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mg/ ml を含む生理食 ~1ül7}c

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(1)

Title

圧迫による脳障害に関する基礎的研究( 第2報:脳循環

と微小血管構築の変化 )

Author(s)

佐久田, 治

Citation

: 1-37

Issue Date

1991-3

URL

http://hdl.handle.net/20.500.12000/25395

Rights

(2)

1

.はじめに

庄迫に

よる脳障害に関する基礎

的研究

一 脳 循 環と微小血管構築の変化 ー 硫球大学医学部脳神経外科

佐 久 出 治 ・ 六 川

頭叢内で、

mass

l

e

s

i

o

n

により頭蓋内圧が上昇する場合、脳血流は局所的にもまた全体的 にも減少すること、またこの減少がいわゆる

a

u

t

o

r

e

g

u

l

a

t

i

o

n

の下限より高し、脳濯流j王で 起こることが報告されている25刷。 この現象に頭蓋内圧上昇とともに圧迫に伴う微小血管 構築の障害が関与することが推測されている叩。しかし、圧迫により微小血管構築がし、か に変化するかについては未だ明らかではない。 私どもは、硬膜外金属球挿入によるネコ脳圧迫モデノレを作製し、庄迫による脳組織の経 時的変化について既に報告したがへ今回は同モデルにおける脳循環動態と微小血管構築 の変化について検討したので報告する。

1

実験方法

1

圧迫脳の作製 体重

2

.

7

-

3

.

4

k

g

(平均

3

.

1kg

)の成熟ネコ

2

3

匹を用いた。p

e

n

t

o

b

a

r

b

i

t

a

l

sodium

20m

g

/

k

g筋注後経口挿管し

、東大脳f

r

}f式頭部固定装置に固定し室内空気で調節呼!汲を行いな がら以下の操作を行った。 心屯図監視ドで大腿動)11(¥および静脈にカテーテノレを挿入した。動脈側からは圧力トラン スデューサ ‘

(P23

l

D

.

Gould)

を接続し全身動脈圧、平均動脈圧

(MABP)

を測定した。

またガス分析

(Model1

7

0

CORNING

)を適時行い、生理的条件下

(PaC02

32-37mmH

g)

で実験を維持した。静脈問JIからは

pan

c

uroniumbromide 0

.

1

mg/ml を含む生理食~1ül7}c を

4ml

/h

l

で輸液し、また必要に応じてメイロンの注入を行った。実験中はヒートバネ ル

(TK

4

0

,朝日電子工業)を用いて直腸温を一定範囲内(

3

7

-

3

8

0

C

)に保った。右側頭骨

(3)

-20-に直径

5mm

の骨窓を開け、硬膜外に圧測定用センサー(

TCT

/

b

.

Gae

,t]

e

c

、)を挿入し頭

蓋内圧

CICP)

を測定した。左右の頭頂骨に直径

5mm

の宵-窓を聞け、レ4 ザー血流計

(ALF2

1

0

0,

ADV

ANCE

)のプロープをノイランサー

(MB

-

P

B

. KANETSU

)で保持し 手術用顕微鏡下で脳表に設置した。これらの骨窓は

b

oncwax

de

n

t

a

l

c

e

ment

を悶いて 注意深く密閉した。脳血流(

CBF)

の測定は

D

i

r

n

a

g

l

ら1)の方法に準じた。 冠状縫合の正中から左側方

15mm

、後方

15mm

の側頭骨に直径

5mm

の'

1

'1"窓を│掛け、そ こから直径

5mm

の金属球(

DAD

A

8

-

2

9

9

-

5

、以下ボーjレと略す)

1

2

個(容制効果:約1.

4

m1

)を

1

0

分毎に

l

個ずつ硬膜外に挿入して脳を圧迫

(

F

i

g

.

1

A)

し、その

i

擦のM

r

¥B

P

.

l

CP.

CBF

をポリグラフで連続記録した。

2

.

