|
Hjernens fysiologi gitte moos knudsen og olaf b paulson
|
| bet | 2/3 | | Sana | 07.04.2017 | | Hajmi | 68.26 Kb. | | #3271 |
Interstitielt ødem, dvs. øget vandindhold i ekstracellulærrummet, ses ved vandintoksikation og ved tilstande med salttab, hvor der fremkommer en systemisk hypoosmolalitet. Periventrikulært ødem ved hydrocephalus er også interstitielt.
Vasogent ødem skyldes øget permeabilitet af blod-hjerne-barrieren. Hydrofile substanser – herunder plasmaproteiner – passerer fra blodet ind i hjernens ekstracellulære rum. På grund proteinernes osmotiske aktivitet »suges« vand fra plasma ind i hjernen, hvorved der opstår ekstracellulært ødem. Ødemet spredes langs ledningsbanerne og er fortrinsvis lokaliseret i den hvide substans. Denne fordeling medfører, at et fokalt ødem kan spredes til store dele af den ipsilaterale og endog til den kontralaterale hemisfære. Vasogent ødem ses typisk ved cerebrale tumorer, fx metastaser (Fig. 12.2).
Cytotoksisk ødem skyldes svigt af cellemembranernes ionpumpefunktion i neuroner og gliaceller på grund af ændret metabolisme i cellerne. Derved indtræder der en intracellulær hyperosmolalitet og et primært intracellulært ødem. Cytotoksisk ødem ses blandt andet ved iskæmi og hypoksi.
Inddelingen i vasogent og cytotoksisk ødem har betydning for forståelsen af de mekanismer, der ligger til grund for udviklingen af et cerebralt ødem. Men inddelingen er mere teoretisk end praktisk, idet der ved de fleste tilstande med cerebralt ødem er såvel vasogene som cytotoksiske komponenter. Således vil en cerebral tumor med afficeret blod-hjerne-barriere også medføre metaboliske forstyrrelser, og omvendt vil der ved cerebral anoksi ikke blot være metabolisk forstyrrelser, men også sekundær påvirkning af blod-hjerne-barrieren.
Hjernens stofskifte
Under normale omstændigheder er hjernens energibalance for over 97 % vedkommende dækket ved den oxidative forbrænding af glukose. Denne udgør normalt omkring 0,3 mikromol/g/min.
I den intakte hjerne ændres blodtilførslen oftest parallelt med ændringer i stofskiftet, et fænomen, som kaldes kobling (coupling). Når hjernen aktiveres fokalt under udførelse af en bestemt opgave, sker der en lokal øgning i hjernens stofskifte og gennemblødning, men da glukosestofskifte og gennemblødning stiger mere end iltstofskiftet, stiger blodets iltindhold i den pågældende hjerneregion. Gennemblødningsstigningen anvendes til kortlægningen af hjernens funktioner som omtalt senere i kapitlet.
Hjernen besidder mulighed for fx ved faste hurtigt at omstille sig til forbrænding af ketonstoffer. Dette sker, så snart der er større mængder af ketonstoffer i blodet.
Størstedelen af hjernens stofskifte medgår til opretholdelse af iongradienter. Selv under dyb søvn, hvor hjernens elektriske aktivitet er minimeret, ses der kun en reduktion til omkring 75 % af normalværdien. Ved en dyb barbitursyrecoma er metabolismen reduceret til ca. 40 % af normalværdien. Svarende hertil antages det, at omkring 40 % af energiproduktionen går til processer nødvendige for at opretholde nervesystemets integritet, mens resten bruges til neuronal aktivitet. Afkøling af hjernevævet kan imidlertid reduceret energibehovet betydeligt og nedsætte hastigheden af enzymatiske processer. Dette er baggrunden for, at accidentel afkøling kan medføre betydeligt forbedret prognose for den neurologiske restitution. Det er også baggrunden for igangværende undersøgelser af værdien af afkøling ved blandt andet hjerneskade efter hjertestop, apopleksi og kranietraumer.
