Автореферат и диссертация по медицине (14.00.13) на тему:Церебральная гемодинамика и энергетический метаболизм мозга при шунтирующем кровотоке по данным позитронной эмиссионной томографии

■ {Б ^

.« ^'российская академия медицинских наук

1 ъ -

научно-исследовательский институт неврологии

_-р-а-

п ^ •>.' •»

' ..л На правах рукописи

9 Я -с- -V ■ БОРИСЕНКО Виктор Васильевич

ЦЕРЕБРАЛЬНАЯ ГЕМОДИНАМИКА И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ МЕТАБОЛИЗМ МОЗГА ПРИ ШУНТИРУЮЩЕМ КРОВОТОКЕ ПО ДАННЫМ ПОЗИТРОННОЙ ЭМИССИОННОЙ ТОМОГРАФИИ

14.00.13 — нервные болезни

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора медицинских наук

МОСКВА — 1996 г.

Работа выполнена в Исследовательском центре «СУСЕКОМ» (г. Кан, Франция) и в НИИ неврологии РАМН (Москва).

Научные консультанты: Действительный член РАМН, профессор Н. В. Верещагин. Профессор Ж.-М. Дерлон. Доктор медицинских наук В. В. Переседов.

Официальные агтгюненты: Доктор биологических наук, профессор С. В. Медведев. Доктор медицинских наук, профессор А. Р. Шахнович. Доктор .медицинских :наук М. А. Пирадов.

Ведущее учреждение — Московская медицинская Академия ним. И. М. Сеченова.

Защита диссертации состоится «___»_1996 г.

часов ,на заседании Специализированного совета

Д.001.06.01 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора медицинских наук при Научно-исследовательском институте неврологии РАМН по адресу: 123367, Москва, Волоколамское шоссе, 80.

С диссертацией молено ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан « А. 1996 г.

Ученый секретарь Специализированного совета кандидат -медицинских наук И. А. Сучкова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность.

Применение современных диагностических методов, дозволило вывести на качественно новый уровень понимание процессов патогенеза сосудистых поражений мозга, изменений гемодинамики и энергетического метаболизма в мозговой паренхиме, а также к установлению факта перераспределения крови, поступающей в мозг, что может играть важную роль в развитии ишемнческого процесса, в частности е формировании очагов некроза или диффузного ишемнческого поражения мозговой ткани.

Нередко такое перераспределение влечет за собой снижение перфузии отдельных, иногда обширных, областей мозга, что получило название " гемодинамического феномена внутримозгового обкрадывания".

С патофизиологической и клинической точек зрения наиболее важное значение имеет проблема взаимосвязи между уровнем перфузии, уровнем энергетического метаболизма и развитием клинической неврологической симптоматики, что стало возможным только благодаря разработке и применению в клинических исследованиях метода позитронной эмиссионной томографии (ПЭТ).

Несмотря на высокую информативность, в ситу ряда причин, прежде всего высокой стоимости исследований и необходимости использования ультракороткоживущих изотопов, метод ПЭТ остается пока малодоступным для широкого клинического применения. Поэтому исследования гемодинамических и метаболических аспектов проблемы нашли отражение лишь в относительно малочисленных публикациях в специальной литературе. Кроме того, при испбльзовани ПЭТ возникает множество трудностей, связанных с методами анализа данных и интерпретации результатов.

Тем не менее, в результате исследований последних лет, в том числе и с помощью ПЭТ, удалось установить, что множественные (реже изолированные) поражения мозговых сосудов с нарушением функционирования путей коллатерального кровоснабжения и с уменьшением цереброЕаскулярного резерЕа (или даже с полной утратой реактивности мелких резистнвных сосудов при стойком максимальном их расширении) могут привести к развитию гемодинамического феномена внутримозгового обкрадывания и, следовательно, к развитию хронического ишемнческого процесса в веществе мозга.

Однако гемодинамическая модель внутримозгового обкрадывания при окклюзируюших поражениях мозговых сосудов не пригодна для оценки

гемодинамических и метаболических параметров при других иереброваскулярных заболеваний, таких, напримф, как аргер.човенозные мальфорыашш (АВМ) мозговых сосудов.

Основной особенностью кровообращения при ма.льформациях этого типа является шунтирующий кровоток с высокой скоростью и низким давлением, направленный из шггаюших • узел АВМ .артерий непосредственно в дренирующие вены, минуя мелкие резистийнь(е сосуды (Kaplan et al, 196t; Homan, 1936; McCormick, 1966; Parkinson, Bachers, 1930; Stein, Volpert, 1980; Yasargil, 1987). При этом часть крови, иногда довольно значительная, не участвует в кровоснабжении мозга, а друая ее часть отвлекается из сосудов мозговой паренхимы в область низкого давления, т.е. в питающие артерии.

Резистивные сосуды, вследствие падения давления в них, находятся в состоянии стойкого, возможна максимального, расширения, а реактивность их существенно снижается или Еовсе утрачивается (Feindel et al, 1971; KLusske, Kelly, 1974; Gripp, 1920; Hassler, Steinmetz, 1987, Spetzler et aJ, !9S7).

Таким образом, при АВМ происходит перераспределение крови, что приводит к снижению перфузии определенных зон вещества мозга.

Применение ПЭТ с ее уникальными возможностями может во многом способствовать разрешению вопроса взаимосвязи клинических симптомов с изменениями мозговой гемодинамики и энергетического метаболизма при'АВМ.

Такие исслеования действительно проводились, хотя и явно недостаточно. К настоящему времени опубликованы результаты всего 3 работ с применением ПЭТ, специально посЕященных данному Бопросу (DeReuck et al, 1939; Tyler et al, 1989; Fmk, ¡992).

Столь незначительное количество публикаций по данной тематике связано, по всей видимости, не столько с относительно низкой частотой АВМ (по сравнению, например, с атеросклеротическими поражениями мозгоеых сосудов), но и с цедьш рядом технических и методологических проблем, связанных, в частности, с низкой разрешающей способностью иснользоЕаЕШихся ПЭТ-камер, а таже с особенностями анализа и сопоставления данных, что нашло отражение в интерпретации данных ПЭТ и в рассуждениях о значешш феномена внутримозгового обкрадывания, вплоть до практически полного отрицания взаимосвязи клинических проявлений заболевания и снижения перфузии в различных участках мозга (Fink. 199Ü).

