CC BY
244
УДК 612.13+612.824.1+616.832.9-008.8:616-092
ФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ И ПАТОФИЗИОЛОГИЧЕСКИЕ МЕХАНИЗМЫ ВНУТРИЧЕРЕПНОЙ ГЕМО- И ЛИКВОРОДИНАМИКИ
Москаленко Ю. Е.1, Кравченко Т. И.2
Институт эволюционной физиологии и биохимии имени И.М. Сеченова Россия, Санкт-Петербург, пр. Тореза, 44 Научно-исследовательский центр «Фундаментальная остеопатия» Россия, Санкт-Петербург, пр. Энгельса, 27
Реферат
Проблема взаимодействия внутричерепной гемо-, ликвородинамики и биомеханических свойств краниосакральной системы в норме и при патологии имеет важное не только научное значение для нейрофизиологии и неврологии, но и несомненное прикладное значение для таких отраслей медицинской науки и практики как нейрохирургия, неврология, мануальная терапия, остеопатия и др.
Обзорная статья посвящена анализу данных литературы о механизмах, лежащих в основе поддержания внутричерепного гомеостаза. В то же время делается заключение, что факты об этих механизмах пока не реализованы в форме медицинских технологий.
Ключевые слова: мозговой кровоток; ауторегуляция мозгового кровотока; внутричерепная гемодинамика; ликвородинамика; цереброспинальная жидкость; краниосакральная система.
PHYSIOLOGICAL AND PATHOPHYSIOLOGICAL MECHANISMS OF INTRACRANIAL HEMO- AND LIQUORODYNAMICS
Moskalenko Yu. E.1, Kravchenko T. I.2
institute of evolutionary Physiology and Biochemistry named after I. M. Sechenov 44, Torez ave., Saint-Petersburg, Russia 2Scientific research Center «Fundamental osteopathy» 27, Engels ave., Saint-Petersburg, Russia
Abstract
The problem of interaction of intracranial hemo-, liquorodynamics and biomechanical properties of the craniosacral system in normal and pathological conditions is important not only for the scientific value of neurophysiology and neurology, but also the undoubted application value for such branches of medical science and practice as neurosurgery, neurology, manual therapy, osteopathy, etc.
The review article is devoted to the analysis of the literature data on the mechanisms underlying the maintenance of intracranial homeostasis. At the same time, it is concluded that the facts about these mechanisms have not yet been implemented in the form of medical technologies.
Keywords: cerebral blood flow; autoregulation of cerebral blood flow; intracranial hemodynamics; liquorodynamics; cerebrospinal fluid; craniosacral system.
В последние десятилетия накоплены убедительные данные, что обеспечение нормальной деятельности головного мозга человека осуществляется путем функциональной интеграции его сосудистой системы, системы циркуляции спинномозговой жидкости и биомеханических свойств черепа, образующих единую структурно-функциональную систему [1-8].
Современные представления о многоконтурной структуре процесса регуляции мозгового кровообращения основаны на исключительной биологической важности обеспечения физико-химического гомео-стаза мозга как органа, управляющего функциями целостного организма во взаимодействии с факторами внешней и внутренней среды [9-13]. В связи с этим обстоятельством многоконтурность регуляции мозгового кровообращения определяется, в первую очередь, надежностью данного процесса в разных жизненных ситуациях, обеспечивая при этом несколько функциональных задач:
1. циркуляторно-метаболическое обеспечение нервной ткани мозга, которое заключается в своевременной доставке питательных веществ и кислорода, поскольку вещество мозга лишено депо окисляемого субстрата и эвакуации продуктов жизнедеятельности ткани мозга [7, 9, 14, 15];
2. обеспечение независимости кровоснабжения головного мозга от изменений в системной гемодинамике, а именно от условий притока и оттока крови от черепа [7, 9, 15, 16];
3. обеспечение достаточности доставки метаболитов при изменении их концентрации в циркулирующей крови [17-19];
4. поддержание водного баланса ткани головного мозга при изменениях соотношения между гидростатическим и коллоидно-осмотическим давлением в обменных сосудах [7, 14].
У млекопитающих и человека особенностью системы мозгового кровообращения является поддержание мозгового кровотока на стабильном уровне при тех или иных изменениях системной гемодинамики. Эта особенность обозначается как феномен «ауторегуля-ции» мозгового кровотока, физиологический смысл которого состоит в способности поддерживать постоянство кровотока в соответствии с метаболическими запросами мозга в независимости от изменений артериального давления и изменений мозгового перфузи-онного давления [7, 11, 13, 18-20].
В основе ауторегуляции мозгового кровотока лежат взаимосвязанные механизмы [7, 9, 21], характеризующиеся известными для любого сосудистого региона видами регуляции сосудистого тонуса, но имеющие при этом существенные особенности, определяющие в конечном итоге выбор диагностической и лечебной тактики [5, 6, 8, 11, 22].
Механизмы регуляции мозгового кровотока подразделяются на две группы: 1) механизмы регуляции кровотока через сосудистое русло головного мозга в целом и 2) механизмы регуляции кровотока в ткани мозга [7, 9]. Механизмы этих двух групп отличаются по своему назначению: механизмы первой группы предназначены для поддержания оптимального уров-
ня общего мозгового кровотока в условиях изменений притока или оттока крови от черепа, а механизмы второй группы - для обеспечения адекватного уровня циркуляторно-метаболического снабжения мозговой ткани при изменениях её функциональной активности [1, 2, 6, 9, 14, 17].