脳循環動態の分析 各ボーノレ挿入

9

分後の

MABP,ICP,

CBF

の測定値を比較した。脳謹流

E

E

(

C

J:>f>)、Il出 血管抵抗

(

CVR)

を以下の式から算出した。

CPP

=

MABP -ICP

CPP(%)

=

(CPP

/

CPP(control))

X

1

0

0

CBF(%)

(C

BF/

CBF(control

)

)

X

1

0

0

CVR(%)

=

(CPP(%)

/

CBF(%))

X

1

0

0

CPP

c

e

r

e

b

r

a

l

p

e

r

f

u

s

i

o

n

p

r

e

s

s

u

r

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MABP

mean a

r

t

e

r

i

a

l

blood pressure

I

CP

i

n

t

r

a

c

r

a

n

i

a

l

pressure

CVR

cerebrovasc

u

l

a

r

r

e

s

i

s

t

a

n

c

e

CBF

c

e

r

e

b

r

a

l

blood

f

1

0w

統計学的検定は時系列データーに対して

Dunn

e

t

t

の多重比較、左右差に対して

WilcoXO

Jl

r

a

n

l

sumt

e

s

t

を用い、危険率

0

.

0

5

以下を有意とした。

3

.

微小血管構築の観察 脳の圧迫に引き続き以下の操作を行った。へノfリン

2

0

0

0

単位を腹腔内に投

i

7

・し開胸し た。右心耳を切断した後、左心室を介してカニュ句レを大動脈起始部に挿入し固定したわ また左腕頭動脈より遠位部の大動脈弓を結殺した。カニュ レの挿入と同時に

5

%

s

u

crose

を含む生理食塩水

1

0

ml

120mm

Hg

圧で注入し血液を流出させた。号│き続き

5%

s

ucro

s

e

2

% g

l

u

t

a

r

a

J

d

ehyde

を含む

O

.

l

I

v

I

リン酸緩衝液

(pH

7

.

4

)

1

0

0

0

ml

で、瀧流閲定を行った。 ついでカニューレに圧トランスデュ サを接続し

120m

ll1

HgLE

を越えないように手動でメ す

2

1

(4)

-チノレメタクリレート樹脂(

Mercox

,大日本インキ )約75mlに硬化剤

( M

A

1

.

5

g)

を加え てよく混合した後注入した。樹脂注入

1

時間後に関頭して脳を取り出し、大脳脚起始部と その前方

5m

m

で‘冠状断を行いブロックを作製した(

F

i

g

.

1

B)

。このブロックから圧迫の 中心部、圧迫の辺縁部および反対側の皮質からそれぞれ

1

cnf程度の切片を採取した。 次に村上の方法1川こ準じて切片を

6

0

0

C

20%NaOH

溶液に

2

日間浸演し、染色寵中で

3

時間流水洗縦して樹脂以外の脳実質組織を除去した。約

2

週間この操作を繰り返し血管鋳 型標本を作製した。構造および形態を保持するために真空凍結乾燥機を用いて蒸留水中で 氷結させ、水の表面張力を消却しながら乾;爆させた21)。その後、鋳型標本をイオンコーター も(I

B

-

5

、エイコー・エンジニア リング)で白金イオン蒸着し、走資電子顕微鏡

(

8

-

4

5

0

, 目立:以下

8EM

i

絡す〉で三次元的に観察した。 なお正常ネコ

5

旺から同様の血管鋳型標本を作製し対照群として

8EM

による観察を行っ

f

こ。 盟 . 結 果

1

.頭蓋内圧、脳循環動態の変化

ICP

のボーjレ挿入前の値(以下前値と略す)は

8

.

8

2

.

2mmHg

(mean

8E)

であった。

I

CP

はボーノレ数

8

個以上で急速に上昇し

1

2

偲挿入時には

3

3

.

3

:

:

t

3.2mmHg

となった。統計 学的には

8

個以上での上昇は有意であった(

p

0

.

0

5

Fig

.

2

)

MABP

の前値は

1

0

7

.

