Функции спинномозговой жидкости у животных и человека. Секреция и поддержание гомеостаза ликвора в организмы (физиология). Нарушения, связанные с секрецией, циркуляцией и отведением спинномозговой жидкости (патофизиология, патология, клиническое значения исследования ликвора при проведении люмбальной пункции)

Введение в физиологию ликвора (спинномозговой жидкости)

Спинномозговая жидкость (ликвор/СМЖ) - это ультрафильтрат плазмы, содержащийся в желудочках головного мозга и субарахноидальных пространствах черепа и позвоночника. [1] Она выполняет жизненно важные функции, включая обеспечение питания, удаление отходов и защиту мозга. [2] Объем ликвора взрослого человека оценивается в 150 мл с распределением 125 мл в субарахноидальных пространствах и 25 мл в желудочках. Ликвор преимущественно секретируется сосудистым сплетением, другие источники меньше играют роль в его выделении. Секреция варьируется между людьми со взрослой продукцией, обычно в пределах от 400 до 600 мл в день. Постоянная секреция ликвора способствует полному обновлению четыре-пять раз за 24-часовой период у среднего молодого взрослого человека. Снижение оборота ликвора может способствовать накоплению метаболитов, наблюдаемых при старении и нейродегенеративных заболеваниях. Его состав строго регулируется, и любые изменения могут быть использованы для диагностических целей. [1]

Клеточный уровень образования спинномозговой жидкости

От семидесяти до восьмидесяти процентов ликвора вырабатывается через сеть модифицированных эпендимных клеток, известную как сосудистое сплетение (CС), представляющее собой высокоспециализированный простой кубовидный эпителий, соединенный с эпендимными клетками, выстилающими желудочки головного мозга. Этот простой кубовидный эпителий окружает скопления фенестрированных капилляров, позволяя фильтровать плазму [3]. Клетки сосудистого сплетения имеют плотные микроворсинки на своей апикальной поверхности и связаны через плотные соединения, создавая гематоэнцефалический барьер, который помогает контролировать состав ликвора [3]. Поскольку между ним и внеклеточным пространством головного мозга нет заметного барьера, гематоэнцефалический барьер между кровью и ликвором также служит для регулирования среды головного мозга. [2] Более крупные вещества, такие как клетки, белок и глюкоза, не могут проходить, тогда как ионы и небольшие молекулы, такие как витамины и питательные вещества, могут относительно легко проникать в ликвор. [4] Вода может проходить через эпителий сосудистого сплетения через эпителиальные каналы AQP1.

Вещества, которые могут не проходить через гематоэнцефалический барьер, но необходимы мозгу, могут активно синтезироваться или активно транспортироваться через эпителиальные клетки сосудистого сплетения в спинномозговую жидкость. На мембранах эпителиальных клеток сосудистого сплетения присутствует положительный потенциал напряжения в районе 5 мВ. Эта разность электрических потенциалов вытягивает ионы натрия, хлорида и бикарбоната из плазмы в СМЖ, создавая осмотический градиент, который затем приводит в движение движение воды в нем. [3] По сравнению с плазмой, ликвор имеет более высокую концентрацию натрия, хлорида и магния, но более низкую концентрацию калия и кальция. [1] В отличие от плазмы, CSF содержит только ничтожные количества клеток, белка и иммуноглобулинов. [2] Никакие клетки не могут пройти через гематоэнцефалический барьер, хотя небольшое количество белых кровяных телец обычно вводится в СМЖ косвенно. Нормальное количество клеток СМЖ обычно ниже 5 клеток / мл. [1] Несмотря на изменения состава и кровотока, состав ликвора сохраняется постоянным. Это обеспечивает стабильную внутрижелудочковую среду, критическую для поддержания нормальной функции нейронов. [3]