Явление ауторегуляции мозгового кровотока было открыто в 1937 году [23] и базируется на специфичном механизме церебральных артерий поддерживать относительное постоянство кровотока при изменениях перфузионного давления в системе гемо- и ликворо-динамики в мозге в очень широких пределах - от 50 до 170 мм рт. ст. [9, 24]. За границами этих пределов процесс ауторегуляции мозгового кровотока нарушается [25] - прирост среднего артериального давления свыше 170 мм рт. ст. вызывает повреждение гемато-энцефалического барьера, чреватое развитием отека мозга и геморрагическим инсультом [26].
Исследование механизмов ауторегуляции мозгового кровотока относится к категории наиболее активно разрабатываемых проблем медицинской науки, однако многие аспекты ее патогенеза, а также и лечения при разных состояниях, сопровождающихся нарушением ауторегуляции мозгового кровотока, ещё далеки от своего разрешения [1, 2, 6, 11, 14, 17].
Считается, что ауторегуляции мозгового кровотока осуществляется посредством взаимодействия нескольких механизмов [9, 21, 27, 28, 29]:
1) метаболический механизм, обеспечивающий соответствие мозгового кровотока энергетическому запросу конкретной функциональной зоны и мозга в целом. При повышении потребности ткани мозга в энергии и метаболических субстратах в кровь выделяются тканевые метаболиты, которые приводят к расширению сосудов и увеличению кровотока. В этом механизме участвуют ионы водорода, оксид азота, аденозин, простагландины. Этот механизм регуляции кровотока связан с функционированием ренин-ангиотензиновой и калликреин-кининовой систем. Ангиотензин II обладает констрикторным действием на мозговые сосуды [30]. В некоторых случаях гуморальные стимулы избирательно изменяют резистентность крупных мозговых артерий, правда без изменений кровотока вследствие реакций мелких мозговых сосудов, т.е. некоторые гуморальные факторы производят противоположные сосудистые эффекты в крупных и мелких артериях, что выражается в незначительных изменениях суммарного кровотока. Согласно сформулированной более 100 лет назад метаболической концепции Roy и Sherrington (1890) [цит. по 11], метаболическая регуляция мозговой гемодинамики в виде усиления локального кровотока является следствием увеличения концентрации в нейронах конечных продуктов метаболизма (Н+, К+, аденозина), в связи с повышением нейрональной активности [12, 31]. Известно, что активация или снижение функциональной активности различных отделов головного мозга сопровождаются колебаниями уровня локального кровотока и связанных с ним изменений вазоактивных метаболитов: О2, СО2, рН, ионов калия, кальция и т.д. [1, 32].
1л
Наиболее изученной является реакция тонуса мозговых сосудов на изменение напряжения СО2 в артериальной крови. Изменения напряжения О2 и СО2 могут заметно изменять кровоснабжение головного мозга. Так, снижение рСО2 в артериальной крови вызывает сужение пиальных сосудов, а его повышение расширяет их и усиливает мозговой кровоток [32]. Уменьшение концентрации О2 во вдыхаемом воздухе увеличивает кровоток в мозге, тогда как гипероксия ведет к сужению сосудов мозга и уменьшению мозгового кровотока.
2) нейрогуморальный механизм, связанный с симпатическими (вазоконстрикторными) и парасимпатическими (вазодилататорными), а также с не-холинергическими неадренергическими волокнами. В нормальном состоянии функции вегетативных волокон сосудов головного мозга пока не определены, однако изучено их участие при ряде патологических состояний .
Установлено, что импульсация по симпатическим волокнам из верхних симпатических ганглиев приводит к вазоспазму и снижает мозговой кровоток. Вегетативная иннервация мозговых сосудов играет важную роль в возникновении спазма мозговых сосудов при черепно-мозговой травме и инсульте [21, 33].
Известно, что вокруг третьего и четвертого желудочков мозга располагаются структуры, обладающие хемосенсорной и нейрогуморальной функциями, которые обильно снабжены фенестрированными кровеносными капиллярами. В срединной возвышенности мозга имеются специализированные клетки, т. н. «те-нициты,» соединяющие эпендимальную поверхность третьего желудочка с портальным кровообращением передней доли гипофиза. Поступающие из гипоталамуса в цереброспинальную жидкость различные ри-лизинг-факторы соединяются с теницитами и переносятся ими непосредственно в кровоток передней доли гипофиза или же непосредственно поступают в аксональный ток жидкости [34].
3) миогенный механизм, основанный на свойстве гладкомышечных клеток церебральных сосудов сокращаться и расслабляться в зависимости от уровня внутрисосудистого кровяного давления (феномен Остроумова-Бейлисса). В норме, т. е. у лиц с нормальным давлением, этот механизм реализуется при перепадах среднего артериального давления в диапазоне от 60 до 160 мм рт. ст. Резкие сдвиги артериального давления выше 160 мм рт. ст. ведут к повреждению гема-тоэнцефалического барьера, к развитию отека головного мозга, тогда как снижение давления ниже 60 мм рт. ст. - к расширению мозговых сосудов и пассивному кровотоку. Отмечено, что поддержание должного симпатического тонуса предотвращает развитие расширения сосудов, и ауторегуляция мозгового кровотока может сохраниться и при значениях давления выше 160 мм рт. ст. даже при применении хирургической или фармакологической симпатэктомии. Наличие миоген-ного механизма ауторегуляции мозгового кровотока было показано на изолированных мозговых артериях, когда были исключены метаболические и нейрогумо-ральные влияния [35].
4) механогенный механизм, связанный с увеличением резистентности мозговых сосудов в ответ на повышение внутрисосудистого кровяного давления, и с повышением гидростатического тканевого давления вследствие экстракапиллярного пропотевания жидкости. Считается, что именно этот механизм объясняет феномен «ложной ауторегуляции» при отеке головного мозга и внутричерепной гипертензии [36].
