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生理状态下脑循环的调节

时间:2024-06-29 百科知识 版权反馈
【摘要】:在生理状态下,机体可有血压的升降波动,可有机体酸碱度的波动,可有血氧及二氧化碳分压的波动,可有各种离子浓度的波动,可有脑代谢的增加及减少等等。因此,快速纠正慢性高碳酸血症能导致脑的低灌注及脑功能失调。自动调节是脑维持CBF相对恒定的能力,尽管血压经常波动,机体为了维持神经系统功能和代谢活动的正常进行,脑血流在正常生理情况下必须保持相对恒定,这种脑血流恒定的维持是由自动调节来完成的。

在生理状态下,机体可有血压的升降波动,可有机体酸碱度的波动,可有血氧及二氧化碳分压的波动,可有各种离子浓度的波动,可有脑代谢的增加及减少等等。当这些因素变化时,脑血流亦随之有一定的增加或减少。脑血流受多种因素的调解,但其主要的调节形式有化学调节、代谢调节、自动调节和神经调节。

(一)化学调节

1.二氧化碳(CO2) CO2为最强的血管扩张物质,在生理状态下的脑血流量(cerebral blood flow,CBF)范围内,二氧化碳分压(PaCO2)改变0.13kPa(1mmHg)可引起CBF变化2.5%~4%,因此吸入7%的CO2增加CBF达100%以上.而过度通气使PaCO2降至2.7kPa(20mmHg),可使CBF减少50%,引起血管收缩,脑的糖类代谢改变,产生脑缺氧的症状及感觉异常,这些反应限制了脑血管的进一步收缩,并使脑血管扩张。研究表明,CBF随PaCO2的变化而变化,两者关系的曲线在PaCO24.0~9.3kPa(30~70mmHg)时最陡,PaCO2在此范围以外曲线较平坦,超过20.0kPa(150mmHg)则为平台样。由于CO2对脑血管状态的影响极大,因此在测定CBF时必须仔细监测PaCO2。小动脉较大动脉对CO2的反应更强烈。血压的下降可使脑血管对CO2的反应性减低,当血压低于6.7kPa(50mmHg)时,脑血管对CO2的反应消失。

脑血管对CO2的反应性扩张,其机制主要是局部pH对脑动脉的影响,至于CO2作用于动脉化学感受器、脑干中枢或其他神经传导路对脑血管的影响很小。CO2能自由通过血脑屏障。直接观察硬脑膜动脉显示局部pH和PaCO2的改变对血管管径的影响,可能是H对血管平滑肌直接作用的结果。PaCO2慢性变化对脑血管的影响可被脑脊液中HCO-3浓度代偿性变化而抵消,从而使脑脊液pH维持在正常水平。因此,快速纠正慢性高碳酸血症能导致脑的低灌注及脑功能失调。

吲哚美辛(消炎痛)能减轻高碳酸血症时脑血管的扩张,因此有人认为前列腺素能调解脑血管对CO2的反应性。有人对此持异议,因高碳酸血症引起的血管扩张不因抑制环腺苷酸(cAMP)而变化,抑制cAMP则能抑制前列环素的血管扩张作用。此外,高碳酸血症引起CBF增加时其脑静脉中前列环素水平并不增加,前列环素为前列腺素的代谢产物,因此可以推断,在高碳酸血症时,前列腺素对CBF无显著的调节作用。

2.氧 当PaO2低于6.7kPa(50mmHg)时,CBF快速增加,灰质增加更显著。高碳酸血症能增强缺氧所致的脑血管扩张作用。然而缺氧刺激可引起通气量增加,导致低碳酸血症,从而抵消了缺氧导致的脑血管扩张。研究表明在正常酸碱条件下,缺氧引起CBF增加,CBF与动脉氧含量呈线性关系,而CBF与PaO2呈曲线关系。在慢性缺氧情况下最初CBF是增加的。以后由于脑脊液的碱性代偿作用,CBF恢复至正常水平。某些因素能调节缺氧性血管扩张,例如缺氧可导致腺苷水平增加,脑血管的腺苷受体主要为A2亚型,腺苷作用于脑血管的A2受体,引起脑血管扩张和脑血流增加,腺苷受体拮抗剂能部分抑制缺氧性血管扩张。缺氧亦能直接作用于脑动脉。缺氧时适当增加脑血流以代偿氧分压的降低,使脑组织获得较多的氧是有利的。但缺氧时脑血流过量增加会引起过度灌注综合征(luxury perfusion syndrome),这与高山反应类似。由于脑血流随缺氧加重而加快、增多,可引起脑血管高度扩张、严重头痛,出现脑水肿和颅内压增高。过度灌注可能是缺氧时发生脑水肿的重要因素,这时应用高压氧既有提高脑组织氧含量的作用,又能收缩脑血管,减少脑血流,缓解脑水肿,降低颅内压。吸入100%的氧气能使CBF轻度减少,高压氧[100%,354.6kPa(3.5atm)]则使脑血管显著收缩。

