Спинномозговая жидкость ( СМЖ ) — прозрачная бесцветная жидкость организма, находящаяся в тканях , окружающих головной и спинной мозг всех позвоночных .
СМЖ вырабатывается специализированными эпендимальными клетками в сосудистом сплетении желудочков мозга и всасывается в паутинных грануляциях . У людей единовременно вырабатывается около 125 мл СМЖ, и ежедневно вырабатывается около 500 мл. СМЖ действует как амортизатор, подушка или буфер, обеспечивая основную механическую и иммунологическую защиту мозга внутри черепа . СМЖ также выполняет жизненно важную функцию в церебральной ауторегуляции мозгового кровотока .
СМЖ занимает субарахноидальное пространство (между паутинной и мягкой мозговыми оболочками ) и желудочковую систему вокруг и внутри головного и спинного мозга. Она заполняет желудочки мозга, цистерны и борозды , а также центральный канал спинного мозга. Существует также связь между субарахноидальным пространством и костным лабиринтом внутреннего уха через перилимфатический проток , где перилимфа является продолжением спинномозговой жидкости. Эпендимальные клетки сосудистого сплетения имеют множественные подвижные реснички на своих апикальных поверхностях, которые бьются, перемещая СМЖ через желудочки.
Образец спинномозговой жидкости может быть взят из области вокруг спинного мозга с помощью люмбальной пункции . Это может быть использовано для проверки внутричерепного давления , а также для выявления заболеваний, включая инфекции мозга или окружающих его оболочек .
Хотя это было отмечено Гиппократом , оно было забыто на протяжении столетий, хотя позже было описано в 18 веке Эммануэлем Сведенборгом . В 1914 году Харви Кушинг продемонстрировал, что цереброспинальная жидкость секретируется сосудистым сплетением.
У людей в любой момент времени имеется около 125–150 мл СМЖ. [1] Эта СМЖ циркулирует в желудочковой системе мозга. Желудочки представляют собой ряд полостей, заполненных СМЖ. Большая часть СМЖ вырабатывается в двух боковых желудочках . Отсюда СМЖ проходит через межжелудочковые отверстия в третий желудочек , затем через водопровод мозга в четвертый желудочек . Из четвертого желудочка жидкость проходит 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] У 93% людей существует связь между субарахноидальным пространством и костным лабиринтом внутреннего уха , что делает спинномозговую жидкость непрерывной с перилимфой . [3]
ЦСЖ движется в одном направлении наружу из желудочков, но в субарахноидальном пространстве — в разных направлениях. [4] [3] Поток спинномозговой жидкости пульсирующий и обусловлен сердечным циклом . [5] Поток ЦСЖ через периваскулярные пространства в мозге (окружающие мозговые артерии ) достигается за счет насосных движений стенок артерий. [5]
CSF получают из плазмы крови и во многом она похожа на нее, за исключением того, что CSF почти не содержит белка по сравнению с плазмой и имеет несколько иные уровни электролитов . Из-за способа ее получения CSF имеет более низкий уровень хлорида , чем плазма, и более высокий уровень натрия . [2] [6]
ЦСЖ содержит приблизительно 0,59% плазменных белков, или приблизительно от 15 до 40 мг/дл, в зависимости от места забора пробы. [7] В целом, глобулярные белки и альбумин находятся в более низкой концентрации в желудочковой ЦСЖ по сравнению с люмбальной или цистернальной жидкостью. [8] Этот непрерывный поток в венозную систему разбавляет концентрацию более крупных, нерастворимых в липидах молекул, проникающих в мозг и цереброспинальную жидкость. [9] цереброспинальная жидкость 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). [10]
Примерно на пятой неделе своего развития эмбрион представляет собой трехслойный диск , покрытый эктодермой , мезодермой и энтодермой . По средней линии развивается трубчатое образование, называемое хордой . Хорда выделяет внеклеточные молекулы, которые влияют на трансформацию вышележащей эктодермы в нервную ткань. [11] Нервная трубка , образующаяся из эктодермы, содержит цереброспинальную жидкость до развития сосудистых сплетений. [3] Открытые нейропоры нервной трубки закрываются после первого месяца развития, и давление цереброспинальной жидкости постепенно увеличивается. [3]