5) эндотелийзависимый механизм, связанный со способностью эндотелиальных клеток мозговых сосудов вырабатывать вазоактивные вещества, усиливающие либо ослабляющие сократительную деятельность гладких мышечных волокон церебральных сосудов. Реакции гладкомышечных клеток церебральных артерий, вызываемые норадреналином, серотони-ном, арахидоновой кислотой, ацетилхолином и др., имеют эндотелийзависимый компонент. Тканевая гипоксия и увеличение трансмурального давления в сосудах головного мозга, стимулируя выделение эндо-телиальными клетками соответствующих факторов, дают эндотелийзависимую вазоконстрикцию. Наиболее активные эндотелиальные вазодилататоры - оксид азота, фактор гиперполяризации, простациклин, натрийуретический пептид С-типа и адреномедул-лин. Кроме того, в сосудистой стенке синтезируется важнейший вазодилататор - брадикинин. Изменение соотношения продукции эндотелием вазодилататоров и констрикторов, про- и антитромбогенных факторов и связанная с этим дисрегуляция сосудистого тонуса и реологии крови обозначается как дисфункция эндотелия [цит. по 11].
В серии исследований показано, что ауторегуляция мозгового кровотока обеспечивается в физиологических условиях благодаря взаимодействию описанных выше механизмов миогенного, метаболического и нейрогуморального происхождения, однако при этом имеет в своей структуре статический и динамический компоненты [11, 21, 27].
В экспериментальных и клинических исследованиях посредством изменений системного артериального давления при введении фармакологических средств гипо- и гипертензивного действия удалось оценить статический компонент ауторегуляции мозгового кровотока, который характеризовал состояние кровотока при устойчивых (пониженных или повышенных) значениях церебрального перфузионного давления [21, 28]. Инвазивные методы исследования статического компонента ауторегуляции мозгового кровотока (ингаляции закиси азота, водородного клиренса, электромагнитной флоуметрии, внутривенного введения недиффундирующих радионуклидов по Хе133 с регистрацией локального и общего мозгового кровотока позволили установить верхний и нижний пределы ауторегуляции, оценить влияние на нее таких факторов, как рСО2, рО2, рН крови и др. [18, 37]. Эти инвазивные методы не были и не могли быть применены в клинической практике в силу существующих ограничений [11].
Динамический компонент ауторегуляции мозгового кровотока, отражающий механизмы поддержания постоянства кровотока в условиях быстрых прехо-
дящих сдвигов системного артериального давления, впервые был описан в 1989 году [38], когда у здоровых добровольцев с помощью билатеральной транскраниальной допплерографии кровотока в мозговых артериях было показано быстрое восстановление линейной скорости кровотока до исходного уровня на фоне преходящего ступенчатого снижения системного артериального давления, моделируемого манжеточным методом. При этом в качестве диагностического критерия в оценке динамического компонента ауторегу-ляции кровотока был предложен показатель скорости ауторегуляции (в %/с), варьирующий в пределах от 0 до 100 %/с. В норме она составляет 20-40%/с, т. е. восстановление линейной скорости кровотока после её преходящего сдвига должно произойти в течение 2-5 с [21, 38].
Большое число исследований посвящено разработке и внедрению в неврологическую практику неинва-зивного метода транскраниальной допплерографии. Метод позволил проводить непрерывный мониторинг показателей церебральной гемодинамики для оценки динамического компонента ауторегуляции мозгового кровотока [11, 24, 39, 40, 41].
Исследованиями у добровольцев установлено, что нарушение ауторегуляции мозгового кровотока сначала затрагивает её динамический компонент, что проявляется в виде замедления скорости ауторегуля-ции мозгового кровотока, и лишь затем отмечается нарушение статического компонента [28, 29].
Внедрение транскраниальной допплерографии создало условия для разработки обширного перечня патогенетически обоснованных фармакологических и физических методов для оценки динамической ау-торегуляции мозгового кровотока [21, 42, 43]. Среди функциональных нагрузок, благодаря своей доступности и информативности, наибольшее распространение в клинической медицине получили компрессионные и манжетные пробы, а также пробы с изменяемой газовой средой [43].
Все гемодинамические тесты требуют создания значимого возмущения церебрального перфузионно-го давления (прежде всего, за счет сдвигов системного артериального давления), чтобы оценить ответные изменения линейной скорости кровотока. Существует мнение, что в исследовательской и клинической практике соблюдение данного условия не всегда осуществимо и безопасно, что снижает клиническую ценность указанных гемодинамических тестов [11].
Методологический подход на основе непрерывного мониторинга ритмических медленных спонтанных колебаний системной и церебральной гемодинамики исключает наличие какого-либо внешнего стимулирующего воздействия на соотношение между церебральным перфузионным давлением и системным артериальным давлением, и в таком случае исследование проводится в условиях, максимально приближенных к физиологическим [12, 19, 44, 45, 41].
Анализ медленных спонтанных колебаний показателей гемо- и ликвородинамики стал возможным благодаря внедрению в научные исследования новых информационных технологий, в частности,
компьютеризации вычислительных процессов в медицинских приборах, разработке специальных статистических и математических программ [19, 44, 46].