Barbitursyreintoksikation og afkøling mindsker således organismens, inklusive hjernens, iltforbrug og forøger dermed hjernens modstandsevne over for iltmangel. Men selv om disse forhold er kendte, er det vanskeligt at afgøre, hvor længe en anoksi eller iskæmi kan tåles. I kliniske situationer er der desuden ofte usikkerhed om både varighed og grad af iltmangel. Hovedreglen er dog, at en patient, der ikke er hypoterm eller barbitursyreintoksikeret, får blivende cerebrale skader efter 5 (10) minutters svær iskæmi eller anoksi. I tilfælde af hypotermi kan denne periode øges flere gange. Da hjernen ikke tåler glukosemangel, bør hypoglykæmi altid korrigeres hurtigst muligt for at undgå irreversible skader. Hypoglykæmi behøver ikke at vise sig ved bevidsthedstab, men kan også manifestere sig ved generaliserede krampeanfald, hemiparese eller bilateralt ekstensive plantarreflekser.
Under omstændigheder, hvor ilt- og/eller glukosetilførslen nedsættes, fx som følge af reduceret blodtilførsel eller ved hypoglykæmi, kan der i vidt omfang kompenseres ved en forøget ilt- eller glukoseekstraktion over blod-hjerne-barrieren. Når denne kompensationsmekanisme bliver utilstrækkelig, vil der påbegyndes en anaerob omdannelse af glukose til laktat. Ved aerob glukoseomsætning produceres 19 gange så meget ATP som ved anaerob omsætning med laktatproduktion. Anaerob glukoseomsætning i hjernen medfører derfor hurtigt laktat-acidose med påvirkning af de homeostatiske forhold, herunder vasomotorisk paralyse.
Hjernens hæmodynamik
Kredsløbsforandringer er den direkte årsag til iskæmi ved cerebrovaskulære sygdomme. Desuden ses hyppigt forstyrrelser i hjernens blodforsyning og dennes regulation ved mange andre diffuse og fokale sygdomme i centralnervesystemet.
Hjernens karforsyning
Hjernen forsynes med blod fra halsens arterier, fortil af højre og venstre a. carotis interna og bagtil af højre og venstre a. vertebralis. Arteriernes forløb på halsen og intrakranielt er vist på Fig. 11.3.A. Arteria carotis interna forløber S-formet gennem basis cranii og sinus cavernosus og bliver herefter intradural. Dens hovedgrene er a. ophthalmica, a. communicans posterior, a. cerebri anterior og a. cerebri media. De to aa. vertebrales passerer intrakranielt via foramen magnum. De forener sig på kraniets basis til a. basilaris, der løber langs forsiden af pons, hvor den afgiver grene til cerebellum og derefter deler sig i to aa. cerebri posteriores. Circulus Willisi er et anastomosesystem, der forbinder aa. cerebri anteriores, media og posteriores via a. communicans anterior og de to aa. communicantes posteriores (Fig. 11.3.C). Da anastomoserne ofte er inkomplette, er der ikke altid sikret sufficient blodforsyning, hvis én af halsarterierne okkluderes. Arteriernes kortikale forsyningsområder er vist i Fig. 11.3.B. Grænseområderne i hjernen mellem de tre store arteriers hovedforsyningsområder benævnes »vandskelsområder«, fordi de er mere udsatte for iskæmi end de øvrige dele af hjernen, hvis det systemiske blodtryk falder.
Fra både den dybe og overfladiske del af hjernen er der venøst afløb via vener, som passerer igennem subaraknoidalrummet og munder ud i de durale sinus. Det største venøse afløb sker via sinus sagittalis superior og de to sinus transversi, der løber videre i vv. jugulares internae på halsen.
Hjernens gennemblødning
Hos mennesket er den cerebrale gennemblødning (cerebral blood flow = CBF) i hvile ca. 0,5 ml g–1 min–1; dvs., at omkring 15 % af hjertets minutvolumen går til hjernen. Gennemblødningen er størst i hjernens grå substans og lavere i hvid substans; henholdsvis ca. 0,8 ml g–1 min–1 og ca. 0,2 ml g–1 min–1. Hjernens gennemblødning er normalt tæt reguleret af flere mekanismer, som søger at holde et konstant kemisk miljø i hjernevævet blandt andet ved at adaptere gennemblødningen til de metaboliske krav. Disse regulationsmekanismer omfatter blandt andet kemisk kontrol, autoregulation, metabolisk og funktionel kontrol samt neurogen kontrol (Fig. 11.4).