Функции спинномозговой жидкости

Спинномозговая жидкость помогает мозгу, обеспечивая защиту, питание и удаление отходов. [2] Она обеспечивает гидромеханическую защиту нейраксиса с помощью двух механизмов. [1] Во-первых, ликвор действует как амортизатор удара, амортизируя мозг против черепа. Во-вторых, ликвор позволяет плавать головному и спинному мозгу, уменьшая эффективный вес мозга с его нормальных 1500 грамм до намного меньших 50 грамм. Во-вторых, спинномозговая жидкость позволяет головному и спинному мозгу стать плавучим, уменьшая эффективный вес мозга с его нормальных 1500 граммов до гораздо меньших 50 граммов. Снижение веса уменьшает силу, прикладываемую к паренхиме головного мозга и церебральным сосудам во время механического повреждения. [3]

Другой функцией ликвора является поддержание гомеостаза интерстициальной жидкости головного мозга. Стабильная среда для паренхимы головного мозга необходима для поддержания нормальной функции нейронов. [1] Основным каналом доставки питательных веществ в мозг является связь сосудистого сплетения-ликвора-внеклеточного пространства головного мозга. Вещества, необходимые для мозга, транспортируются из крови через сосудистое сплетение в спинномозговую жидкость, а затем диффундируют во внеклеточное пространство головного мозга для транспортировки в места их действия в мозг. [2] Ликвор также помогает в удалении продуктов метаболизма мозга, таких как продукты перекисного окисления, гликозилированные белки, избыток нейротрансмиттеров, шлак из слизистой оболочки желудочков, бактерии, вирусы и другие ненужные молекулы. [2] [1] [3] Накопление этих ненужных молекул, наблюдаемое при старении и некоторых нейродегенеративных заболеваниях, мешает нейронному функционированию мозга. Огромная важность функционирования спинномозговой жидкости подтверждается нарушением физиологии мозга, возникающим при нарушении гидродинамики или его состава [1].

Физиологический механизм секреции спинномозговой жидкости

Спинномозговая жидкость постоянно секретируется с неизменным составом, функционирующим для поддержания стабильной среды в мозге. Она продвигается по нейроаксису от места секреции к месту поглощения, в главную очередь, посредством ритмической систолической пульсовой волной в пределах хориоидальных артерий. Менее значимыми детерминантами, влияющими на секрецию и обращение ликвора, являются частота дыхания, осанка, венозное давление яремной вены, физические усилия субъекта и время суток.[2]

Ликвор секретируется сосудистой оболочкой, расположенной в желудочках мозга, причем два боковых желудочка являются основными продуцентами. Спинномозговая жидкость перетекает через желудочковую систему однонаправленно в ростральном и каудальном направлениях. Она же, произведенная в боковых желудочках, будет проходить через межжелудочковые отверстия в третий желудочек, через церебральный акведук до четвертого желудочка, а затем через срединное отверстие (также известное как отверстие Магенди) в субарахноидальное пространство у основания мозга [1]. Оказавшись в субарахноидальном пространстве, ликвор начинает плавно разнонаправленно течь, создвая выравнивание состава по всему сосудистому сплетению [2] Он течет по поверхности головного мозга и по всей длине спинного мозга, находясь в субарахноидальном пространстве. Выход из субарахноидального пространства через арахноидальные ворсинки, расположенные вдоль верхнего сагиттального венозного синуса, внутричерепных венозных синусов и вокруг корешков спинномозговых нервов. Арахноидальные ворсинки - это выпячивания паутинной оболочки мозга через твердую мозговую оболочку в просвет венозного синуса. Градиент давления от 3 до 5 мм рт.ст. между субарахноидальным пространством и венозным синусом втягивает ликвор в систему венозного оттока через эти ворсинки [1]. Ликвор может также поступать в лимфатическую систему через носовую крибриформную пластинку или спинномозговые нервные корешки. Клиренс ликвора зависит от положения субъекта, перепадов давления и патофизиологии.[2]

