Рефлекс Кушинга при повышенном внутричерепном давлении

Введение

Физиологический ответ нервной системы на повышенное внутричерепное давление. Рефлекс Кушинга (также известный как вазопрессорный ответ, эффект Кушинга, реакция Кушинга, феномен Кушинга, ответ Кушинга или закон Кушинга) — это физиологическая реакция нервной системы на повышение внутричерепного давления (ВЧД), приводящая к триаде Кушинга: повышению артериального давления, нерегулярному дыханию и брадикардии. Обычно наблюдается на поздних стадиях острой черепно-мозговой травмы и может свидетельствовать о надвигающейся грыже мозга. Также может возникать после внутривенного введения эпинефрина и подобных препаратов. Впервые подробно описан американским нейрохирургом Харви Кушингом в 1901 году.

Определение

Рефлекс Кушинга классически проявляется увеличением систолического и пульсового давления, снижением частоты сердечных сокращений (брадикардия) и нерегулярным дыханием. В ответ на повышение внутричерепного давления (ВЧП) ритм и частота дыхательных циклов изменяются. Различные паттерны указывают на разное место повреждения мозга. Увеличение вентиляции проявляется в увеличении частоты, а не глубины дыхания, поэтому рефлекс Кушинга часто ассоциируется с медленным, нерегулярным дыханием. В результате нарушения регуляции частоты сердечных сокращений и артериального давления, физиологическим ответом является снижение периферического кровотока, которое может проявляться в виде волн Майера. Это патологические волны, регистрируемые на кардиограммах (например, на артериальных линиях, электрокардиограмме (ЭКГ) и т.д.), отражающие снижение внутрисосудистого кровотока. Это снижение кровотока часто вызывает рефлекторную гипертензию (повышение артериального давления), несмотря на фактическое уменьшение внутрисосудистого объема. Также сообщалось, что наличие рефлекса Кушинга, вызванного повышением ВЧП, позволяет предположить наличие ишемии в задней черепной яме. Таким образом, наличие рефлекса Кушинга, обусловленного ВЧП, может указывать на возможность развития ишемии вследствие отторжения трансплантата. Как впервые предположил Харви Кушинг, повышенное внутричерепное давление является основной причиной рефлекса Кушинга. Повышенное внутричерепное давление может быть результатом множества нарушений функции мозга, включая: субарахноидальные кровоизлияния, ишемию, менингит, травмы, включая сотрясения мозга, гипоксию, опухоли и инсульт. В одном исследовании было подтверждено, что повышение ВЧП при субарахноидальном кровоизлиянии вызывает механическое искажение ствола мозга, в частности, продолговатого мозга. В силу механизма рефлекса Кушинга, искажение ствола мозга быстро сопровождается гиперактивностью симпатической нервной системы. Кроме того, во время типичных нейрохирургических вмешательств, особенно с использованием нейроэндоскопических техник, частое промывание желудочков мозга может приводить к повышению внутричерепного давления. Церебральная перфузионное давление (ЦПД) обычно находится в пределах 70-90 мм рт. ст. у взрослых и 60-90 мм рт. ст. у детей. Изменения волн плато мозга также связаны с рефлексом Кушинга. Эти волны характеризуются острым повышением ВЧП и сопровождаются снижением ЦПД. Было установлено, что при возникновении рефлекса Кушинга изменения волн плато мозга могут стираться из-за исчезновения высокого ВЧП. Рефлекс начинается, когда какое-либо событие вызывает повышение внутричерепного давления (ВЧП). Поскольку спинномозговая жидкость находится в замкнутом пространстве черепа, повышение ВЧП приводит к увеличению давления в самой жидкости. Давление спинномозговой жидкости в конечном итоге возрастает до такой степени, что достигает и постепенно превышает среднее артериальное давление (САД). Когда ВЧП превышает САД, артериолы в коре головного мозга сжимаются. Сжатие приводит к уменьшению кровоснабжения мозга, состоянию, известному как церебральная ишемия. Во время повышения ВЧП активируются как симпатическая, так и парасимпатическая нервные системы. На первом этапе рефлекса стимуляция симпатической нервной системы значительно превосходит парасимпатическую. Это сужение повышает общее периферическое сопротивление, повышая артериальное давление до высоких уровней, что известно как гипертензия. Индуцированная организмом гипертензия – это попытка восстановить кровоток в ишемическом мозге. Симпатическая стимуляция также увеличивает частоту сердечных сокращений и сердечный выброс. Увеличение частоты сердечных сокращений также известно как тахикардия. В сочетании с гипертензией это составляет первый этап рефлекса Кушинга. Тем временем барорецепторы в дуге аорты обнаруживают повышение артериального давления и запускают парасимпатический ответ через блуждающий нерв. Это вызывает брадикардию, или замедление сердечного ритма, и сигнализирует о втором этапе рефлекса. Брадикардия также может быть вызвана повышенным ВЧП вследствие прямого механического искажения блуждающего нерва и последующего парасимпатического ответа. Кроме того, считается, что это рефлекторное увеличение парасимпатической активности способствует формированию язв Кушинга в желудке из-за неконтролируемой активации париетальных клеток. Артериальное давление, как ожидается, останется выше давления повышенной спинномозговой жидкости, чтобы продолжать обеспечивать кровоток к мозгу. Давление возрастает до такой степени, что преодолевает сопротивление сжатой артерии, и кровь проходит, обеспечивая кислородом гипоксическую область мозга. Если повышение артериального давления недостаточно для компенсации сжатия артерии, развивается инфаркт. Повышенное ВЧП, тахикардия или другой эндогенный стимул могут привести к искажению и/или повышению давления на ствол мозга. Поскольку ствол мозга контролирует непроизвольное дыхание, изменения его гомеостаза часто приводят к нерегулярному дыхательному паттерну и/или апноэ. Это третий и заключительный этап рефлекса. Роль центральных хеморецепторов в рефлексе Кушинга неясна. В большинстве нормальных реакций давления хеморецепторы и барорецепторы работают вместе, чтобы повышать или понижать артериальное давление. В рефлексе Кушинга центральные хеморецепторы, вероятно, участвуют в обнаружении ишемии, способствуя симпатическому всплеску и гипертензии на первом этапе рефлекса, и работают в противодействии барорецепторам, способствуя комбинированной высокой симпатической и парасимпатической активации.