Kemisk kontrol
Øgning af den arterielle kuldioxid-tension (hyperkapni) medfører cerebral vasodilatation og dermed stigning i CBF, mens hypokapni medfører vasokonstriktion og fald i CBF (Fig. 11.4). Disse ændringer er forholdsvis store, 3 % pr. 0.1kPa og ledsages af samtidige ændringer i det intravaskulære volumen. CO2 virker på selve arteriolevæggen, og som følge heraf indtræder gennemblødningsændringer momentant ved ændring af den arterielle CO2 tension (PaCO2). PaCO2 påvirker karrenes tonus via pH-ændringer i karvæggen, hvor dannelsen af nitrogenmonoxid (NO) medvirker til kardilatationen. Idet blod-hjerne-barrieren er frit permeabel for gassen CO2, men impermeabel for ionen HCO-, bliver det bikarbonatkoncentrationen i hjernen og kuldioxid-tensionen i det arterielle blod, der bestemmer det periarteriolære pH. Systemisk metabolisk acidose, fx laktatophobning i kroppen ved svært muskelarbejde, har således begrænset indflydelse på hjernens gennemblødning, hvorimod laktatophobning i et patologisk område af hjernen medfører lokalt bikarbonatfald og dermed kardilatation. Systemisk metabolisk acidose kan dog via kemoreceptorerne øge respirationen og dermed reducere PaCO2, der igen som nævnt oven for reducerer den cerebrale gennemblødning. Ved længerevarende hyper- eller hypokapni indtræder en adaptation, og hjernens og cerebrospinalvæskens pH vender gradvis tilbage mod normalværdierne. Adaptationen foregår indenfor ca. 24 timer og er et udtryk for, at organismen søger at holde hjernens kemiske miljø konstant. Ved kronisk metabolisk systemisk forskydning af syrebaseforholdene vil der således kun være lettere forskydninger i hjernevævet og cerebrospinalvæsken. Den kemiske kontrol er af største kliniske betydning, specielt under patologiske forhold. CO2-retention vil fx kunne øge et i forvejen forhøjet intrakranielt tryk med risiko dels for kompromitteret blodcirkulation i læderede vævsområder, og dels for herniering.
Andre kemiske faktorer end pH indgår i regulationen af hjernens gennemblødning, blandt andet NO og den ekstracellulære kaliumkoncentration. Når disse stiger, øges den cerebrale gennemblødning.
Autoregulation
Ved autoregulation af hjernens gennemblødning forstås hjernekarrenes evne til at holde CBF konstant trods større ændringer af hjernens perfusionstryk, hvor perfusionstrykket udgøres af differencen mellem det systemiske arterielle blodtryk og det intrakranielle tryk. Regulationen foregår ved ændring af strømningsmodstanden i hjernens mindre arterioler, som kontraheres, når perfusionstrykket stiger, og dilateres, når det falder. Hjernens kredsløb autoreguleres altså både som funktion af ændringer i det arterielle blodtryk, og ved ændringer i det intrakranielle tryk. Under normale forhold er ændringerne i det intrakranielle tryk dog små, og autoregulationen foregår alene på baggrund af ændringer i det systemiske blodtryk. Under patologiske tilstande, som fx hjerneødem, udgør det intrakranielle tryk imidlertid en vigtig faktor. En reduktion i det systemiske blodtryk vil under disse omstændigheder være risikabelt, især hvis perfusionstrykket derved bringes under den nedre grænse for autoregulationen, eller hvis autoregulationen på grund af en cerebral læsion er helt eller delvist ophævet.
Autoregulationens mekanisme er antageligt et direkte myogent respons i karvæggen. Der er såvel en nedre som en øvre grænse for autoregulationen (Fig. 11.4). Hos normale personer aftager CBF, når middelblodtrykket falder under ca. 80 % af middelarterieblodtrykket i hvile, almindeligvis omkring 60 mmHg. Men da iltekstraktionen fra blodet samtidig øges, forbliver hjernens oxidative stofskifte konstant, indtil middelblodtrykket kommer under ca. 40 mmHg. Ved et blodtryksfald under dette niveau kan en øgning af iltekstraktionen ikke længere kompensere for reduktionen af den cerebrale gennemblødning, og den oxidative metabolisme falder. Da optræder globale cerebrale hypoksisymptomer med bleghed, sveden, gaben, hyperventilation og nystagmus. Falder blodtrykket yderligere, mistes bevidstheden.
