Нарушения церебральной микроциркуляции при черепно-мозговой травме

Целью литературного обзора явилось представление современных воззрений на возможные причины развития нарушений капиллярного кровотока при тяжелой черепно-мозговой травме (ЧМТ). Произведено сопоставление концепции вторичных повреждений головного мозга и возможных механизмов развития нарушений церебральной микроциркуляции при ЧМТ. Представлены данные использования современных методик оценки капиллярного кровотока у пострадавших с повреждениями головного мозга. Акцентировано внимание на возможных причинах нарушений микроциркуляции при развитии различных форм жировой эмболии при тяжелой сочетанной ЧМТ. Представлены возможности профилактики и ранней коррекции повреждений капиллярного кровотока при травме мозга, а также предположены причины неудач некоторых клинических исследований, в том числе и широкоизвестного CRASH. Отмечено, что интегративный подход к оценке церебральной микроциркуляции во взаимосвязи с мозговым метаболизмом свидетельствует не просто об изменчивости мозгового кровотока, а о функциональном нарушении сопряжения перфузии и метаболизма при черепно-мозговой травме. Подчеркнуто, что ишемия является далеко не единственной причиной посттравматических нарушений пиального кровообращения. Освещены направления будущих исследований посттравматических нарушений церебральной микроциркуляции как ведущего фактора вторичного повреждения мозга. Намечены возможности их медикаментозной и немедикаментозной коррекции.

церебральная микроциркуляция, нейроваскулярное сопряжение, перицит, черепно-мозговая травма, cerebral microcirculation, neurovascular coupling, pericyte, head injury

1. Бережанский П. В., Мельникова И. М., Мизерницкий Ю. Л. Современные представления об участии микроциркуляторных нарушений в патогенезе аллергического воспаления // Региональное кровообращение и микроциркуляция. 2012. Т. 11. № 4. С. 4-11.

2. Габдуллин М. М., Митракова Н. Н., Гатиатулин Р. Г. Синдром жировой эмболии // Современные технол. в мед. 2012. № 14. С. 108-114.

3. Клименко В. Е. Морфофункциональная характеристика капилляров головного мозга при черепно-мозговой травме: автореф. дис.. канд. мед. наук. Владивосток, 2011. С. 24.

4. Кондаков Е. Н. Тяжелая черепно-мозговая травма. СПб.: Элби. 2002. 146 с.

5. Коцюба А. Е. Гистофизиология газотрансмиттерных систем нервно-сосудистых образований мозга: дис.. д-ра мед. наук. Владивосток, 2014. 276 с.

6. Плахотина Е. Н., Бочаров С. Н. Жировая эмболия: патогенез, профилактика, лечение. Новосибирск: Наука, 2009. 150 с.

7. Потапов А. А., Захарова Н. Е. Корниенко В. Н. Нейроанатомические основы травматической комы. Клинические и магнитно-резонансные корреляты // Вопросы нейрохирургии им. Н. Н. Бурденко. 2014. № 78. С. 4-14.

8. Семенова Л. А. Комплексная диагностика венозного кровообращения у больных дисциркуляторной энцефалопатией: дис.. канд. мед. наук. СПб., 2014. С. 114.

9. Тепляков А. Т. Микроциркуляция при патологии малого круга (ранняя диагностика, патогенез, клиника, лечение). Томск: Том. ун-т, 1988. 208 с.

10. Трофимов А. О., Юрьев М. Ю., Военнов О. В. Мозговой кровоток и церебральная оксигенация у пациентов с черепно-мозговой травмой. Сопоставление данных перфузионной компьютерной томографии и церебральной инфракрасной спектроскопии // Украин. нейрохирург. журн. 2013. № 1. С. 40-45.

11. Трофимов А. О., Калентьев Г. В., Военнов О. В. Константа времени церебрального микроциркуляторного русла у пациентов с тяжелой сочетанной черепно-мозговой травмой // Мед. альманах. 2014. Т. 33. № 3. С. 106-109.

12. Aalkjaer C., Boedtkjer D., Matchkov V. Vasomotion - what is currently thought? // Acta Physiol. (Oxf). 2011. Jul. Vol. 202. № 3. P. 253-269.