血细胞比容(红细胞压积)和血黏度也能影响CBF,慢性贫血时脑血管阻力降低,CBF增加,红细胞增多症正相反;放血可使CBF增加。血细胞比容对CBF的影响是多方面的,包括血液黏滞度的改变、血氧含量的变化以及继发性组织代谢紊乱。

(二)自动调节

自动调节是脑维持CBF相对恒定的能力,尽管血压经常波动,机体为了维持神经系统功能和代谢活动的正常进行,脑血流在正常生理情况下必须保持相对恒定,这种脑血流恒定的维持是由自动调节来完成的。这种自动调节是在血压升高或降低时依靠毛细血管前阻力血管的收缩或扩张而调节的,自动调节的反应迅速,小动脉和较大动脉均参与调节。自动调节的血压变动范围为6.7~21.3kPa(50~160mmHg),但这个界限不是绝对,有些研究表明,在自动调节的下限血管扩张未达到最大程度,进一步降低血压和高碳酸血症仍能使动脉扩张。在自动调节范围CBF保持恒定也受到挑战,有人提出正常人动脉压降低1.3kPa(10mmHg),则CBF减少6%~7%。在脑血管高度扩张时(如高碳酸血症、缺氧)自动调节受抑制;在脑血管手术时自动调节也受抑制。

自动调节的机制尚不十分清楚,一般认为血管运动神经不参与自动调节,由于自动调节反应极为迅速,以下有关自动调节的几种学说。

肌源性学说:当动脉灌注压增高时,小动脉管壁立即收缩,外周阻力增加,血流量降低;当动脉灌注压降低时,血管扩张,外周阻力降低,血流量增加。人们把这种现象称为Bayliss效应。根据Bayliss效应,当动脉灌注压变动时,小动脉管壁的平滑肌反应性地随血管内压力的变化而发生节律性改变。当血压升高时,平滑肌收缩,脑血流量减少;血压降低时,平滑肌松动,脑血流量增加,借此来实现脑血流的自动调节。有大量的实验证实了这一学说。后来,人们又发现,搏动性的动脉灌注压变化比非搏动性灌注压的改变对脑血流自动调节的影响更大。动脉灌注压变化所引起的脑血流自动调节,是通过颅内压增高继而影响小动脉和毛细血管动脉端平滑肌而引起的。若消除颅内压增高的因素,就会使引起小动脉和毛细血管动脉端平滑肌收缩的因素消失,脑血流自动调节的功能也就随之消失。

代谢学说:该学说认为,在正常状态下,如果脑血流减少,则CO2乳酸及其他代谢产物堆积,由于这些物质是血管活性物质,可使小动脉扩张、血流量增加以排除过多的代谢产物,并使血流量恢复到起始水平。代谢学说认为:当灌注压增高时,脑血流暂时的增加有利于清除组织内贮积的代谢产物,使组织内的PaO2和pH升高,从而使小动脉管壁平滑肌收缩,脑血管阻力的增加,脑血流迅速降至正常范围;反之,当灌注压降低时,暂时使脑血流减少,组织内代谢产物迅速积聚,组织内PaCO2升高,PaO2和pH降低,从而使小动脉扩张,脑血流恢复正常。

其他还有神经源性学说和肽能学说。

神经源性学说:较大的脑动脉富有去甲肾上腺素能、多巴胺和胆碱能神经纤维网,但它们的确切作用尚不甚消楚。有些实验资料表明,当血压突然明显升高时,它们有保护脑的作用。如:去除了动脉的神经,低水平的动脉压即可诱发动物高血压脑病。在家兔的实验中发现,将乙酰胆碱直接注入软脑膜血管中,能引起微弱的软脑膜血管的扩张,若首先给动物应用胆碱能受体阻断药,则软脑膜上血管的自动调节性扩张作用消失,在血管阻塞以后再给予乙酰胆碱,扩张血管的作用则增强。当注射阿托品之后,能消除血压降低所引起的自动调节,但不影响血压高时的自动调节。总之,胆碱能神经对脑血流自动调节的影响尚待阐明。