Таким образом, проблема взаимосвязи гемодинамических и метаболических эффектов шунтирующего кровотока и, в особенности, выявление взаимосвязи клинической симптоматики с феноменом

вкугримозгового обкрадывания, несмотря на попытки разрешен™ ее с помощью ПЭТ, продолжает оставаться актуальной..

Важным шагом на пути разрешения этой проблемы является новый подход к интерпретации данных ПЭТ и использование камер е высокой разрешающей способностью.

Цель работы: изучение состояния церебральной гемодинамики и энергетического метаболизма головного мозга, обусловленных шунтирующим кровотоком. Задачи работы:

I. разработать и применить новый подход к анализу ПЭТ-данных, обеспечивающего более точную анатомическую ориентацию и более строгую количественную оценку региональных величин ЦПД и энергетического метаболизма кислорода во всем исследуемом объеме мозга у больных с АВМ;

2. оценить полушарные и региональные величины основных гемодинамических и метаболических параметров ПЭТ (МК, ОКМ, ФИК и УПК) в обоих полушариях мозга с учетом локализации и размеров тала АВМ, количества питающих артерий, типа венозного дренирования и скорости шунтирования;

3. определить нормальные региональные величины ЦПД на основании данных, полученных при исследованиях с помощью ПЭТ здоровых добровольцев и установить пороговые значения этого показателя для выявления, в последующем, зон снижения перфузии у больных с АВМ (гемодинамический феномен внутримозгового обкрадывания);

4. реконструировать изображения по рЦПД с оценкой уровня перфузионного давления и сопоставить региональных его величин в прилегающих к узлу АВМ и отдаленных участках мозга, а также в контр алатер алы юм полушарии;

5. оценить региональные значения показателей энергетического метаболизма кислорода в областях мозга со сниженным и нормальным ЦПД и выявить возможную взаимосвязь изменений перфузионного давления, экстракции и утилизации кислорода с имеющейся клинической симптоматикой;

6. исследовать зависимость изменений ЦПД, показателей экстракции и энергетического метаболизма кислорода от основных ангиографических параметров АВМ.

С учетом актуальности, клинического и патофизиологического значения перечисленных выше проблем в исследовательском ПЭТ-центре "СУСЕЙОМ"(г. Кан, Франция) в 1993 - 1995 гг была выполнена настоящая работа, основанная на сопоставлении данных клинического

а-169

j

неврологического исследования, магнитно резонансной томографии (или ренгеновскоцй компьютерной томографии) с резултатами ПЭТ, проБолившейся с использованием модели равновесного состояния (ингаляции снеси газов, содержащих изотоп '"О) и камеры с высокой разрешающей способностью больным с ангиографически подтверлсденными супратенгоршльньши • АВМ (которые рассматривались в качестве гемошшамической подели шуитируюшего кровотока) различных размеров и локализации.

Нормальные величины показателей ПЭТ были получены ■ при исследованиях здоровых добровольцев соогветствуюших возрастных групп.

Научная новизна.

Впервые, на основании данных ПЭТ получено пороговое значение нормального уровня регионального перфузибнного давления по величине отношения рМК/рОКМ.

Установлено также, что уровень перфузии в норме остается неизменны^ в различных участках пареихкмы полушарий и не зависит- от возраста исследуемого.

Разработана новая методика анатомической ориентаци на ПЭТ срезах и количественной оценки региональных величин мозговой перфузии, основанная на совмещении ПЭТ и MP (или КТ) изображений и последующей суотракшш сосудистых структур с разделением всех элементов объема вещества мозга на зоны со сниженной и нормальной перфузией.

Впервые получено количественное подтверждение снижения перфузионного давления в обширных участках мозговой паренхимы в обоих полушариях и выявлено существенное снижение метаболизма кислорода при отсутствии заметных изменений уровня его извлечения в гипоперфузируемой ткани у больных cAB.Yl.

Выявлен новый, не описанный до настоящего времени вариант нарушения баланса ме.кяу уровнем церебральной перфузии и энергетического метаболизма кислорода, 'что может быть связано со снижением метаболических потребностей, обусловленным выпадением нейронов в областях мозга, подвергающихся длительной ишемии в условиях ппопрефузии. Практическое значение работы.

Новый подход к анализу данных ПЭТ будет способствовать повышению уровня диагностики при исследовании больных с различными цереброваскулярными заболеваниями, в особенности с ишемическими поражениями мозга, обусловленными региональным снижением церебральной перфузии.

Ч

ПЭТ-сканирование больным и здоровый добровольцам проводилось с помощью камеры с достаточно высокой разрешающей способностью (WFHM) 5,7^5,7x8.8 мм. соответственно осям X, Y и Z (LETI TTV03 -Laboratoir d'Electronique et de Techniques Inforamatiques, ^Grenoble, France). ГГрл этом выполняли те же 7 срезов и на ге.х же уровнях, как при KT и МРТ.

До начала ингаляции газовых смесей проводилось.трансмиссионное сканирование с использованием германиевого (Germanium 63) источника внешнего излучения.

Эмиттером позитронов служил изотоп кислорода lsO с периодом полураспада 2,1 мин. Этот изотоп вырабатывался непрерывно в процессе всего исследования с помощью бейби-ииклоторна (модель MEV 235 -Companie Generale de Radioloogie, Buc, France).

Для получения картированных изображений по рМК, рОКМ, рФИК и рУПК использовалась модель равновесного состояния при последовательной непрерывной ингаляции газов содержащих ,'sO: C1S02, CIS0 и isOj. Газы подавались непрерывно через пластиковую маску. Общая активность lsO в СОг составляла 222 мВк/мин., lsO в СО - 407 и ,50 в02- 518мВк/мин.

Равновесное состояние достигалось в течение 7 минут ингаляции СО и 10 минут ингаляции С02 и 02. Затеи, не прерывая ингаляции, (для поддержания состояния равновесия) начинали сканирование, длительность которого составляла 10 минут для каждого из газов, что позволяло регистрировать 3,5 миллиона совпадающих событий, при ингаляции С150 и по 7 миллионов совпадающих событий при ингаляции С1502и1502.