13. Armulik A., Genove G., Mae M. et al. Pericytes regulate the blood-brain barrier // Nature. 2010. Vol. 468. № 25. P. 557-561.

14. Bergsneider M., Hovda D., Shalmon E. Cerebral hyperglycolysis following severe traumatic brain injury in humans. a positron emission tomography study // J. Neurosurg. 1997. Feb. Vol. 86. № 2. Р. 241-251.

15. Bouma G., Muizelaar J., Choi S. Cerebral circulation and metabolism after severe traumatic brain injury the elusive role of ischemia // J. Neurosurg. 1991. Vol. 75. № 5. Р. 685-693.

16. Bouma G., Muizelaar J., Stringer W. Ultra early evaluation of regional cerebral blood flow in severely head-injured patients using xenon-enhanced computerized tomography // J. Neurosurg. 1992. Sep. Vol. 77. № 3. Р. 360-368.

17. Bouzat P., Broux C., Ageron F. et al. Beyond intracranial pressure: optimization of cerebral blood flow. oxygen and substrate delivery after traumatic brain injury // Annals of Intensive Care. 2013. Vol. 10 № 3. Р. 23. doi: 10.1186/2110-5820-3-23.

18. Bragin D., Bush R., Muller W. High intracranial pressure effects on cerebral cortical microvascular flow in rats // J. Neurotrauma. 2011. Vol. 28. № 5. P. 775-785.

19. Вragin D., Bush R., Nemoto E. Effect of cerebral perfusion pressure on cerebral cortical microvascular shunting at high intracranial pressure in rats // Stroke. 2013. Vol. 44. № 1. P. 177-181.

20. Brain Trauma Foundation. American Association of Neurological Surgeons. Congress of Neurological Surgeons. Joint Section on Neurotrauma and Critical Care. AANS/CNS Bratton SL, Chestnut RM et al. Guidelines for the management of severe traumatic brain injury. IX. Cerebral perfusion thresholds // J. Neurotrauma. 2007. Vol. 24 (Suppl 1). Р. 59-64.

21. Budohoski K. Guilfoyle M., Helmy A. et al. The pathophysiology and treatment of delayed cerebral ischaemia following subarachnoid haemorrhage // J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 2014. Vol. 85. № 12. Р. 1343-1353. doi: 10.1136/jnnp-2014-307711.

22. Budohoski K., Zweifel C., Kasprowicz M. What comes first? The dynamics of cerebral oxygenation and blood flow in response to changes in arterial pressure and intracranial pressure after head injury // Br. J. Anaesth. 2012. Vol. 108. № 1. P. 89-99.

23. Bullock R., Maxwell W., Graham D. Glial swelling following human cerebral contusion. an ultrastructural study // J. Neurol. Neurosurg. Psychiatry. 1991. Vol. 54. № 5. P. 427-434.

24. Chen S., Wu H., Tang J. et al. Neurovascular Events After Subarachnoid Hemorrhage. Focusing on Subcellular Organelles // Acta Neurochirurgica Supplement. 2015. Vol. 120. P. 39-46. doi: 10.1007/978-3-319-04981-6_1.

25. Coles J., Fryer T., Smielewski P. Incidence and mechanisms of cerebral ischemia in early clinical head injury // J. Cereb. Blood Flow Metab. 2004. Vol. 24. № 2. Р. 202-211.

26. Coles J., Steiner L., Johnston A. Does induced hypertension reduce cerebral ischaemia within the traumatized human brain? // Brain. 2004. Vol. 127. № 11. P. 2479-2490.

27. Crone C. The permeability of capillaries in various organs as determined by use of the «Indicator Diffusion» method // Acta Physiol. Scand. 1963. Vol. 58. P 292-305.

28. Cunningham A., Salvador R., Coles J. Physiological thresholds for irreversible tissue damage in contusional regions following traumatic brain injury // Brain. 2005. Vol. 128. № 8. P. 1931-1942.

29. Daley M., Narayanan N., Leffler C. Model-derived assessment of cerebrovascular resistance and cerebral blood flow following traumatic brain injury // Exp. Biol. Med. (Maywood). 2010. Vol. 235. № 4. P 539-545.

