Цереброспинальная жидкость ( ликвор ) представляет собой прозрачную бесцветную жидкость организма , находящуюся в тканях , окружающих головной и спинной мозг всех позвоночных .
СМЖ вырабатывается специализированными эпендимальными клетками сосудистого сплетения желудочков головного мозга и всасывается в арахноидальных грануляциях . У человека одновременно имеется около 125 мл спинномозговой жидкости, а ежедневно вырабатывается около 500 мл. СМЖ действует как амортизатор, подушка или буфер, обеспечивая базовую механическую и иммунологическую защиту мозга внутри черепа . СМЖ также выполняет жизненно важную функцию в ауторегуляции мозгового кровотока .
ЦСЖ занимает субарахноидальное пространство (между паутинной оболочкой и мягкой мозговой оболочкой ) и желудочковую систему вокруг и внутри головного и спинного мозга. Он заполняет желудочки головного мозга, цистерны и борозды , а также центральный канал спинного мозга. Существует также связь субарахноидального пространства с костным лабиринтом внутреннего уха через перилимфатический проток , где перилимфа переходит в спинномозговую жидкость. Эпендимальные клетки сосудистого сплетения имеют на апикальной поверхности множество подвижных ресничек , которые сокращаются, чтобы обеспечить перемещение спинномозговой жидкости через желудочки.
Образец спинномозговой жидкости можно взять из спинного мозга посредством люмбальной пункции . Его можно использовать для проверки внутричерепного давления , а также для выявления заболеваний, включая инфекции головного мозга или окружающих мозговых оболочек .
Хотя это было отмечено Гиппократом , оно было забыто на столетия, хотя позже было описано в 18 веке Эмануэлем Сведенборгом . В 1914 году Харви Кушинг продемонстрировал, что спинномозговая жидкость секретируется сосудистым сплетением.
У человека одновременно имеется около 125–150 мл спинномозговой жидкости. [1] Эта спинномозговая жидкость циркулирует в желудочковой системе мозга. Желудочки представляют собой ряд полостей, заполненных спинномозговой жидкостью. Большая часть спинномозговой жидкости вырабатывается в двух боковых желудочках . Отсюда СМЖ проходит через межжелудочковые отверстия в третий желудочек , затем по водопроводу мозга в четвертый желудочек . Из четвертого желудочка жидкость попадает в субарахноидальное пространство через четыре отверстия — центральный канал спинного мозга, срединное отверстие и два боковых отверстия . [1] СМЖ присутствует в субарахноидальном пространстве, которое покрывает головной и спинной мозг и простирается ниже конца спинного мозга до крестца . [1] [2] Существует связь субарахноидального пространства с костным лабиринтом внутреннего уха , благодаря чему спинномозговая жидкость непрерывна с перилимфой у 93% людей. [3]
ЦСЖ движется в одном направлении наружу от желудочков, но в субарахноидальном пространстве разнонаправленно. [3] Движение жидкости является пульсирующим и соответствует волнам давления, генерируемым в кровеносных сосудах при биении сердца. [3] Некоторые авторы оспаривают это, утверждая, что не существует однонаправленной циркуляции спинномозговой жидкости, а есть двунаправленные систоло-диастолические движения спинномозговой жидкости, зависящие от сердечного цикла, туда и обратно. [4]
СМЖ получается из плазмы крови и во многом похож на нее, за исключением того, что СМЖ почти не содержит белков по сравнению с плазмой и имеет некоторые другие уровни электролитов . Из-за способа производства спинномозговая жидкость имеет более высокий уровень хлоридов , чем плазма, и эквивалентный уровень натрия . [2] [5]
СМЖ содержит примерно 0,3% белков плазмы, или примерно от 15 до 40 мг/дл, в зависимости от места отбора проб. [6] В целом, глобулярные белки и альбумин находятся в более низкой концентрации в желудочковой спинномозговой жидкости по сравнению с поясничной или цистернальной жидкостью. [7] Этот непрерывный поток в венозную систему снижает концентрацию более крупных нерастворимых в липидах молекул, проникающих в мозг и спинномозговую жидкость. [8] ЦСЖ обычно не содержит эритроцитов и содержит не более 5 лейкоцитов на мм 3 (если количество лейкоцитов выше этого значения, это представляет собой плеоцитоз и может указывать на воспаление или инфекцию). [9]
