1、血流動力學學習腦血流與灌注大腦是機體代謝率最高的器官，對能量的需求巨大。雖然腦重量僅占體重的2%，但是靜息狀態下血流灌注約占心輸由量的14%,氧耗量卻占到全身基礎氧耗量的20%o另一方面，腦的能力儲備又非常有限。因此，大腦需要依靠多種調節機制來維持相對恒定的血流灌注，以保障能量的持續供給。一、腦血流灌注的解剖學基礎（一）動脈循環大腦的動脈血供來自友右頸內動脈和椎基底動脈系統，前者供應Willis環靠前的部分，構成前循環，左右椎動脈匯合形成基底動脈，供應Willis環靠后的部分，構成后循環（圖-1）。圖-1腦動脈循環系統脈頸總動脈沿食管、氣管和喉的外側上升，其外側有頸內靜脈，兩者間的后方有迷走神

2、經，三者共同包裹于頸筋膜鞘內。頸總動脈約在甲狀軟骨上緣處分為頸內動脈和頸外動脈。正常情況下，頸外動脈主要供應面部以及除大腦以外頭顱結構的血流。頸內動脈在喉的后方上行，在頸部不發生分支，起始部分膨大，稱為頸動脈竇。頸動脈竇壁含有壓力感受器，能感受血壓變化，反射性地改變心率和末梢血管口徑，以調節血壓。頸內動脈經題骨巖部的頸動脈管進入顱腔，形成“S”形的虹吸段，向前發生眼動脈，向后發生脈絡膜前動脈和后交通動脈，最終分為大腦前動脈和大腦中動脈。大腦前動脈主要負責大腦半球前半部血供，并發生深穿支到尾狀核和額葉底部。大腦中動脈的主干向側方行走，隨即發生小穿支，即紋豆動脈，為基底節和內囊提供血供。當大腦中動

3、脈達到大腦外側裂時，分為負責外側裂以上大腦半球外側部、外側裂以下額葉和頂葉下部血供的分支。椎動脈起自鎖骨下動脈，在腦橋和延髓交界處，左右椎動脈匯合形成基底動脈。基底動脈行走于腦干的腹側，為腦橋、中腦和小腦提供血液灌注。基底動脈在中腦水平分為兩側大腦后動脈，再向中腦和丘腦發生穿支動脈。頸內動脈系統和椎一基底動脈系統，以及大腦兩側半球的動脈血供借助Willis環聯系。Willis環位于蛛網膜下腔，由于各部分連接并不一致，約有48%的個體存在差異。通常情況下，左右兩側前循環由單一的前交通動脈聯系，前后循環由雙側后交通動脈聯系。生理條件下，交通動脈中的血流量較低。然而當任何一支頸內動脈或椎動脈堵塞時，

4、血流將沿壓力梯度經交通動脈重新分配，以減少缺血部分，維持腦的營養和功能活動。（二）靜脈循環顱內靜脈血液回流至靜脈竇，解剖學特點為沒有瓣膜結構，無肌肉組織。靜脈竇肉的血液再回流至頸內靜脈，起始部膨大，稱為頸靜脈球部。該部位幾乎不接納來自顱外的r液回流，因此監測到的靜脈血氧飽和度可以反映顱內氧耗情況。(三)血一腦屏障腦毛細血管內皮細胞連接緊密，且被一層連續的基底膜包圍，基底膜外尚有星形膠質細胞的終足包裹。這些結構形成了腦組織的防護屏障，控制血漿各種溶質選擇性的通透。二、腦血流灌注的生理學基礎(一)腦血流的代謝調節不同部位的腦代謝率存在較大差異。靜息狀態下，皮質血流量和代謝率明顯高于皮質下部位。功能