30. Daneman R., Zhou L., Kebede A. Pericytes are required for blood-brain barrier integrity during embryogenesis // Nature. 2010. Vol. 468. № 11. P. 562-566.

31. Danura H. Acute Angiographic Vasospasm and the Incidence of Delayed Cerebral Vasospasm in Preliminary Results / Neurovascular Events After Subarachnoid Hemorrhage // Acta Neurochirurgica Supplement. Vol. 120. Р 187-190. doi: 10.1007/978-3-319-04981-6 32.

32. Dawson V., Dawson T. Nitric oxide neurotoxicity // J. Chem. Neuroanat. 1996. Vol. 10. № 3-4. P. 179-190.

33. Dietrich W., Alonso O., Halley M. Early microvascular and neuronal consequences of traumatic brain injury a light and electron microscopic study in rats // J. Neurotrauma. 1994. Vol. 11. № 3. P. 289-301.

34. Ding J., Kreipke C., Speirs S. Hypoxia-inducible factor-1alpha signaling in aquaporin upregulation after traumatic brain injury // Neurosci. Lett. 2009. Vol. 453. № 1. P. 68-72.

35. Dore-Duffy P., La Manna J. Physiologic angiodynamics in the brain // Antioxid. Redox. Signal. 2007. Vol. 9. № 9. P. 1363-1371.

36. Dore-Duffy P., Owen C., Balabanov R. Pericyte migration from the vascular wall in response to traumatic brain injury // Microvasc. Res. 2000. Vol. 60. № 1. P. 55-69.

37. Dore-Duffy P., Wang S., Mehedi A. et al. Pericyte-mediated vasoconstriction underlies TBI-induced hypoperfusion // Neurol. Res. 2011. Vol. 33. P. 176-186.

38. Dreier J. The role of spreading depression. spreading depolarization and spreading ischemia in neurological disease // Nat. Med. 2011. Vol. 17. № 4. P. 439-447.

39. Fandino J. et al. Neurovascular Events After Subarachnoid Hemorrhage. 2015. 512 p.

40. Fukuda O., Endo S., Kuwayama N. The characteristics of laser-Doppler flowmetry for the measurement of regional cerebral blood flow // Neurosurgery. 1995. Vol. 36. № 2. Р. 358-364.

41. Jespersen S. N., 0stergaard L. The roles of cerebral blood flow, capillary transit time heterogeneity and oxygen tension in brain oxygenation and metabolism // J. Cereb. Blood Flow Metab. 2012. Vol. 32. № 2. Р. 264-277.

42. Jing C., Wang L., Liu P. Autophagy activation is associated with neuroprotection against apoptosis via a mitochondrial pathway in a rat model of subarachnoid hemorrhage // Neuroscience. 2012. Vol. 213. № 28. P. 144-153. doi: 10.1016/j.neuroscience.2012.03.055.

43. Johnson U. Favorable outcome in traumatic brain injury patients with impaired cerebral pressure autoregulation when treated at low cerebral perfusion pressure levels // Neurosurgery. 2011. Vol. 68. № 3. P. 714-721.

44. Hall C., Reynell C., Gesslein B. et al. Capillary pericytes regulate cerebral blood flow in health and disease // Nature. 2014. Vol. 508. № 3. P. 55-60.

45. Hayashi T., Watabe H., Kudomi N. et al. A theoretical model of oxygen delivery and metabolism for physiologic interpretation of quantitative cerebral blood flow and metabolic rate of oxygen // J. Cereb. Blood Flow Metab. 2003. Vol. 23. № 11. P. 1314-1323.

46. Higashida T., Kreipke C., Rafols J. The role of hypoxia-inducible factor-1alpha. aquaporin-4. and matrix metalloproteinase-9 in blood-brain barrier disruption and brain edema after traumatic brain injury // J. Neurosurg. 2011. Vol. 114. № 1. P. 92-101.

47. Ishiguro M., Murakami K., Link T. Acute and chronic effects of oxyhemoglobin on voltage-dependent ion channels in cerebral arteries // Acta Neurochir. Suppl. 2008. Vol. 104. № 4. P. 99-102.

48. Itoh Y., Suzuki N. Control of brain capillary blood flow // J. Cereb. Blood Flow Metab. 2012. Vol. 32. № 7. Р. 1167-1176.