Коррекция показателей извлечения и утилизации кислорода проводилась по формуле, предложенной Larnmertsma и Jones (1983).

Взятие проб артериальой крови производилось дважды в процессе каждого из сканирований, при этом проводились следующие исследования:

1. активности (по lsO) цельной крови и плазмы (образцы крови разделяли на две части, одну из которых гемолизировали в определенном объеме воды, а другую центрифугировали для отделения плазмы);

2. артериального гематокрита и pH;

3. парциального давления 02 и С02;

4. содержания гемоглобина в артериальной крови.

3-169

7

Измерение величин перечисленных показателей дает возможность расчитать содержание кислорода в артериальной крови, равное произведению величины парциального давления кислорода на уровень гемоглобина с поправкой на коэффициент 1,34.

Анатомическая ориентация осуществлялась на основании двух приципов:

1. определение контуров ряда важнейших анатомических структур больших полушарий мозга (контуров коры и ликворосодержащих пространств - цистерн и желудочков мозга), очерчиваемых на МР(КТ)-изображенилх и совмещение эгих контуров с соответствующими им по уровням изображениями ПЭТ-срезов, что позволяло как бы "наполнить" очертания мозга, определяемые при МР(КТ), информацией о состоянии церебральной гемодинамики и энергетического метаболизма кислорода, получаемой при ПЭТ-сканировании;

2. ориентация по отношению к узлу АВМ и сосудистым структурам мозга (крупным питающим артериям, дренирующим венам и венозным синусам) осуществлялась путем субтракции этих структур из совмещенных МР(КТ) и ПЭТ-изображений, реконструируемых по рОКМ с использованием пороговой величины ОКМ - 7 мл/100 мл, при превышении которой 'эти структуры исчезают с изображений (данная пороговая величина найдена эмпирическим путем при анализе ПЭТ-изображений здоровых добровльцев и больных с АВМ).

Первым необходимым условием для совмец^ения МР(КТ)-контуров и ПЭТ-изображений является совпадение уровней срезов (в настоящем исследовании - аксиальных), которое обеспечивалось в первую очередь качественным контролем за положением головы исследуемого, осуществлявшемся по методу, разработанному Fox et al (1935).

С этой целью, при МР(КТ) и ПЭТ-сканировании для установления правильного положения головы исследуемого применялось устройство, называемое стереотэксической рамой Laiunef, (Issal Surgical Instruments, Stockholm, Swedwen), которая плотно прижимается к голове исследуемого и фиксируется в генгри, что позволяет производить реконструкцию аксиальных! срезов на 'строго определенных уровнях по отношению к тлабелло-иниональной линии«.

Эта линия, определяемая на рентгенограммах черепа, выполненных в боковой проекции, практически всегда параллельна другой линиии, соединяющей переднюю и заднюю спайки мозга.

Семь аксиальных срезов в настоящей работе при МР(КТ) и ПЭТ-сканировании выполнялись на уровнях -4, +8, +20„+32, +44, +56 и +63 мм по отношению к гоабелло-иниональной линии,' что соответствовало уровням -25, - 13, - I, +11, +23, +35 и +47 мм по отношению« линиии, соединяющей переднюю и заднюю спайки мозга.

После обведения контуров больших полушарии мозга на МР(КТ)-изображениях с исключением костных структур основания и свода черепа, ликворосодержащих пространств, а также образований ствола мозга и мозжечка, эти контуры автоматически переносились на соответствующие им по уровню ПЭТ-срезы.

Таким образом, анализировались результаты ПЭТ-исследованй церебральной гемодинамики и энергетического метаболизма кислорода лишь той части паренхимы больших полушарий мозга, которая ограничивалась указанными контурами.

Анализ данных ПЭТ.

Подход к анализу данных исследования церебральной гемодинамики, экстракции и энергетического метаболизма кислорода мозга был основан на оценке тяжести и распространенности снижения перфузионного давления в веществе полушарий мозга у больных с супратенториалънымц АВМ. При этом по окончании ПЭТ-нсследования проводились следующие процедуры с использавадагем специальных компьютерных программ:

1. обведение контуров больших полушарий и звтооттическое совмещение МР(КТ) и ПЭТ-изображешш:

2. субтракция (на изображениях, реконструированных по ОКМ) сосудистых структур - узда АВМ, питающих артерий, дренирующих вен и венозных синусов; при этом исключались все элементы объема (вокселы) со значениями рОКМ, превышающем 7 мл/100 мл;

3. реконструкция (после субтрахции по рОКМ) изображений по рЦПД (т.е. по величинам отношения рМК/рОКМ);

4. трансформация, на полученных по'рЦПД изображениях пикселов размером 1x1 мм в пикселы, размером 8x8 мм, что необходимо для облегчения дальнейшей обработки изображений и более точно отражает реальную картину, поскольку разрешающая способность камеры составляла 5,7x5,7x8,8 мм (таким образом, анализировались ПЭТ-показатели в элементах объема 8x8x8,8 мм);

5. оценка количества и расположения элементов объема со сниженным рЦПД, при этом элементы объема со сниженной и нормальной перфузией анализировались раздельно и кодировались на изображениях разными цветами; отдельно реконструировались изображения сосудистых структур (включая узел АВМ).

Статистический анализ данных клинических йнгиографическвд и ПЭТ исследований проводился с помощью расчета (-критерий (Student), критерия Fisher (Fisher exact tesi) и корреляционного анализа (Pearson).

С целью определения значений контрольных (референтных) ПЭТ-гсараметров были проведены ПЭТ-исслеаования 25 здоровых добровольцев в возрасте от 20 до 68 лет.

При анализе данных ПЭТ, выполнявшейся по описанной методике и на том же самом оборудовании, расчитывались региональные значения покзателеи церебральной гемодинамики и энергетического метаболизма кислорода в 103 кольцевидных областях интереса, диаметром 14 мм, помешавшихся в различны? участки серого и белого вещества больших полушарий, мозгового ствола и мозжечка.

Анатомическая ориентация осуществлялась по КТ-срезам в соответствии с изображением указанных структур в атласах MatsUi и Hirano (1978), а также Talairach иТоитоих (1938).