Примерно на третьей неделе развития зародыш представляет собой трёхслойный диск , покрытый эктодермой , мезодермой и энтодермой . По средней линии развивается трубчатое образование, называемое хордой . Хорда высвобождает внеклеточные молекулы, которые влияют на трансформацию вышележащей эктодермы в нервную ткань. [10] Нервная трубка , формирующаяся из эктодермы, содержит спинномозговую жидкость до развития хориоидальных сплетений. [3] Открытые нейропоры нервной трубки закрываются после первого месяца развития, и давление спинномозговой жидкости постепенно увеличивается. [3]
По мере развития мозга к четвертой неделе эмбриологического развития внутри эмбриона вокруг канала, рядом с тем местом, где будет развиваться голова, образуются три опухоли. Эти опухоли представляют собой различные компоненты центральной нервной системы : передний мозг (передний мозг), средний мозг (средний мозг) и ромбенцефалон (задний мозг). [10] Субарахноидальные пространства впервые появляются примерно на 32-й день развития вблизи ромбовидного мозга; кровообращение видно с 41-го дня. [3] В это время можно увидеть первое сосудистое сплетение, обнаруженное в четвертом желудочке, хотя время, когда они впервые выделяют спинномозговую жидкость, еще не известно. [3]
Развивающийся передний мозг окружает нервный шнур. По мере развития переднего мозга нервный шнур внутри него становится желудочком, в конечном итоге образуя боковые желудочки. Вдоль внутренней поверхности обоих желудочков стенка желудочка остается тонкой, и развивается сосудистое сплетение , вырабатывающее и высвобождающее спинномозговую жидкость. [10] СМЖ быстро заполняет нервный канал. [10] Паутинные ворсинки формируются примерно на 35-й неделе развития, при этом арахноидальные грануляции отмечаются примерно на 39-й неделе и продолжают развиваться до 18-месячного возраста. [3]
Субкомиссуральный орган секретирует SCO-спондин , который образует рейсснеровы волокна в спинномозговой жидкости, помогая движению через водопровод мозга. Он присутствует на ранних этапах внутриутробного развития, но исчезает на ранних этапах развития. [3]
CSF служит нескольким целям:
Мозг вырабатывает примерно 500 мл спинномозговой жидкости в день со скоростью около 20 мл в час. [17] Эта трансклеточная жидкость постоянно реабсорбируется, поэтому единовременно присутствует только 125–150 мл. [1]
Объем спинномозговой жидкости у детей выше, чем у взрослых, в мл на кг массы тела. У младенцев объем ликвора составляет 4 мл/кг, у детей — 3 мл/кг, у взрослых — 1,5–2 мл/кг. Большой объем спинномозговой жидкости является причиной того, что у младенцев необходима более высокая доза местного анестетика в пересчете на мл/кг. [18] Кроме того, больший объем спинномозговой жидкости может быть одной из причин того, почему у детей реже возникает постпункционная головная боль. [19]
Большая часть (от двух третей до 80%) спинномозговой жидкости вырабатывается сосудистым сплетением . [1] [2] Сосудистое сплетение представляет собой сеть кровеносных сосудов, присутствующих в отделах четырех желудочков головного мозга. Он присутствует во всей желудочковой системе, за исключением водопровода головного мозга , а также лобных и затылочных рогов боковых желудочков . [20] ЦСЖ в основном вырабатывается боковыми желудочками . [17] ЦСЖ также вырабатывается одним слоем столбчатых эпендимальных клеток , выстилающих желудочки; оболочкой, окружающей субарахноидальное пространство ; и небольшое количество непосредственно из крошечных пространств, окружающих кровеносные сосуды головного мозга. [2]
CSF вырабатывается сосудистым сплетением в два этапа. Во-первых, отфильтрованная форма плазмы перемещается из фенестрированных капилляров сосудистого сплетения в интерстициальное пространство [1] , причем движение регулируется разницей давлений между кровью в капиллярах и интерстициальной жидкостью. [3] Затем этой жидкости необходимо пройти через эпителиальные клетки, выстилающие сосудистое сплетение, в желудочки, активный процесс, требующий транспорта натрия , калия и хлоридов , которые втягивают воду в спинномозговую жидкость, создавая осмотическое давление . [3] В отличие от крови, поступающей из капилляров в сосудистое сплетение, эпителиальные клетки, выстилающие сосудистое сплетение, содержат плотные соединения между клетками, которые предотвращают свободное попадание большинства веществ в спинномозговую жидкость. [21] Реснички на апикальных поверхностях эпендимальных клеток бьются, помогая транспортировать спинномозговую жидкость. [22]
