颅内压增高和脑水肿

Raisedintracranialpressureandbrainedema

VILLELEINONEN,RITVAVANNINEN,ANDTUOMASRAURAMAA

颅内压增高和脑水肿

锈刀十一编译

摘要

急性颅内压增高(ICP)是危及生命的神经外科急症。最佳管理策略是根据疾病进程而制定的。最常见的原因是颅内出血,如创伤性硬膜下,硬膜外或脑内血肿(ICH);自发性ICH,脑室内出血,蛛网膜下腔出血和脑积水。如果在没有出现严重的脑损伤并且在出现脑疝之前进行有效治疗,则有望完全康复。在实质性损伤中,由于中枢神经系统中的坏死细胞而留下“空洞”,由脑脊液替代,所以不太可能完全康复。临床恢复是基于那些能够生成新的突触的存活细胞。通过清除明显的占位效应,外科手术可以降低ICP。在所有情况下,当脑实质明显受损时,脑水肿可能逐渐增加ICP并进一步恶化临床情况。这通常出现在大面积脑梗塞时,脑水肿可能导致在几小时和几天内ICP的增加。传统上将脑水肿分类为血管源性或细胞毒性,但根据现有的知识,这是一个连续的整体,首先是细胞毒性细胞肿胀,然后是离子性水肿,其次是血管源性水肿。在这里,我们通过临床实例回顾ICP增高的原因,包括脑水肿的发生机制。

颅内压增高(ICP)的典型症状是头痛,恶心,呕吐,最终出现意识下降。正常ICP数值取决于体位,范围从在仰卧时的5至15mmHg到直立位的-5至+5mmHg。

脑水肿是脑实质内液体异常增多的病理状态。可以由几种导致脑损伤的原因(如缺血性或出血性中风,外伤,感染或肿瘤)引起。脑水肿导致神经功能受损,可能会增加ICP,并最终导致小脑幕(不明原因),枕骨大孔或大脑镰下疝。脑疝直接压迫脑组织和血管,导致进一步的缺血并最终导致死亡(图.1)。

图.1一名4岁男孩既往良性后颅窝囊肿伴分流治疗引起的小脑幕裂孔疝和脑肿胀。急性症状最初是呕吐和意识波动,并迅速进展,出现惊厥,饱和度降低并最终死亡

分类

传统上将脑水肿分类为血管源性或细胞毒性,但似乎是由细胞毒性细胞肿胀开始,并继之以离子性水肿,然后是血管源性水肿引发的一个连续性过程(图.2)。血管源性水肿的特征是由于血-脑屏障(BBB)破坏,渗出性和细胞外液在脑实质内的集聚。细胞毒性水肿的特征是液体和钠离子细胞内的集聚。血管源性和细胞毒性水肿的形成和恢复的病理生理学时间窗是不定的并且可以以连续的方式发生,例如在缺血性中风后的第一天,可以看到快速可逆的细胞毒性水肿,然后在接下来的2-3天内出现血管源性水肿,并持续数日。

图.2正常毛细血管和神经元,细胞毒性水肿和离子水肿-细胞肿胀由于液体的细胞内积累,血管源性水肿-血-脑屏障破坏,导致血清蛋白和液体的外渗

注:Endothelialcell:内皮细胞;cytotxicedema:细胞毒性水肿;tightjunction:紧密连接;ionicedema:离子性水肿;vasogenicedema:血管源性水肿

细胞毒性水肿

在细胞毒性水肿中,过多的液体和钠离子在细胞内聚积导致细胞肿胀。细胞毒性水肿通常是由创伤性脑损伤,脑内出血,急性肝衰竭引起,并是缺血后的主要状态。

一般来说,细胞毒性水肿与细胞死亡有关。脑缺血会减少血流量,从而减少葡萄糖供应,导致细胞内三磷酸腺苷(ATP)生成的减少。ATP的缺乏导致胞内/胞外钠转运系统失活,随后出现细胞内钠离子的过度累积,这将引起细胞外液异常的流入细胞,引起细胞肿胀。其后,机体加速血液中钠离子的流出(译者注:请参照原文),以缓解细胞外钠和液体的减少,而不会造成血脑屏障破坏。在急性梗死的缺血性关键中,细胞毒性水肿的最终结果是神经元渗透性死亡。在内皮细胞的胀亡(原文:oncoticdeath)导致毛细血管完整性完全丧失和血液外渗-即转变为出血。

