危重条件下脑血流的变化

危重条件下脑血流的变化

当体重达到一定水平时，液体静水压消失，约2000ml血液从下肢转移到上肢，其中20%分布在头部，导致大脑循环变化。在探讨失重引起各生理系统变化的起因时,很多学者认为与失重时脑循环和脑功能改变有关。因此,失重对脑循环的影响逐渐引起人们的重视。本文简要介绍失重对脑循环的影响并分析失重时影响脑循环的因素。失去控制大脑循环的影响重血压病结果的表现失重/模拟失重时对脑血流的研究结果并不一致。表1和表2是短期(≤14d)和中长期(>14d)飞行模拟失重时人/动物脑血流变化的部分实验结果。由表可见短期失重/模拟失重时脑血流的变化结果不一致。对照体位为平卧位时,多数结果是失重/模拟失重初期脑血流量增加,之后下降,甚至低于对照水平;对照体位为坐位时,脑血流量增加。长期飞行时各研究均以平卧位为对照体位,结果也不一致,有的升高,有的降低,同一次飞行中不同航天员的变化也不一致。分析上述实验结果存在较大差异、甚至完全相反的可能原因有:a.对照体位不同。流体静压消失是引起失重时脑循环变化的最主要原因。研究失重对脑循环的影响时,应以地面人坐位或立位时的脑血流为对照值。但很多研究以飞行或模拟失重前平卧位为对照,尤其是飞行中脑循环的研究时,多以航天员在发射台座舱内,半仰卧位、腿抬高状态下的脑血流速度为对照值。此时流体静压的作用明显减小,已出现体液头向分布,以此状态下的脑血流作为对照值将得出不同的结论。Kawai比较了8名被试者坐位、平卧位和头低位-6°时脑中动脉的血流速度。与坐位相比,平卧位和头低位时脑血流速度分别增加111%(P<0.05)和114%(P<0.01),而与平卧位比,头低位时无明显变化;b.参加实验的人数,尤其是飞行中被试者人数较少,难以进行统计学分析,个体差异较大;c.各实验方法的不一致性,如测量仪器、测量时间、记录指标等的不统一,引起分析实验结果的差异;d.航天中的量测量数据来自于相对不受控的条件下。一些因素,如发射前的体位、航天引起的心理刺激和负荷、测量时间的不同、承担任务的不同、飞行中采用的防护措施及其对航天员的不同作用,均可影响到脑血流的测量;e.经颅多普勒主要用于测量大脑中动脉的血流速度,并以失重时大动脉管径不变为假定前提,以脑血流速度的变化反映脑血流量的改变。它不能代表整个脑循环系统血流速度的变化;f.脑血流本身的不对称性。Satake发现-6°头低位时各脑区及双侧半球血流变化不同;礼炮号65～237d飞行后21名航天员双侧脑血流呈不对称性改变,右半球脑血流增加、左半球减少,飞行2～8个月时下降10%,造成两半球血液供应中度不对称,双侧颈总动脉和椎动脉的血流也出现不对称现象,作者认为这可能与航天员前庭稳定性的降低有关。这种双侧脑半球、各脑区、颈动脉系统和椎动脉系统血流量的不对称性可能也是造成实验结果存在较大差异的原因之一。仿真操作的长期缺乏对血管结构的适应性变化失重时脑灌注压和颅内压的增高及整个血循环状态的改变对脑循环产生一定影响。飞行后脑形态学变化的资料很少,但地面模拟失重的有关研究较多。猴-6°头低位7d和19d后,脑质量增加13%,脑中、小动脉、静脉、毛细血管和软脑膜持久性充血,管壁通透性异常,血管周围水肿,有少量血细胞渗出;兔-20°头低位第3天出现毛细血管紧密连接受损,内皮细胞壁出现皱褶、失去完整性和光滑性,内皮细胞内饮泡增加,周细胞内溶酶体增多及毛细血管萎缩。在显微切片中可见红细胞游出血管壁外。根据近年血管生物医学的研究进展,对持续性的压力和/或流量变化,动脉血管可发生功能与结构的适应性改变。失重是否导致血管结构产生分化性重塑?这种重塑是否可逆?研究发现,为适应头低位时头部血液充盈的增加,脑血管发生了形态学的适应性变化:大鼠尾吊后颈总动脉和基底动脉的平均内径和中膜面积均增大,管壁平滑肌细胞发生肥大性变化,出现合成表型的平滑肌细胞,大动脉壁弹性纤维增加,尾吊4wk大鼠颈总动脉内膜内皮细胞沿血流方向的长轴延长。最近发现,模拟失重4wk后颈总动脉与基底动脉的内径与中膜面积分别增大9%和12%(P<0.05)、25%和36%(P<0.01),中膜平滑肌细胞层数增加、平滑肌细胞增生、迁移、出现合成型细胞等;解除1wk后,仅有部分恢复。作者认为,越是远心端、管径越细、中膜比例越大的血管,其重塑变化也越显著,中期模拟失重引起的上述变化可能是可逆的。宇宙号飞行后大鼠脑体感皮层中毛细血管密度增高,神经细胞超微结构改变,这些变化与飞行时间有关。作者认为飞行后动物脑皮层中毛细血管数量的增多,是脑循环自动调节的结果。推测上述组织结构的变化可能影响到脑神经细胞的供氧状态,而引起脑功能的改变。