Вода и углекислый газ из интерстициальной жидкости диффундируют в эпителиальные клетки. Внутри этих клеток карбоангидраза превращает вещества в ионы бикарбоната и водорода . Они обмениваются на натрий и хлорид на поверхности клетки, обращенной к интерстицию. [3] Натрий, хлорид, бикарбонат и калий затем активно секретируются в просвет желудочка. [2] [3] Это создает осмотическое давление и втягивает воду в спинномозговую жидкость, [2] чему способствуют аквапорины . [3] СМЖ содержит гораздо меньше белковых анионов, чем плазма крови. Белок в крови в основном состоит из анионов, каждый из которых имеет множество отрицательных зарядов. [23] В результате для поддержания электронейтральности плазма крови имеет гораздо меньшую концентрацию хлорид-анионов, чем катионов натрия. СМЖ содержит такую же концентрацию ионов натрия, как и плазма крови, но меньше катионов белка и, следовательно, меньший дисбаланс между натрием и хлоридом, что приводит к более высокой концентрации ионов хлорида, чем в плазме. Это создает разницу осмотического давления с плазмой. В спинномозговой жидкости меньше калия, кальция, глюкозы и белка. [5] Сосудистые сплетения также секретируют в спинномозговую жидкость факторы роста, йод , [24] витамины B1 , B12 , C , фолиевую кислоту , бета-2-микроглобулин , аргинин , вазопрессин и оксид азота . [3] Котранспортер Na-K-Cl и Na/K-АТФаза , обнаруженные на поверхности эндотелия хориоидеи, по-видимому, играют роль в регуляции секреции и состава спинномозговой жидкости. [3] [1] Была выдвинута гипотеза, что спинномозговая жидкость не вырабатывается главным образом сосудистым сплетением, а постоянно вырабатывается внутри всей системы спинномозговой жидкости в результате фильтрации воды через стенки капилляров в интерстициальную жидкость окружающего мозга. ткань, регулируемая AQP-4 . [4]
Существуют циркадные вариации секреции спинномозговой жидкости, механизмы которых до конца не изучены, но потенциально связаны с различиями в активации вегетативной нервной системы в течение дня. [3]
Сосудистое сплетение бокового желудочка вырабатывает спинномозговую жидкость из артериальной крови, поступающей из передней хориоидальной артерии . [25] В четвертом желудочке спинномозговая жидкость вырабатывается из артериальной крови из передней нижней мозжечковой артерии (мозжечковый угол и прилежащая часть латерального углубления), задней нижней мозжечковой артерии (крыша и срединное отверстие) и верхней мозжечковой артерии . артерия . [26]
СМЖ возвращается в сосудистую систему, попадая в твердые венозные синусы через паутинные грануляции . [2] Это выпячивания паутинной оболочки в венозные синусы вокруг головного мозга с клапанами, обеспечивающими односторонний дренаж. [2] Это происходит из-за разницы давления между паутинной оболочкой и венозными синусами. [3] Также было замечено, что спинномозговая жидкость дренируется в лимфатические сосуды, [27] особенно в те, которые окружают нос, через дренаж вдоль обонятельного нерва через решетчатую пластинку . Путь и степень распространения в настоящее время неизвестны [1] , но могут включать ток спинномозговой жидкости по некоторым черепным нервам и быть более выраженными у новорожденных . [3] СМЖ обновляется со скоростью три-четыре раза в день. [2] Также было замечено, что спинномозговая жидкость реабсорбируется через оболочки черепных и спинномозговых нервов , а также через эпендиму. [3]
На состав и скорость образования спинномозговой жидкости влияют гормоны, а также содержание и давление крови и спинномозговой жидкости. [3] Например, когда давление спинномозговой жидкости выше, разница давлений между капиллярной кровью в сосудистом сплетении и спинномозговой жидкостью уменьшается, что снижает скорость, с которой жидкости перемещаются в сосудистое сплетение и образование спинномозговой жидкости. [3] Вегетативная нервная система влияет на секрецию спинномозговой жидкости сосудистыми сплетениями, при этом активация симпатической нервной системы снижает секрецию, а парасимпатическая нервная система увеличивает ее. [3] Изменения pH крови могут влиять на активность карбоангидразы , а некоторые лекарства (например, фуросемид , действующий на котранспортер Na-K-Cl ) могут влиять на мембранные каналы. [3]
Давление спинномозговой жидкости , измеренное с помощью люмбальной пункции , составляет 10–18 см H 2 O (8–15 мм рт. ст . или 1,1–2 кПа ) в положении больного на боку и 20–30 см H 2 O (16–24 мм рт. ст. или 2,1–3,2). кПа), когда пациент сидит. [28] У новорожденных давление ликвора колеблется от 8 до 10 см H 2 O (4,4–7,3 мм рт. ст. или 0,78–0,98 кПа). Большинство изменений связано с кашлем или внутренним сдавлением яремных вен на шее. В положении лежа давление спинномозговой жидкости, оцененное с помощью люмбальной пункции, аналогично внутричерепному давлению .