Тестирование состава спинномозговой жидкости

Люмбальная пункция (ЛП), также известная как спинномозговая пункция, - это обычно выполняемая инвазивная процедура, при которой ликвор удаляется из субарахноидального пространства. Она используется при измерении внутричерепного давления и отборе проб ликвора. Процедура обычно показана при оценке острой головной боли и инфекции центральной нервной системы. [5] При ней больного помещают в боковое лежачее положение. Затем стерильная спинномозговая игла медленно вводится между позвонками, обычно на уровне L3 / 4 или L4 / 5, в субарахноидальное пространство. [6] Игла может быть введена с помощью флюороскопии или ультразвука, чтобы улучшить показатели успеха и снизить частоту травм. [5] Как только ликвор начинает течь через иглу, его собирают последовательно в четыре стерильные пробирки. После сбора жидкость может быть проанализирована на наличие аномально присутствующих или повышенных компонентов клеточного состава, что помогает в диагностике. Например, наличие ксантохромии, желто-оранжевого обесцвечивания клеток, вызванного дегенерацией эритроцитов, указывает на возможность субарахноидального кровоизлияния. Повышение концентрации иммуноглобулинов, называемых олигоклональными полосами, может указывать на наличие системной инфекции или аутоиммунного заболевания. Противопоказания к применению пункции - повышенное внутричерепное давление, нарушения кровоточивости и местная кожная инфекция. [6] Эта процедура относительно безопасна, редко возникают серьезные осложнения. [5] Осложнения люмбальной пункции включают в себя:

инфекцию
кровотечение
корешковую боль
церебральную грыжу [6]

Наиболее распространенным осложнением является постлюмбальная головная боль, симптомы которой начинаются в течение 24 часов после процедуры и обычно проходят к 10 дню. [5]

Клиническое значение изучения ликвора

Гидроцефалия - это патологическое состояние ненормального накопления ликвора, вызванного увеличением его выработки, блокированием потока или снижением всасывания. Желудочки расширяются, чтобы приспособиться к повышенному объему жидкости, потенциально нанося ущерб мозгу, прижимая его ткань к костям черепа. Гидроцефалия может быть врожденной или приобретенной. [7] Если поток ликвора блокируется во всех желудочках, он классифицируется как неинфекционная или обструктивная гидроцефалия. [8] Обычно закупорка представляет собой массу, такую как опухоль или абсцесс, расположенный внутри отверстия. Поскольку ликвор постоянно секретируется, препятствие потока приведет к его накоплению перед блокировкой.[7]

Например, стеноз церебрального акведука, одна из наиболее распространенных причин обструктивной гидроцефалии, приводит к увеличению как боковых желудочков, так и третьего желудочка. Если течение ликвора затруднено вне желудочков, либо в субарахноидальном пространстве, либо в месте абсорбции, он классифицируется как коммуникационная или необструктивная гидроцефалия. Гидроцефалия может быть вызвана генетическими дефектами, инфекцией, кровоизлиянием в мозг, травмой или опухолями ЦНС. [7] Симптомы включают головную боль, судороги, тошноту, рвоту, нарушение зрения и ухудшение умственного развития. [7] Диагностика обычно достигается с помощью методов визуализации, таких как ультразвук, КТ или МРТ. Наиболее распространенным методом лечения является введение шунта, который отводит ликвор от желудочков в область тела, где он может быть поглощен в кровообращение.[7] Эндоскопическая вентрикулостомия, процедура, при которой в дне третьего желудочка создается отверстие, позволяющее ликвору обойти обструкцию, и прижигание участков сосудистого сплетения, снижающее продукцию жидкости, является другим вариантом лечения. Если не лечить гидроцефалию, она может привести к когнитивным нарушениям, физическим нарушениям и смерти.[8]