Den øvre grænse for autoregulationen ligger normalt omkring et middelblodtryk på 160 mmHg. Stiger blodtrykket derover, kan de cerebrale modstandskar ikke længere modstå det høje tryk. Der indtræder segmentær vasodilatation, øget CBF samt lækage af blod-hjerne-barrieren for osmotisk aktive stoffer og dermed cerebralt ødem.
Autoregulationsgrænserne kan forskydes ved forskellige fysiologiske og farmakologiske påvirkninger. Både øvre og nedre grænse forskydes mod højere blodtryksniveauer ved stimulation af det sympatiske nervesystem (se afsnittet om neurogen kontrol), og autoregulationens nedre grænse kan sænkes ved indgift af stoffer, der hæmmer angiotensin systemet.
Metabolisk og funktionel kontrol
Som oven for nævnt er der under normale omstændigheder sammenhæng mellem funktion, gennemblødning og metabolisme. Eksempler på dette er epileptiske anfald med stærkt forøget neuronal aktivitet, metabolisme og gennemblødning eller – i den anden ende af spektret – coma med udtalt nedsættelse af neuronal aktivitet, metabolisme og gennemblødning (Fig. 11.4). Også almindelige fysiologiske former for cerebral aktivering som håndbevægelser, øjenbevægelser, lytten, tale, tankevirksomhed m.m. ledsages af øget metabolisme og gennemblødning i de involverede cerebrale områder. En reduktion i blodets iltindhold medfører også en prompte stigning i blodtilførslen. Gennemblødningsstigningen anvendes til kortlægningen af hjernens funktioner som omtalt senere i kapitlet.
Neurogen kontrol
I hjernens kar findes talrige autonome nerver, hvis funktion indgår i den neurogene kontrol af kartonus og CBF. Kendskabet til de fysiologiske mekanismer er dog stadig mangelfuldt. Ændret tonus i det autonome nervesystem påvirker ikke CBF, så længe blodtrykket holdes inden for autoregulationens grænser, men stimulation af de cervikale sympatiske ganglier forskyder såvel autoregulationens nedre som dens øvre grænse mod højere blodtryksniveauer (Fig. 11.4). Dette forhold har stor praktisk fysiologisk betydning, da der ved de fleste fysiologiske tilstande med udtalt blodtryksforhøjelse (coitus, springen i isvand m.m.) er en generel aktivering af det sympatiske nervesystem. Herved beskyttes hjernens kapillærer mod en ekstrem trykstigning og dermed mod hypertensive cerebrale forandringer (hypertensiv encefalopati).
Andre regulationsmekanismer
De vigtigste er oxihæmoglobinets dissociationskurve, blodets viskositet og visse farmaka. En venstreforskydning af oxihæmoglobinets dissociationskurve øger O2-affiniteten til hæmoglobin (dvs. højere saturation ved en given ilttension). Da ekstraktion af O2 dermed falder, øges CBF kompensatorisk, og denne regulationsmekanisme modvirker, at den cerebrale ilttension falder. Reduktion af viskositeten, fx ved anæmi, mindsker den cerebrovaskulære modstand, og CBF øges alt andet lige. Stigningen ved anæmi svarer til reduktionen af blodets ilttransportevne, og ilttensionen i hjernens vener og hjernevæv forbliver stort set konstant (Fig. 11.5). Ved polycytæmi er blodets viskositet øget og CBF reduceret, men også her forbliver ilttilbuddet til hjernen uændret. Ændringer i hæmatokrit har således inden for ret vide fysiologiske grænser ingen indflydelse på ilttilbuddet til hjernen.