Наличие внутри черепа медленных периодических колебаний частотой несколько циклов в минуту, не связанных с деятельностью сердца или дыхательной системы, было описано еще в XIX веке [47]. В начале ХХ века были впервые зарегистрированы медленные колебания давления спинномозговой жидкости с помощью механического устройства - капсулы, зафиксированной на открытом черепе животного [30]. Во второй половине ХХ века использование инструментальных методов регистрации изменений объема в закрытом черепе позволило доказать наличие таких колебаний в условиях интактного черепа [48]. Интенсивные исследования медленных колебаний внутри черепа начались в 60-70-е годы ХХ века, когда появились динамические малоинвазивные и неинвазивные методы, созданные на базе электронных устройств. Для этого первоначально был использован малоин-вазивный метод - термография с введением датчиков в кору мозга, а далее -имплантация в его ткань проволочных электродов (100ц) с длиной освобожденного от изоляции кончика 1,5-2,0 мм для униполярной регистрации напряжения кислорода и биоимпеданса ткани мозга [2, 4, 47]. Эти исследования показали, что на тканевом уровне четко выражены локальные флуктуации кровенаполнения внутри черепа и кислородного обеспечения ткани мозга, которые характеризуются высоким уровнем гетерогенности и могут происходить независимо друг от друга даже в соседних его областях [47]. Кросскорреляционный анализ этих колебаний показал, что различия между ними проявляются при расстоянии 3-5 мм, причем объем ткани мозга, где эти колебания сходны, увеличивается при росте функциональной активности мозга [16]. Высокий уровень локализации медленных колебаний объема в ткани головного мозга позволяет предположить, что такого рода колебания обусловлены деятельностью мозга, которая, в свою очередь, определяется процессами тканевого метаболизма.
Регистрация у человека пассивных электрических свойств головного мозга электродами, накладываемыми на кожные покровы головы - реоэнцефалография, позволила неинвазивно регистрировать медленно-волновые колебания в объеме полушария, которые, как следует из биофизических основ этого метода, обусловлены изменениями объемного соотношения между кровью и ликвором в мозге, охватываемыми электрическим полем, создаваемым электродами [2, 14, 16].
Регистрируемые с помощью этой методики мед-ленноволновые процессы отличаются высокой вариабельностью и изменчивостью не только при разных состояниях организма, но и в состоянии покоя. Вместе с тем выяснено, что частота колебаний реоэнцефало-графических сигналов увеличивается при эмоциональных реакциях, вызванных стрессовой ситуацией [16], и уменьшается при угнетении деятельности мозга, что четко наблюдается при черепно-мозговой травме [17]. Периодические объемные колебания в черепе
v4
прекращаются при медикаментозной анестезии, угнетаются при выраженной дилатации мозговых сосудов, вызванной гиперкапнией, но увеличиваются при ок-сигенации [1].
Использование данных методов в разных условиях, а также эксперименты на животных показали, что цир-куляторно-метаболическое обеспечение деятельности головного мозга осуществляется сложным физиологическим механизмом, в основе которого лежит интеграция сосудистой, ликворной систем мозга и биомеханических свойств черепа [1, 49]. Это, в свою очередь, позволяет заключить, что существование непрерывных медленноволновых объемных колебаний жидких сред внутри краниоспинального пространства является обязательным свойством систем, основанных на взаимодействии разных регуляторных цепей. Однако, в связи с тем, что медленноволновые процессы характерны и для сердечно-сосудистой системы в целом, наблюдается некоторое сходство внутричерепных
медленноволновых объемных колебаний с периодическими колебательными процессами в системе кровообращения, в частности с теми, которые связаны с дыхательными движениями грудной клетки [6].
В формировании медленно-волновых колебаний внутричерепной природы определенную роль играет желеобразная структура ткани мозга и возможность достаточно свободных перетоков спинномозговой жидкости, которые интегрируют отдельные региональные перемещения жидких сред между краниальной и спинальной полостями [3].
Считают, что внутричерепные медленно-волновые объемные колебания, тесно связанные с различными аспектами деятельности головного мозга, а также и с его сосудистой и ликворной системами, являются носителями важной диагностической информации обо всех этих процессах и могут быть использованы, в частности, в остеопатической диагностике [4, 40, 50]. Однако эта информация пока во многом не
Таблица 1
Эволюция междисциплинарных представлений о физиологии гемо-, ликвородинамики и функционировании краниосакральной системы в концепции остеопатии и развития методической
базы исследований [6]
Хронология Исследования на животных Клинические наблюдения
Основные концепции и выводы
1890-1950 годы Регуляция локального МК Концепция Стилла
Наблюдения движения СМЖ Мониторинг ВЧД
Наблюдение вазомоций Медленные флюктуации
Измерение ВЧД Концепция Сазерленда
Динамика локального МК Измерение суммарного МК
Оценка взаимодействия объем/давление и СМЖ интракраниально
Концепция Мегуна
1950-2000 годы Регистрация динамики МК Ауторегуляция МК
Регистрация локального рО2 Регистрация локального рО2 и метаболитов
Измерение локального МК Связь функций и метаболизма мозга
Концепция Фрайман
Локальные реакции на медиаторы и модуляторы Многоконтурная регуляция локального МК
Регуляция МК на тканевом и локальном уровне
Методы изучения
1900-1950 годы Механика и оптика (перерезка, стимуляция нервов
Термография Клинические наблюдения
Стимуляция структур мозга Функциональные пробы
Биоимпеданс Биоимпеданс
Химическая блокада и стимуляция рецепторов
1950-2000 годы Методы клиренса Методы клиренса
Полярография. Модели патологии Функциональные пробы
ТКДГ ТКДГ, РЭГ
Функциональные тесты Клинические наблюдения
Приемы системотехники Компьютерная томография, МРТ, ПЭТ
Примечание. МК - мозговой кровоток; СМЖ - спинномозговая жидкость; ВЧД - внутричерепное давление; ТКДГ - транскраниальная допплерография; РЭГ - реоэнцефалография; МРТ - магнитно-резонансная томография; ПЭТ - позитронно-эмиссионная томография.
объективизирована, что обусловлено проблемами методического характера, в частности, сложностью количественной оценки медленноволновых объемных колебаний внутричерепного происхождения и сложностью их дифференцирования от колебаний внечерепной природы. В то же время недавно было показано, что перспективным направлением исследования этого вида колебательных процессов может быть применение кросс-спектрального анализа, реализуемого на базе современной микроэлектроники и вычислительной техники [11].