49. Gjedde A., Johannsen P., Cold G. E. Cerebral metabolic response to low blood flow: possible role of cytochrome oxidase inhibition // J. Cereb. Blood Flow Metab. 2005. Vol. 25. № 9. Р. 1183-1196.

50. Kasprowicz M. Badania hemodynamiki mozgowej na podstawie analizy pulsacji cisnienia wewnqtrzczaszkowego. cisnienia fltniczego i przepfywu krwi mozgowej // Oficyna Wydawnicza Politechniki Wroctawskiej Wroclaw. 2012. P. 78.

51. Keskil S., Baykaner M., Ceviker N. Head trauma and leukocytosis // Acta Neurochir. (Wien). 1994. Vol. 131. № 3-4. P. 211-214.

52. Kranc K., Pyne G., Tao L. Oxidative degradation of bilirubin produces vasoactive compounds // Eur. J. Biochem. 2000. Vol. 267. № 24. P. 7094-7101.

53. Kreipke C., Schafer P., Rossi N. Differential effects of endothelin receptor A and B antagonism on cerebral hypoperfusion following traumatic brain injury // Neurol. Res. 2010. Vol. 32. № 2. P. 209-214.

54. Lassen N. A. The luxury-perfusion syndrome and its possible relation to acute metabolic acidosis localised within the brain // Lancet. 1966. Vol. 19. № 2. P. 1113-1115.

55. Laufs U., Wassmann S., Hilgers S. Rapid effects on vascular function after initiation and withdrawal of atorvastatin in healthy normocholesterolemic men // Am. J. Cardiol. 2001. Vol. 88. № 11. P. 1306-1307.

56. Lee J., Keep R., He Y. Hemoglobin and iron handling in brain after subarachnoid hemorrhage and the effect of deferoxamine on early brain injury // J. Cereb. Blood Flow Metab. 2010. Vol. 30. № 11. P. 1793-1803.

57. Luzio J., Pryor P., Bright N. Lysosomes fusion and function // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2007. Vol. 8. № 8. P. 622-632.

58. Macdonald R. Vasospasm. My First 25 Years-What Worked? What Didn't? What Next? // Acta Neurochirurgica Supplement. 2015. Vol. 120. P 23-28. doi: 10.1007/978-3-319-04981-6_1.

59. Marmarou A. A review of progress in understanding the pathophysiology and treatment of brain edema // Neurosurg. Focus. 2007. Vol. 15. № 5. Р. 22.

60. Martin N. A., Patwardhan R., Alexander M. Characterization of cerebral hemodynamic phases following severe head trauma: hypoperfusion, hyperemia and vasospasm // J. Neurosurg. 1997. Vol. 87. № 7. P. 9-19.

61. Maxwell W., Irvine A., Adams J. Response of cerebral microvasculature to brain injury // J. Pathol. 1988. Vol. 155. № 4. P. 327-335.

62. Menon D., Coles J., Gupta A. et al. Diffusion limited oxygen delivery following head injury // Cri. Care Med. 2004. Vol. 32. № 6. Р. 1384-1390.

63. Miller J., Stanek A., Langfitt T. Concepts of cerebral perfusion pressure and vascular compression during intracranial hypertension // Prog. Brain Res. 1972. Vol. 35. P. 411-432.

64. Mizushima N. Autophagy: process and function // Genes Dev. 2007. Vol. 21. № 15. P. 2861-2873.

65. Narayanan N., Leffler C., Czosnyka M. Assessment of cerebrovascular resistance with model of cerebrovascular pressure transmission // Acta Neurochir. Suppl. 2008. Vol. 102. P. 37-41.

66. Oddo M., Levine J., Mackenzie L. Brain hypoxia is associated with short-term outcome after severe traumatic brain injury independently of intracranial hypertension and low cerebral perfusion pressure // Neurosurgery. 2011. Vol. 69. № 5. P. 1037-1045.

67. stergaard L., Engedal T. S., Aamand R. Capillary transit time heterogeneity and flow-metabolism coupling after traumatic brain injury // J. of Cerebral Blood Flow & Metabolism. 2014. № 10. Р. 1-14. doi: 10.1038/jcbfm.2014.131.