The Cushing reflex classically presents as an increase in systolic and pulse pressure, reduction of the heart rate (bradycardia), and irregular respiration. In response to rising intracranial pressure (ICP), respiratory cycles change in regularity and rate. Different patterns indicate a different location of the brain where the injury occurred. The increase in ventilation is exhibited as an increase in rate rather than depth of ventilation, so the Cushing reflex is often associated with slow, irregular breathing. As a result of the now defective regulation of heart rate and blood pressure, the physiologic response is decreased blood flow peripherally, which can present as Mayer waves. These are simply pathologic waves seen in HR tracings (i. e., arterial lines, electrocardiograph (ECG, etc. ), which reflect decreased intravascular blood flow. This decreased flow often causes a reflexive HTN, or hypertension (increase in blood pressure) despite the actual decrease in intravascular volume. It has also been reported that the presence of a Cushing reflex due to an ICP increase could allow one to conclude that ischemia has occurred in the posterior cranial fossa. As such, the presence of a Cushing reflex due to ICP can indicate that ischemia may be occurring due to foreign organ rejection. As first postulated by Harvey Cushing, raised intracranial pressure is the primary cause of the Cushing reflex. Elevated intracranial pressure can result from numerous pathways of brain impairment, including: subarachnoid hemorrhages, ischemia, meningitis, trauma, including concussions, hypoxia, tumors, and stroke. In one study, it was confirmed that raised ICP due to subarachnoid hemorrhaging causes mechanical distortion of the brainstem, specifically the medulla. Due to the mechanism of the Cushing reflex, brainstem distortion is then swiftly followed by sympathetic nervous system over activity. In addition, during typical neurosurgical procedures on patients, especially those involving neuroendoscopic techniques, frequent washing of the ventricles have been known to cause high intracranial pressure. CPP normally falls between 70 90 mmHg in an adult human, and 60 90 mmHg in children. Brain plateau wave changes are also associated with the Cushing reflex. These waves are characterized by acute rises of the ICP, and are accompanied by a decrease of the cerebral perfusion pressure. It has been found that if a Cushing reflex occurs, brain plateau wave changes can be erased due to disappearance of high ICP. The reflex begins when some event causes increased intracranial pressure (ICP). Since cerebrospinal fluid is located in an area surrounded by the skull, increased ICP consequently increases the pressure in the fluid itself. The pressure in the cerebral spinal fluid eventually rises to the point that it meets and gradually exceeds the mean arterial blood pressure (MAP). When the ICP exceeds the MAP, arterioles located in the brain's cerebrum become compressed. Compression then results in diminished blood supply to the brain, a condition known as cerebral ischemia. During the increase in ICP, both the sympathetic nervous system and the parasympathetic nervous system are activated. In the first stage of the reflex, sympathetic nervous system stimulation is much greater than parasympathetic stimulation. This constriction raises the total resistance of blood flow, elevating blood pressure to high levels, which is known as hypertension. The body's induced hypertension is an attempt to restore blood flow to the ischemic brain. The sympathetic stimulation also increases the rate of heart contractions and cardiac output. Increased heart rate is also known as tachycardia. This combined with hypertension is the first stage of the Cushing reflex. Meanwhile, baroreceptors in the aortic arch detect the increase in blood pressure and trigger a parasympathetic response via the vagus nerve. This induces bradycardia, or slowed heart rate, and signifies the second stage of the reflex. Bradycardia may also be caused by increased ICP due to direct mechanical distortion of the vagus nerve and subsequent parasympathetic response. Furthermore, this reflexive increase in parasympathetic activity is thought to contribute to the formation of Cushing ulcers in the stomach, due to uncontrolled activation of the parietal cells. The blood pressure can be expected to remain higher than the pressure of the raised cerebral spinal fluid to continue to allow blood to flow to the brain. The pressure rises to the point where it overcomes the resisting pressure of the compressed artery, and blood is allowed through, providing oxygen to the hypoxic area of the brain. If the increase in blood pressure is not sufficient to compensate for the compression on the artery, infarction occurs. Raised ICP, tachycardia, or some other endogenous stimulus can result in distortion and/or increased pressure on the brainstem. Since the brainstem controls involuntary breathing, changes in its homeostasis often results in irregular respiratory pattern and/or apnea. This is the third and final stage of the reflex. The role of the central chemoreceptors in the Cushing reflex is unclear. In most normal pressure responses the chemoreceptors and baroreceptors work together to increase or decrease blood pressure. In the Cushing reflex, the central chemoreceptors are likely involved in the detection of ischemia, contributing to the sympathetic surge and hypertension in the first phase of the reflex, and work in opposition to the baroreceptors, contributing to the combined high sympathetic and parasympathetic activation.