Эволюция междисциплинарных представлений о физиологии гемо-, ликвородинамики и функционировании краниосакральной системы представлена в таблице 1.
В серии многолетних исследований при оценке пульсаций нами были определены следующие принципы анализа мозгового кровотока и циркуляции спинномозговой жидкости: фазовый и паттерновый принципы анализа амплитудных и временных характеристик с использованием данных реоэнцефа-лографии, транскраниальной допплерографии и регистрации внутричерепного давления. Для точного паттернового анализа информативно регистрировать одновременно дополнительную информацию о деятельности кардиореспираторной системы: электрокардиограмму и пневмограмму. В этом случае необходимо сравнить временные интервалы в выбранных точках для измерений амплитуд относительно зубца «Я» ЭКГ и сравнить показатели пульсаций, зарегистрированных в различных условиях в аналогичных фрагментах дыхательного цикла [5-8].
Частота сокращений сердца у разных людей неодинакова и изменчива при различных функциональных состояниях организма, поэтому с целью исключения различий временных интервалов между сердечными циклами следует применить нормализованную горизонтальную шкалу сердечного ритма. В этом случае относительная продолжительность всех анализируемых сердечных циклов будет одинакова, что позволяет избежать погрешности вследствие колебаний частоты сердцебиений. Следовательно, если несколько пульсовых кривых регистрируются одновременно, причем в разных условиях жизнедеятельности организма, рационально использовать нормализованную шкалу амплитуд. Это объективизирует измерения величин амплитуд и временных интервалов [26, 51].
Другим типом представления данных в случаях регистрации более чем одного параметра является фазовый анализ. Он основан на двухмерном представлении регистрируемых процессов: один процесс на абсциссе, другой на ординате. Для временного анализа следует брать сегмент кривой от начала до конца периодического процесса, т.е. сердечного цикла [11, 5-8].
Фазовый анализ позволяет оценить реальные различия между двумя регистрируемыми кривыми во время выбранного интервала времени. Этот тип представления данных полезен для сравнения кривых биоимпеданса тканей и транскраниальной допплерогра-фии во время одного сердечного цикла. Графический результат такого фазового анализа имеет вид петли,
причем площадь петли соответствует средним различиям в динамике волн, полученным путем анализа их формы [2, 8].
Таким образом, паттерновый и фазовый принципы анализа позволяют оценивать разницу между конфигурациями пульсовых волн, определяемых транскраниальной допплерографией и био-импедансом. Чтобы оценить различные виды флуктуации, содержащихся в регистрируемых кривых, следует применить спектральный тип анализа кривых (анализ Фурье) [52, 53].
В исследованиях последних лет приведена современная аналитическая аргументация методологического аппарата для клинического применения различных методов анализа волновых колебаний мозгового кровотока, что весьма актуально при разработке диагностических технологий в рамках краниосакральной концепции мануальной терапии. Автором представлена подробная характеристика исследованности и диагностического потенциала кросс-спектрального и корреляционного анализа волновых процессов мозгового кровотока [11]. Отмечено, что биофизические характеристики волновых процессов в организме человека представляют собой сумму колебаний различных частот. По отношению к показателям церебральной и системной гемодинамики важным для диагностики является определение диапазона частот колебаний системного артериального давления, в которых механизм динамической компоненты ауторегуляции мозгового кровотока как системного фильтра является наиболее эффективным. Исследование частотной области спектра волновых колебаний применительно к мозговому кровотоку выявило, что волновые процессы линейной скорости кровотока, системного артериального давления и внутричерепного давления как интегральной характеристики ликвородинамики складываются из относительно устойчивых ритмических колебаний следующих частотных характеристик: 1) частоты сокращений сердца (0,65-1,4 Гц); 2) частоты дыхательных движений (0,15-0,65 Гц); 3) системных волн Майера или М-волн (0,05-0,15 Гц); 4) внутричерепных колебаний внутричерепного давления -В-волн (0,008-0,05 Гц) [32, 43, 44, 50].
Наибольший интерес в клиническом плане применительно к основной концепции функционирования краниосакральной системы представляют периодические спонтанные медленные колебания линейной скорости кровотока и системного артериального давления в диапазоне системных М-волн и колебаний внутричерепного давления - В-волн.
Попытки объяснить происхождение медленных колебаний внутричерепного давления, получивших название В-волн, привели к созданию трех гипотез. Согласно одной из них, В-волны являются следствием появления периодического дыхания, приводящего к подъему артериального давления, нарушению венозного оттока и повышению содержания СО2. Однако В-волны наблюдаются не только при периодическом дыхании. Было показано, что колебания внутричерепного давления наблюдались без заметных изменений в содержании СО2. Высказано предполо-
1л
жение, что В-волны возникают в стволе мозга в результате колебаний тонуса сосудодвигательного центра. Наконец, некоторые исследователи полагают, что появление В-волн происходит вследствие первичных миогенных изменений тонуса церебральных сосудов, вызванных внутричерепным давлением [11].
Клиническими исследованиями показано, что появление В-волн коррелирует с динамикой циркуляции ликвора. Для оценки динамики ликвора и внутричерепных резервов объема приняты два параметра: 1) индекс «давление-объем», представляющий собой показатель изменения объема и изменения давления внутри черепа и 2) показатель сопротивления оттоку ликвора, включающий в себя как скорость образования спинномозговой жидкости, так и скорость ее адсорбции. Индекс «давление-объем» характеризует способность внутричерепного пространства к компенсации резких изменений объема. Показатель «сопротивления оттоку» указывает на существование препятствий оттоку спинномозговой жидкости. В литературе нет единства мнений в отношении роли этих показателей в возникновении В-волн [54].