5、影像學研究顯示，肢體運動、視覺刺激或思維活動能夠誘發大腦局部代謝增加，這些部位的腦血流量(CBF)也明顯增加。這種血流一代謝偶聯存在明顯的空間分布特征，且血流的變化也非常迅速。參與CBF代謝調節的可能機制包括化學調節和神經調節。1.腦血流代謝偶聯的化學調節大腦被激活區域的神經元釋放血管舒張物質，直接彌散到相鄰血管壁的平滑肌細胞，或間接通過血管內皮介導的方式，改變血管張力。腺昔、一氧化氮(NO)、氫離子和鉀離子可能是血流一代謝偶聯的重要調節因子。腺昔：腺昔是腦動脈和軟腦膜動脈的強力擴張劑。應用腺昔后CBF升高。腺昔導致的血管平滑肌舒張與環磷酸腺昔(cAMP)培多有關。代謝增強時，腺昔核昔酸去磷酸

6、化，細胞內以及細胞周圍腺昔積聚，導致血管舒張。已有的研究證實，神經元活動時，血管周圍腺昔濃度增高。外界刺激導致大鼠CBF升高，而當應用腺昔拮抗劑時，這種CBF的升高消失或程度減輕。但是，這種腺昔升高的幅度較小，目前尚不認為腺昔是血流一代謝偶聯的主要調節因子。(2)NO:NO是體內多種生物學反應的分子信使，具有可彌散性，半衰期短，反應效能強。越來越多的研究表明，NO在腦循環調節中起著重要作用。局部或靜脈應用NO合成酶(NOS)抑制劑后，CBF呈劑量相關性下降，然而這種CBF的降低與腦氧消耗或糖消耗無關。在神經元刺激的動物模型中，應用NOS制劑的結果存在矛盾。一部分研究顯示，應用NOS抑制劑可減輕

7、代謝增加導致的CBF升高，而另一些研究卻沒有發現這種效應。這種矛盾的結果提示，NO是靜息狀態下CBF的重要調節因子，而代謝改變時CBF的變化可能還有其他因素介導。(3)氫離子和鉀離子：腦局部能量代謝增強時，腦血管周圍的氫離子濃度明顯升高，導致血管阻力降低.CBF增加。這種效應并非氫離子對血管平滑肌細胞的直接作用，也不是南內皮細胞介導，而是與血管周圍PH相關。神經元活動導致二氧化碳產量增加，與水反應產生碳酸氫根和氫離子，氫離子增加使血管周圍pH降低，動脈內徑增大。細胞外液鉀離子對腦血管張力的作用很大。被激活的神經元釋放鉀離子，經過星形細胞到血管周圍。神經元激活后造成局部鉀離子濃度中度升高即可誘導

8、軟腦膜動脈擴張，進而使CBF升高。鉀離子介導的腦血管擴張存在510秒的潛伏期，而代謝增強時血管擴張幾乎是同時由現，提示可能尚存在控制血流一代謝偶聯的其他快速機制。這一點也被安非他明誘導的神經元興奮試驗所證實，這時細胞外液氫離子和鉀離子濃度并未發生變化，但是BF確實明顯升高。以上證據初步表明，腺昔、NO、氫離子和鉀離子在腦血流代謝偶聯的作用機制中發揮重要作用。但是，腦血流代謝偶聯幾乎是瞬問發生的，這義無法用上述機制完全解釋。神經元激活后，可能先由快速機制使血流明顯增加，進而通過腺昔、NO、氫離子和鉀離子介導將維持CBF于較高水平。2.腦血流-代謝偶聯的神經調節腦血管具有交感和副交感神經分布。兒茶

9、酚胺對腦循環的影響存在差異，可使腦血管阻力升高、CBF降低，也可使血管阻力降低、CBF增加。這種不同作用取決于神經遞質的分泌部位、濃度以及當時的血-腦屏障狀態。對于單一腦動脈，去甲腎上腺素是血管收縮劑，由a受體介導，可被a腎上腺素能受體阻斷劑阻斷。然而，這種作用卻似乎與血管的基礎張力有關。對于已經處于收縮狀態的腦動脈，兒茶酚胺可誘導其舒張。刺激血管周圍的交感神經，或通過腎上腺髓質釋放兒茶酚胺刺激腎上腺素能受體，可以解釋外周神經系統對于腦血管的作用。當血一腦屏障完整時，循環兒茶酚胺以及顱神經刺激使腦觸管阻力輕度升高，CBF降低。相反，當血腦屏障受到破壞時，循環兒茶酚胺以及腦室內注射去甲腎L腺素卻