68. Ono S., Zhang Z., Marton L. Heme oxygenase-1 and ferritin are increased in cerebral arteries after subarachnoid hemorrhage in monkeys // J. Cereb. Blood Flow Metab. 2000. Vol. 20. № 7. P. 1066-1076.

69. Pacher P Beckman J., Liaudet L. Nitric oxide and peroxynitrite in health and disease // Physiol. Rev. 2007. Vol. 87. № 1. P. 315-424.

70. Peppiatt C., Howarth C., Mobbs P Bidirectional control of CNS capillary diameter by pericytes // Nature. 2006. Vol. 443. № 12. P. 700-704.

71. Petzold A., Worthington V., Appleby I. Cerebrospinal fluidferritin level, a sensitive diagnostic test in late-presenting subarachnoid hemorrhage // J. Stroke Cerebrovasc. Dis. 2011. Vol. 20. № 6. P. 489-493.

72. Pluta R. M. Delayed cerebral vasospasm and nitric oxide. Review, new hypothesis and proposed treatment // Pharmacol. Ther. 2005. Vol. 105. № 1. P. 23-56.

73. Pyne-Geithman G., Morgan C., Wagner K. Bilirubin production and oxidation in CSF of patients with cerebral vasospasm after subarachnoid hemorrhage // J. Cereb. Blood Flow Metab. 2005. Vol. 25. № 8. P 1070-1077.

74. Pyne-Geithman G., Nair S., Stamper D. Role of bilirubin oxidation products in the pathophysiology of DIND following SAH // Acta Neurochir. Suppl. 2013. Vol. 115. P 267-273.

75. Raj R., Siironen J., Kivisaari R. External validation of the international mission for prognosis and analysis of clinical trials model and the role of markers of coagulation // Neurosurgery. 2013. Vol. 73. № 2. P. 305-311.

76. Renkin E. Zweifach B. Award lecture. Regulation of the microcirculation // Microvasc. Res. 1985. Vol. 30. № 3. P. 251-263.

77. Roberts I., Yates D., Sandercock P et al. Effect of intravenous corticosteroids on death within 14 days in 10008 adults with clinically significant head injury (MRC CRASH trial): a randomised placebo-controlled trial // Lancet. 2004. № 9-15. Vol. 364. P 1321-1328.

78. Rodriguez-Baeza A., Reina-de la Torre F., Poca A. Morphological features in human cortical brain microvessels after head injury. A three-dimensional and immunocytochemical study // Anat. Rec. A Discov. Mol. Cell Evol. Biol. 2003. Vol. 273. № 1. P. 583-593.

79. Rollins S., Perkins E., Mandybur G. Oxyhemoglobin produces necrosis, not apoptosis, in astrocytes // Brain Res. 2002. Vol. 945. № 1. P. 41-49.

80. Roozenbeek B., Lingsma H., Lecky F. Prediction of outcome after moderate and severe traumatic brain injury, external validation of the International Mission on Prognosis and Analysis of Clinical Trials (IMPACT) and Corticosteroid Randomisation After Significant Head injury (CRASH) prognostic models // Crit. Care Med. 2012. Vol. 40. № 5. P. 1609-1617.

81. Roozenbeek B., Maas A. I., Menon D. Changing patterns in the epidemiology of traumatic brain injury // Nat. Rev. Neurol. 2013. Vol. 9. № 4. Р. 231-236.

82. Rosenthal G., Sanchez-Mejia R., Phan N. Incorporating a parenchymal thermal diffusion cerebral blood flow probe in bedside assessment of cerebral autoregulation and vasoreactivity in patients with severe traumatic brain injury // J. Neurosurg. 2011. Vol. 114. № 1. P. 62-70.

83. Roussel B., Kruppa A., Miranda E. Endoplasmic reticulum dysfunction in neurological disease // Lancet Neurol. 2013. Vol. 12. № 1. P. 105-118.

84. Rovlias A., Kotsou S. Classification and regression tree for prediction of outcome after severe head injury using simple clinical and laboratory variables // J. Neurotrauma. 2004. Vol. 21. № 7. P. 886-893.