Представленные данные показывают, что исследование динамической составляющей ауторегуляции мозгового кровотока на основе данных кроссспек-трального анализа спонтанных колебаний заключается в последовательном выделении из общего тренда линейной скорости кровотока и системного артериального давления колебаний В- и М-диапазона, отражающих влияние симпатической нервной системы и стволовых «водителей ритма» на процессы вазо-констрикции и вазодилатации с последующей количественной оценкой амплитуды В-волн линейной скорости кровотока, фазового сдвига, когерентности и усиления связи между линейной скоростью кровотока и системным артериальным давлением в диапазоне М-волн.
В случаях затруднений при выделении частотных характеристик колебаний В- и М-диапазона целесообразнее исследование В-волн и М-волн не изолированно, а как единого низкочастотного процесса (менее 0,15 Гц) во временном режиме с помощью корреляционного анализа [11, 54].
Важный и малоисследованный физиологический аспект - соотношение биомеханических паттернов черепа, обусловленных его упруго-эластическими свойствами, локальными и системными показателями гемо-ликвородинамики [3]. Весьма актуальной является задача создания неинвазивного метода диагностики, который позволил бы динамично оценивать ликвородинамические процессы и выявлять особенности биомеханики черепа с использованием доступной инструментальной техники, позволяющей производить не обременяющие пациента многократные исследования в ходе реабилитационных процедур [3, 11].
Сложность задачи определяется тем, что ни одна из известных инструментальных методик, кроме методов компьютерной томографии, не позволяет изучать неинвазивно роль ликвородинамики и биомеханических свойств черепа в механизме системного
циркуляторного обеспечения деятельности головного мозга. Более того, следует подчеркнуть, что нельзя решить такую задачу с помощью какой- либо одной методики. Действительно, системы внутричерепной гемо-, ликвородинамики, хотя они и функционируют в тесном взаимодействии в замкнутой полости черепа, обладающей некоторой податливостью, но при этом являются самостоятельными системами. Поэтому для того, чтобы выяснить функциональную значимость каждой из указанных систем, необходимо использовать комплекс методик. Для достижения цели можно ограничиться и сочетанием двух методов -транскраниальной допплерографии и реоэнцефало-графии. Однако при этом следует, во-первых, отказаться от получения абсолютных значений исследуемых показателей, во-вторых, ограничить время исследования периодом одного сердечного цикла [2, 16, 17].
Гипотеза об объемных изменениях полости черепа за счет подвижности его костей высказывалась уже давно. Однако, если объективно, движения костей черепа ранее наблюдались только в экспериментах на животных [55]. Имеются сообщения о регистрации микродвижений костей черепа с помощью инфракрасной техники [56]. Принцип метода состоял в следующем: в мягкие ткани головы вводили булавки с головкой из материала, отражающего инфракрасное излучение. По смещению сигнала судили о движении костей черепа в месте расположения булавок. Для контроля булавки вводили только в мягкие ткани головы, таким путем определяя погрешности за счет сдвигов только мягких тканей головы. В то же время указывается, что смещение костей черепа носит колебательный характер с преобладающим периодом 8-12 циклов в минуту [57].
Прямые количественные данные о наличии подвижности костей черепа впервые были получены в наших исследованиях путем количественного анализа серии рентгенограмм и ядерно-парамагнитных томограмм. Установлено, что амплитуда смещения костей черепа составляет 0,38±0,21 мм, а при интракаротид-ном введении 20 мл рентгеноконстрастного раствора в течение 10 с она увеличивается до 1 мм [4].
Работы, посвященные направленному реабилитационному воздействию в рамках единства мануальных и аппаратурных диагностических моделей, редки и не отвечают критериям доказательных исследований [8, 58].
Дискуссия о значении патобиомеханических паттернов краниосакральной системы, о методах их оценки и их влиянии на состояние гемо- и ликвородина-мики в настоящее время находится в активной фазе изучения [8].
Заключение
Представленный анализ литературных сведений свидетельствует, что при разработке современных технологий диагностики состояния физиологических и патофизиологических паттернов мозгового кровотока и его ауторегуляции, ликвородинамики и биомеханики черепа ключевыми критериями являются:
доступность, безопасность, неинвазивность или минимальная инвазивность, адекватные задачам чувствительность и специфичность, оперативность получения и обработки информации. Это позволит создать реальные модели трансляционной медицины, активно внедряя диагностические технологии из области фундаментальных наук в реальную клиническую практику. Мультидисциплинарный характер такой задачи требует специального методического и программного обеспечения с привлечением специалистов в области математики и программирования [7, 8].
Проблема взаимодействия механизмов внутричерепной гемодинамики, ликвородинамики и биомеханических свойств краниосакральной системы в норме и при патологии имеет важное научное зна-
чение не только для нейрофизиологии, неврологии и нейрохирургии, но и имеет несомненное прикладное значение для таких важных отраслей медицинской науки и практики как мануальная терапия и остеопатия [5-8, 21, 38, 59].
Установлено, что медленные колебания давления спинномозговой жидкости, не связанные ни с работой сердца, ни с ритмом дыхания, являются следствием сопряженных периодических изменений объемов крови и спинномозговой жидкости в отдельных регионах полости черепа, а также между полостями черепа и позвоночника, и ведется активный поиск методов их объективной регистрации [4-8, 11, 60]. Однако полученные факты пока не реализованы в форме медицинских технологий.
ЛИТЕРАТУРА
1. Москаленко Ю.Е., Вайнштейн Г.Б., Демченко И.Т. Внутричерепная гемодинамика: биофизические аспекты. Л.: Наука, 1975.
2. Москаленко Ю.Е., Кравченко Т.И., Вайнштейн Г.Б. О роли ликвородинамического компонента в формировании периодических флуктуаций электроимпеданса головы. Физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 1996; 82 (7): 36-45.