肽能学说:现已证实,脑血管内的肽类物质有15种,但它们在脑血液循环中的作用仍不明确。通常认为血管活性肠肽(VIP)是脑阻力血管的一种重要递质。

绝大多数人倾向于自动调节为代谢性机制,可能由于局部脑组织缺氧早期,血管扩张物质释放所致。脑中腺苷这种强效血管扩张物质含量在血压降低时显著增加,一般认为腺苷是重要的调节物质。血管内皮细胞产生的内皮素为强效的血管收缩物质,在自动调节中可能起一定的作用。目前多认为局部H和K在自动调节反应中不起作用。

神经影响能改变自动调节的上限和下限,如果在失血性低血压时使用α-肾上腺素阻滞药或切断颈交感神经抑制交感冲动,则自动调节的下限移至更低水平,下限曲线左移;如果在药物诱发低血压时刺激颈交感神经,则自动调节的上限移至更高水平,上限曲线右移。此外,三叉神经节切断能减弱高血压或抽搐诱发的CBF增加,提示存在轴索反射样机制。

持续性高血压导致脑血管壁变厚,血管平滑肌增生,在慢性高血压自动调节曲线的上限和下限均移至较高水平,这可能是由于血管壁的结构改变所致。这种适应性变化能使脑血管更加耐受高血压,否则将引起血管过度扩张以至于血脑屏障破坏。抗高血压治疗能使年轻人的自动调节曲线恢复正常,对老年人的自动调节曲线的影响较小,应该强调的是快速纠正高血压,特别在老年人和脑的主要血管明显狭窄者能产生脑缺血的症状,因此在开始抗高血压治疗时应引起注意。

(三)脑血流量的代谢调节

人们很早就认为脑功能状态和CBF及脑代谢有关,例如用Kety-Schmid方法测定平均脑血流量和脑代谢率,可见脑功能处于抑制状态时,其意识水平降低的程度与脑氧耗减少相关,而后者与CBF减少相关。与此类似,痴呆患者CBF和脑代谢率均降低,而癫癎患者CBF和氧耗均增加。用SPECT检测表明,人脑额叶和运动前区CBF高于半球其他区域,在肢体运动时对侧感觉运动区皮质的CBF增加,体感刺激导致对侧中央后回区域的CBF增加,视觉刺激引起枕叶CBF增加,高级皮质活动(如阅读、讲话)引起皮质广泛区域CBF增加。

15 O标记H2O的PET研究,能精确地分析皮质活动变化,已用于研究视网膜至视皮质的活动,分析皮质的体感反应,以及讲话时相应皮质的神经物质变化。用脱氧葡萄糖方法研究局部脑代谢和葡萄糖代谢的报道很多,动物实验采用放射自显影的方法,临床研究采用PET,多采用[18F]氟脱氧葡萄糖作为检测的示踪剂。该方法广泛用于研究各种感觉和运动环路的活动,用于评价药物对脑代谢的影响,并且还用于癫癎、扩散性抑制(spreading depression)、血脑屏障的开放、缺氧缺血和衰老的脑研究。动物实验早已证实,脑葡萄糖代谢与CBF显著相关,这表明脑功能刺激能调节局部脑代谢,而脑代谢改变又能调节CBF。

PET研究令人惊奇地发现,生理性神经活动(如视觉刺激)时局部CBF和葡萄糖代谢的增加(约增加50%)显著高于局部氧耗的增加(约增加5%)。这表明虽然脑休息时能量需要来自氧化代谢,但局部神经活动伴随代谢的短暂性增加主要是糖酵解