肝脏代谢清除的一些有害(代谢)废物,如氨,在急性肝功能衰竭时会发生积聚。在中枢神经系统(CNS)细胞中,它们引起氧化应激和线粒体功能障碍,导致星形细胞功能障碍和肿胀。

离子性水肿(渗透性水肿)

发生离子性水肿时,脑渗透压超过血清的渗透压,并且异常的压力梯度引起液体进入脑实质。血液稀释会降低血清渗透压,并可能由低钠血症引起,例如由于抗利尿激素分泌异常或过量饮水引起。

血管源性水肿

发生血管源性水肿时,毛细血管通透性的变化导致液体和血浆蛋白如白蛋白外渗并进入脑实质。过多的细胞外液积聚会增加脑容量,随之增加ICP。血管源性水肿通常由CNS肿瘤如胶质母细胞瘤和脑膜瘤,感染,炎症性疾病引起,并出现在缺血后第二阶段。在平衡之前,电解质在梗塞中央区域极少或不是很多,而与梗塞中央区域相邻的半暗区域含有大量(过多)的电解质和水。

BBB由星形胶质细胞、血管周围细胞(也称周细胞)以及在脑血管内皮细胞之间形成紧密连接的粘附蛋白一起构成的。脑缺血再灌注通过线粒体功能障碍导致兴奋和氧化应激,诱导白细胞迁移和激活小胶质细胞和星形胶质细胞,导致细胞因子,趋化因子和过量释放血管渗透因子的过度释放-所有这些都会造成BBB的破坏。

缺血引起的毛细血管通透性变化可分为三个不同的阶段:离子性水肿,血管源性水肿和出血。在急性心肌梗死中,从一个阶段向另一个阶段过渡的速度取决于侧支循环,因此取决于血栓切除或静脉溶栓再灌注前缺氧的持续时间和深度。完全缺血而没有侧枝循环的比缺氧半暗带更可能转换为出血。

高原性脑水肿

在高原脑水肿中,缺氧造成BBB破坏,导致线粒体功能障碍。

间质性水肿

间质性水肿与脑积水时脑脊液(CSF)在脑室周围的流动有关。

流行病学

由于脑水肿不是一个容易确诊的简单疾病,而是由各种病因引起的差异很大的连续过程,流行病学很难界定。一个有用的流行病学定义是基于脑水肿潜在病因的发病率。脑水肿总是与TBI,各种中枢神经系统肿瘤,中枢神经系统感染,脑缺血和脑内出血等病因相关。这些疾病的流行病学超出了本综述的范围。

临床表型和影像学

急性ICP增高的症状通常包括头痛,恶心,呕吐,最终的昏迷。常见症状还包括视力障碍(凝视,视力减退)和头晕。急性ICP增高引起血压代偿性升高,以维持脑血流量,这与由于脑干受压和心动过缓(库欣反射)导致的不规则呼吸相关,(提示)即将发生脑疝。除了由于占位效应导致的ICP增加以及上述后果之外,脑水肿可能导致局部神经功能损害。高原性脑水肿的特点是一些非特异性病理生理学症状,包括进行性头痛,共济失调,精神改变,意识障碍以及最终的昏迷。

创伤性脑损伤

TBI首先引起的是细胞毒性水肿,然后是离子性和最后的血管源性水肿。这个过程很复杂,不同的阶段可能会在大脑损伤的各个区域同时发生。甘露醇和过度通气会降低ICP,但两者仅仅是短期效应,并可能产生反弹效应。临床上使用的另一种高渗溶液是高渗(7.5%)盐水,似乎比甘露醇更有益。脑外伤常引起低钠血症,会进一步加重水肿。另一种降低ICP的方法是镇静和脑脊液引流。通常,最后的选择是去骨瓣减压术(DCE;图.3和.4)。