Утечка ликвора - состояние, при котором жидкость может выйти из субарахноидального пространства через отверстие в окружающей твердой мозговой оболочке. Объем, потерянный в результате утечки, весьма вариабелен, варьируясь от незначительных до очень существенных количеств. Если потеря ликвора достаточно велика, то может возникнуть спонтанная внутричерепная гипотензия (СВГ). Это состояние наиболее часто представляет собой позиционную головную боль, вызванную смещением мозга вниз из-за потери плавучести, ранее обеспечиваемой жидкостью. Ригидность задней части шеи, тошнота и рвота также являются общими симптомами. По оценкам, заболеваемость спонтанной внутричерепной гипотензии составляет 5/100 000 человек в год. Женщины в два раза чаще подвержены этому заболеванию с пиковым возрастом около 40 лет. Диагнозу помогают типичные результаты МРТ, такие как увеличение внутричерепного венозного объема, гиперемия гипофиза, усиление паховых оболочек и спуск головного мозга. Многие случаи спонтанной внутричерепной гипотензии разрешаются без какого-либо лечения. Консервативные подходы, такие как постельный режим, гидратация и повышенное потребление кофеина, также могут оказаться эффективными; однако могут потребоваться и более радикальные меры. Эпидуральный кровяной пластырь, при котором кровь вводится в спинномозговое эпидуральное пространство, может облегчить гиповолемические симптомы утечки, заменив потерянный объем CSF объемом крови. Хирургическое устранение утечки ликвора с помощью шва или металлического зажима для аневризмы является относительно безопасным и, как правило, эффективным в обеспечении облегчения. [9]

Менингит - это состояние, при котором воспаляются оболочки головного мозга. Существует две классификации менингита: асептический и бактериальный. Асептический менингит может быть вызван такими агентами, как грибы, лекарственные препараты и метастазы рака, но большинство случаев асептического менингита вызваны вирусами. Лихорадка, ригидность затылка и светобоязнь являются классическими симптомами. Диагноз ставится с помощью анализа ликвора, полученного с помощью пункции. Вирусный ПЦР-анализ анализ особенно полезен при диагностике вирусного менингита. Лечение обычно носит поддерживающий характер, контролируя уровень лихорадки и боли. Бактериальный менингит встречается гораздо реже, чем асептический менингит, но гораздо серьезнее. Заболеваемость бактериальным менингитом значительно снизилась благодаря плановой вакцинации. Симптомы похожи на асептический менингит, но клиническая картина гораздо более тяжелая. Дополнительные симптомы включают изменение психического статуса, судороги и очаговые неврологические признаки. Диагноз также достигается с помощью пункции. Ликвор при менингите обычно мутен по внешнему виду, с низким уровнем глюкозы и возможным положительным окрашиванием грамм и культурой. Пациентам, предположительно страдающим бактериальным менингитом, следует немедленно назначать антибиотики широкого спектра действия, чтобы предотвратить клиническое ухудшение. После возвращения результатов культивирования можно внести коррективы в антибиотики. Пациенты также должны быть помещены в отделение интенсивной терапии для тщательного наблюдения. Большинство пациентов с бактериальным менингитом, получающих соответствующее лечение, выздоравливают без осложнений.[10]

Субарахноидальное кровоизлияние - течка крови в субарахноидальное пространство, где она смешивается с ликвором. Данное состояние чаще всего вызывается травмой, причем 80% нетравматических случаев вызываются разрывом аневризмы. Другие нетравматические причины включают артериовенозные мальформации и васкулит. Спонтанное кровоизлияние является очень низкой заболеваемостью, и ежегодно во всем мире регистрируется всего 30 000 случаев заболевания. Девяносто семь процентов пациентов с сахарным диабетом имеют внезапную головную боль, которая описывается как удар грома и является крайне приятным явлением для пациента. Другие симптомы включают рвоту, судороги, потерю сознания и смерть. В диагностике используется неконтрастная компьютерная томография головы. КТ обладает высокой чувствительностью вскоре после кровоизлияния, но со временем чувствительность снижается. После получения отрицательной КТ рекомендуется провести люмбальную пункцию, чтобы адекватно исключить кровоизлияние. Она считается положительной, когда эритроциты присутствуют в пробирках 1 и 4 или видна ксантохромия. Лечение заключается в снижении риска повторного кровотечения и избежании любых вторичных черепно-мозговых травм.[11]

Псевдотуморальный церебральный синдром (ПТЦС) - редкое заболевание, при котором внутричерепное давление повышается без возникновения вентрикуломегалии или внутричерепных масс.