在研究脑代谢调节CBF的机制中,几种血管活性代谢产物引起人们的重视,尤其是腺苷,脑中这种血管扩张物质的含量在缺氧、缺血、抽搐、低血压、低血糖和高碳酸血症以及其他神经元活动增强的状态快速增加,或在氧和葡萄糖的供求不一致时快速增加,在脑血流自动调节和脑代谢活动中起重要作用。实验发现,当PaO2为6.7kPa(50mmHg),即脑血流刚开始引起增加时,腺苷可增加2倍,而当PaO2为4.0kPa(30mmHg)时,此时脑血流可增加至对照值的100%,腺苷可增加7倍。腺苷在浓度1×10-8 mol/L(1×10-8 M)以上时能使硬脑膜动脉扩张,可使脑的小动脉及毛细血管前括约肌舒张,降低脑血管阻力从而增加脑血流量。低氧下的脑血管扩张可被腺苷受体所调节,如应用腺苷受体拮抗药茶碱或咖啡因,则低氧时的脑血流增加可被部分抑制。研究表明,大鼠在低氧下腹腔内给予茶碱,可阻止其脑血流量减少时软脑膜动脉直径的增加。低氧下腺苷参与调节,但在氧分压正常情况下,腺苷不是重要的脑血管张力调节因素。高碳酸血症时,一般认为由于脑代谢的增加,使内源性腺苷释放而影响脑血流量。腺苷主要通过血管壁上A2受体刺激cAMP的形成,从而引起舒血管反应。

细胞外H也是强效的血管扩张物质,在代谢需要增加状态时H浓度增加(如在抽搐发作时)。此外,细胞外K在浓度0~10mmol/L(0~10mM)及以上时,能引起硬脑膜动脉持久性和剂量依赖性扩张,在电刺激和抽搐发作时细胞外K增加。由于K释放至细胞外直接伴随神经元的电活动,在神经元电活动开始时K即释放至细胞外间隙,能立即调节血管张力。

Kuscllinsky(1989)用动态耦合(dynamic coupling)这一术语表示局部脑血流量在反映功能活动和代谢需求时分秒匹配的变化,他推测有两种转换机制:正反馈机制由K释放介导,负反馈机制与H和腺苷的释放有关。另一种可能性为神经调节的局部血管扩张参与了对脑代谢增加的反应。

脑组织中能合成多种前列腺素,包括前列环素(PGI2,由脑血管产生)、PGD2、PGF2和NE2,除PGF2外其余均为血管扩张物质,尤其对脑的小动脉作用更显著。然而尚缺乏前列腺素与脑功能活动时CBF的增加有关的证据。

(四)神经调节

在本世纪初,人们就认为脑血管上有神经分布,在基本确立脑血管神经对脑循环的作用之初,人们仅知道有两种神经递质即去甲肾上腺素(noradrenaline,NA)和乙酰胆碱(acetylcholine,ACh)有调节脑血管的作用,NA能引起脑血管收缩,ACh能引起脑血管扩张。而至今被公认具有脑血管效应的神经递质或调质已超过20种,其中大部分是神经肽。人们已经肯定了脑血管周围含血管活性肠肽(vasoactive intestinal peptide,VIP)、神经肽Y(neuropeptide Y,NPY)、组氨酸异亮氨酸肽(PHI)、P物质(substance P,SP)、神经激肽A(neurokinin A,NKA)、降钙素基因相关肽(calcitonin generelated peptide,CGRP)和一氧化氮(nitric oxide,NO)的神经纤维与脑血流调节有关,此外还有内皮素(endotheline,ET)、胆囊收缩素(cholecysto-kinin,CCK)、强啡肽B、胃泌素释放肽、精氨酸加压素(AVP)、神经降压素、生长抑素(somatostatin,SS)、腺苷等递质或调质可能在脑血管调控中发挥作用。

1.脑血管的神经分布 超微结构的研究发现,脑血管上的神经纤维位于血管壁的外膜或内膜与中层交界处,不穿过血管壁的平滑肌细胞。轴突末梢缺乏神经膜细胞(施万细胞,Schwann cell),外形膨大,内含许多小泡。这些小泡直径为30~100μm,有的小泡含有颗粒,有的不含颗粒。这些颗粒为贮存NA的部位,含有颗粒小泡的轴突是肾上腺素能纤维,不含颗粒小泡的轴突是胆碱能神经纤维。