3

4.3mmH

g

で‘あった。

MABP

はボー/レ挿入にもかかわらずほと んど変化せず、1

2

個挿入時でも

1

0

4

.

0

土4.5mmHgであった(

F

i

g

.

2

)

CPP

の前値は

9

8

.

3

4

.7rnmHg

であった。

CPP

ICP

の上昇に対 応 し て 低 下 し

1

2

個 挿 入時には7

0

.

7

土4

.

8

mmHg

となった。

8

個以上での低下は有意であった(

p

0

.

0

5

Fig

.

3

u

p

p

e

r

)

圧迫慎

I

J

CBF

CPP

がほとんど変化しないボール数

5

個の時点から有意に減少した

(p

<

0

.

0

5

)

。その後は

CPP

の低下に対応して減少し、

1

2

個挿入時には前値比

5

4

.

3

4.1%

となっ た。反対側

CBF

はボーノレ挿入初期から、

Cpp

の低下に対応して減少し

1

2

個挿入時には

6

8

.

5

2

.4%となった。

7

個以上で、の減少は有意で、あった

(p

<

0

.

0

5

F

i

g

.

3

l

o

w

e

r

)

。両側

CBF

を比較すると、圧迫側

CBF

が常に低植を示し、

4

個以上で有意の左右差が認められた

(

p

<

0

.

0

5

)

-

(5)

22-圧迫側CVRはボ

ール

挿入に伴い急速に増大し

5個で 1

3

9

1

2%となった

8個以上での

増大は有意であった(

p

<

0

.

0

5

)。それに対して反対側

CVR

は有意の変化を示さなかった

(

F

i

g

.

4)

両側CVRを比

較すると

庄迫側CVRが常に高値を示し

ル数

3個以上で

有意の左右差が認められた

(p

0

.

0

5

)。

2

.

小血

管構築

変化

a

)対照群

脳表面を走行する中大脳動脈枝は直径約

3

0

7

0

μ の制Tl動脈を分岐していた

1

1

1

動脈

の表

面に

は、内皮細胞の核に

相当する

5

x

1

0

μ の紡錘形の陥没

(nuclear

i

n

de

n

L

a

t

i

o

n

21 })グ

認められた

(

F

i

g

.5

A)。知

l

動脈

はさら

に網目状に

分岐し

、明状

に走行する直径

5

-

1

0

μ

毛細血管に移行していた

(

F

i

g

.5

B)。毛細

血管は

主とし

て脳

表へむけ走行する

i

直径3

0

-

6

0

μの細

静脈に移行して

いた

(Fig5

C)

血管鋳

型標本の特に表問において細動

脈や

毛布

f

J1

血管の中断が認められたが、これらは血管径の変化を伴わないこ

、また断面が

鋭角であ

ることから切片採取時に生じた人工的所見と考えられた

b

)圧迫側皮質

圧迫中心部では、細動脈の屈曲や毛細血管の消失が認められた

(

F

i

g

.

6

A)

さらに強

拡では毛細血管の表面の不整を伴う

小化、それに続く中断が

認められた(Fig.6B)

の部位では、あ

らかに細静脈と同定しうる血管は認められなかった

圧迫辺縁部では、細動脈および毛細血管が弧状

の走行を失い不自然に開

i

出していた

(F

i

g

.

7

A)

細静脈は直径7

0

1

5

0

μ と著しく拡張し、かっ蛇行していた(-Fi

g

.

7

B)

交叉

した細動脈により細静脈が

圧迫されていた(

Fig

.

7

C)o

c

)反

対側皮質

中大脳動脈から細動脈までに

は認められなかった。毛細血管は軽度に拡張していた

屈曲や狭小

化、また

あきらかな数の減少は認められなか

た (F

i

g

.