К четвертой неделе эмбрионального развития мозг начинает развиваться . Три опухоли ( первичные мозговые пузырьки ) образовались внутри эмбриона вокруг канала, рядом с местом, где будет развиваться голова. Эти опухоли представляют собой различные компоненты центральной нервной системы : передний мозг ( prosencephalon ), средний мозг ( mesencephalon ) и задний мозг ( rhombencephalon ). [11] Субарахноидальные пространства впервые становятся заметными около 32-го дня развития около ромбовидного мозга; кровообращение становится заметным с 41-го дня. [3] В это время можно увидеть первое сосудистое сплетение, обнаруженное в четвертом желудочке, хотя время, когда они впервые секретируют цереброспинальную жидкость, пока неизвестно. [3]
Развивающийся передний мозг окружает нервный канатик. По мере развития переднего мозга нервный канатик 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 выделяющее цереброспинальную жидкость. [11] цереброспинальная жидкость быстро заполняет нервный канал. [11] Арахноидальные ворсинки формируются примерно на 35-й неделе развития, а арахноидальные грануляции отмечаются примерно на 39-й неделе и продолжают развиваться до 18-месячного возраста. [3]
Субкомиссуральный орган секретирует SCO-спондин , который образует волокна Рейсснера в цереброспинальной жидкости, помогая движению по водопроводу мозга. Он присутствует в раннем внутриутробном периоде жизни, но исчезает в ходе раннего развития. [3]
CSF служит нескольким целям:
Мозг вырабатывает около 500 мл спинномозговой жидкости в день со скоростью около 20 мл в час. [18] Эта трансцеллюлярная жидкость постоянно реабсорбируется, так что в любой момент времени ее присутствует только 125–150 мл. [1]
Объем СМЖ выше в мл на кг массы тела у детей по сравнению со взрослыми. У младенцев объем СМЖ составляет 4 мл/кг, у детей — 3 мл/кг, а у взрослых — 1,5–2 мл/кг. Высокий объем СМЖ является причиной того, что младенцам требуется большая доза местного анестетика в мл/кг. [19] Кроме того, больший объем СМЖ может быть одной из причин, по которой у детей ниже показатели постпункционной головной боли. [20]
Большая часть (примерно от двух третей до 80%) СМЖ вырабатывается сосудистым сплетением . [1] [2] Сосудистое сплетение представляет собой сеть кровеносных сосудов, присутствующих в секциях четырех желудочков мозга. Оно присутствует во всей желудочковой системе, за исключением водопровода мозга , а также лобных и затылочных рогов боковых желудочков . [21] СМЖ в основном вырабатывается боковыми желудочками . [18] СМЖ также вырабатывается одним слоем столбчатых эпендимальных клеток, которые выстилают желудочки; оболочкой, окружающей субарахноидальное пространство ; и небольшим количеством непосредственно из крошечных пространств, окружающих кровеносные сосуды вокруг мозга. [2]
ЦСЖ вырабатывается сосудистым сплетением в два этапа. Во-первых, отфильтрованная форма плазмы перемещается из фенестрированных капилляров в сосудистом сплетении в интерстициальное пространство, [1] причем движение направляется разницей в давлении между кровью в капиллярах и интерстициальной жидкостью. [3] Затем эта жидкость должна пройти через эпителиальные клетки, выстилающие сосудистое сплетение, в желудочки, активный процесс, требующий транспорта натрия , калия и хлорида , которые втягивают воду в ЦСЖ, создавая осмотическое давление . [3] В отличие от крови, проходящей из капилляров в сосудистое сплетение, эпителиальные клетки, выстилающие сосудистое сплетение, содержат плотные соединения между клетками, которые действуют, чтобы предотвратить свободное поступление большинства веществ в ЦСЖ. [22] Реснички на апикальных поверхностях эпендимальных клеток пульсируют, помогая транспортировать ЦСЖ. [23]
