颅高压时脑脊液脉动压与颅内灌注压.pdf

http:/ 1 颅高压时脑脊液脉动压与颅内灌注压颅高压时脑脊液脉动压与颅内灌注压 相互关系的实验研究相互关系的实验研究 袁 晖 蒋雨平1 吴国强*许世雄*刘玉峰*复旦大学附属华山医院神经科（200040）*复旦大学医学院医学工程教研室*复旦大学力学工程系 摘要摘要 目的：研究颅高压中脑脊液脉动压与颅内灌注压的相互变化关系。方法：14 条狗安置硬膜外球囊并注液制成颅高压模型。通过改变球囊内液体量改变颅高压程度和颅内容积。通过压力传感器持续记录脑室内压力、腰椎管内压力及体动脉压。结果：随着颅内压的持续增高，颅内灌注压逐渐下降，脑脊液脉动压相应增高。脑脊液脉动压与颅内压的变化趋势呈现正性线性关系，而与颅内灌注压的变化趋势呈现负性线性关系。结论：在实验性颅高压中，脑脊液脉动压随着颅内灌注压的下降而增大，两者间呈现负性线性关系。在脑血管自动调节机制受损的情况下，脑脊液脉动压的变化可能提供脑血流量改变的信息。关键祠关键祠 颅高压 脑脊液脉动压 脑灌注压 脑 脊 液 脉 动 压(cerebrospinal fluid pulse pressure,CSFPP)是 指 在 颅 内 压(intracranial pressure,ICP)的基础上随着心脏波动的周期而出现的上下压力波动1。研究发现持续高颅压状态下颅内灌注压(intracranial perfusion pressure,ICPP)下降,CSFPP 却增大2，两者之间可能存在着一定的相互变化关系。本文即以狗为研究对象，着重研究在颅高压状态下 CSFPP 和 ICPP 的相互变化关系。1 材料与方法材料与方法 1.1 材料材料 1.1.1 实验动物实验动物 健康杂种狗 14 条，雌雄不拘，体重 915kg，平均 12.011.43kg。所有动物均由复旦大学医学院动物房提供。1.1.2 实验仪器实验仪器 采用SMUP-PC型生物信号处理系统（复旦大学医学院生理学教研室研制）同步进行 ICP、体动脉压（systematic arterial pressure,SAP）、心率（heart rate,HR）及心电活动的记录。1.2 方法方法 1.2.1 颅高压模型的建立以及加压球囊和颅内压传感器的置入颅高压模型的建立以及加压球囊和颅内压传感器的置入 实验动物均静推乌氯合剂(乌拉坦 700mg/kg，氯醛糖 45mg/kg)，进行全身麻醉。行气管切开后，即静推肌松剂三碘季 本课题为教育部高等学校博士点学科专项科研基金项目（2000026534）【作者简介】袁晖，男，（1970-），华山医院神经病学博士毕业，现就职于同济大学附属铁路医院 http:/ 2 胺酚1mg/（kgh）以抑制呼吸，并立即给予呼吸机辅助呼吸，呼吸模式设定为容量控制型（潮气量 12ml/kg，呼吸频率 24 次/min）。进行股动脉插管，接压力传感器（P300 型）记录 SAP。在颅顶中线旁开 11.5cm，冠状缝前 0.5cm 处双侧钻孔，将自然容量为 2ml 的乳胶球囊置入一侧硬膜外腔，以便注液后模拟颅内急性占位病变，造成颅高压；另一侧钻孔，留置脑室引流管，待脑脊液逐渐充满塑料引流管时，接到压力传感器以测定脑室内压（VP）。两侧颅骨钻孔均用骨水泥封闭，保证测压的可靠性。所有动物均行腰穿并置管，畅通后固定，接压力传感器记录腰椎管内 CSF 压力(LP)变化。手术完毕后保持动物于仰卧位并固定于操作台上，尽量使脑室和腰椎管保持在同一水平。操作完毕后,所有动物均持续静脉滴注生理盐水并行膀胱造漏,以保证在下面的实验过程中有稳定的尿量排出。1.2.2 实验操作过程及数据记录实验操作过程及数据记录 对每一动物首先进行 VP、LP、SAP、HR、CSFPP 和心电活动的基础数据记录，然后进行第一阶段颅内压升高实验。以快速推注的方式将 1ml 生理盐水注入硬膜外球囊，造成急性颅内高压；并持续记录 VP、LP 和 CSFPP 的变化过程 10 分钟。然后再次快速推注 1ml 生理盐水于硬膜外球囊，记录 10 分钟。依次类推，直至 VP 和/或LP100mmHg（mmHg=0.133kPa）时即排空球囊内液体,本过程为颅内压升高实验第一阶段（阶段 1）。静息一段时间，待实验动物的 VP、LP、CSFPP 和心电活动的数据基本恢复到第一次球囊注水前的基础数据且生命征保持稳定时（本过程大约 1 小时左右），再次依次向球囊内快速推注 1ml 生理盐水，每次记录 10 分钟，方法同前，直到出现 VP 和/或 LP 达到或超过100mmHg 时，最终排空球囊。本过程为颅压升高实验第二阶段（阶段 2）。1.2.3 实验数据分析和统计学处理实验数据分析和统计学处理 将每次推注生理盐水后经生物信号处理系统记录下各种原始数据利用 MFLab200 功能学科实验软件包输出为文本文件。然后采用 Matlab 软件分析检测每段文本数据，以每次心搏为采集点，记录下每次心搏时的平均 VP、LP、CSFPP 及SAP 的平均值（mVP，mLP，mCSFPP，mSAP）。平均 CPP(mCPP)取 mSAP 与 mVP 和/或 mLP 的差值。然后针对每个数据段进行 mCSFPP 与 mVP 和/或 mLP 及 mCPP 间的线性回归及相关性和显著性分析。线性回归分析中，P0.05 被认为有显著性意义。2 结结 果果 每次球囊内快速推注液体后，VP 和 LP 均迅速上升，然后缓慢下降。同步记录的一段心电、SAP、VP、LP、CSFPP 和 HR 的变化。这样共有 196 段文本数据段被采集下来，其中脑室内和腰椎管内压力变化数据段各为 98 个。由于颅压升高过程中，脑室或锥管中的测压导管口易发生暂时轻微的移位而贴壁，导致压力暂时引不出，故实验过程中会有部分压力数据段在记录中有间断。这样 196 个数据段中，有 178（90.8%）个数据段在记录中没有间断，其中 86 个为 VP 变化数据段，92 个为 LP 变化数据段。我们针对这 178 个记录完整的数据段进行分析。对每段数据段都进行 mCSFPP 与 mVP 和/或 mLP 的线性相关及回归分析，结果在 86 个脑http:/ 3 室内压力变化数据段中有 78 个（90.7）呈正性线性相关（P0.05），92 个腰椎管内压力变化数据段中有 79 个（85.9）呈正性线性相关（P0.05）。