Результаты ПЭТ-исследований здоровых добровольцев контрольной группы убедительно сввдеггельсгвуют о снижении величин показателей церебральной гемодинамики, экстракции и энергетического метаболизма кислорода по мере старения (Marchai et al, 1992), тем не менее величина отношения рМК/рОКМ характеризовалась 'существенным постоянством от исследуемого к исследуемому и от одной области мозга к другой.

При расчете среднего значения показателя индекса рЦПД (т.е. отношения рМКрОКМ) с учетом данных ПЭТ-исследований всех здоровых добровольцев была получена величина 1(Щ)+1,69 Шин. Далее при Еычитании даух станартных отклонений оыло расчитано пороговое значение индекса рЦПД равное 6,62 l/'мин. Перфузионное давление ниже этого уровня в любой из областей интереса (в данном случае в любом из элементов объема) у больных с АВМ расценивалось как сниженное.

Результаты исследований и их обсуждение.

За периоде 1990 по 1995 год ПЭТ- исследования с удовлетворительным диагностическим качеством изображений были проведены 16 больным с акпюграфически подгвежденным диагнозом сурратенториальных АВМ.

Ю

Мужчин в данной серии наблюдений было 12, женщин - 4; средний возраст больных - 34,2 +14,5 года (от I i до 62 лет).

Среди клинических проявлений заболевания первое по частоте место занимали генерализованные эпиприпадки (5 случаев из 16), ufo вряд ли можно объяснить локализацией узла АВМ. Ни в одном из случаев с эпиприпадками внутричерепных кровоизлияний в анамнезе не было.

Субарахноидальные кровоизлияния имели место у 2 больных, соответственно за 2 и 3 месяца до ПЭТ-исследоЕания. В одном из случаев за три месяца до ПЭТ-сканирования остро развилась левосторонняя гемиплегия вследствие обширного паренхиматозного кровоизлияния в область подкорковых узлов правого полушария.

В. остальных случаях имела место симтоматика, не считающаяся характерной для АВМ. В частности, слабость в левой руке в одном из наблюдений, которую можно расценить как стойкий (а не преходящий или прогрессирующий) монопарез с гипотонией, во всех мышечных группах предплечья.

Постоянный тремор правой руки в другом случае напоминал паркинсонический.

Нарушение памяти и головокружение у молодого 25-летнего больного, приступообразная головная боль у молодой женшлны, возникавшая с частотой приблизительно раз в неделю и длившаяся на протяжении 2-3 часов.

В одном из наблюдений у молодого мужчины отмечались периодически возникавшие кратковременные утраты сознания.

В одном случае ко времени проведения ПЭТ-исследования на МР-томограммах была обнаружена киста в левой височно-затылочной области.

Отсутствие клинических симптомов (в течение 3 лет) у одного из больных к моменту проведения ПЭТ объясняется успешным лечением эписиндрома протявосудорожными препаратами.

Распространенность (объем) обкрадывания.

Зоны мозга с низкими величинами отношения рМК/рОКМ были обнаружены у всех больных в обоих полушариях мозга.

Для проведения сопоставления относительных объемов снижения перфузии паренхимы больших полушарий мозга по данным'каждого ПЭТ-исследования было расчигано . отношение • объема гнпоперфузированной ткани (рМК/рОКМ < 6,62 1/мин.) к общему

ч-м

ft

объему паренхимы полушария (рМК/рОКМ < 6,62 1 /мин. + рМК/рОКМ > 6,63 l/мин.), раздельно для ипсилатерального и контралатерального полушарий. Это отношение, названное индексом обкрадывания (ИО), расчитьгоалоь по формуле:

НО = Vi (рЦПД < в,62): I Vi (рЦПД < 6,62) + V, (рЦПД > 6,63)1

Где: Vi и V2 объемы гипоперфузированной паренхимы полушария и объем паренхимы с нормальными значениями перфузионного давления, соответственно.

Индивидуальные величины ИО варьировали от 0,10 до 0,84 в полушарии ипсилатеральном узлу АВМ и от 0,09 до 0,93 - в контр алатеральном.

При межполушарном сопоставлении с .применением двустороннего i-теста получено статистически значимое различие при высоком уровне доверительной вероятности (р < 0,003).

Следовательно, распространенность снижения перфузионного давления с учетом результатов данного сопоставления была значительно большей в ипсилатеральном полушарии по сравнению с контралатеральным.

Выралеаоюстъ обкрадывания (степень снижения перфузионного даелашя).

Полушарные величины ЦПД в гипоперфузируемой ткани ипсилатерального полушария варьировали от 0,87 до 5,37 1/мин., а контралатерального - от 3,97 до 5,62 1/мин Результат расчета t-теста свидетельствует о значительно более существенном снижении в гапоперфузированной ткани ипсилатерального полушария по сравнению с контралатеральным при р = 0,0001. При этом очевидно, что и сами полушарные значения ЦПД в гипоперфузированной ткани и ткани с нормальной перфузией в пределах одного полушария должны существенно различаться (величина ЦПД в пшорефузируемой ткани была существенно нцже в оцомх-полушарнях).

Однако снижение перфузии в гипоперфузированной ткани не было одинаковым; в ипсилатеральном полушарии среднее значение ЦПД было существенно ниже (р =-0,0001), тогда как в ткани с нормальными значениями ЦПД (рМЮрОКМ > 6,63 1/мин.) величина перфузии была все таки выше в контралатеральном полушарии (р=0,05).

Uv*tнения пошютелгй церебральной гемодинамики, уровня извлечения и энергетического метаболизма кислорода « ниисимости от уровня перфузионного ¿мления.

Аанализ изменений величин показателей церебральной гемодинамики и энергетического метаболизма кислорода включал внутриполушарные и межполушарные сопоставления.

При сопоставлении в пределах полушария выявлено существенное различие в региональных величинах этого показателя в зонах со сниженным и нормальным ЦПД в обоих полушариях мозга: р=0,0002 и р=3х10"5, соответственно для ипси- и контралатерального полушарий мозга (как можно заметить, различие в контралатеральном полушарии оказалось более значительным).

Что касается межполушарного сопоставления величин данного показателя, то здесь существенное различие было зарегистрировано лишь при расчете критерия ьразности в зонах с нормальным уровнем перфузии (р=0,003), по другой составляющей, т. е. по величине рМК - в зонах со сниженной перфузией статистически значимых различий выявлено не было.