Вода и углекислый газ из интерстициальной жидкости диффундируют в эпителиальные клетки. Внутри этих клеток карбоангидраза преобразует вещества в бикарбонат и ионы водорода . Они обмениваются на натрий и хлорид на поверхности клетки, обращенной к интерстицию. [3] Затем натрий, хлорид, бикарбонат и калий активно секретируются в просвет желудочка. [2] [3] Это создает осмотическое давление и втягивает воду в СМЖ, [2] чему способствуют аквапорины . [3] СМЖ содержит гораздо меньше анионов белка, чем плазма крови. Белок в крови в основном состоит из анионов, где каждый анион имеет много отрицательных зарядов. [24] В результате для поддержания электронейтральности плазма крови имеет гораздо более низкую концентрацию анионов хлорида, чем катионов натрия. СМЖ содержит аналогичную концентрацию ионов натрия, что и плазма крови, но меньше катионов белка и, следовательно, меньший дисбаланс между натрием и хлоридом, что приводит к более высокой концентрации ионов хлорида, чем плазма. Это создает разницу осмотического давления с плазмой. В спинномозговой жидкости меньше калия, кальция, глюкозы и белка. [ 6] Хориоидные сплетения также секретируют факторы роста, йод , [25] витамины B1 , B12 , C , фолат , бета -2-микроглобулин , аргинин-вазопрессин и оксид азота в спинномозговую жидкость. [3] Na -K-Cl котранспортер и Na/K АТФаза, обнаруженные на поверхности хориоидального эндотелия, по-видимому, играют роль в регуляции секреции и состава спинномозговой жидкости. [3] [1] Была выдвинута гипотеза, что спинномозговая жидкость не вырабатывается в первую очередь хориоидным сплетением, а постоянно вырабатывается внутри всей системы спинномозговой жидкости в результате фильтрации воды через стенки капилляров в интерстициальную жидкость окружающей мозговой ткани, регулируемую AQP-4 . [26]
Существуют циркадные колебания секреции спинномозговой жидкости, механизмы которых до конца не изучены, но потенциально связаны с различиями в активации автономной нервной системы в течение дня. [3]
Сосудистое сплетение бокового желудочка вырабатывает цереброспинальную жидкость из артериальной крови, поступающей по передней хориоидальной артерии . [27] В четвертом желудочке цереброспинальная жидкость вырабатывается из артериальной крови из передней нижней мозжечковой артерии (мостомозжечковый угол и прилегающая часть латерального кармана), задней нижней мозжечковой артерии (крыша и срединное отверстие) и верхней мозжечковой артерии . [28]
СМЖ возвращается в сосудистую систему, поступая в дуральные венозные синусы через паутинные грануляции . [2] Это выпячивания паутинной оболочки в венозные синусы вокруг мозга с клапанами, обеспечивающими односторонний дренаж. [2] Это происходит из-за разницы давления между паутинной оболочкой и венозными синусами. [3] Также было замечено, что СМЖ дренируется в лимфатические сосуды, [29] особенно те, которые окружают нос, через дренаж вдоль обонятельного нерва через решетчатую пластинку . Путь и протяженность в настоящее время неизвестны, [1] но может включать поток СМЖ вдоль некоторых черепных нервов и быть более выраженным у новорожденных . [3] СМЖ оборачивается со скоростью от трех до четырех раз в день. [2] Также было замечено, что СМЖ реабсорбируется через оболочки черепных и спинномозговых нервов и через эпендиму. [3]
Состав и скорость генерации цереброспинальной жидкости зависят от гормонов, а также от содержания и давления крови и цереброспинальной жидкости. [3] Например, когда давление цереброспинальной жидкости выше, разница давления между капиллярной кровью в сосудистых сплетениях и цереброспинальной жидкостью меньше, что снижает скорость перемещения жидкостей в сосудистые сплетения и генерацию цереброспинальной жидкости. [3] Автономная нервная система влияет на секрецию цереброспинальной жидкости сосудистым сплетением, при этом активация симпатической нервной системы снижает секрецию, а парасимпатической нервной системы увеличивает ее. [3] Изменения pH крови могут влиять на активность карбоангидразы , а некоторые препараты (например, фуросемид , действующий на котранспортер Na-K-Cl ) могут оказывать влияние на мембранные каналы. [3]
Давление цереброспинальной жидкости , измеренное с помощью люмбальной пункции , составляет 10–18 смH 2 O (8–15 мм рт. ст. или 1,1–2 кПа ) в положении пациента лежа на боку и 20–30 смH 2 O (16–24 мм рт. ст. или 2,1–3,2 кПа) в положении пациента сидя. [30] У новорожденных давление цереброспинальной жидкости колеблется от 8 до 10 смH 2 O (4,4–7,3 мм рт. ст. или 0,78–0,98 кПа). Большинство изменений обусловлено кашлем или внутренним сдавливанием яремных вен на шее. В положении лежа давление цереброспинальной жидкости, оцененное с помощью люмбальной пункции, аналогично внутричерепному давлению .