Гидроцефалия – это аномальное накопление спинномозговой жидкости в желудочках головного мозга. [29] Гидроцефалия может возникнуть из-за обструкции прохождения спинномозговой жидкости, например, из-за инфекции, травмы, новообразования или врожденной аномалии . [29] [30] Также может возникнуть гидроцефалия без обструкции, связанная с нормальным давлением спинномозговой жидкости . [29] Симптомы могут включать проблемы с походкой и координацией , недержание мочи , тошноту и рвоту , а также прогрессирующее нарушение когнитивных функций . [30] У младенцев гидроцефалия может вызывать увеличение головы, поскольку кости черепа еще не срослись, судороги, раздражительность и сонливость. [30] КТ или МРТ могут выявить увеличение одного или обоих боковых желудочков или причинные образования или поражения, [ 29] [30] а люмбальная пункция может использоваться для выявления и в некоторых случаях снижения высокого внутричерепного давления. [31] Гидроцефалию обычно лечат путем установки шунта , например вентрикуло-перитонеального шунта , который отводит жидкость в другую часть тела. [29] [30]
Идиопатическая внутричерепная гипертензия — состояние неизвестной причины, характеризующееся повышением давления спинномозговой жидкости. Это связано с головными болями, двоением в глазах , трудностями со зрением и опухшим диском зрительного нерва . [29] Это может произойти в связи с использованием витамина А и тетрациклиновых антибиотиков или вообще без какой-либо идентифицируемой причины, особенно у молодых женщин с ожирением . [29] Лечение может включать устранение любых известных причин, применение ингибитора карбоангидразы , такого как ацетазоламид , повторное дренирование посредством люмбальной пункции или установку шунта, такого как вентрикуло-перитонеальный шунт. [29]
СМЖ может вытекать из твердой мозговой оболочки в результате различных причин, таких как физическая травма или люмбальная пункция, или по неизвестной причине , когда это называется спонтанной утечкой спинномозговой жидкости . [32] Обычно это связано с внутричерепной гипотензией : низким давлением спинномозговой жидкости. [31] Это может вызвать головные боли, которые усиливаются при стоянии, движении и кашле, [31] поскольку низкое давление спинномозговой жидкости заставляет мозг «провисать» вниз и оказывать давление на его нижние структуры. [31] Если обнаружена утечка, тест на бета-2-трансферрин вытекающей жидкости, если он положительный, является высокоспецифичным и чувствительным для обнаружения утечки спинномозговой жидкости. [32] Медицинские методы визуализации, такие как КТ и МРТ, могут использоваться для выявления предполагаемой утечки спинномозговой жидкости, когда очевидной утечки не обнаружено, но обнаружено низкое давление спинномозговой жидкости. [33] Кофеин , принимаемый перорально или внутривенно , часто приносит симптоматическое облегчение. [33] Лечение выявленной утечки может включать инъекцию человеческой крови в эпидуральное пространство ( эпидуральную кровяную заплату ), операцию на позвоночнике или применение фибринового клея . [33]
СМЖ можно исследовать для диагностики различных неврологических заболеваний , обычно это делается с помощью процедуры, называемой люмбальной пункцией. [34] Люмбальная пункция проводится в стерильных условиях путем введения иглы в субарахноидальное пространство, обычно между третьим и четвертым поясничными позвонками . CSF извлекается через иглу и проверяется. [32] Около трети людей испытывают головную боль после люмбальной пункции, [32] и боль или дискомфорт в месте введения иглы являются обычным явлением. Более редкие осложнения могут включать синяки, менингит или продолжающееся после люмбальной пункции истечение спинномозговой жидкости. [1]
Тестирование часто включает в себя наблюдение за цветом жидкости, измерение давления спинномозговой жидкости, а также подсчет и идентификацию лейкоцитов и эритроцитов в жидкости; измерение уровня белка и глюкозы; и культивирование жидкости. [32] [34] Наличие эритроцитов и ксантохромии может указывать на субарахноидальное кровоизлияние ; тогда как инфекции центральной нервной системы , такие как менингит , могут указывать на повышенный уровень лейкоцитов. [34] Культура спинномозговой жидкости может выявить микроорганизм , вызвавший инфекцию, [32] или можно использовать ПЦР для выявления вирусной причины. [34] Исследования общего типа и природы белков указывают на специфические заболевания, в том числе рассеянный склероз , паранеопластические синдромы , системную красную волчанку , нейросаркоидоз , церебральный ангиит ; [1] и специфические антитела , такие как аквапорин-4, могут быть проверены для диагностики аутоиммунных состояний. [1] Люмбальная пункция с дренированием спинномозговой жидкости также может использоваться как часть лечения некоторых состояний, включая идиопатическую внутричерепную гипертензию и гидроцефалию нормального давления . [1]