Следовательно, снижение величины рМК в элементах со сниженным рЦПД происходит в обоих полушариях и такое снижение более заметно в контралатеральном полушарии.

Таким образом, в зонах мозга, подвергающихся обкрадыванию, удалось документировать снижение величины одной из двух составляющих ЦПД - рМК, что может указывать на роль этого показателя в снижении уровня перфузии.

Однако снижение рЦПД не происходит в строгой линейной зависимости от снижения МК; большую роль при этом играет изменение второй составляющей - ОКМ. В соответствии с методикой расчета рЦПД, чем ниже уровень перфузии, тем выше должна быть величина рОКМ (при равных рМК).

В настоящей серии исследований в областях мозга со сниженной перфузии! величина. рОКМ была существенно выше. Значения этого показателя варьировали от 4,09 до 5,75 кит'100 мл в зонах со сниженным рЦПД ипсилатерального полушария и от 4,07 до 5,41 мл/100 мл -контралатерального. В зонах с нормальной перфузией размах величин этого показателя составил от 1,63 до 5,36 мл/100 мл и от 1,64 до 5,35 мл/100 мл' (в ипсилатеральном и контралатеральном полушариях, соответственно).

Данные расчета критерия (-разности при внутрицолушарных сопоставлениях убедительно свидетельствуют о весьма существенных различиях величин рОКМ в типоперфузируемых областях и зонах с

нормальной перфузией с очень высокими (редкими для биологической статистики) уровнями доверительной вероятности; так, при сопоставлении в ипсилатеральном полушарии величина р оказалась равной 6х 10'7, в контралатеральном - 6х 10"г.

Если сравнивать эти различия с полученными при расчетах для рМК, то становится понятным, что помимо существенного снижения рМК величина. рЦПД снижается вследствие сопутствующего значительного повышения рОКМ и, судя по величине различий, повышение последнего играет более важную роль.

При межполушарных сопоставлениях было установлено, что в гипоперфузируемых областях величины рОКМ в ипсилатеральном полушарии были существенно выше (р=0,008), чем в контралатеральном, тогда как в зонах полушарий с нормальным перфузионным давлением существенных межполушарных различий выявлено не было.

Величина рФИК (при норме 0,3 - 0,4) варьировала в зонах, со сниженной перфузией от 0,326 до 0,548 в ипсилатеральном полушарии и от 0,3 И до 0,503 - в контралатеральном, а в зонах мозга с нормальными величинами ЦПД от 0,326 до 0,503 в ипсилатеральном полушарии и от

0.306 до 0,508 - в контралатеральном.

Статистический анализ дает основание судить об отсутствии существенных различий величин показателей рФИК при их сравнений. По данным расчета (-критерия разности ори сопоставлении величин рФИК в зонах со сниженной и нормальной перфузией: для ипсилатерального полушария получено значение I, соответствующее р=0,34, а в контралатеральном полушарии, соответствующее р=0,28.

При межполушарном сопоставлении различия между средними величинами рФИК в гипоперфузируемой ткани мозга, а также в областях с нормальным уровнем перфузии также не достигали статистической значимости (р=0,61 и р=0.50роотвественно).

Величины рУПК варьировали в гипоперфузированной ткани от 0,96 до 2,54 мл/100 мл/мин., в ткани мозга с нормальной перфузией от 0,92 до 3,49. мл/100,мл/мин. в ипсилатеральном полушарии; от 0,94 до 2,43 мл/100 мл.мин. и от 0,80 до 3,27 мл/100 мл/мин.- в контралатеральном полушарии.

Результаты сопоставлений свидетельствуют о том, что:

1. в пределах каждого из полушарий (ипсилатерального и контралагерального) имеет место значительное снижение рУПК в зонах мозга со снгскеннным рЦПД по сравнению с участками с нормальной

перфузией, выраженное больше в контралатеральном полушарии (р=4х 10'5) по сравнению с ипсилатеральным (р=0,0005);

2. статистически значимые различия межпу полушариями по величине рУПК в зонах мозга как со сниженным, так и с нормальным уровнями перфузии отсутствуют.

Наиболее демонстративно выглядит достаточно резкое снижение рУПК в зонах мозга со сниженной перфузией: если по мере снижения величин отношения рМК/рОКМ в зонах с нормальной перфузией снижение величин рУПК происходит достаточно медленно (полого), то при дальнейшем снижении перфузионного давления (ниже его порогового значения - 6,62 1/мин.) регистрируется достаточно резкое падение величин рУПК (линия регрессии круто уходит вниз).

Типичный пример такого поведения рУПК представлен на графике (рис. 1, стр. 16), что бьшо характерным для всех наблюдений.

Взаимосеть ангиографических параметров АВМ и гемодинамических показателей.

Основные ангнографические параметры, характеризующие анатомо-физиологические особенности АВМ (размер узла, количество питаюшиЗс артерий, тип венозного дренирования и скорость шунтирования) сопоставлялись в настоящей работе с величиной показателя распространенности снижения перфузионного давления - индексом обкрадывания (ИО).

Для проведения детального анализа величины ИО были разделены на две следующие градации:

1. ИО от 0 до 0,50 - умеренно выраженное обкрадывание (менее половины объема полушария);

2. ИО от 0,51 до 1,00 - выраженное обкрадывание (снижение перфузионного давления более чем в половине объема полушария).

Сопоставления проводились по количеству больных с первым и вторым типами обкрадывания в' зависимости от значений перечисленных ангиографнческих параметров (Fisher exact test).

Специфической особенностью настоящей серии наблюдений является наличие всегодвух градаций размера узла мальформаций: менее 3 см в максимальном диаметре (малые) - 12 случаев; от 3 до б см (средних размеров) - 4 случая. При сопоставлении распространенности обкрадывания по количеству больных и размерам узла АВМ статистически значимых различий выявлено не было.

Рис. 1.

Региональные значения уровня иоглащення кислорода (рУПК) в зависимости от величины регионального церебрального перфузионного давления (рЦПД). Наблюдение № 1.

А. Ипсилатералыюе полушарие рУПК (мл/100 мл/мин)

5 т

4.5 -4 • 3.5 •■ 3 • ■ 2.5 ■■ 2 ■ 1.5 ■ 1 • 0.5 • •

Н^167 г = 0.28 -р <0.01

• * ...