История

Рефлекс Кушинга назван в честь Харви Уильямса Кушинга (1869–1939), американского нейрохирурга. Кушинг начал свои исследования в Берне, Швейцария, обучаясь за границей у Эмиля Теодора Кохера. Через месяц после начала поездки Кушинг получил официальное предложение от Эмиля Теодора Кохера начать изучение влияния сдавления мозга на кровеносные сосуды. Кушинг также привлек к работе Хьюго Кронекера, известного исследователя артериального давления. Используя помощь и ресурсы Кронекера, Кушинг приступил к исследованиям. В 1901 году Кушинг покинул Берн и переехал в Турин, Италия, чтобы работать с Анджело Моссо, бывшим учеником Кронекера. Он продолжил работу над тем же исследовательским проектом, одновременно совершенствуя методы регистрации одновременного изменения артериального давления и внутричерепного давления. В июне 1901 года Кушинг опубликовал свою первую статью в "Бюллетене" больницы Джонса Хопкинса под названием "Об определенном регуляторном механизме сосудодвигательного центра, контролирующего кровяное давление при сжатии головного мозга".

Экспериментальная установка и результаты

Кушинг начал экспериментировать, как только получил одобрение от Кохера. Его экспериментальная установка была модифицированной версией модели Леонарда Хилла, чтобы аналогичным образом изучить влияние давления мозга на давление в пазухах, давление спинномозговой жидкости, артериальное и венозное кровяное давление. Как и Хилл, Кушинг использовал собак для своих экспериментов. Для начала Кушинг наблюдал за калибром и цветом коры головного мозга, устанавливая стеклянное окно в череп собаки. Внутричерепное давление повышалось путем заполнения внутричерепного мягкого резинового мешка ртутью. Кушинг одновременно регистрировал внутричерепное давление, артериальное давление, частоту пульса и частоту дыхания. Этот трехкомпонентный эффект обычно называют триадой Кушинга. В более поздних экспериментах, проведенных Моссо, внутричерепное давление вызывалось введением физиологического раствора в субарахноидальное пространство, а не увеличением количества ртути в внутричерепном мешке. Кушинг отметил эту взаимосвязь в своих последующих публикациях. Он также отметил, что должен существовать определенный регуляторный механизм, который повышает кровяное давление до достаточно высокого уровня, чтобы не вызывать анемических состояний. Анри Дюре, Фридрих Иолли и другие проводили эксперименты с внутричерепным давлением аналогично Кушингу. Некоторые из этих исследователей опубликовали схожие результаты относительно связи внутричерепного давления с артериальным давлением еще до того, как Кушинг начал свои эксперименты. Кушинг изучил эту связь более детально и предложил более точное ее объяснение.

