脳循環

脳循環は脳に血液を供給します。脳はエネルギーを貯蔵する能力がほとんどないにもかかわらず、酸素とグルコースの継続的な供給に依存しています。この供給を保護するため、脳血流は厳密に調節されています。すなわち、血圧の変化に対して比較的一定に保たれ、二酸化炭素と酸素に非常に敏感であり、神経活動に合わせて活動領域で局所的に増加します。

Definition

脳循環は脳に血液を供給する局所的な血管床であり、その血流は自己調節、動脈血二酸化炭素および酸素への感受性、そして神経血管カップリングによって調節され、灌流が維持され、神経活動に適合するように調整されています。

Scope

この項目では、脳血流の主要な制御因子、すなわち圧自己調節、動脈血二酸化炭素および酸素に対する強い反応、神経血管カップリング、自律神経および内皮の影響について扱います。脳灌流を正常な調節生理学として、また虚血および頭蓋内ダイナミクスを理解するための背景として扱い、臨床的ガイダンスとしては扱いません。

Core questions

• 動脈圧の変化にもかかわらず、脳血流はどのようにして比較的一定に保たれるのでしょうか？
• なぜ脳血流は動脈血二酸化炭素にそれほど敏感なのでしょうか？
• 局所的な神経活動はどのようにして局所血流を増加させるのでしょうか（神経血管カップリング）？
• 硬い頭蓋骨内で脳灌流を制限するものは何でしょうか？

Key concepts

• 脳自己調節
• 二酸化炭素 (CO2) 反応性
• 低酸素性血管拡張
• 神経血管カップリング（機能的充血）
• 脳灌流圧
• 頭蓋内圧制約
• アストロサイトおよび周皮細胞シグナル伝達

Key theories

脳自己調節

脳抵抗血管は、灌流圧の変化に応答してその緊張を調整し、動脈圧の範囲全体にわたって脳血流を比較的一定に保ち、脳を低灌流と過灌流の両方から保護します。

神経血管カップリング

局所的な神経細胞およびグリア細胞の活動は、近傍血管の血管拡張を引き起こし、活動している脳領域への血流を増加させ、局所的な灌流を局所的な代謝需要に適合させます。このカップリングは、機能的脳画像診断信号の生理学的基礎です。

Mechanisms

脳血流は、脳灌流圧（動脈圧と頭蓋内圧の差）を脳血管抵抗で割った値によって決定されます。いくつかの制御因子がその抵抗に作用します。自己調節は、筋原性および代謝性応答を介して、灌流圧が一定の範囲内で変動しても血流を比較的安定に保ちます。脳血管は動脈血二酸化炭素に強く反応し、二酸化炭素が上昇すると拡張し、低下すると収縮します。また、重度の低酸素症に応答して拡張します。神経血管カップリングは、アストロサイトシグナル伝達や周皮細胞応答を含む局所的な神経細胞およびグリア細胞の活動を、近傍血管の拡張と結びつけ、活動領域により多くの血流が供給されるようにします。自律神経および内皮の影響はこれらの応答を調節します。脳は硬い頭蓋骨の中に位置するため、頭蓋内圧は灌流の追加的な決定因子となります。

Clinical relevance

脳血流の厳密な調節は、脳卒中、頭蓋内圧亢進、失神などの状況で、自己調節、二酸化炭素反応性、または灌流圧が障害された場合に脳が脆弱である理由を説明します。神経血管カップリングは、機能的脳画像診断で使用される信号の基礎となります。この項目は、正常な調節生理学を背景として記述しており、診断や治療の根拠となるものではありません。

Evidence & guidelines

ここで要約されている生理学は、臨床試験や診療ガイドラインからではなく、ヒト脳血流調節に関する統合レビュー、脳血流と酸素消費に関する古典的な統合、および神経血管カップリングの細胞基盤に関するレビューから得られています。

History

Lassenによって統合された20世紀のヒト脳血流および酸素消費の測定は、自己調節と二酸化炭素反応性の概念を確立しました。その後の研究は、神経細胞およびグリア細胞の活動が局所血流を駆動する細胞メカニズムを明らかにし、統合的なヒト研究は、圧、血液ガス、および神経制御を統合して脳灌流の統一的な説明をもたらしました。

Debates

神経血管カップリングは細胞レベルでどのように開始されるのか？

ニューロン、アストロサイト、周皮細胞の相対的な寄与、および活動と血管拡張を結びつけるシグナル伝達分子については、活発に研究が続けられており、単一のメカニズムでは機能的充血を完全に説明することはできません。

Key figures

• Niels A. Lassen
• Philip N. Ainslie
• David Attwell

Seminal works

• lassen-1959
• attwell-2010
• willie-2014

Frequently asked questions

なぜ脳血流は二酸化炭素にそれほど敏感なのでしょうか？

脳抵抗血管は、動脈血二酸化炭素が上昇すると拡張し、低下すると収縮するため、二酸化炭素は脳血流の最も強力な生理学的調節因子の一つです。このため、二酸化炭素を低下させる過換気は脳灌流を減少させます。

神経血管カップリングとは何ですか？

これは、脳領域の活動増加が、その領域への局所的な血管拡張と血流増加を引き起こし、灌流を代謝需要に適合させるプロセスです。これは、機能的脳画像診断で使用される信号の生理学的基礎です。