8 10

12

14

18

рМК/рОКМ 1/мин)

Б. Контралатеральное полушарие рУПК (мл/100 мл/инн)

5т 4.5 4

3.5

3-' 2.5 - • 2 - ■ 1.5 ■■ 1

0.5 0

N = 203 Г = 0.41 р < 0.01

• Я .'Ч'Л'Ч,^ Дв/» *»*

* # ♦ • *в . .. , •»

ю

12

14

1в

18

рМК/рОКМ 1/мин)

\Ь

Следующим ангиографическим параметром для сопоставления с НО было количество питающих узел'АВМ артерий. В настоящей серии наблюдений с учетом данного признака было выделено 2 градации:

1. одна (единственная) питающая артерия - 5 случаев;

2. две и более читающих артерий - 11 случаев (в одном из наблюдений - 5 питающих артерий, в четырех - 4 питающих артерии, в остальных двух случаях - 2 питающие артерии).

При сопоставлении количеств больных и величины ИО статистически Значимых различий выявлено не было. Иными словами, количество питающих артерий не оказывает существенного влияния на распространенность обкрадывания.

Поверхностный тип венозного дренирования of,и зарегистрирован по данным церебральной ангиографии в 7 случаях, глубокий - только в 2х смешанный, (т.е. поверхностный и глубокий) - ^ сени. Необходимо отметить, что и здесь существенных различий по количеству больных в сопоставлении с величиной ИО еыявить не удалось. Вывод и в данном случае аналогичный: тип венозного дренирования не влияет на распространенность снижения перфузии, т.е. в конечном итоге, на распространенность обкрадывания.

Скорость шунтирующею кровотока оценивалась в соответствии с двумя градациями времени пассажа контрастного вещества через узел АВМ: до 0,5 сек - быстрое, от 0,5 до 1,0 сек - умеренное шунтирование; (медленное шунтирование, превышающее 1,0 сек не зарегистрировано в настоящей серии наблюдений ни в одном из случаев) в сопоставлении с величиной ИО.

Шунтирование с высокой скоростью было отмечено у 14 больных , тогда как умеренное только у двух. Здесь также не приходится говорить о каких-либо существенных различиях-1по количеству больных, ИО как показатель распространенности обкрадывания (с учетом двух принятых градаций) не отличался значительно в выделенных по этому ангиографическому признаку случаях.

Таким образом, размер узла АВМ, количество питающих артерий, тип венозного дренирования и скорость шунтирования (в тех вариантах, как эти параметры распределились в настоящем исследовании) не определяют распространенности снижения перфузиии (по количеству элементов объема с величиной отношения рМК/рОКМ < 6,62 l/мии.) в паренхиме полушарий мозга.

//

Необходимо добавить, что при применении данного метода анализа результатов ПЭТ," элементы изображения со сниженной перфузией относительно равномерно распределялись по площади срезов и, таким образом, анализ величий лерфузионного давления в отдельных, областях интереса, прилегающих К узлу АВМ и на отдалении от него, утрачивает смысл, поскольку областью интереса при использовании данного метода является вся совокупность элементов объема со сниженной перфузией (т.е. участки паренхимы полушарий, подвергшиеся обкрадыванию).

Как можно заметить, результаты настоящей работы лишь отчасти совпадают с данными трех исследований, проводившихся с целью оценки гемодинамических и метаболических эффектов АВМ с применением ПЭТ (De Reuck et al 1989; Tyler et al, 1989; Fink et al, 1992), что в немалой степени связано с иным подходом к анализу ПЭТ-показателей.

Во первых, с выделением областей мозга (элементов объема мозговой паренхимы) со сниженными и нормальными величинами перфузионного Давления по отношению к нижней границе этого показателя, определенной по данным исследования здоровых добровольцев, поскольку данный метод анализа был расчитан на оценху не полушарных значений отдельных параметров, а на сопоставление их величин в определенных таким способом областях интереса.

Во вторых, распространенность снижения перфузии оценивалась по величине индекса обкрадываний - относительного • показателя, расчитываемого в виде отношения кбличества элементов объема со сниженной перфузией к общему количеству элементов объема полушария мозга.

Йеобходимосгь применения' такого относительного показателя продиктована, с одной стороны, индивидуальными различиями в размерах мозга (а следовательно и в количествах элементов объема), а с другой - тем обстоятельством, что часть мозговой паренхимы (хотя и небольшая) все-таки исключается из анализа ввиду наличия промежутков между срезами (по 3 мм каждый).

Здесь важно отметить и необходимость исключения из анализа как • можно большего числа элементов объема, соответствующих сосудистым структурам, поскольку величины параметров церебральной гемодинамики и, тем более энергетического метаболизма не поддаются точному измерению в этих участках с помощью ПЭТ. Кроме того, субтракиня сосудистых структур из ПЭТ-изображений, реконструируемых по рОКМ, даегг возможность более или менее точно

локализовать узел мальформации по отношению к функционально-значимым зонам мозга.

Анализ причин снижениям перфузионного давления позволяет утверждать, что такое снижение происходит за счет обеих составляющих отношения рМК/рОКМ. Увеличение рОКМ играет при этом более важную роль "(т.е. вносит больший вклад в снижение величины рЦПД), чем уменьшение рМК. Поскольку величина рОКМ обратно пропорциональна уровню цереброваскулярного сопротивления, можно предполагать значительное его снижение в гипоперфузированных областях, что должно приводить к стойкому расширению резистивных сосудов и, соответственно, к снижению их реактивности.

Очевидно, что такое снижение реактивности происходит неравномерно, т.е. даже в пределах областей гипоперфузии часть мелких сосудов Еполке может сохранять возможность к дальнейшему расширению в ответ на снижение перфузионного давления.

Анализ взаимосвязи распространенности обкрадывания и основных аншографических параметров АВМ был ограничен в настоящем исследовании неполным набором возможных 'вариантов. Отсутствие статистически значимых различий по показателям ИО у больных с различными размерами узлор АВМ (в настоящей работе у больных с узлами малых и средних размеров) связано по видимому не только с сопоставлением сравнительно небольших количеств больных, но и с методом анализа данных ПЭТ.