Гидроцефалия — это аномальное накопление спинномозговой жидкости в желудочках мозга. [31] Гидроцефалия может возникнуть из-за обструкции прохождения спинномозговой жидкости, например, из-за инфекции, травмы, массы или врожденной аномалии . [31] [32] Также может возникнуть гидроцефалия без обструкции, связанная с нормальным давлением спинномозговой жидкости . [31] Симптомы могут включать проблемы с походкой и координацией , недержание мочи , тошноту и рвоту , а также прогрессирующее нарушение познавательных способностей . [32] У младенцев гидроцефалия может вызвать увеличение головы, поскольку кости черепа еще не срослись, судороги, раздражительность и сонливость. [32] КТ или МРТ могут выявить увеличение одного или обоих боковых желудочков или причинные массы или поражения, [31] [32] а люмбальная пункция может использоваться для демонстрации и в некоторых обстоятельствах для снижения высокого внутричерепного давления. [33] Гидроцефалию обычно лечат путем установки шунта , например, вентрикуло-перитонеального шунта , который отводит жидкость в другую часть тела. [31] [32]
Идиопатическая внутричерепная гипертензия — это состояние неизвестной причины, характеризующееся повышением давления спинномозговой жидкости. Оно связано с головными болями, двоением в глазах , трудностями со зрением и отеком диска зрительного нерва . [31] Оно может возникнуть в связи с использованием витамина А и антибиотиков тетрациклинового ряда или вообще без какой-либо идентифицируемой причины, особенно у молодых женщин с ожирением . [31] Лечение может включать прекращение приема любых известных причин, ингибитор карбоангидразы, такой как ацетазоламид , повторное дренирование через люмбальную пункцию или установку шунта, такого как вентрикуло-перитонеальный шунт. [31]
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 . [34] Обычно это связано с внутричерепной гипотензией : низким давлением СМЖ. [33] Это может вызывать головные боли, которые усиливаются при стоянии, движении и кашле, [33] поскольку низкое давление СМЖ заставляет мозг «провисать» вниз и оказывать давление на его нижние структуры. [33] Если обнаружена утечка, тест на бета-2 трансферрин вытекающей жидкости, если он положительный, является высокоспецифичным и чувствительным для обнаружения утечки СМЖ. [34] Медицинская визуализация, такая как КТ и МРТ, может использоваться для исследования предполагаемой утечки СМЖ, когда явной утечки не обнаружено, но обнаружено низкое давление СМЖ. [35] Кофеин , принимаемый перорально или внутривенно , часто обеспечивает симптоматическое облегчение. [35] Лечение выявленной утечки может включать инъекцию крови человека в эпидуральное пространство ( эпидуральная кровяная пломба ), операцию на позвоночнике или фибриновый клей . [35]
СМЖ можно тестировать для диагностики различных неврологических заболеваний , обычно ее берут с помощью процедуры, называемой люмбальной пункцией. [36] Люмбальная пункция проводится в стерильных условиях путем введения иглы в субарахноидальное пространство, обычно между третьим и четвертым поясничными позвонками . СМЖ извлекается через иглу и тестируется. [34] Около трети людей испытывают головную боль после люмбальной пункции, [34] а также боль или дискомфорт в месте ввода иглы являются обычным явлением. Более редкие осложнения могут включать синяки, менингит или продолжающуюся после люмбальной пункции утечку СМЖ. [1]
Тестирование часто включает наблюдение за цветом жидкости, измерение давления цереброспинальной жидкости, а также подсчет и идентификацию белых и красных кровяных клеток в жидкости; измерение уровня белка и глюкозы; и культивирование жидкости. [34] [36] Наличие красных кровяных клеток и ксантохромии может указывать на субарахноидальное кровоизлияние ; тогда как инфекции центральной нервной системы, такие как менингит , могут быть обозначены повышенным уровнем белых кровяных клеток. [36] Культура цереброспинальной жидкости может дать микроорганизм , вызвавший инфекцию, [34] или ПЦР может быть использована для определения вирусной причины. [36] Исследования общего типа и природы белков указывают на конкретные заболевания, включая рассеянный склероз , паранеопластические синдромы , системную красную волчанку , нейросаркоидоз , церебральный ангиит ; [1] и специфические антитела, такие как аквапорин-4, могут быть проверены для помощи в диагностике аутоиммунных состояний. [1] Люмбальная пункция, которая дренирует цереброспинальную жидкость, 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 быть повышено при некоторых типах гидроцефалии . Однако люмбальная пункция никогда не должна выполняться, если есть подозрение на повышенное внутричерепное давление из-за определенных ситуаций, таких как опухоль, поскольку это может привести к фатальной мозговой грыже . [34]