Farmakologisk ændring af CBF
Kun få farmaka påvirker direkte regulationen af hjernens gennemblødning, men nogle farmaka reducerer den cerebrale metabolisme og medfører en tilsvarende reduktion af CBF. Teofylamin og indometacin virker karkontraherende i den normale hjerne og nedsætter gennemblødningen. Omvendt virker papaverin kardilaterende. Kulsyreanhydrase-hæmmere, fx acetazolamid, dilaterer de cerebrale kar og øger CBF ved at fremkalde en acidosering med fald i det perivaskulære pH. Angiotensin konverterings enzyminhibitorer, som bruges i antihypertensiv behandling og i behandling af hjerteinsufficiens, nedsætter autoregulationens grænser uden at ændre gennemblødningen inden for autoregulationsniveauet. Dette har stor terapeutisk og patofysiologisk interesse, idet lavere blodtryk vil tolereres bedre. Hydralazin, et antihypertensivum, påvirker eller ophæver den cerebrale auroregulation og fjerner dermed hjernens beskyttelsesmekanisme mod ændringer i blodtrykket.
Hjernens gennemblødning under patologiske forhold
Akutte cerebrale læsioner
Afhængig af sygdomsprocessens udbredning i centralnervesystemet ses fokale eller globale ændringer af CBF. Fokale processer kan dog påvirke naboområder ved distorsion af omkringliggende væv og påvirke fjerntliggende områder ved at fremkalde karkompression eller ødem, som spredes langs ledningsbanerne i hvid substans både i den samsidige og i den modsidige hemisfære samt til hjernestammen.
Ved akutte cerebrale læsioner ses i de afficerede områder vasomotorisk paralyse, dvs. ophævet autoregulation, manglende respons på PaCO2-ændringer og på farmaka, der normalt ændrer CBF. De akutte hjernelæsioner, som kan ledsages af vasomotorisk paralyse, er mangfoldige: fokal eller diffus iskæmi, traumer, tumorer, blødninger, encefalitis m.m. Vasomotorisk paralyse kunne således umiddelbart synes at være et forholdsvis uspecifikt fænomen fremkaldt af mange forskellige årsager. Imidlertid må det antages, at alle de nævnte tilstande er ledsaget af mere eller mindre insufficient iltforsyning, hvorved der opstår laktacidose i den afficerede region samtidig med, at der formentlig sker en forøgelse af den ekstracellulære K+-koncentration. Gennemblødningen i områder med vasomotorisk paralyse vil udelukkende afhænge af perfusionstryk og cerebrovaskulær modstand. Perfusionstrykket kan være højt ved svær arteriel hypertension og lavt ved intrakraniel trykforhøjelse eller distalt for arterielle stenoser eller okklusioner. Den cerebrovaskulære modstand mindskes ved vasoparalyse med kardilatation, men udvikling af et lokalt ødem kan atter komprimere karsengen, hvorved modstanden kan blive høj.
I områder med vasomotorisk paralyse kan ses et paradoks respons, hvor et givet stimulus medfører CBF-ændringer, der er modsat de forventede (Fig. 11.6). Stimuli som inhalation af kuldioxid eller indgift af acetazolamid kan således fremkalde et abnormt CBF-fald i et fokalt læderet vasoparalytisk område samtidig med, at CBF øges i de ikke-læderede cerebrale områder – dette paradokse respons er blevet kaldt steal syndrome. Det forklares ved, at karrene i det vasoparalytiske område ikke kan dilateres yderligere, hvorimod de dilateres i de raske naboområder, så blodet ganske enkelt shuntes væk fra det læderede væv. Medvirkende hertil er en stigning i det intrakranielle tryk som følge af kardilatation i de raske vævsområder, hvorved perfusionstrykket yderligere aftager. På tilsvarende måde forklares det modsatte respons, det såkaldte inverse steal syndrome, hvor et karkonstriktorisk stimulus som hyperventilation medfører et normalt CBF-fald i det ikke-læderede hjernevæv, hvorved CBF sekundært øges i det fokalt læderede vasoparalytiske område.
Autoregulationen synes mere vulnerabel end CO2-regulationen. I lettere afficeret hjernevæv kan således ses defekt autoregulation, men bevaret respons på ændringer i PaCO2, en tilstand, som kaldes dissocieret vasoparalyse. Dette forekommer ved svære diffuse cerebrale sygdomme, fx akut fulminant leversvigt, bakteriel meningitis eller i forløbet efter hjertestop. Dissocieret vasoparalyse kan normaliseres under hypokapni og skyldes derfor muligvis cerebral acidose.
|
| |