На первый взгляд это может показаться необычным, поскольку именно размер компактного узла патологически измененных сосудов во многом определяет объем шунтирования и, следовательно, перераспределение крови, поступающей в мозг. Однако, отсутствие взаимосвязи между размерами узла мальформации и распространенностью снижения перфузии в паренхиме полушарий мозга может указывать на участие в перераспределении крови сосудов, непосредственно не связанных с узлом.

То же можно предполагать »• в отношении отсутствия взаимосвязи величины ПО и остальных ангиографических параметров - количества питающих арерий, типа венозного дренирования и скорости шунтирования (по времени пассажа контрастного вещества через узел АВМ).

Если при этом не делать акцента на небольшом числе наблюдений и неполном наборе ангиографических параметров, то напрашивается

вывод о распространенном (диффузном) поражении сосудистой системы мозга в случаях АВМ.

Действительно, расценивая снижение перфузии паренхимы мозга проявлением феномена вн\тримозгоЕого обкрадывания, обусловленного исключительно шунтирующим кровотоком, наличие столь большого количества элементов объема со сниженной перфузией в отдаленных участках ипсплатерального полушария и, тем более, в кошралатеральном полушарии должно вызывать недоумение.

Не исключено, что имеет право на существование гипотеза о генерализованном врожденном дефекте стенок мелких сосудов, проявляющемся в снижении или утрате ими реактивности.

Последней может приводить к развитию мелких -диапедезных (или иных) кровоизлияний и создавать условия для формирования множества микрошунтов, которые, в свою очередь, могут привести к региональным снижениям перфузии ткани мозга (в обоих полушариях).

Если апеллировать только к гемодинамическому феномену внутркмозгового обкрадывания, обусловленному ^шунтирующим кровотоком, или, наоборот - только к объемно-ирритативному воздействию узла на окружающую ткань, то объяснить развитие неврологической симптоматики в целом ряде наших наблюдений не представляется возможным, не говоря уже о том, что у части больны:-;, даже со сравнительно большими размерами мальформации, ведущим симптомом заболевания являлась головная боль.

Обнаруженный в настоящем исследовании практически однотипный набор изменений ПЭТ-параметров как будто не укладывается ни в один из вариантов, описанных до настоящего времени, что, конечно значительно затрудняет объяснение результатов.

. До сих пор к объяснению развития симптоматики у больных с АВМ привлекаются два основных механизма - гемодинамический и объемно-ирритативный, при этом можно говорить и о сочетанием воздействии шунтирующего кровотока и объемного образования (каким является узел АВМ), а также'о диашизе и деафферентации.

Обратившись к клиническим проявлениям заболевания в настоящей серии наблюдений, нетрудно заметить, что симптоматика, имевшая место в большинстве случаев далеко не всеща совпадала с классическими представлениями о поражении тех или иных областей мозга, в которых был расположен узел АВМ.'

2.0

Очевидно, что эффект объеиио-ирригатинного воздействия в данных случаях Еряд ли следует принимать во внимание.

Остаются, таким образом, феномен в нутримозгого обкрадывания и диашиз, но попытка объяснения патогенеза с помощью этих патофизиологических феноменов также наталкивается на серьезные препятствия.

По Еидимоиу, объяснить изменения ПЭТ-параметров и, в первую очередь, снижение церебральной перфузии можно, если взглянуть на эту проблему с другой стороны, а именно - не отрицая значения шунтирующего кровотока в развитии обкрадывания допустить, что АВМ представляют собой не просто локальные поражения сосудистой системы мозга с более или менее генерализованным, диффузным поражением мелких резисгивных сосудов.

Некоторые косвенные признаки моппи бы в известной мере служить подтверждениями этому.

1. речь идет именно о мелких сосудах прежде всего потому, что любое изменение крупных сосудов в виде конгломерату, удлинения, извитости или скручивания без труда обнаруживаются при ангиографии; наибольшие изменешм реактивности происходят именно в мелких сосудах, поскольку состояние микроциркуляторнсго русла в конечном тоге определяет цереброваскулярное сопротивление и, наряду с кровотоком, уровень перфузии;

2. в условиях диффузного снижения реактивности мелких сосудов (которое может быть обусловлено врожденной диффузной гипоплазией мышечных, элементов стенок этих сосудов) вполне возможно развгапе мелких диапедезных кровоизлияний, что создает благоприятные условия формирования множественных микрошунтов, также снижающих локальные показатели перфузии (з^есь же можно упомянуть и о возможности развития множества мдаромальформаций, трудно поддающихся распознаванию и также способных вызывать локальные снижения церебральной перфузии);

3. в областях мозга со сниженной перфузией основное значение для развития неврологической симптоматики может иметь нарушение,баланса перфузия-энергетический метаболизм, которое в настоящем исследовании проявлялось необычно для олигемии, истинной ишемии и первичной метаболической депрессии - легким (иногда практически незаметным) повышением величин экстракции кислорода и резким снижением его утилизации по мере снижения рЦПД; наиболее простое (хотя возможно и

не единственное) объяснение этого факта заключается в снижении метаболической потребности вещества мозга в гипйперфузируемой ткани, которое может, в свою очередь возникать при выпадении нейронов, находящихся в условия* гипоперфузил в течение длительного времени (часть таких нейронов накопилась в условиях снижения перфузии еще во внутриутробном периоде). Следствием выпадения нейронов, которое могут вызывать также микрокровоизлияния, является замена их элементами тип, метаболические потребности которой ниже.

Таким образом, если попытаться выстроить в единую патогенетическую цепь все представленные выше предположения, то получается, что:

нарушения эмбриогенеза и возможные неблагоприятные воздействия факторов внешней среды обусловливают дефект закладки мозговых сосудов, который по каким-то пока не установленным причинам проявляется с одной стороны в формировании крупных, патологически измененных артерий и вен и с другой.- в виде диффузной деградации мышечных элементов мелких сосудов* приводящей впоследствии к их расширению и снижению (или утрате) реактивности;

- шунтирующий кровоток (через узел АВМ) способствует дальнейшему, все более распространенному снижению реактивности мелких резистивных сосудов, что приводит к множественным диапедезным кровоизлияниям,, выпадению нейронов и созданию большого количества новых микрошунтов, усугубляющих проявления обкрадьшанияя и приводящих к его распространению и пр'огрессированию.