图.3严重创伤性脑损伤在去骨瓣减压术(DCE)中出现的恶性脑肿胀

图.4(A)头部创伤后2小时的首次计算机断层扫描(CT)显示右侧急性硬膜下血肿和创伤性蛛网膜下腔出血(入院时格拉斯哥昏迷评分3)。(B)创伤后3天的T2加权和(C)液体衰减反转恢复序列的磁共振图像显示高信号强度区域,其代表水肿;大脑内脑区低信号强度代表挫伤性出血。(D)CT显示创伤后7天发生大面积水肿伴子大脑镰下疝,予以右侧减压性颅骨切除术(DCE)。(E)在DCE术后第一天(创伤后8天)的CT。

图.5计算机断层扫描显示巨大的自发性脑内额颞叶血肿,显示血肿周围有轻微水肿带

出血性中风

脑内出血会对大脑造成直接的,不可逆的损伤。在数小时和数天内,围绕着血肿的细胞毒性,离子性和最终血管性水肿(图.5)可能增加占位效应并恶化预后。如果是非功能区产生明显占位效应的浅表表面大血肿,血症的外科减压手术可能会改善预后,尤其是小脑病变-见下文。蛛网膜下腔出血(SAH)诱发急性全脑缺血。SAH及其治疗也可能导致在T2加权磁共振(MR)图像上发现不了的在白质和深灰质中的全脑轻度血管源性水肿,但可通过测量亚急性期的扩散系数(ADC)值来检测。此外,在大出血后数天,常发生的血管痉挛可能诱发血管性水肿相关的缺血性病变。

缺血性中风

急性缺血时(图.6),几个小时内首先观察到细胞毒性(细胞)水肿,但由于存在跨毛细血管运动,在第一天内(水肿的类型)转变是非常迅速的。因为没有新的成分从血管内进入(组织),细胞毒性水肿时不会发生组织肿胀。但是,细胞毒性水肿形成后,血管中Na+流出速度加快。这会导致细胞外液蓄积,称为离子水肿。离子水肿之后是血管源性水肿,二者都会引起脑肿胀。血管源性水肿持续数日甚至数周。因此,缺血性中风之后,水肿会使得患者病情进一步恶化,常常出现在初次损伤后为1-3天。此时,大脑中动脉梗死的唯一有效治疗方法是DCE(图.7),并且应在严重临床恶化之前完成。DCE最佳时机的重要性得到了水肿形成不同阶段的实验研究的支持。在离子水肿的早期阶段,DCE增加了组织灌注,但是可能因为降低了组织压力、增加静水压梯度而加重血管源性水肿及后期的水肿形成。

图.6(A)71岁男性在中风后2小时内进行的卒中计算机断层扫描(CT)。CT上密集造影信号,但没有低密度。箭头显示CT血管造影中M1段闭塞(B),但侧枝循环箭头良好(C)。CT灌注和脑血流图(D)显示广泛的低灌注,而脑血容量图(E)仅显示基底节区域(箭头)中的小的缺血。患者接受了血栓切除术,临床效果良好

图.7(A)在症状发作后约10小时右侧大脑中动脉梗死的计算机断层摄影(CT)。CT是去骨瓣减压术后第一天(B),第四天(C)和第十二天(D),表明水肿的主要发展从皮层和深部灰质低密度,灰色和白质界线的消失,灰质和白质的标志性低密度沟逐渐消失,最终导致转换为出血和分层性坏死。

另一个潜在手术指征是小脑梗塞(图.8和.9),其中水肿会压迫第四脑室,引起阻塞性脑积水,这可通过脑室造口术治疗。值得注意的是,除阻塞性脑积水外,小脑肿块可直接压迫脑干,因此需要显微外科手术进行性后颅凹减压。在这个过程中,通过小的开颅手术或颅骨切除手术切除梗塞的小脑组织(常像“挤牙膏”)。这种手术可以挽救生命,并且功能结局良好,因为患者可能会从没有破坏性神经缺陷的小脑损伤中恢复。

图.8老年人双侧小脑梗塞引起的急性梗阻性脑积水(*)(箭头)

图.9急性右侧椎基底动脉血栓形成。症状开始5小时后的T2加权磁共振成像显示右小脑高信号水肿,但肿胀仅为轻度。弥散张量轨迹图像中水肿区域明亮,表明细胞毒性水肿和神经元死亡。