8

A)

。こ

れらの

血管が吻合する細静脈は拡幅

してい

(Fig.8B)。これは圧迫仰j

の圧迫辺縁部に見られ

た細静脈の所見と類似していた

が、交文圧

迫現

象は認められなかった

日 . 考 察

脳循環は

、頭

内圧が冗進

した場合

庄の上昇以外にも原因病態に付随した種々の要因

により影響される日間

819L

脳がm

ass

l

e

s

i

o

nにより圧迫された場合の脳血流の減

少には、

脳の偏位に

よる微小血管構築

の障害が関与することが推定されている

9.18.1

Hasuoら

5}

-

2

3

(6)

-は硬膜下ノ幻レ

ンを用いて脳を圧迫した実験での脳血流の測定から、ま

f

Tazawaら

i

頭蓋内庄冗進を伴伴

わない脳出血例での局所脳血流の測定から、脳血流の減少に微小血管構

築の障害が関与すると推定している。

この実験では、圧迫による脳の変形が脳循環や微小血管構築にどのように影響するかに

ついて検討した。

脳血流は圧迫側で瀧流圧がほとんど変化していない時点から減少した

また脳血管抵抗

は圧迫側でポ

ル数に対応して増大した

これらの結果は、圧迫側において

au

t

o

r

e

g

u

J

a

-i

i

o

nが障害されていること、また圧迫時の脳血流の減少に血管抵抗の増大が関与している

ことを示す

圧迫側の微小血管構築でみられた細動脈や毛細血管の屈曲や狭小化に続く中断は

対照

群や反対側ではみられないことから、圧迫による脳の変形が原因であると考えられる

なわち、脳実質の変形に伴う血管系の偏位により屈曲が、また血管系の捻れや閉塞により

血管内腔の血栓化が

生じ狭小化に続く中断が生じたと考えられる。圧迫の

辺縁部と中心部

の微小血管構築を比較すると、前者では血管の屈曲、後者では狭小化に続く中断が主要な

所見であ

った。この部位による所見の差は、圧迫による脳の変形の程度

に応じて微

血管

構築が障害されることを

示すものと考えられる。

この細動脈や毛細血管の障害は、浮腫を伴う脳梗塞モデノレの皮質

2')

、実験的水頭症ラッ

トの白質と基底核部

14)

で観察されているが、これらの報告においても浮腫や脳室の拡大が

あることから、脳の変形がその原因であると考えられる。

細静脈の拡張は、圧迫田

JI

周辺部と反対側でみられたことから、頭葦全般にわたる頭葦内

庄冗進により静脈瀧流が!障嘩害

:

1

L

、部で紐細

i

静脈が

1

祥消手向

i

失していること、また辺縁部で細静脈が細動脈と交文し圧迫され

ていることから、静脈瀧流の障害はより高度であると考えられる

このような圧迫側でみられた紐

i

動脈や毛細血管の屈曲や狭小化に続く中断、また細静脈

の交叉圧迫現象が脳血管抵抗を増大させ、脳血流を減少させたと考えられる

これに対して反対側では、微小血管構築は細静脈を除いてほとんど障害されず、血管抵

抗も変化しなかった

それにもかかわらず脳血流は瀧流庄の低下に対応しで減少

a

u

t

o

-r

e

g

u

l

a

t

i

o

nの障害がみられた

この障害は圧迫による脳幹の障害

3.1

仰のや両側半球間

神経連

絡を介する機序

8,11

却によって生じたと推定される

以上より圧迫脳では全般的に

au

t

o

r

e

g

u

l

a

t

i.

onが障害され脳瀧流庄の低下に対応して脳

-24

(7)

-血流が減少し、これに加えて圧迫の中心部を最大とする脳の変形により微小血管構築が陣

宝され脳循環を

さらに障害すると考えられる

従来

頭蓋内massl

e

s

i

o

nを有する患者に対しては、頭蓋内圧や脳瀧流圧を指標として

治療が行ーわれてきた

12I

}

しかし

mass

l

e

s

i

o

nによる脳の変形が直接脳循環を障害するこ

とを示すこの実験結果からみると、脳の変形を伴う

massl

e

s

i

o

nを有する患者においては

早期に除去手術を行い変形による脳障害を防ぐことが必要であると考えられる

V

.