10、導致CBF明顯升高，腦氧耗和糖的消耗量明顯增加。也有試驗表明，刺激延髓背側網狀系統或藍斑可導致血漿兒茶酚胺濃度升高，CBF增加。與周圍神經起源的血管周圍交感神經纖維相反，刺激中樞交感神經單元則通過腦內在交感神經通路產生效應。腦內在神經調控系統起源于腦交感或5一羥色胺神經元，以及直接植入腦微血管的神經元亞單元，刺激后釋放神經遞質，調節腦血管張力。刺激延髓背側網狀系統使特定區域腦皮質代謝增加。這種腦微血管神經植入，以及內在交感活性與代謝和血流增加之間的暫時聯系，提示大腦可控制其自身循環。靜息狀態下，人腦血流似乎不受基礎交感張力的影響，現有資料表明，循環兒茶酚胺增多或刺激I缸管周圍交感神經纖維僅造成

11、腦血管的輕度收縮。相反，刺激中樞交感神經元卻使CBF和腦代謝明顯升高。蝶腭神經節和耳神經節為副交感神經節。神經纖維含有乙酰膽堿、血管活性腸肽以及組氨酸異亮氨酸肽等神經遞質。副交感感覺神經纖維起源于三叉神經節，位于頸2水平。感覺纖維含有降鈣素基因相關肽、P物質和神經白介素Ao副交感神經分布于顱底大動脈、軟腦膜動脈、微動脈和腦靜脈。動物實驗顯示，注射乙酰膽堿或刺激顱外副交感神經，如巖大神經，產生劑量相關性或頻率相關性腦血管擴張、CBF升高.南煙堿和毒菌堿受體介導。腦血管內微量應用乙酰膽堿后導致的劑量相關性擴張可被阿托品或東葭著堿拮抗。與中樞內在性交感控制相同，腦內也存在副交感神經亞單元。刺激小腦頂

12、核造成皮質CBF升高的效應，即便在脊髓頸1水平橫斷后，仍然存在。在嚙齒類動物大腦，腹側蒼白球是主要的皮質膽堿能神經區域，刺激這些部位使乙酰膽堿分泌增多，頂葉血流量增加。這些研究捉示，刺激中樞副交感神經產生的效應由內在通路介導，依靠膽堿能神經元的完整性。綜上所述，腦血流的代謝調節包括化學和神經介導兩種因素。被激活區域的神經元釋放血管舒張物質，彌散到血管壁的平滑肌細胞，或通過內皮細胞介導，導致血管舒張。腺昔、NO、氫離子和鉀離子是腦代謝和血流的重要化學調節物質。神經調節包括中樞外和中樞內在調節兩種方式。中樞外神經調節通過起源于外周，分布于顱內動脈周圍的交感和副交感神經，或循環血管活性物質，如兒茶酚

13、胺發揮作用。這些血管周圍神經分泌的神經遞質，以及循環血管活性物質的作用存在差異，具有劑量相關性，與當時血一腦屏障的狀態有關，可分別表現為血管舒張或收縮。中樞內在神經調節包括交感和5-羥色胺神經元或神經元亞單位，直接分布于腦微血管周圍，釋放神經遞質，調節腦血管張力。（二）腦血流的自身調節在一定的灌注壓范圍內，腦血管可通過自身調節將腦血流維持在相對恒定水平。這是腦血流的重要調節機制之一。在灌注壓的生理范圍內，自身調節既可避免由于灌注壓降低造成的神經元缺血，也可避免由于灌注壓升高導致充血所造成的毛細血管損傷和水腫。腦血流自身調節的實質是腦灌注壓變化時的腦血管阻力調節。腦灌注壓（CPP）等于平均動脈壓