(1)肾上腺素能神经纤维:我们实验室和其他实验室应用荧光组化研究证实,人和动物脑血管上有较丰富的肾上腺素能神经纤维分布。以Willis环(脑底动脉环)的主要动脉及其分支上最密集,基底动脉、椎动脉、大脑表面的微小动脉及静脉壁等均有分布,这些纤维一直分布到直径15~20μm的血管上,动脉较静脉丰富,颈内动脉系统较椎-基底动脉系统丰富,大血管较小血管丰富。一般认为肾上腺素能神经起源于颈上神经节,阻断或切断颈上神经节后,动脉壁及其周围的特殊儿茶酚胺荧光消失,用生化方法也测不出NA。脑实质内的肾上腺素能纤维沿着微小动脉分布,脑实质血管上肾上腺素能神经纤维主要起源于脑干蓝斑和其他肾上腺素能神经元。

(2)胆碱能神经纤维:脑血管有副交感胆碱能神经纤维,部分节前纤维通过岩神经至蝶腭神经节和耳神经节。胆碱能神经元在脑内广泛分布,在局部发挥调节脑血管的作用。免疫组化研究证实,在许多脑区含有胆碱乙酰转移酶的神经纤维末梢与脑血管紧密相连,电刺激无名质区能引起皮质血流和脑氧代谢的增加,可以调节血管运动反应,而对脑血流的自动调节无影响,损害无名质,则可减少脑血流量。乙酰胆碱和拟胆碱药物能引起脑动脉扩张,这是由于乙酰胆碱作用于血管内皮细胞,导致NO释放所致。

(3)脑内毛细血管的神经分布:近年来已证实脑内毛细血管上有肾上腺素能和胆碱能神经分布,前者可能起源于中枢的儿茶酚胺神经元,后者可能起源于脑内副交感中枢。毛细血管上的神经末梢十分接近脑毛细血管的周围细胞和内皮细胞;周围细胞可能是一种未分化的平滑肌细胞,它们含有收缩蛋白——肌凝蛋白和肌动蛋白,在神经的作用下,它们具有收缩毛细血管的作用。毛细血管上的神经不但有运动神经的功能,而且还有影响毛细血管通透性的功能。

(4)肽能神经的分布:免疫细胞化学研究表明,在脑大动脉周围有丰富的肽能神经支配,通常动脉的神经支配较静脉丰富。近年来,逆向轴突示踪和去神经支配方法揭示了肽类神经纤维的起源和支配范围,交感神经系统中的主要肽类递质是NPY,副交感系统主要肽类递质是VIP、PHI;感觉神经为SP、NKA、CGRP及其他。采用连续或双重免疫染色技术,可以发现一个神经元中不仅可有经典递质与神经肽共存(如NA与NPY),亦可有两种或两种以上的神经肽共存(如VIP与PHI)。

①NPY:在人和猫等脑动脉上发现了致密的NPY免疫阳性神经纤维丛。免疫电镜及免疫组化研究可见鼠脑血管NPY纤维呈螺旋状,NPY免疫阳性神经末梢靠近动脉平滑肌细胞,提示NPY纤维与血管运动功能有关。逆向示踪和去神经支配实验表明,大部分NPY纤维与NA共同起源于颈上神经节,少部分与VIP共同源于某些副交感神经节。此外,采用双重免疫染色技术证实,NPY与NA确实共存于交感神经节内神经元的亚细胞结构中。NPY具有强大的收缩血管作用,并不为儿茶酚胺阻断药所影响,又能加强NA的缩血管作用,是脑内调节儿茶酚胺对脑循环作用的重要递质。

②VIP和PHI:VIP和PHI来自同一前体分子,它们的结构和功能有许多相似之处,同属促胰液素家族。脑血管富含VIP神经纤维,在某些动物种属,Willis环前段的VIP纤维密度较后段更高。利用去神经支配和逆向示踪方法,显示脑血管的VIP神经起源于蝶腭神经节、耳神经节(支配Willis环及其分支)、颈内动脉小神经节(纤维投射至颈动脉窦和颈内动脉的颅内段)。VIP和PHI的中枢起源和支配范围基本相同,它们在副交感神经元中共存,部分VIP纤维与ACh共存。