выврды.

1. Количественная оценка показателей церебральной гемодинамики и энергетического метаболизма требует правильной топографо-анатомической ориентации элементов объема мозговой паренхимы по отношению как к узлу АВМ, гак и к функционально значимым областям мозга. Такая ориентация может обеспечиваться путем сговмещения MP (КТ)- изображений с соответсгвуюшимит им по уровню ПЭТ-срезами.

' 2. Анализ региональных величин ПЭТ-параметров требует исключения элементов объема, соответствующих сосудистым структурам мозга (узлу АВМ, крупным питающим артериям и дренирующим венам, а также венозным синусам) для улучшения диагностического качества изображений и уменьшения искажений, обусловленных частичным объемным эффектом.

Исключение сосудистых структур из ПЭТ , изображений, реконструированных по ОКМ достигается путем субтракйии всех элементов объема со значениями рОКМ превышающими пороговую величину.

3. Оценка региональных, величин перфузии мозга по данным рМК не дает возможности " 'определить значении церебрального перфузионного давления, tjc. при этом не учитывается величина цереброваскулярного сопротивления. Для оценки рЦПД по результатам ПЭТ можно применять величину отношения рМК/рОКМ.

При исследовании здоровых добровольцев были определены границы нормы этого показателя, которые впоследствии использовались для выделения участков паренхимы полушарий со сниженной перфузией, путем субтракции изображений, реконструированных по рЦПД.

4. Гемодинамический феномен внутримозгового обкрадывания в виде зон мозговой паренхимы со сниженной перфузией бьГй зарегистрирован у всех больных, в обоих полушариях мозга. При этом концентрации элементов объема с низкими величинами рЦПД вокруг узла мальформации не отмечено.

5. Существенные индивидуальные различия в размерах мозга, а также в форме и размерах узла АВЯ-1, не позволяют сопоставить абсолютные показатели (количества элементов объема) для оценки распространенности обкрадывания. С этой целью, при исследовании каждого больного и для каждого из полушарий расчитывается т.н. индекс обкрадывания (ИО) в виде частного ог деления количества элементов объема со сниженной перфузией и общего количества элементов объема в полушарии.

6. Распространенность обкрадывания (по величине ИО) оказалась выше в . ипсилатералъном, полушарии по сравнению с контралатеральным, а выраженность обкрадывания по данным сопоставления средних значений рЦПД в гипоперфузируемых областях была также выше в ипсилатералъном полушарии - (т.е. средние значения отношения рМК/рОКМ оказались в этом полушарии существенно меньше). *

При этом установлено, что снижение рЦПД в гипоперфузируемой ткани происходит не только за счет снижения значений рМК, но и (в большей степени) за счет увеличения значений рОКМ.

7. Основные этнографические параметры АВМ (размеры узла, количество питающих артерий, тип венозного дренирования и скорость шунтирования) не оказывали существенного влияния на

распространенность обкрадывания (по данным сопоставления величин ИО). '

8. Уровень экстракции кислорода из артериальной крови (по величине рФИК) в гипоперфузируемой ткани существенно не отличается от такового в областях, мозга с нормальной перфузией, межполушариые различия также отсутствуют. Отмечена лишь непостояннная тенденция к небольшому повышению величины рФИК по мере снижения рЦПД.

9. В областях мозга с нормальной перфузией отмечается умереннное (пологое) снижение метаболизма кислорода (по величине показателя рУПК) и резкое снижение величин этого показателя в элементах объема со сниженным рЦПД по мере уменьшения величин отношения рМК/рОКМ,

В совокупности с данными об отсутствии изменении показателей рФИК, наличие резкого снижения рУПК в гипоперфузируемой ткани не соответствует не только истинной ишемии, но также олигешш и первичной метаболической депрессии. '

Ю. В соответствии с данными анализа изменений ПЭТ-показатепей может быть выдвинуто предположение о том, что АВМ представляют собой не просто локальные изменения сосудов мозга с образованием компактных конгломератов патологически измененных, артерий и вен, но и диффузное поражение мелких резистивных сосудов, приводящее к снижению (гаи ' утрате) их реактивности, развитию мет:их диапедезных кровоизлияний, выпадению нейронов с заменой их элементами глии и возникновению множества микрошунтов, что приводит к прогрессированию гемодинамического внутримозгоЕОГО обкрадывания.

Материалы диссертации доложены па:

1. Конференции по цереброваскулярным заболеваниям; декабрь 1993, Исследовательский ПЭТ центр "СУСЕЯОМ'ЧКан, Нижняя Нормандия, Франция).

2Ц

2. Научной конференции Hllil неврологии РАМН; январь 1994, НИИ неврологии РАМН (Москва).

3. Рабочем совещании по проблеме внедрения и развития позитронно-эмиссионной томографии' (ПЭТ) в России; март 1995, Объединенный Институт ядерных исследований РАН, CTI PET Systems Inc. (США), HW'.Y! Gmbh (Германия) (Дубна, Московская область).

4. Конференции Российской Академии Медицинских Наук; апрель 1995, НИИ нейрохирургии им. H.H. Бурденко (Москва).

5. Междисциплинарном рабочем совещании по проблемам мозгового кровообращения; июнь 1995, Военно-Медицинская Академия им. С.М. Кирова (Санкт-Петербург).

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Эффективность некоторых ангионейрохирургических вмешательств. Оценка гемодинамических показателей по датГым радиоизогопншх методов исследования. В сб. "Материалы рабочего совещания по междисциплинарной научной программе "Мозговое кровообращение", Санкт-Петербург, 1995, стр. б - 7. (в соавг. с Н.В. Верещагиным и А.Г. Власенко).

2. Гемодинамические и метаболические проявления феномена Енутримозгового обкрадывания при артериовенозных мальформациях по данным позитронной эмиссионной томографии. Вопросы нейрохирургии, 1996, № 1, стр. 27 - 31. (в соавт. с H .В. Верещагиным).

3. Evidence of "steal" in supratentorial arteriovenous malfomations: a positron emission tomography study, (принята к публикации в журнал "Stroke", в соавт. с G. Marchai, J. Gamieri, V. Beaudouin, P. Courtheoux, J.- P. Houtteville, J.- M. Derlon).