現(xiàn)象,作者認為這可能與航天員前庭穩(wěn)定性的降低有關(guān)。這種雙側(cè)腦半球、各腦區(qū)、頸動脈系統(tǒng)和椎動脈系統(tǒng)血流量的不對稱性可能也是造成實驗結(jié)果存在較大差異的原因之一。仿真操作的長期缺乏對血管結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性變化失重時腦灌注壓和顱內(nèi)壓的增高及整個血循環(huán)狀態(tài)的改變對腦循環(huán)產(chǎn)生一定影響。飛行后腦形態(tài)學變化的資料很少,但地面模擬失重的有關(guān)研究較多。猴-6°頭低位7d和19d后,腦質(zhì)量增加13%,腦中、小動脈、靜脈、毛細血管和軟腦膜持久性充血,管壁通透性異常,血管周圍水腫,有少量血細胞滲出;兔-20°頭低位第3天出現(xiàn)毛細血管緊密連接受損,內(nèi)皮細胞壁出現(xiàn)皺褶、失去完整性和光滑性,內(nèi)皮細胞內(nèi)飲泡增加,周細胞內(nèi)溶酶體增多及毛細血管萎縮。在顯微切片中可見紅細胞游出血管壁外。根據(jù)近年血管生物醫(yī)學的研究進展,對持續(xù)性的壓力和/或流量變化,動脈血管可發(fā)生功能與結(jié)構(gòu)的適應(yīng)性改變。失重是否導(dǎo)致血管結(jié)構(gòu)產(chǎn)生分化性重塑?這種重塑是否可逆?研究發(fā)現(xiàn),為適應(yīng)頭低位時頭部血液充盈的增加,腦血管發(fā)生了形態(tài)學的適應(yīng)性變化:大鼠尾吊后頸總動脈和基底動脈的平均內(nèi)徑和中膜面積均增大,管壁平滑肌細胞發(fā)生肥大性變化,出現(xiàn)合成表型的平滑肌細胞,大動脈壁彈性纖維增加,尾吊4wk大鼠頸總動脈內(nèi)膜內(nèi)皮細胞沿血流方向的長軸延長。最近發(fā)現(xiàn),模擬失重4wk后頸總動脈與基底動脈的內(nèi)徑與中膜面積分別增大9%和12%(P<0.05)、25%和36%(P<0.01),中膜平滑肌細胞層數(shù)增加、平滑肌細胞增生、遷移、出現(xiàn)合成型細胞等;解除1wk后,僅有部分恢復(fù)。作者認為,越是遠心端、管徑越細、中膜比例越大的血管,其重塑變化也越顯著,中期模擬失重引起的上述變化可能是可逆的。宇宙號飛行后大鼠腦體感皮層中毛細血管密度增高,神經(jīng)細胞超微結(jié)構(gòu)改變,這些變化與飛行時間有關(guān)。作者認為飛行后動物腦皮層中毛細血管數(shù)量的增多,是腦循環(huán)自動調(diào)節(jié)的結(jié)果。推測上述組織結(jié)構(gòu)的變化可能影響到腦神經(jīng)細胞的供氧狀態(tài),而引起腦功能的改變。腦血流、顱內(nèi)壓、血管出現(xiàn)變化模擬失重時航天員出現(xiàn)了頭部充血、頭漲、頭暈、頭痛等主觀感覺,并檢測到了不同趨勢、不同程度的腦血流、顱內(nèi)壓、腦血管的變化。根據(jù)重力消失引起機體的可能變化及有關(guān)實驗,提出航天時可能影響腦血流的幾種因素:重血壓與顱內(nèi)壓CBF:腦血流量;MABP:平均動脈壓;MVBP:平均靜脈壓;MICP:平均顱內(nèi)壓;CVR:腦血管阻力。失重對平均動脈壓和顱內(nèi)壓均有一定影響,因而引起腦灌注壓的改變。腦部平均動脈壓升高失重時,頭—足向壓力梯度消失,流體靜壓作用消失或明顯減少,頭部灌流壓增高20～30mmHg,這將激發(fā)腦血流的自動調(diào)節(jié)功能。顱內(nèi)壓升高研究發(fā)現(xiàn),失重引起的體液頭向分布可導(dǎo)致顱內(nèi)壓升高,繼以腦血管水腫、神經(jīng)退化。宇宙2229號飛行猴的顱內(nèi)壓,飛行前為10.23±0.12mmHg,第一晝夜末增加15%～25%,第2晝夜增加31%,第3晝夜增加14%,第6～9天時有正?；厔荨urthy利用鼓膜移位技術(shù)(TMD)測量了0°、-6°、-15°頭低位時的顱內(nèi)壓,臥位時顱內(nèi)壓是15mmHg,-6°時是17mmHg,-15°時增加更多。已超過臨床顱內(nèi)壓增高的標準:14mmHg。失重時顱內(nèi)壓的增高可能與以下因素有關(guān):a.