肿瘤

在良性和恶性CNS肿瘤中,周围脑实质可能发生血管源性脑水肿。水肿与几乎所有的恶性肿瘤有关,包括转移性和原发性,如神经胶质瘤,特别是胶质母细胞瘤。典型诱发性水肿的良性肿瘤是脑膜瘤(图.10)。但是,特别是小的脑膜瘤往往没有任何可以发现的水肿。在肿瘤中,最初症状常伴有水肿,因此可以通过应用皮质类固醇药物暂时缓解。肿瘤的全切除将逐渐逆转水肿,但部分切除有时会使其加重。如果进行放射性治疗,通常会继续使用皮质类固醇药物,特别是在恶性肿瘤中,因为通常可能会暂时加重水肿。

图.10在邻近白质中引起显着水肿的额部脑膜瘤的液体衰减反转恢复序列(A)和对比增强T1加权(B)磁共振图像

感染

也会出现与感染有关的血管性水肿,特别是脑脓肿(图.11),但脑膜炎也会出现(图.12)。因此,通抗菌治疗时常联合皮质类固醇药物。然而,细菌性脑膜炎引起能量代谢衰竭,驱动水从血液进入脑细胞内,引起细胞毒性水肿。

图.11在左额脓肿(星状链球菌)手术引流之前的T2加权(A),弥散表观的扩散系数(ADC)图(B),弥散张量轨迹图(C)和具有钆增强作用的(D)T1加权磁共振成像。脓肿腔周围白质的血管源性水肿在T2加权像和ADC图中均为高信号强度。在ADC图上脓腔内的限制性扩散表现为黑色。

图.12右颞部和额部的疱疹脑炎和血管源性水肿

慢性ICP增高

当ICP在数周和数月内逐渐增高,代偿机制使得大脑能够适应这种变化,直到达到某个阈值。自适应效果取决于时间窗。同样的占位效应,几秒钟内出现(例如SAH)可能导致立刻的头痛和意识丧失;在数小时内(例如急性硬膜下血肿)则是快速加重的头痛和局灶性症状(意识丧失之前);而在数周内(例如慢性硬膜下血肿),(其症状是)逐渐加重的头痛,精神错乱,认知恶化和间歇性局灶性症状(通常仅在最后发生脑疝后才意识到)。

同样,在ICP增高症状变得明显之前,肿瘤通常会引起局灶性症状。另文将回顾引起ICP增加的脑脊液疾病。

影像

持续的颅内高压,脑水肿和急性脑疝提示灾难性神经系统事件,需要立即识别和治疗以预防不可逆的损伤和死亡。计算机断层扫描(CT)是危重患者首选的影像方法,因为它是容易获取,快速和耐受性良好。急性非增强CT可诊断或排除颅内出血,巨大肿块,急性脑积水和脑疝。它常可以提示ICP和脑水肿明显增加的原因。

然而,在急诊科,对急性神经系统疾病CT图像的解读可能是高难度的,因为潜在病因的范围很广,并且许多这些疾病的影像外观可能是重叠混淆的。可能需要CT血管造影(CTA),MR成像(MRI,包括MR血管造影)或数字减法血管造影等进一步的影像检查(DSA)。

SAH时,常常是CTA常规地与大脑非增强CT相结合。它可以诊断颅内动脉瘤和畸形。在颅内血肿中,CTA斑点征是一种常见表现,并且与血肿扩大风险有较高相关性,预示围术期可能会发生活动性出血。在急性缺血性卒中时,越拉越多地进行CTA检查,这与越来越多的再灌注治疗有关。它通常与CT灌注成像相结合。CTA可以发现闭塞的动脉,描述闭塞的长度和可能的动脉粥样硬化病变,并可以评估侧支循环。DSA通常作为神经介入手术的辅助手段,如填塞破裂动脉瘤或血栓切除术。

MRI,脑损伤后的细胞毒性和血管源性水肿可通过T2成像和扩散加权成像来评估、ADC来测量。T2加权像是临床MRI中的基本脉冲序列。T2信号强度增加与血管通透性和水含量增加有关。T2值是激发质子的横向弛豫时间,T2值增加反映了血管源性水肿的进展。弥散成像提供有关蜂窝架构的信息,诸如蜂窝大小,膜和体积分数。ADC是组织内水分子扩散程度的提示指标。在细胞毒性水肿中,ADC值降低,因为细胞肿胀减少了细胞外空间,并且质子在水分子中的弥散受到限制。与正常脑组织相比,血管源性水肿的ADC值升高。在肿瘤中,ADC值可能因组织细胞性,液体粘度,膜通透性,大分子结构,微血管和肿瘤血流量而异。