总共在 178 个数据段中有 157个（88.2）呈正性线性相关（P0.05），平均相关系数（r）为 0.7322。正性线性结果提示随着 ICP 逐渐增加，CSFPP 逐渐增大（见图 1，2）。图图 1 CSFPW 随着 VP 的增大而增大，两者间呈正性线性关系 图图 2 CSFPW 随着 LP 的增大而增大，两者间呈正性线性关系 mCSFPP 与 mCPP 的线性相关及回归分析结果见图 3。图图 3 CSFPP 随着 CPP 的减小而增大，两者间呈负性线性关系 结果在 86 个脑室内压力变化数据段中有 67 个（77.9）呈负性线性相关（P0.05）；92 个腰椎管内压力变化数据段中有 73 个（79.3）呈负性线性相关（P0.05）。总共在 178个数据段中有 140 个（78.7）呈负性线性相关（P阶段 1（P0.05），提示在阶段 2 中，这一趋势更加明显。3 讨讨 论论 CSFPP 是指在每一心动周期中，收缩期的 ICP 与舒张期的 ICP 之间的差值。CSFPP 的变化实际上反映了在心搏过程中，由于颅内血容量波动性变化引起颅内容积改变而导致的颅内压力相应的波动性变化3。CSFPP 起源于颅内动脉的搏动4。ICPP 是 mSAP 与 mICP 之差，实际上反应了颅内动脉内外的跨壁压力差，其变化受到了 SAP 和 ICP 的双重影响5。机体维持一定的颅内灌注压是保持颅内血液供应的基本条件。我们认为当颅内压不断加大时，体动脉平均血压会反应性的增大而保持相对稳定的颅内灌注，但是这种反应性的改变是相对滞后的，且增大趋势随着颅压的增高而降低，结果是颅内动脉的跨壁压即灌注压有逐渐减小的趋势。动脉跨壁压（即颅内灌注压）的减小使得动脉的弹性变小，而顺应性却增大6，这样每次动脉搏动所带来的颅内血容量变化也相应变大，其结果是颅内压的脉动越来越明显，CSFPP 越来越大。我们对实验数据的分析结果基本上符合这个观点，即随着颅内压力的不断增高，CSFPP 与 ICP 的变化发展趋势相同，而与 ICPP的变化发展趋势相反。也就是说，CSFPP 的改变，能够间接反映出 ICP 和 ICPP 的相应变化。Avezaat 等采用小脑延髓池持续灌注加压的方法来观察颅内压和 CSFPP 的变化，发现了两者间呈正性线性相关关系7。我们的实验证实了他们的结果。颅高压导致 ICPP 下降，但是由于脑血管存在着自动调节机制，因此能够在相当的 ICPP范围内脑血流量保持相对的稳定，不至于引起脑缺血缺氧。但如果颅高压持续时间过长，或者继发于脑外伤等原因，引起脑血管自动调节机制受损，ICPP 的下降就会导致颅内缺血缺氧，产生脑损害8。Avezaat 等在动物实验中发现当 ICP 持续大于 60mmHg 后，CSFPP 与ICP 间的线性变化趋势较 ICP 低于 60mmHg 时要明显增大，此时动物的脑血流量明显下降。认为 ICP 等于 60mmHg 时是个转折点，此时脑血管自动调节机制已经受损。进而认为 CSFPP的变化趋势改变对脑病预后的判断有帮助9。Czosnyka 等认为对于脑血管自动调节机制受损的患者（如脑外伤后），ICPP 的变化可以直接提供颅内血流量变化的信息10。我们认为由于 CSFPP 的变化能够反映 ICPP 的变化，因此也可以在脑外伤等病理情况中，提供颅内血流量变化的信息。实验中发现颅内压升高第二阶段中 ICPP 减小及 CSFPP 增大的线性趋势较颅内压升高第一阶段更为明显。Wilkinson11等发现在硬膜外球囊注液一段时间后再排空球囊可以诱发脑水肿，导致颅内压代偿进一步受损。我们认为在第二阶段的升压过程中，颅内血管自动调节机制可能受到损伤，因此此时 CSFPP 变化趋势的改变可能提示已经有脑血流下降导致的脑组织损伤。http:/ 5 参考文献参考文献 1 Bering EA,Ingraham FD.Arterial pulsations of the cerebrospinal fluid.Trans.Am.Neurol.Assoc.78th Annual Meeting.1953,49-54.2 Ropper AH,Rockoff MA.Physiology and clinical aspects of raised intracranial pressure.In:Ropper AH,Raven P.Eds.Neurological and Neurosurgical intensive care.3rd ed.NewYork,1993,11-27.3 Avezatt C JJ,E ijndhoven JH M.Clinical observations on the relationship between cerebrospinal fluid pulse pressure and intracranial pressure.Acta Neurochirurgica,1986,79:13-18.4 Cardoso FR,Rowan JO,Garbraith S.Analysis of the cerebrospinal fluid pulse wave in intracranial pressure.J Neurosurg 1983,59:817-821.5 Matakas F,Von Waechter R.Increase in cerebral perfusion pressure by arterial hypertension in brain swelling.A mathematical model of the volume-pressure relationship.J Neurosurg 1975 Mar;42(3):282-289.6 Shapiro AH.Steady flow in collapsible tubes.Trans of the ASME,J of Biomechanical Engineering,1977,99:126-147.7 Avezaat CJJ,Van Eijndhoven JHM.Cerebral Fluid Pulse Pressure and Craniospinal Dynamics:A Theoretical,Clinical and Experimental