3. Москаленко Ю.Е. Феноменология и механизмы движений костей черепа. Информационный бюллетень Русской остеопатической ассоциации. СПб, 1998: 12-15.
4. Moskalenko YuE, Kravchenko TI. Wave phenomena in movements of intracranial liguid media and the Primary Respiratory Mechanism. Amer Acad Osteopath Journal. 2004; 14 (2): 29-40.
5. Москаленко Ю.Е., Кравченко Т.И. Внутричерепная ликворо-динамика: фундаментальные основы и приложение к практике. Инновации. 2005; 4: 112-114.
6. Москаленко Ю.Е., Кравченко Т.И., Вайнштейн Г.Б. Медлен-новолновые колебания в кранио-сакральном пространстве: гемо-ликвородинамическая концепция происхождения. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 2008; 94 (4): 441-447.
7. Moskalenko Yu, Weinstein G, Vardy T, Kravchenko T, Andreeva Ju. Intracranial Liquid Volume Fluctuations: Phenomenology and Physiological Background. Biochem Physiol. 2013; 2: 119. doi:10.4172/2168-9652.1000119
8. Moskalenko Y, Kravchenko T, Vartanyan I. Fundamental aspects of osteopathy (ed. YE. Moskalenko). Saint-Petersburg, 2016.
9. Хананашвили Я.А. Основы организации кровоснабжения органов. Ростов-на-Дону, 2001.
10. Верулашвили И.В., Кортушвили М.Г. Традиции и новации в лечении нарушений церебрального венозного кровообращения. Журнал неврологии и психиатрии им. C.C. Корсакова. 2007; 107 (6): 115-121.
11. Алиев В.А.О. Прогнозирование исходов лечения у нейрохирургических больных на основе неинвазивной оценки ауторегуляции мозгового кровотока: дис...докт. мед. наук. СПб., 2015.
12. Шахнович А.Р., Шахнович В.А. Неинвазивная оценка венозного кровообращения мозга, ликвородинамики и кранио-вертебральных объемных соотношений при гидроцефалии. Клиническая физиология кровообращения. 2009; 3: 5-15.
13. Мустафаев Б.С. Изменения ауторегуляции мозгового кровотока в остром периоде черепно-мозговой травмы. Нейрохирургия и неврология Казахстана. 2013; 2 (31): 12-17.
14. Москаленко Ю.Е., Бекетов А.Я., Орлов Р.С. Мозговое кровообращение: физико-химические принципы изучения. Л.: Наука, 1989.
15. Мчедлишвили Г.И. Физиологические механизмы регулирования макро- и микроциркуляции в головном мозге. Физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 1986; 72 (9): 1170-1179.
16. Москаленко Ю.Е. Реактивность мозговых сосудов: физиологические основы, информационная значимость, критерии оценки. Физиологический журнал им. И.М. Сеченова. 1986; 72 (8): 1027-1038.
17. Москаленко Ю.Е., Хилько В.А. Принципы изучения сосудистой системы головного мозга человека. Л.: Наука, 1984.
18. Chillon J-M, Chillon G. Autoregulation: arterial and intracranial pressure. In: Cerebral blood flow and metabolism. Eds. L. Edvinsson, DN. Krause. Philadelphia: Lippincott Williams & Wilkins, 2002.
19. Hea van Beek A, Claassen J, Rikkert M, Jansen R. Cerebral autoregulation: an overview of current concepts and methodology with special focus on the elderly. Journal of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 2008; 28: 1071-1085.
20. Budohoski KP, Reinhard M, Aries MJ. Monitoring cerebral autoregulation after head injury. Which component of transcranial Doppler flow velocity is optimal? Neurocrit Care. 2012; 17 (2): 211-218.
21. Aaslid R. Cerebral autoregulation and vasomotor reactivity: Review. Front Neurol Neurosci. 2006; 21: 216-228.
22. Кравченко Т.И. Особенности диагностики и лечения больных с посттравматическими нарушениями внутричерепной гемо- и ликвородинамики: автореф. дис. ... канд. мед. наук. СПб., 2000.
23. Fog M. Cerebral circulation: The reaction of the pial arteries to a fall in blood pressure. Arch Neurol Psychiatry. 1937; 37: 351-364.
24. Hilz MJ, Stemper B, Heckmann JG, Neundorfer B. Mechanisms of cerebral autoregulation, assessment and interpretation by means of transcranial doppler sonography. Fortschr Neurol Psychiatr. 2000; 68 (9): 398-412.
25. Lang E, Mudaliar Y, Lagopoulos J. A review of cerebral autoregulation: assessment and measurements. Australian Anaesthesia. 2005; 20: 161-172.
26. Latka M, Turalska M, Glaubic-Latka M. Phase dynamics in cerebral autoregulation. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2005; 289: 2272-2779.
27. Myburgh J. Quantifying cerebral autoregulation in health and disease. Critical care and Resuscitation. 2004; 6: 59-67.
28. Tiecks F, Lam A, Aaslid R, Newell D. Comparison of static and dynamic cerebral autoregulation measurements. Stroke. 1995; 26: 1014-1019.
29. Tiecks F, Lam A, Lam B. Effects of the Valsalva maneuver on cerebral circulation in healthy adults. A transcranial Doppler Study. Stroke. 1995; 26: 1386-1392.
v4
30. Vern BA, Leheta BJ, Juel VC. Slow fluctuations of cytochrome oxidase redox state and blood volume in unanesthetized cat and rabbit cortex. Interhemispheric synchrony. Adv Exp Med Biol. 1998; 454: 561-570.
31. Шахнович К.Б. Клинические проявления посттравматических ликвородинамических нарушений и методы их терапевтической коррекции: дис. ... канд. мед. наук. СПб., 2006.