腦血流過度充盈:實驗證明顱內(nèi)壓與腦血流的變化是一致的,腦血流增加可引起顱內(nèi)壓增高。因此,失重初期顱內(nèi)壓的升高可能與下身血液頭向轉(zhuǎn)移,腦血流的增加有關(guān);b.靜脈回流受阻:失重時頸靜脈內(nèi)壓力與中心靜脈壓一致,頸內(nèi)靜脈回流受阻,必然導(dǎo)致顱內(nèi)靜脈回流不暢,引起顱內(nèi)壓增高。航天員失重飛行時頸靜脈膨出,腦血流圖出現(xiàn)靜脈波和舒張波等均證明了這一點。c.腦脊液增加:失重時,腦血管過度充盈及靜脈回流受阻引起腦內(nèi)靜脈壓增高,腦脊液的生成和吸收出現(xiàn)重調(diào),以維持顱腔內(nèi)壓力的平衡。利用側(cè)腦室插管法測量了大鼠-45°頭低位尾吊1h內(nèi)腦脊液壓的變化,發(fā)現(xiàn)初期腦脊液壓增高,之后無明顯改變。這方面的研究報道較少。顱內(nèi)壓是失重/模擬失重時理解機體生理變化的一個重要參數(shù)。顱內(nèi)壓增高到一定程度后腦血流將減少,腦組織的氧供應(yīng)和代謝也會受影響,而使腦功能下降和出現(xiàn)頭痛癥狀。顱內(nèi)壓過高,還可影響前庭功能,引起或加重運動病。有學者提出0G時航天適應(yīng)綜合征可能是由繼發(fā)于體液頭向轉(zhuǎn)移而出現(xiàn)的顱內(nèi)壓增高引起的。失重/模擬失重狀態(tài)下顱內(nèi)壓的變化值得重視。飛行及地面模擬的保障失重時腦灌注壓的增加和腦血管的過度充盈將引起腦血管阻力的改變,以維持腦血流量在正常范圍內(nèi)。短時間頭低位傾斜時觀察到臥床初期腦血管脈動性充盈增加,流入和流出阻力增加;禮炮6號航天員飛行中腦阻抗圖的變化說明腦小血管的緊張度高于飛行前,而收縮時的血液充盈降低;短期飛行的禮炮6、7號和和平號航天員沒有觀察到腦血液充盈和腦血管緊張度的變化;長期飛行時左半球脈動性充盈減少10%,兩半球出現(xiàn)中度不對稱,并有腦靜脈血的淤滯。應(yīng)該指出,上述實驗的對照體位是平臥位。如果與坐位相比,失重/模擬失重時腦血管的流入和流出阻力是增加的,而且出現(xiàn)靜脈血的淤滯。失重時腦血管阻力除與腦血流量、血管管徑、回流阻力有關(guān)外,還與血管壁的摩擦力、血粘度、血液成分等有關(guān)。飛行及地面模擬失重資料發(fā)現(xiàn)上述因素都發(fā)生或多或少的變化。如腦血管壁內(nèi)皺褶的增加,完整性和光滑性的消失將增加血管壁的摩擦力;血漿容量減少、血細胞容積比增加、血管狹窄、血鈣增加等都引起血粘度明顯增高,增加了血液在腦血管中流動的阻力。總之,影響失重時腦血流量的因素很多,除腦循環(huán)的自身調(diào)節(jié)外,失重時血漿容量的減少對腦血流量也有很大影響,這些因素在決定失重時腦血流變化中的貢獻還不清楚,需進一步研究。腦動脈壓及腦血流動力學試驗1.腦循環(huán)的改變是腦血管自身調(diào)節(jié)的一個表現(xiàn),使機體能在失重腦血壓持續(xù)升高條件下及時調(diào)整,最大限度地維持腦功能的穩(wěn)定。2.血流改變可引起腦血管結(jié)構(gòu)重塑及血管周圍神經(jīng)支配的變化,形成維持腦血流、防止腦水腫及腦充血的新的生理保護機制。3.失重腦動脈血管結(jié)構(gòu)與功能的改變可能是飛行后立位耐力不良的重要機制之一———“腦血管性暈厥始動機制”。失重時腦動脈壓增高使腦血管長期處于高壓狀態(tài),可引起腦血流自動調(diào)節(jié)曲線右移,即反應(yīng)閾值增加,而敏感性降低,并有組織結(jié)構(gòu)的變化。禮炮6號航天員飛行后頭低位實驗(-15°和-30°HDT,各6min)時,腦每搏灌注量低于飛行前,腦血管發(fā)生較飛行前強烈的收縮反應(yīng),且微重力暴露時間越長,影響越嚴重,恢復(fù)時間也越長,說明失重引起頭部血管緊張性提高而順應(yīng)性下降,形成對抗頭部充血的代償-適應(yīng)反應(yīng)。飛行后被試者LBNP耐力明顯下降,且在LBNP、HUT耐力試驗中可見到先發(fā)生腦部缺血再出現(xiàn)暈厥前心血管反應(yīng)的現(xiàn)象。張榮發(fā)現(xiàn)2wk-6°頭低位臥床后LBNP耐力明顯下降:耐受負荷值