神经病理学

肉眼观察

在宏观评估中,大脑往往是圆形的。如图.13-.15,可以看到被颅骨挤平而紧贴(颅骨)的脑回,以及受挤压而变窄的中央沟。在横截面上,脑室腔变窄并且灰质和白质之间的边界可能模糊,并且各种病变如出血,肿瘤或梗塞,可见水肿。鲜重与水肿程度成比例地增加。疝气引起的病变常常被认为是水肿的后果。

图.13车祸患者发生大面积水肿

图.14男性,年龄48岁。胶质母细胞瘤。活检结束后,患者很快死于肿瘤出血

图.15男性50岁。由颅内额叶血肿引起的水肿。

显微镜

水肿的显微外观通常是海绵状的,并且神经纤维可能出现松散和水肿(图.16和.17)。经过较长时间后,液泡可能会更大。神经胶质细胞可能会肿胀。在主要限于细胞内的细胞毒性水肿,该过程大部分是弥散性的。在血管性脑水肿中,髓鞘苍白和髓鞘破裂是常见的组织学发现。有的髓鞘纤维可能肿胀,星形胶质细胞显示与毛细血管壁接触(距离)变长。可以看到星形胶质细胞的肥大和增生,以及少突胶质细胞和髓磷脂的丢失。

图.16水肿的小脑白质(苏木精和伊红)

图.17严重水肿(苏木精和伊红)

发病机制,实验模型和生物化学

所有亚型的脑水肿似乎都有共同的分子示例,但水肿的发病机制因病因不同而不同。已经发现了许多与脑水肿形成有关的分子。最重要的似乎是血管内皮生长因子(VEGF),基质金属蛋白酶,水通道蛋白,钠+-K+-Cl--共同转运蛋白1(NKCC1),磺酰脲受体1调节的非选择性阳离子通道(SUR1-调控NCCa-ATP),内皮素B受体(ETB-R)和糖皮质激素受体。

脑损伤引发VEGF的表达,它降低了紧密连接蛋白的表达,并因此削弱了BBB而导致水肿形成。

水通道蛋白-4(AQP4)水转运似乎在各种中枢神经系统疾病的脑水肿过程中发挥重要作用。在AQP4过度表达的小鼠中可见细胞毒性水肿增加,而AQP4敲掉基因的小鼠的细胞毒性水肿会减少。与野生型小鼠相比,AQP4缺失小鼠在肿瘤,脓肿,SAH和癫痫持续状态时发生更多的脑水肿,可能是由于血管源性水肿液消除减少而BBB而破裂。AQP4在星形细胞瘤中被强烈表达,特别是在成胶质细胞瘤中。此外,肿瘤细胞中AQP表达水平与水肿量相关。

关于CSF淋巴对流机制的理论认为,某种程度上,通过水蛋白通道,心脏搏动将脑脊液从动脉周隙泵入并经过细胞外组织进入静脉周隙。超快速MR显示影响脑脊液搏动的三种生理机制,包括心脏,呼吸和极低频脉动。淋巴系统可能在形成离子水肿中发挥主要作用。

已有几种脑水肿的动物模型被使用。Xiong等人对TBI的动物模型进行了回顾。其中最常用的是脑损伤的控制性皮层撞击(模型)。Michinaga和Koyama回顾了脑水肿的液压损伤模型,脑出血模型,水中毒模型和肝衰竭模型的实验模型。

人类和动物的大脑功能和结构变化显著不同,实验研究并不总是充分地代表临床环境。对人类脑水肿的组织病理学研究惊人地缺乏,应予以鼓励。虽然临床诊断的潜力值得注意,但手术脑标本很少在肿瘤手术之外的神经外科手术中获得。只要有可能,连续的MRI图像和脑活检结合连续监测代谢产物,炎症和神经损伤标记物,通过微量透析,血液和脑脊液标本来确认实验结果是必要的,但也需要明确人类疾病的水肿过程。

所述内容仅代表作者观点!

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