Патогенез заболевания до сих пор плохо изучен. Наиболее распространенная теория предполагает, что причиной этого является снижение абсорбции ликвора в арахноидальных грануляциях или обонятельных лимфатических узлах. Ежегодная заболеваемость этим заболеванием составляет 0,9 на 100 000 человек. До полового созревания женщины и мужчины страдают одинаково, но после полового созревания женщины страдают в 9 раз чаще. Псевдотуморальный церебральный синдром чаще всего поражает тучных женщин детородного возраста. Женщины в возрасте от 20 до 44 лет, весящие на 20% больше своей идеальной массы тела, имеют показатель заболеваемости 19,3 на 100 000 человек. Исследование спинномозговой жидкости имеет решающее значение в диагностике ПТЦС. Давление ликвора превышает 250 мм рт.ст. у взрослых и 280 мм рт. ст. у детей и подростков являются общепринятыми значениями для диагностики псевдотуморального церебрального синдрома. Головная боль является наиболее распространенным симптомом, хотя нет никаких конкретных отличительных признаков головной боли для этого синдрома. Иногда бессимптомные пациенты присутствуют с папилломой, обнаруженной при обычном осмотре глаз. Пульсирующий шум в ушах, преходящие нарушения зрения, дефекты поля зрения и потеря зрения являются некоторыми другими симптомами ПТЦС. Традиционная терапия включает в себя препараты для уменьшения секреции ликвора из сосудистого сплетения. Хирургическое вмешательство показано пациентам, испытывающим ухудшение зрения, вызванное папилломой. Хирургические варианты включают фенестрацию оболочки зрительного нерва и шунтирование ликвора. Большинство пациентов с псевдотуморальным церебральным синдромом испытывают хороший исход, хотя небольшой процент пациентов остается с постоянными головными болями или слепотой. [12]

Литература

Sakka L, Coll G, Chazal J. Anatomy and physiology of cerebrospinal fluid. Eur Ann Otorhinolaryngol Head Neck Dis. 2011 Dec;128(6):309-16.
Spector R, Robert Snodgrass S, Johanson CE. A balanced view of the cerebrospinal fluid composition and functions: Focus on adult humans. Exp. Neurol. 2015 Nov;273:57-68.
Damkier HH, Brown PD, Praetorius J. Epithelial pathways in choroid plexus electrolyte transport. Physiology (Bethesda). 2010 Aug;25(4):239-49.
Damkier HH, Brown PD, Praetorius J. Cerebrospinal fluid secretion by the choroid plexus. Physiol. Rev. 2013 Oct;93(4):1847-92.
Doherty CM, Forbes RB. Diagnostic Lumbar Puncture. Ulster Med J. 2014 May;83(2):93-102.
Wright BL, Lai JT, Sinclair AJ. Cerebrospinal fluid and lumbar puncture: a practical review. J. Neurol. 2012 Aug;259(8):1530-45.
Orešković D, Klarica M. Development of hydrocephalus and classical hypothesis of cerebrospinal fluid hydrodynamics: facts and illusions. Prog. Neurobiol. 2011 Aug;94(3):238-58.
Kahle KT, Kulkarni AV, Limbrick DD, Warf BC. Hydrocephalus in children. Lancet. 2016 Feb 20;387(10020):788-99.
Schievink WI. Spontaneous spinal cerebrospinal fluid leaks and intracranial hypotension. JAMA. 2006 May 17;295(19):2286-96.
Putz K, Hayani K, Zar FA. Meningitis. Prim. Care. 2013 Sep;40(3):707-26.
Abraham MK, Chang WW. Subarachnoid Hemorrhage. Emerg. Med. Clin. North Am. 2016 Nov;34(4):901-916.
Friedman DI. The pseudotumor cerebri syndrome. Neurol Clin. 2014 May;32(2):363-96.

^Наверх