Мозговое кровообращение

Мозговое кровообращение обеспечивает кровоснабжение головного мозга — органа, который обладает ограниченной способностью накапливать энергию, но при этом зависит от непрерывного поступления кислорода и глюкозы. Для поддержания этого снабжения кровоток в мозге строго регулируется: он остается относительно постоянным при изменениях артериального давления, высокочувствителен к углекислому газу и кислороду и локально увеличивается в активных областях в соответствии с нейронной активностью.

Definition

Мозговое кровообращение — это региональное сосудистое русло, снабжающее головной мозг; его кровоток регулируется ауторегуляцией, чувствительностью к артериальному углекислому газу и кислороду, а также нейроваскулярной связью, так что перфузия поддерживается и соответствует нейронной активности.

Scope

Эта статья охватывает основные регуляторы мозгового кровотока — ауторегуляцию давления, сильную реакцию на артериальный углекислый газ и кислород, нейроваскулярную связь, а также автономные и эндотелиальные влияния. Она рассматривает перфузию мозга как нормальную регуляторную физиологию и как основу для понимания ишемии и внутричерепной динамики, а не как клиническое руководство.

Core questions

• Как мозговой кровоток поддерживается относительно постоянным, несмотря на изменения артериального давления?
• Почему кровоток в мозге так чувствителен к артериальному углекислому газу?
• Как локальная нейронная активность увеличивает локальный кровоток (нейроваскулярная связь)?
• Что ограничивает мозговую перфузию внутри жесткой черепной коробки?

Key concepts

• Церебральная ауторегуляция
• Реактивность на углекислый газ (CO2)
• Гипоксическая вазодилатация
• Нейроваскулярная связь (функциональная гиперемия)
• Церебральное перфузионное давление
• Ограничение внутричерепным давлением
• Сигнализация астроцитов и перицитов

Key theories

Церебральная ауторегуляция

Церебральные резистивные сосуды регулируют свой тонус в ответ на изменения перфузионного давления, так что мозговой кровоток остается относительно постоянным в диапазоне артериальных давлений, защищая мозг как от недостаточной, так и от избыточной перфузии.

Нейроваскулярная связь

Локальная нейронная и глиальная активность вызывает вазодилатацию в близлежащих сосудах, увеличивая кровоток в активных областях мозга и сопоставляя локальную перфузию с локальной метаболической потребностью; эта связь является физиологической основой сигналов функциональной визуализации мозга.

Mechanisms

Мозговой кровоток определяется церебральным перфузионным давлением (разницей между артериальным и внутричерепным давлением), деленным на цереброваскулярное сопротивление. Несколько регуляторов воздействуют на это сопротивление. Ауторегуляция, посредством миогенных и метаболических реакций, поддерживает относительно стабильный кровоток при изменении перфузионного давления в определенном диапазоне. Мозговые сосуды сильно реагируют на артериальный углекислый газ, расширяясь при его повышении и сужаясь при его снижении, и они расширяются в ответ на тяжелую гипоксию. Нейроваскулярная связь объединяет локальную нейронную и глиальную активность, включая сигнализацию астроцитов и реакции перицитов, с расширением близлежащих сосудов, так что активные области получают больший кровоток. Автономные и эндотелиальные влияния модулируют эти реакции. Поскольку мозг находится внутри жесткого черепа, внутричерепное давление является дополнительным определяющим фактором перфузии.

Clinical relevance

Строгая регуляция мозгового кровотока объясняет, почему мозг уязвим, когда нарушаются ауторегуляция, реактивность на углекислый газ или перфузионное давление, как это происходит при инсульте, повышенном внутричерепном давлении или обмороке. Нейроваскулярная связь лежит в основе сигналов, используемых в функциональной визуализации мозга. Эта статья описывает нормальную регуляторную физиологию в качестве справочной информации и не является основой для диагностики или лечения.

Evidence & guidelines

Обобщенная здесь физиология основана на интегративных обзорах регуляции кровотока в мозге человека, классическом синтезе данных о мозговом кровотоке и потреблении кислорода, а также обзорах клеточных основ нейроваскулярной связи, а не на клинических испытаниях или практических рекомендациях.

History

Измерения мозгового кровотока и потребления кислорода у человека в двадцатом веке, обобщенные Лассеном, установили концепции ауторегуляции и реактивности на углекислый газ. Более поздние работы прояснили клеточные механизмы, посредством которых нейронная и глиальная активность управляет локальным кровотоком, а интегративные исследования на человеке объединили контроль давления, газов крови и нервный контроль в единую картину перфузии мозга.

Debates

Как инициируется нейроваскулярная связь на клеточном уровне?

Относительный вклад нейронов, астроцитов и перицитов, а также сигнальных молекул, связывающих активность с вазодилатацией, активно исследуется, при этом ни один механизм полностью не объясняет функциональную гиперемию.

Key figures

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

Seminal works

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

Frequently asked questions

Почему мозговой кровоток так чувствителен к углекислому газу?

Церебральные резистивные сосуды расширяются при повышении артериального углекислого газа и сужаются при его снижении, что делает углекислый газ одним из самых мощных физиологических регуляторов кровотока в мозге; именно поэтому гипервентиляция, которая снижает углекислый газ, уменьшает мозговую перфузию.

Что такое нейроваскулярная связь?

Это процесс, при котором повышенная активность в области мозга вызывает локальную вазодилатацию и увеличение кровотока в этой области, сопоставляя перфузию с метаболической потребностью; это физиологическая основа сигналов, используемых в функциональной визуализации мозга.