Люмбальная пункция также может быть выполнена для измерения внутричерепного давления , которое может повышаться при некоторых типах гидроцефалии . Тем не менее, люмбальную пункцию никогда не следует выполнять, если есть подозрение на повышение внутричерепного давления из-за определенных ситуаций, таких как опухоль, поскольку это может привести к фатальной грыже головного мозга . [32]
Некоторые анестетики и химиотерапевтические препараты вводятся интратекально в субарахноидальное пространство, где они распространяются по спинномозговой жидкости, а это означает, что вещества, которые не могут проникнуть через гематоэнцефалический барьер, все еще могут быть активными во всей центральной нервной системе. [35] [36] Баричность относится к плотности вещества по сравнению с плотностью спинномозговой жидкости человека и используется в региональной анестезии для определения способа распространения конкретного лекарства в интратекальном пространстве. [35]
Различные комментарии древних врачей рассматривались как относящиеся к спинномозговой жидкости. Гиппократ обсуждал «воду», окружающую мозг, описывая врожденную гидроцефалию , а Гален ссылался на «экскрементальную жидкость» в желудочках мозга, которая, по его мнению, выбрасывалась в нос. Но в течение примерно 16 столетий продолжающихся анатомических исследований СМЖ оставалась неупомянутой в литературе. Возможно, это связано с преобладающей техникой вскрытия, которая заключалась в отрезании головы, тем самым удаляя следы спинномозговой жидкости до исследования мозга. [37]
Современное повторное открытие спинномозговой жидкости приписывается Эмануэлю Сведенборгу . В рукописи, написанной между 1741 и 1744 годами и неопубликованной при его жизни, Сведенборг называл спинномозговую жидкость «духовной лимфой», выделяемой от крыши четвертого желудочка до продолговатого мозга и спинного мозга. Эта рукопись была в конечном итоге опубликована в переводе в 1887 году. [37]
Альбрехт фон Галлер , швейцарский врач и физиолог, в своей книге по физиологии 1747 года отметил, что «вода» в мозге секретируется в желудочки и всасывается в вены, а ее избыток может привести к гидроцефалии. [37] Франсуа Мажанди изучал свойства спинномозговой жидкости методом вивисекции. Он обнаружил отверстие Мажанди, отверстие в крыше четвертого желудочка, но ошибочно полагал, что спинномозговая жидкость секретируется мягкой мозговой оболочкой . [37]
Томас Уиллис (известный как первооткрыватель круга Уиллиса ) отметил тот факт, что консистенция спинномозговой жидкости изменяется при менингите. [37] В 1869 году Густав Швальбе предположил, что дренаж спинномозговой жидкости может происходить через лимфатические сосуды. [1]
В 1891 году У. Эссекс Винтер начал лечить туберкулезный менингит путем удаления спинномозговой жидкости из субарахноидального пространства, а Генрих Квинке начал популяризировать люмбальную пункцию, которую он пропагандировал как в диагностических, так и в терапевтических целях. [37] В 1912 году невролог Уильям Местрезат дал первое точное описание химического состава спинномозговой жидкости. [37] В 1914 году Харви В. Кушинг опубликовал убедительные доказательства того, что спинномозговая жидкость секретируется сосудистым сплетением . [37]
Во время филогенеза спинномозговая жидкость присутствует в нервной системе до того, как начнет циркулировать. [3] СМЖ рыб Teleostei , у которых нет субарахноидального пространства, содержится в желудочках их мозга. [3] У млекопитающих при наличии субарахноидального пространства в нем присутствует СМЖ. [3] Абсорбция спинномозговой жидкости наблюдается у амниот и более сложных видов, и по мере того, как виды становятся все более сложными, система абсорбции становится все более усиленной, а роль спинномозговых эпидуральных вен в абсорбции играет все меньшую и меньшую роль. [3]
Количество спинномозговой жидкости варьируется в зависимости от размера и вида. [38] У людей и других млекопитающих спинномозговая жидкость обновляется со скоростью 3–5 раз в день. [38] Проблемы с циркуляцией спинномозговой жидкости, приводящие к гидроцефалии, могут возникать как у других животных, так и у людей. [38]