とめ

硬膜外からの圧迫による脳循環動態およひ。微小血管構築の変化について実験的に検討し

成熟ネコ

2

3匹を用いて頭蓋内圧、平均動脈庄、脳血流を測定しながら、左側頭骨に開

けた骨窓から、 直径 5mm の金属球 12倍!を 10分~ij: に l 個ず、つ挿入し JI出を圧迫した。 引続き

メチ

j

レメタクリレ

ト樹脂注入による血管鋳型標本を作製し走査電子顕微鏡で観察した

1.圧迫脳では全般的(こ

autoreg

u

l

a

t

i

on

が障害された

圧迫側では脳血管抵抗の増大お

よび脳瀧流庄の低下に対応して

反対側では脳謹流庄の低下に対応して脳血流が減少した

2

. 圧迫側の微小血管構築で細動脈や毛細血管の周曲や狭小

に続く中断、また細静脈の

交文圧迫現象が認められた

これらの微小血管構築の変化が圧迫側の脳血管抵抗を明大さ

せ、脳血流をさらに減少させたと考えられた

以上より、圧迫脳における脳循環動態には脳の変形による微小血管構築の障害が大き

影響することが証

され

脳の変形を伴う

mass

l

e

s

i

o

nを有する患者にお

いては早期に

除去手術を行うことが必要であると考えられる

稿を終えるにあたり、御指導を頂いた

.

琉球大学病理学新政輝男教慢、同麻酔学教授奥出

佳朗教授に深甚なる謝意を現します

R M n L

(8)

文 献

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23)Yada K, Nakagawa Y and Tsuru M: Circulatory disturbance of lhe venOllSsystcm during experimentalintracranialhyperlension. J Neurosurg 39:723-i29, 1973 司 , z 円 L

(10)

---

-A

B

Fig-.

1

A) Lateral

view of

a

compressed

brain.

8) Corona

l

se

ti

on of

the

compressed bra

in

.

Marked

deformity

IS

found

at

the

compressed side, whereas the

con

tr

a

I

a

t

eml side

r

e

m

ai

1s

almost u

n

chang-

d

excepL

for

midline

shift.

(11)

28-120

mm

H

g

f

t

~

~

t

ti

~

~

f

~

~

f

100

._....

MAB

P

D

unnett : N.

S

.

IC

P

----80

m

ean

±

S

E

60

40

20

0

D

unnett (P

<

0. 05

)

pr

e 1

2

3 4

5

6 7

8

9 10 11 12

Number of balls

Fig. 2 Mean

arterial

blood pressur

( MABP) and

intr

acrania

l

pr

ssure

(ICP)

dur

in

g

ball insertion.

(12)

29-120

mean± SE 'OJ)

100

I E

5

80

0.. 0.. 0

60

Dunnett (P

<

0. 05) .._. ..et. CBF

40

o--o rt. CBF * P( 0.05 * *P(O.Ol

100

Dunnett(P( 0.05) (v.s. rt. CBF)

*

80

LL CD

60

0

40

o:f

Dunnett (P

<

0. 05) pre

1

2

3 4

5

6

7

8

9

1 0 11 12

Number of balls

F

i

g

.

3

Ce

r

e

bral p

e

rfu

s

i

o

n

pr

ess

ur

e

(CPP.

upp

er) and cerebra

l

bl

ood

fl

ow

(CBF,

l

ower)

durin

g

ball

in

ser

ti

o

n.

(13)

-180

160

*

140

0:::

>

120

0

100

*

*

**

*

*

Dunnett: N.S

.

pre 1 2

3

4 5 6 7 8 9 1 0 11 12

Number of balls

mean

+

SE

--....Qt.

CVR

o--o rt

.

CVR

*

p

<

0.05

* *P(O.Ol

(v.s.rt.

CVR)

F

i

g

.

4 Cerebrovascular r

es

istan

ce

(CVR)

durin

g

ball

insertion.