Некоторые анестетики и химиотерапевтические препараты вводятся интратекально в субарахноидальное пространство, где они распространяются по цереброспинальной жидкости, что означает, что вещества, которые не могут преодолеть гематоэнцефалический барьер , все еще могут быть активны по всей центральной нервной системе. [37] [38] Баричность относится к плотности вещества по сравнению с плотностью спинномозговой жидкости человека и используется в региональной анестезии для определения способа, которым конкретный препарат будет распространяться в интратекальном пространстве. [37]
Ликворферез — это процесс фильтрации спинномозговой жидкости с целью ее очистки от эндогенных или экзогенных патогенов. Этого можно достичь с помощью полностью имплантируемых или экстракорпоральных устройств, хотя эта методика остается экспериментальной и сегодня. [39]
Доставка лекарств в СМЖ относится к ряду методов, разработанных для введения терапевтических агентов непосредственно в СМЖ, минуя ГЭБ, для достижения более высоких концентраций лекарств в ЦНС. Этот метод особенно полезен для лечения неврологических расстройств, таких как опухоли мозга, инфекции и нейродегенеративные заболевания. Интратекальная инъекция, при которой лекарства вводятся непосредственно в СМЖ через поясничную область, и интрацеребровентрикулярная инъекция, нацеленная на желудочки мозга, являются распространенными подходами. Эти методы гарантируют, что лекарства могут достигать ЦНС более эффективно, чем системное введение, потенциально улучшая терапевтические результаты и снижая системные побочные эффекты. Достижения в этой области обусловлены продолжающимися исследованиями новых систем доставки и лекарственных формул, повышающих точность и эффективность лечения. Интратекальная псевдодоставка относится к определенному методу доставки лекарств, при котором терапевтический агент вводится в резервуар, соединенный с интратекальным пространством, а не высвобождается в СМЖ и распределяется по всей ЦНС. При таком подходе препарат взаимодействует со своей целью в резервуаре, что позволяет изменять состав СМЖ без системного высвобождения. Этот метод может быть выгодным для максимизации эффективности и минимизации системных побочных эффектов. [40]
Различные комментарии древних врачей были прочитаны как относящиеся к СМЖ. Гиппократ обсуждал «воду», окружающую мозг, когда описывал врожденную гидроцефалию , а Гален ссылался на «экскрементальную жидкость» в желудочках мозга, которая, как он считал, выбрасывалась в нос. Но в течение примерно 16 столетий продолжающихся анатомических исследований СМЖ оставалась неупомянутой в литературе. Возможно, это связано с преобладающей техникой аутопсии, которая включала отрезание головы, тем самым удаляя доказательства СМЖ до исследования мозга. [41]
Современное повторное открытие СМЖ приписывают Эммануэлю Сведенборгу . В рукописи, написанной между 1741 и 1744 годами, неопубликованной при его жизни, Сведенборг называл СМЖ «спиритуальной лимфой», выделяемой из крыши четвертого желудочка вниз в продолговатый мозг и спинной мозг. Эта рукопись была в конечном итоге опубликована в переводе в 1887 году. [41]
Альбрехт фон Галлер , швейцарский врач и физиолог, отметил в своей книге по физиологии 1747 года, что «вода» в мозге выделяется в желудочки и всасывается в вены, и при избыточной секреции может привести к гидроцефалии. [41] Франсуа Мажанди изучал свойства цереброспинальной жидкости методом вивисекции. Он открыл отверстие Мажанди, отверстие в крыше четвертого желудочка, но ошибочно полагал, что цереброспинальная жидкость выделяется мягкой мозговой оболочкой . [41]
Томас Уиллис (известный как первооткрыватель круга Уиллиса ) отметил тот факт, что консистенция цереброспинальной жидкости изменяется при менингите. [41] В 1869 году Густав Швальбе предположил, что отток цереброспинальной жидкости может происходить через лимфатические сосуды. [1]
В 1891 году В. Эссекс Винтер начал лечить туберкулезный менингит, удаляя цереброспинальную жидкость из субарахноидального пространства, а Генрих Квинке начал популяризировать люмбальную пункцию, которую он пропагандировал как в диагностических, так и в терапевтических целях. [41] В 1912 году невролог Уильям Местрезат дал первое точное описание химического состава цереброспинальной жидкости. [41] В 1914 году Харви В. Кушинг опубликовал убедительные доказательства того, что цереброспинальная жидкость секретируется сосудистым сплетением . [41]
В филогенезе СМЖ присутствует в невраксисе до того, как она начнет циркулировать. [3] СМЖ костистых рыб, у которых нет субарахноидального пространства, содержится в желудочках их мозга. [3] У млекопитающих, у которых присутствует субарахноидальное пространство, СМЖ присутствует в нем. [3] Поглощение СМЖ наблюдается у амниот и более сложных видов, и по мере того, как виды становятся все более сложными, система поглощения становится все более улучшенной, а роль спинномозговых эпидуральных вен в поглощении играет все меньшую и меньшую роль. [3]
Количество спинномозговой жидкости варьируется в зависимости от размера и вида. [42] У людей и других млекопитающих спинномозговая жидкость обновляется со скоростью 3–5 раз в день. [42] Проблемы с циркуляцией спинномозговой жидкости, приводящие к гидроцефалии, могут возникать как у других животных, так и у людей. [42]