脑血流、颅内压、血管出现变化模拟失重时航天员出现了头部充血、头涨、头晕、头痛等主观感觉,并检测到了不同趋势、不同程度的脑血流、颅内压、脑血管的变化。根据重力消失引起机体的可能变化及有关实验,提出航天时可能影响脑血流的几种因素:重血压与颅内压CBF:脑血流量;MABP:平均动脉压;MVBP:平均静脉压;MICP:平均颅内压;CVR:脑血管阻力。失重对平均动脉压和颅内压均有一定影响,因而引起脑灌注压的改变。脑部平均动脉压升高失重时,头—足向压力梯度消失,流体静压作用消失或明显减少,头部灌流压增高20～30mmHg,这将激发脑血流的自动调节功能。颅内压升高研究发现,失重引起的体液头向分布可导致颅内压升高,继以脑血管水肿、神经退化。宇宙2229号飞行猴的颅内压,飞行前为10.23±0.12mmHg,第一昼夜末增加15%～25%,第2昼夜增加31%,第3昼夜增加14%,第6～9天时有正常化趋势。Murthy利用鼓膜移位技术(TMD)测量了0°、-6°、-15°头低位时的颅内压,卧位时颅内压是15mmHg,-6°时是17mmHg,-15°时增加更多。已超过临床颅内压增高的标准:14mmHg。失重时颅内压的增高可能与以下因素有关:a.脑血流过度充盈:实验证明颅内压与脑血流的变化是一致的,脑血流增加可引起颅内压增高。因此,失重初期颅内压的升高可能与下身血液头向转移,脑血流的增加有关;b.静脉回流受阻:失重时颈静脉内压力与中心静脉压一致,颈内静脉回流受阻,必然导致颅内静脉回流不畅,引起颅内压增高。航天员失重飞行时颈静脉膨出,脑血流图出现静脉波和舒张波等均证明了这一点。c.脑脊液增加:失重时,脑血管过度充盈及静脉回流受阻引起脑内静脉压增高,脑脊液的生成和吸收出现重调,以维持颅腔内压力的平衡。利用侧脑室插管法测量了大鼠-45°头低位尾吊1h内脑脊液压的变化,发现初期脑脊液压增高,之后无明显改变。这方面的研究报道较少。颅内压是失重/模拟失重时理解机体生理变化的一个重要参数。颅内压增高到一定程度后脑血流将减少,脑组织的氧供应和代谢也会受影响,而使脑功能下降和出现头痛症状。颅内压过高,还可影响前庭功能,引起或加重运动病。有学者提出0G时航天适应综合征可能是由继发于体液头向转移而出现的颅内压增高引起的。失重/模拟失重状态下颅内压的变化值得重视。飞行及地面模拟的保障失重时脑灌注压的增加和脑血管的过度充盈将引起脑血管阻力的改变,以维持脑血流量在正常范围内。短时间头低位倾斜时观察到卧床初期脑血管脉动性充盈增加,流入和流出阻力增加;礼炮6号航天员飞行中脑阻抗图的变化说明脑小血管的紧张度高于飞行前,而收缩时的血液充盈降低;短期飞行的礼炮6、7号和和平号航天员没有观察到脑血液充盈和脑血管紧张度的变化;长期飞行时左半球脉动性充盈减少10%,两半球出现中度不对称,并有脑静脉血的淤滞。应该指出,上述实验的对照体位是平卧位。如果与坐位相比,失重/模拟失重时脑血管的流入和流出阻力是增加的,而且出现静脉血的淤滞。失重时脑血管阻力除与脑血流量、血管管径、回流阻力有关外,还与血管壁的摩擦力、血粘度、血液成分等有关。飞行及地面模拟失重资料发现上述因素都发生或多或少的变化。如脑血管壁内皱褶的增加,完整性和光滑性的消失将增加血管壁的摩擦力;血浆容量减少、血细胞容积比增加、血管狭窄、血钙增加等都引起血粘度明显增高,增加了血液在脑血管中流动的阻力。总之,影响失重时脑血流量的因素很多,除脑循环的自身调节外,失重时血浆容量的减少对脑血流量也有很大影响,这些因素在决定失重时脑血流变化中的贡献还不清楚,需进一步研究。脑动脉压及脑血流动力学试验1.脑循环的改变是脑血管自身调节的一个表现,使机体能在失重脑血压持续升高条件下及时调整,最大限度地维持脑功能的稳定。2.血流改变可引起脑血管结构重塑及血管周围神经支配的变化,形成维持脑血流、防止脑水肿及脑充血的新的生理保护机制。3.失重脑动脉血管结构与功能的改变可能是飞行后立位耐力不良的重要机制之一———“脑血管性晕厥始动机制”。失重时脑动脉压增高使脑血管长期处于高压状态,可引起脑血流自动调节曲线右移,即反应阈值增加,而敏感性降低,并有组织结构的变化。礼炮6号航天员飞行后头低位实验(-15°和-30°HDT,各6min)时,脑每搏灌注量低于飞行前,脑血管发生较飞行前强烈的收缩反应,且微重力暴露时间越长,影响越严重,恢复时间也越长,说明失重引起头部血管紧张性提高而顺应性下降,形成对抗头部充血的代偿-适应反应。飞行后被试者LBNP耐力明显下降,且在LBNP、HUT耐力试验中可见到先发生脑部缺血再出现晕厥前心血管反应的现象。张荣发现2wk-6°头低位卧床后LBNP耐力明显下降:耐受负荷值