(14)

-Fig

.

5 Scanning electron m1crograms (SEM) of th

e

vascular endocasts in

the

control.

A) Nuclear indentations (n) of endothelial cells are found

in

the arteriole (a). Bar

=

50

f.L.

B) Capillary (c) network. Bar

=

50

/.L.

(15)

c..v c..v

Fig. 6

SEM of the vascular endocasts of the central

portion

of compressed cortex

.

A) Capillary

network and

venous system disappear, and the vascular endocasts

become·

very

sparse.

Bar

=

SO

/1.

B)

Interruption

of the capillary (c) with

narrowing

and irregular surface 1s

(16)

w

..,.

Fig. 7 SEM of t

h

e vascular e

nd

ocasts o

f

t

h

e per

i

phera

l

portion of compressed cortex

.

A) Irregular

flexion

of capillaries (c) are

see

n

.

Bar=50

f.l..

B) Venules ( v) are

m

arkedly dilated. Bar

=

50

f.l..

(17)

c.-:

c.n

I

Fig.

8

SElv!

of the vascular endocasts of the

contralateral

cortex.

A) Arterioles

(a) an

d

cap

illaries

(c) are dila

ed slightly but

not show reduction

in number or flexion. Ba=50

f.l.

(18)

Experimental

st

udy

on brain

dama

ge

by

extracere

bral

compression

- Alteration of cerebral circulation

and

microvascular architectures

-Osamu Sakuta

,

Jiro Mukawa

Department of Neurosurgery, UniversiLy of the Ryukyus, School of Medicine, Okinawa, Japan

Key

words

exLracerebra

l

compress

ion,

intracranial pressure,

cerebra

l

circulation, angioarchitecture, scanning

e

l

ectron

microscope

Abstract

Effects of exiracerebra

l

compresswn on cerebral circulation

and

mtcro-vascular architecture

were

investigated

in

23 adult

cats.

Brain

compression

was produced by

ins

erting

12

stee

l

balls ( 5 mm in diam ter,

at

10

minute

int

rva

l

s)

into

the

extradural

space through a burr

h

o

l

e

in

the

l

eft

temporal

bone. Mean

arter

ial

b

l

ood

pr ssure (MABP), intracranial pressure (ICP) and

ce

r bra!

blood flow (CBF) were measured continuously.

Cerebral perfusion

pre sure ( PP) and cerebrovascular resistance ( CVR) were then calculated.

Microvascular archiLecture of he brain was stud

i

ed by

scanning electron

microscope

(SEM) in

the

cerebrovasc

ular

casting

methods.

CBF decreased significantly on the

compressed

side though CPP remained

unchanged

until!

the insertion

of

5ih ball.

CVH.

increased

correlat

iv

ely

o the

number of ba

ll

s on the

compressed

side while

it

remained

unchan~ed

on

ihe

contra

lateral

side.

In SEM study, flexion and interruption of apillaries

and the crossmg and

pressing phenomenon

of

ihe pial vessels were most r markable in

the

(19)

36-compressed side. The degree

of alteration

in the microvascular architectures

corresponds to the structural shift

of

the brain.

These data show

that

increase

of CVR correlating to alteration of

microvascular

architectures

plays

an

important

role

in decreas0

of .,BF

in

n

compressed brain.

It

is

suggested that

intracranial mass lesions

causmg structural shift of

brain must be removed in

order

to avoid further brain

tissue

damage du

e

Lo

microvascular lesions.

Fig.  2  Mean  arterial  blood  pressur  ( MABP)  and  intracrania l  pr  ssure  (ICP)  dur in g  ball  insertion
Fig.  4  Cerebrovascular  res istan ce  (CVR)  durin g  ball  insertion.
Fig .  5  Scanning  electron  m1crograms  (SEM)  of  th e  vascular  endocasts  in  the  control
Fig.  6  SEM  of  the  vascular  endocasts  of  the  central  portion  of  compressed  cortex
+3

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