③SP、NKA和CGRP:分子生物学的研究发现,有3种不同的SP前体:α、β和γ速激肽前体原(PPT),α-PPT仅生成SP,而后两种PPT通过蛋白水解酶的切割,可生成SP或NKA。免疫细胞化学研究表明,它们共同起源于感觉神经元,具有相似的功能。脑血管被中等密度的网络状SP纤维包裹,其末梢远离血管平滑肌细胞。逆向示踪和去神经研究表明,脑血管感觉神经纤维主要源于三叉神经节,其他来自颈静脉体结节和颈段的背根神经节。用高效液相层析和放免法测定脑动脉提取物,其中含CGRP样物质。免疫组化研究发现,脑动、静脉上均有密度不一的CGRP神经纤维,脑动脉周围的CGRP纤维有网络状和螺旋状两种,其末梢与血管平滑肌细胞的距离远近不一。手术切除三叉神经节或给予辣椒素,则同侧血管周围CGRP免疫阳性神经纤维数量明显减少甚至完全消失。从超微结构中发现,三叉神经节细胞内和脑血管外膜的神经纤维中CGRP和SP共存于一个大致密囊中。此外,在延髓腹侧核内,5-HT和SP在神经元中的60~90nm的致密囊泡中共存,这种脑干起源的SP纤维可能分布于脑的小动脉和毛细血管上。

④其他肽类:研究表明某些动物脑膜血管壁上有胃泌素释放肽样免疫阳性神经纤维。此外,鼠和猴脑中存在颅内起源的CCK纤维与皮质神经元交通,又投射至皮质小动脉周围,有些纤维直接深入到微血管的基底层,这种颅内大动脉CCK纤维起源点可能在三叉神经节。在脑底软脑膜大动脉周围也发现有强啡肽B免疫阳性网状神经纤维。

(5)一氧化氮合酶(NOs):NOs分布代表了NO的分布,研究表明,几乎所有脑动脉分支上均能见到NOs神经纤维。脑血管的前半部NOs神经纤维较后半部多,染色密度较高,各动脉分支近端较远端多。蝶腭神经节富含NOs阳性细胞,提示脑血管上的NOs阳性神经纤维可能来自蝶腭神经节,NOs阳性神经纤维在脑血管上形成不规则网状结构。

(6)GABA能神经分布:γ-氨基丁酸(gamma-aminobutyric acid,GABA)是在人脑内广泛分布的一种抑制性神经递质,研究表明,软脑膜、蛛网膜上血管富含GABA、谷氨酸脱羧酶(GAD)、7-氨基丁酸转移酶(GABA-T)。特异性的GABA受体存在于软脑膜、蛛网膜血管上。有两种GABA受体:一类是突触后具有扩血管作用的GABAA;另一类是对交感神经末梢有突触前抑制作用的GABAB。实验显示脑动脉有GABA能神经支配,免疫组化研究表明,GAD免疫反应纤维可见于多种动物的脑动脉外膜。GABA-T免疫反应纤维亦可见于血管外膜,它们紧靠血管平滑肌细胞,这些纤维可能直接影响脑血管张力。内皮细胞可调节外周和脑血管的紧张性,内皮细胞含GAD免疫活性物质,提示这些细胞能合成GABA。

2.脑血流的神经调节

(1)肾上腺素能神经对脑血流的调节:电刺激交感神经能使脑血管轻度收缩,交感神经有一定的维持脑血管基本张力的作用。交感神经对脑不同部位脑血流量的影响程度不同。切除颈上神经节能使脑的去神经部位血流增加60%,刺激颈交感神经,脑的前部血流量平均下降22%,而脑的后部血流量平均下降12%,这表明交感神经对脑底动脉环前部分支影响更大。此外,脑血管上交感神经分布的密度与其对脑血流的影响程度有关,例如尾状核的小动脉富含交感神经,为外侧膝状体的2~3倍,刺激交感神经时,尾状核的血流量减少2倍,而外侧膝状体仅减少15%;阻断交感神经后,尾状核血流量的减少较外侧膝状体更显著。多数人认为在正常情况下交感神经对脑血流量的影响很小,在高血压时发挥脑保护作用,以防止脑过度灌注。

(2)胆碱能神经对脑血流的调节:副交感神经受刺激释放ACh,与NO和VIP共同作用于血管内皮细胞和平滑肌使脑血管扩张。据研究推测,第Ⅲ、Ⅶ、Ⅸ脑神经可能有副交感神经纤维支配脑血管,可使同侧软脑膜血管扩张,其直径能增加16%。胆碱能神经元在脑内广泛分布,发挥局部调节脑血管的作用。