32. Gooskens I, Schmidt EA, Czosnyka M. Pressure-autoregulation, CO2 reactivity and asymmetry of haemodynamic parameters in patients with carotid artery stenotic disease. A clinical appraisal. Acta Neurochir (Wien). 2003; 145: 527-532.
33. Alexander MD, Meyers P, Connolly S. Revisiting normal perfusion pressure breakthrough in light of hemorrhage-induced vasospasm. World J Radiol. 2010; 2 (6): 230-232.
34. Korhonen L, Riikonen R, Nawa H, Lindholm D. Brain derived neurotrophic factor is increased in cerebrospinal fluid of children suffering from asphyxia. Neuroscience Letters. 1998; 240 (3): 151154.
35. Kuo T, Chern CM, Yang CC. Mechanisms underlying phase lag between systemic arterial blood pressure and cerebral blood flow velocity. Cerebrovasc Dis. 2003; 16: 402-409.
36. Древаль О.Н., Лазарев В.А., Джинджихадзе Р.С., Горожанин А.В. Внутричерепная гипертензия: учебное пособие для врачей. М.: РМАПО, 2009.
37. Chang C, Marcus CC, Marcus H, Mimura T, Mimura S. A prospective study of cerebral blood flow and cerebrovascular reactivity to acetazolamide in 162 patients with idiopathic normal-pressure hydrocephalus. J Neurosurg. 2009; 111: 610-617.
38. Aaslid R, Lindegaard K., Sorteberg W, Nornes H. Cerebral autoregulation dynamics in humans. Stroke. 1989; 20: 45-52.
39. Bellapart J. Transcranial Doppler assessment of cerebral autoregulation. Ultrasound Med Biol. 2009; 35 (6): 883-893.
40. Figaji AA, Zwane E, Fieggen AG, Siesjo P. Transcranial Doppler pulsatility index is not a reliable indicator of intracranial pressure in children with severe traumatic brain injury. Surg Neurol. 2009; 72 (4): 389-394.
41. Sorrentino E, Budohoski KP, Kasprowicz M. Critical thresholds for transcranial Doppler indices of cerebral autoregulation in traumatic brain injury. Neurocrit Care. 2011; 14 (2): 188-193.
42. Небожин А.И., Тардов М.В. Новые возможности оценки функциональных состояний кровотока в краниальной венозной системе. Мануальная терапия. 2008; 4: 3-18.
43. Czosnyka Z, Czosnyka M, Lavinioy A, Keong N. Clinical testing of CSF circulation. European Journal of Anaesthesiology. 2008; 25 (Suppl 42): 142-145.
44. Czosnyka M, Brady K, Brady M, Smielewski P. Monitoring of Cerebrovascular Autoregulation: Facts, Myths, and Missing Links. Neurocrit Care. 2009; 10 (3): 373-386.
45. Gong X, Liu J, Zhang R, Li N. Assessment of Dynamic Cerebral Autoregulation in Patients with Basilar Artery Stenosis. PLoS One. 2013; 4: 8-10.
46. Lewis P, Ro J, Diehl R. Phase shift and correlation coefficient measurement of cerebral autoregulation during deep breathing in Traumatic Brain Injury (TBI). Acta Neurochirur (Wien). 2008; 150: 139-146.
47. Ewig W, Lullies H. Der Einfluss der Atmung auf die Druckschwankungen in Cerebrospinalkanal. Z Exptl Med. 1924; 43: 764-781.
48. Giller CA, Giller AM, Cooper CR, Hatab MR. Evaluation of the cerebral hemodynamic response to rhythmic handgrip. Journal of Applied Physiology. 2000; 88: 2205-2213.
49. Дическул М.Л. Ультразвуковая характеристика артериовенозной церебральной реактивности при дистони-ческом и застойно-гипоксическом вариантах венозной дис-циркуляции: автореф. дис.... докт. мед. наук. Томск, 2014.
50. Zweifel C, Czosnyka M, Carrera E. Reliability of the blood flow velocity pulsatility index for assessment of intracranial and cerebral perfusion pressures in head-injured patients. Neurosurgery. 2012; 71 (4): 853-861.
51. Malpas S. Neural influences on cardiovascular variability: possibilities and pitfalls. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2002; 282: 6-20.
52. Brady K. Continuous time-domain analysis of cerebrovascular autoregulation using near-infrared spectroscopy. Stroke. 2007; 38: 2818-2825.
53. Wagner N, Walsted A. Postural-induced changes in intracranial pressure evaluated noninvasi-vely using the MMS-10 tympanic displacement analyser in healthy volunteers. Acta otolaryngol. 2000; 1: 44-47.
54. Czosnyka M, Copeman J, Czosnyka Z. Post-traumatic hydrocephalus: influence of craniectomy on the CSF circulation. Journal of Neurology, Neurosurgery & Psychiatry. 2000; 68 (2): 246-248.
55. Fraymann VM. Osteopathie en pediatrie: emploi du temps. Societe 1 Internationale d* Osteopathie. Geneve, 1993.
56. Zanakis MF, Morgan M, Stroch I. Detailed study of cranial bone motion in men. J Amer Osteopathic Ass. 1996; 96 (9): 552.
57. Hanten WP, Dawson DD, Iwata M. Craniosacral rhythm: reliability and relationships with cardiac and respiratory rates. Journal of Orthopaedic & Sports Physical Therapy. 1998; 27 (3): 213-218.
58. Barnes MP. Rehabilitation after traumatic brain injury. British Med Bull. 1999; 55 (4): 927- 943.
59. Скоромец A.A., Скоромец А.П., Скоромец Т.А. Нервные болезни: учебное пособие. М.: МЕДпресс-информ, 2013.
60. Czosnyka М, Czosnyka Z, Keong N. Pulse pressure waveform in hydrocephalus: What it is and what it isn't? Neurosurg Focus. 2007; 22: 1-7.