14、（MAP）與顱內壓（ICP）間的差值。CBF與CPP和腦血管阻力（CVR）的關系可用下列公式表示：CBF=CPP/CVRCBF、CPP和CVR任何一個變量變化均可誘發自身調節（圖8-2）。當自身調節有效發揮作用時，CPP降低可誘發CVR降低，而CPP升高時，CVR成比例升高，維持CBF在相對穩定的水平。參與自身調節的腦血管主要包括小動脈和微動脈。但有資料表明，當CPP發生變化時，顱內一些大動脈也具有舒張和收縮的傾向。腦血管張力隨CPP變化的程度取決于基礎張力，影響因素包括交感神經活性、動脈血二氧化碳分壓水平以及血管活性物質的存在。當自身調節機制喪失時，腦血管張力將不隨灌注壓的改變而變化，這時，

15、CBF與CPP呈線性關系。圖-2腦血流的自身調節1.腦血流自身調節的上限和下限正常情況下，當CPP在50140mmHg范圍內變化時，CBF維持相對穩定。當血壓進行性下降或ICP進行性升高時，腦血管成比例擴張，維持CBFo當存在顱內病理學改變時，自身調節性血管擴張可能會進一步升高ICPo自身調節下限的定義為誘發腦血管最大程度擴張時的CPP水平。這時，CPP的進一步下降將導致CBF成比例降低，腦氧攝取率升高以代償腦氧輸送的不足。當氧攝取升高的能力耗竭，CPP降低至缺血閾值以下時，會由現神經系統表現，如瞌睡、意識模糊，甚至昏迷。自身調節上限的定義為誘發腦血管最大程度收縮時的CPP水平。超過這一限度后

16、，CPP進一步升高將導致腦血管擴張，CBF升高，由現腦充血、腦血容量增加、血一腦屏障破壞以及血管源性腦水腫，臨床表現由頭痛、意識不清和昏迷。2.腦血流自身調節的機制（1）肌源性機制：當跨壁壓發生改變時，腦血管平滑肌細胞存在內在反應性，稱為自身調節的肌源性機制。當跨壁壓降低時，血管承受的張力降低，誘發小動脈和微動脈擴張。相反，跨壁壓升高時，血管承受的張力增高，誘發小動脈和微動收縮。這一調節道程與肌動蛋白一肌球蛋白復合體的構象改變有關，幾秒鐘內即可完成。自身調節的肌源性機制可能與平滑肌細胞跨膜離子傳導相關，進而調節不同跨壁壓時的膜電位。代謝性機制：CBF降低時釋放化學因子，參與壓力-ifn流的調節

17、。與腦血流的代謝調節相似，腺昔、氫離子和鉀離子也可能參與腦血流的自身調節。試驗表明，當逐步降低CPP時，作為強力腦血管擴張劑，腦內腺昔濃度升高。然而應用腺昔拮抗劑并不能消除CBF的自身調節，提示腺昔并非自身調節的原始作用機制，但是在灌注壓降低時生成增加。氫離子和鉀離子是血流一代謝偶聯的調節因素，因此也有可能參與自身調節機制。然而分段降低血壓時并未發現血管周圍pH降低或鉀離子濃度改變。因此氫離子和鉀離子也不在自身調節中發揮主要作用。研究表明，動脈血二氧化碳分壓對自身調節功能造成明顯影響。高碳酸血癥使腦血管擴張，CBF增加，當進一步降低CPP時，腦血管進一步擴張的能力下降。相反，過度通氣造成的低碳

18、酸血癥使腦血管收縮，CBF降低，這時降低CPP,腦血管的擴張能力增強。最有可能參與自身調節的代謝機制與氧代謝相關。動物實驗結果顯示，動脈氧分壓降低時，腦組織氧含量下降誘發軟腦膜微動脈擴張。腦靜脈壓升高時腦微動脈也由現擴張，并可被提高局部氧濃度所逆轉。這些資料提示，CPP降低導致CBF下降，隨后由現的腦組織氧含量降低刺激腦血管擴張，以代償血流下降。(3)神經性機制：如前所述，中樞神經系統還受到顱外神經通路的調節，這些神經通路起源于顱自主神經節，在腦動脈和靜脈均有神經纖維分布，并形成神經叢。這些神經纖維主要分布于顱內較大的血管。刺激交感神經導致腦血管收縮，收縮幅度與血管性質有關。剌激交感神經對顱底血管張力的影響尚存在爭議，但