85. Scalfani M., Dhar R., Zazulia A. Effect of osmotic agents on regional cerebral blood flow in traumatic brain injury // J. Crit. Care. 2012. № 27. № 5. Р. 527-512.

86. Schneider E., Efron D., MacKenzie E. Premorbid statin use is associated with improved survival and functional outcomes in older head-injured individuals // J. Trauma. 2011. Vol. 71. № 4. P. 815-819.

87. Schwarzmaier S., Kim S., Trabold R. Temporal profile of thrombogenesis in the cerebral microcirculation after traumatic brain injury in mice // J. Neurotrauma. 2010. Vol. 27. № 1. P. 121-130.

88. Sehba F, Pluta R., Zhang J. Metamorphosis of subarachnoid hemorrhage research. from delayed vasospasm to early brain injury // Mol. Neurobiol. 2011. Vol. 43. № 1. Р. 27-40.

89. Sehba F., Friedrich V. Cerebral microvasculature is an early target of subarachnoid hemorrhage // Acta Neurochir. Suppl. 2013. Vol. 115. P. 199-205. doi: 10.1007/978-3-7091-1192-5_37.

90. Sehba F A., Friedrich V. Early Events After Aneurysmal Subarachnoid Hemorrhage // Acta Neurochir. Suppl. 2015. Vol. 120. Р. 23-28. doi: 10.1007/978-3-319-04981-6_1.

91. Sharples P M., Matthews D., Eyre J. Cerebral blood flow and metabolism in children with severe head injuries. Part 2. А cerebrovascular resistance and its determinants // Journal of Neurology, Neurosurgery and Psychiatry. 1995. Vol. 58. № 2. P. 153-159.

92. Sorce S., Krause K. NOX enzymes in the central nervous system: from signaling to disease // Antioxid. Redox. Signal. 2009. Vol. 11. № 10. P. 2481-2504.

93. Thomas W. E. Brain macrophages on the role of pericytes and perivascular cells // Brain Res Brain Res Rev. 1999. Vol. 31. № 1. P. 42-57.

94. Tuma R., Duran W., Ley K. Handbook of Physiology // Microcirculation. 2008. 949 p.

95. Varsos G. de Riva N., Smielewski P. Critical closing pressure during intracranial pressure plateau waves // Neurocrit. Care. 2013. Vol. 18. № 3. Р. 341-348.

96. Varsos G., Richards H., Kasprowicz M. Cessation of Diastolic Cerebral Blood Flow Velocity. The Role of Critical Closing Pressure // Neurocrit. Care. 2014. Vol. 20. № 1. Р. 40-48.

97. Vaz R., Sarmento A., Borges N. Ultrastructural study of brain microvessels in patients with traumatic cerebral contusions // Acta Neurochir. (Wien) 1997. Vol. 139. № 3. P 215-220.

98. Verweij B., Muizelaar J., Vinas F. Impaired cerebral mitochondrial function after traumatic brain injury in humans // J. Neurosurg. 2000. Vol. 93. № 5. P 815-820.

99. Vollmar B., Westermann S., Menger M. D. Microvascular response to compartment syndrome-like external pressure elevation: an in vivo fluorescence microscopic study in the hamster striated muscle // J. Trauma. 1999. Vol. 46. № 1. Р. 91-96.

100. Yemisci M., Gursoy-Ozdemir Y., Vural A. Pericyte contraction induced by oxidative-nitrative stress impairs capillary reflow despite successful opening of an occluded cerebral artery // Nat. Med. 2009. Vol. 15. № 9. P. 1031-1037.

101. Yuan G., Khan S., Luo W. Hypoxia-inducible factor 1 mediates increased expression of NADPH oxidase-2 in response to intermittent hypoxia //J. Cell. Physiol. 2011. Vol. 226. № 11. P. 2925-2933.

102. Zhang Q., Laird M., Han D. Critical role of NADPH oxidase in neuronal oxidative damage and microglia activation following traumatic brain injury // PLoS One. 2012. Vol. 7. № 4. Р. e34504.

103. Zuj K. Analysis of Transcranial Doppler Ultrasound Waveform Morphology for the Assessment of Cerebrovascular Hemodynamics // A thesis requirement for the degree of Doctor of Philosophy. Waterloo. Ontario. Canada. 2012. Р. 258.