(3)中枢调节:研究表明,刺激中脑的网状结构,能使脑血管扩张,扩张的程度与吸入8%CO2相同。电刺激所引起的脑血流增加非常迅速,平均潜伏期4~5s,此效应不受PaCO2和切断颈交感神经的影响。脑干中蓝斑的神经元有纤维发出分布于脑血管上,具有调节脑血流的作用。刺激或毁损蓝斑对脑血流的影响尚有不同的报道,一般认为刺激蓝斑,能引起脑内小动脉上的神经末梢释放NA,引起血管阻力增加,脑血流减少;毁损蓝斑可引起下丘脑室旁核、丘脑前腹核及顶叶NA显著减少。电刺激小脑顶核,引起血管扩张,脑血流量增加,该效应并不受代谢因素影响;刺激延髓网状结构,引起脑代谢增加,从而导致局部脑血流量增加。

(4)肽能神经对脑血流的调节:脑血管神经被肯定具备血管效应已有半个多世纪,20世纪70年代中期又找到了肽能神经调节脑血流的证据。其中NPY在整体和离体实验中都是一个强烈的缩血管神经肽,能减少脑血流量。而VIP、PHI、SP、NKA和CGRP通过不同的机制引起脑血管扩张,增加脑血流量。

①NPY:对脑血管的收缩作用极强,它除对脑血管的直接作用外,还能加强其他缩血管物质(如NA)的作用。甚至从颈内动脉注射大剂量NPY,都会造成皮质血流长时程(至少2h)、大幅度(达98%)的减少。NPY的作用位点在突触后膜,并可抑制cAMP生成和开放脑动脉肌层的钙通道。NPY的缩血管作用依赖于细胞外的钙离子,应用钙通道拮抗药或降低细胞外钙离子浓度,可显著抑制其收缩作用。NPY的缩血管作用不依赖于氧化代谢效应,这种肽可能在脑血管调节中起重要作用。

②VIP与PHI:VIP通过作用于特异性受体,在整体和离体实验中均表现出扩张脑动、静脉的作用,并能增加脑血流量。VIP和PHI作用于脑血管平滑肌的相同受体作用位点,作用机制相同。这种扩张血管的作用与血管cAMP的激活相一致,且不依赖于内皮的完整性。

③SP与NKA:速激肽类的SP、NKA和NKB对预收缩的脑动脉产生剂量依赖性血管扩张效应,其中SP作用最强,去除内皮细胞可使它们的扩血管作用消失,其作用还能被SP拮抗药Spantide所拮抗。用电刺激引起的猫软脑膜血管上3 H-NA的分级释放效应不受SP的影响,说明SP的扩张脑血管的作用点不在突触前膜。

④CGRP:脑血管周围感觉神经的激活可引起多种神经肽(速激肽类和CGRP)释放。实验表明,CGRP是体内已知的最强扩血管物质,离体脑动脉证明了CGRP的扩血管作用。在整体实验中,CGRP对经PGF预收缩的大脑中动脉和软脑膜动脉产生浓度依赖性扩张,这种扩张不依赖于内皮的完整性,且与血管cAMP的活性相一致。实验表明,三叉脑血管系统可能参与某些脑血管的异常收缩(如蛛网膜下腔出血)时脑血管直径的复原,在这一效应中,CGRP对抗血管收缩的作用较速激肽更为重要。

⑤CCK:脑组织富含CCK,CCK神经元的突起不仅与其他神经元,而且与脑内微血管紧密相连,一些突起直接深入到微血管的基底层。CCK在软脑膜血管及Willis环中含量很少,它对基底动脉无直接舒缩作用,CCK可能不是通过对脑内大血管的直接作用来影响脑血流及其调节,而是通过存在血脑屏障的微血管部位发挥其对脑血流和脑代谢偶联作用。

(5)NO和GABA对脑血流的调节:NO是一种传递细胞内和细胞间信息的化学介质,并存在于脑内神经元和血管内皮细胞内。NO能介导神经元活动与CBF的偶联,能调节皮质CBF的变化,血管内皮的NO具有扩张脑血管、增加脑血流的作用。脑血管有两种GABA受体:一种是突触后具有血管扩张作用的GABAA;另一种是对交感纤维有突触前抑制作用的GABAB。各种动物脑动脉均含GABA能神经纤维,有一定调节脑血流的作用。

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