Study.Hague.A Jongbloed en Zoon.1984,1-339.8 虞佩兰，杨于嘉主编，小儿脑水肿与颅内高压第 1 版北京：人民卫生出版社，1999；56-66.9 Avezaat CJ,van Eijndhoven JH,Wyper DJ.Cerebrospinal fluid pulse pressure and intracranial volume-pressure relationships.J Neurol Neurosurg Psychiatry 1979,42(8):687-700.10 Czosnyka M,Pickard J,Whitehouse H.The hyperaemic response to a transient reduction in cerebral perfusion pressure.A modelling study.Acta Neurochir(Wien)1992;115(3-4):90-97.11 Wilkinson HA,Schuman N,Ruggiero J.Nonvolumetic methods of detecting impaired intracranial compliance or reactivity.Pulse width and wave form analysis.J Neurosurg.1979,50:758-786.http:/ 6 Bilateral Relationship between the Variation of Cerebrospinal Fluid Pulse Pressure and Intracranial Perfusion Pressure during the Process of Increasing Intracranial Pressure Yuan Hui1,Jiang Yuping2,Wu Guoqiang3,et al.1Center of Brain Disease,Shanghai Railway Hospital,Shanghai 200072,China 2Institution of Neurology,Huashan Hospital,Shanghai 200040,China ABSTRACT Objective To investigate the bilateral relationship between the variation of cerebrospinal fluid pulse pressure and that of intracranial perfusion pressure during the process of increasing intracranial pressure.Methods Fourteen dogs were installed epidurally with latex sacculus to establish models of increased intracranial pressure.The degree of intracranial pressure and volume can be altered by changing the volume of fluid in the sacculus.During the process,pressure transducers were arranged to monitor and record the systematic blood pressure and the variations of the pressure of intracranial ventricle and lumbar subarachnoid cavity.Results With the continual increasement of intracranial pressure,the intracranial perfusion pressure deceased,and the cerebrospinal fluid pulse pressure correspondingly increased.A positive linear relationship between the variation of intracranial pressure and that of cerebrospinal fluid pulse pressure and a negative linear relationship between the variation of intracranial perfusion pressure and that of cerebrospinal fluid pulse pressure were found.Conclusion During the experimental process of increased intracranial pressure,with the decrease of intracranial perfusion pressure,the cerebrospinal fluid pulse pressure increases.The relationship of variations between them shows a negative linear one.It seems that in the circumstances when the autoregulation of cerebral vessel is injured,the variations of cerebrospinal fluid pulse pressure may produce some useful information as to the changes of intracranial blood flow.Keywords Iincreased intracranial pressure Cerebrospinal fluid pulse pressure Ccerebral perfusion pressure