Направления исследований

Хотя с 1901 года, когда Харви Кушинг впервые расширил знания о том, что сейчас известно как рефлекс Кушинга, достигнут значительный прогресс, многие аспекты исследования остаются неизученными. Точный патогенез заболевания остается невыясненным. Некоторые исследования предполагают существование внутричерепных барорецепторов, запускающих специфический рефлекс Кушинга. Эксперименты Шмидта и его коллег показали, что рефлекс Кушинга регулируется автономной нервной системой, поскольку его физиологические изменения связаны с балансом симпатической и парасимпатической нервной системы. Однако конкретная взаимосвязь между реакцией автономной нервной системы и рефлексом Кушинга, а также его симптомами, до сих пор не установлена. Определено, что рефлекс Кушинга влияет на частоту дыхания, однако индуцированные им респираторные изменения все еще требуют дальнейшего изучения. Некоторые исследователи сообщают об апноэ, другие – об увеличении частоты дыхания. Другие обнаружили, что увеличение частоты дыхания следует за снижением внутричерепного давления, в то время как другие считают это ответом на его повышение. Необходимо также учитывать использование анестетиков в ранних экспериментах. Первоначальные исследования проводились на животных или пациентах под анестезией. Применявшаяся в экспериментах анестезия вызывала угнетение дыхания, что могло повлиять на результаты. В ранних экспериментах животным также проводилась искусственная вентиляция легких, что ограничивало возможность делать выводы о дыхании при рефлексе Кушинга. Использование анестетиков открывает перспективы для будущих исследований, поскольку воспроизвести реакцию Кушинга в базальных условиях или без анестезии оказалось затруднительно. Некоторые исследователи также предполагают долгосрочный эффект рефлекса Кушинга. До сих пор он наблюдался только как немедленный острый ответ, но есть данные, свидетельствующие о возможности его пролонгированного действия, например, стойкое повышение артериального давления. Также возможна повышенная чувствительность неврологических систем, приводящая к артериальной гипертензии, однако это не было исследовано. Хотя рефлекс Кушинга изначально был идентифицирован как физиологическая реакция при почти полном прекращении кровотока, его активность наблюдалась и в период внутриутробного развития. Эта активность не была достаточно изучена, поэтому в этой области необходимы дополнительные исследования. Механизмы рефлекса на клеточном уровне еще предстоит выяснить, и, вероятно, станут следующей областью исследований, если ученые и врачи решат этим заняться.

Although a lot of progress has been made since 1901 when Harvey Cushing first expanded knowledge of what is now known as the Cushing reflex, there are still many aspects of the research that remain to be seen. The exact pathogenesis of the disease remains undetermined. Some research suggests the existence of intracranial baroreceptors to trigger specific Cushing baroreceptor reflex. Experiments by Schmidt and his fellow researchers showed that the Cushing reflex is directed by autonomic nervous system, since its physiological change has to do with the balance of the sympathetic nervous system and parasympathetic nervous system. However, the specific relation between the autonomic nervous system response and the Cushing reflex and its symptoms has yet to be identified. It has been determined that rate of respiration is affected by the Cushing reflex, though the respiratory changes induced are still an area that needs more research. Some researchers have reported apnea, while others have reported increased respiratory rates. Other researchers have found that increases in respiratory rate follow ICP decreases, while others say it is a response to ICP increase. One must also take into account the use of anesthetics in early experimentation. Research was initially performed on animals or patients under anesthesia. The anesthesia used in experiments have led to respiratory depression, which might have had effect on the results. Early experiments also put animal subjects under artificial ventilation, only allowing for limited conclusions about respiration in the Cushing reflex. The use of anesthetics proposes ideas for future research, since the creation of the Cushing response has been difficult to create under basal conditions or without anesthesia. Some researchers have also suggested a long term effect of the Cushing reflex. Thus far it has only been observed as an immediate acute response, but there has been some evidence to suggest that its effects could be prolonged, such as a long term raise in blood pressure. Heightened sensitivity of neurological response systems leading to arterial hypertension is also possible, but has not been examined. Although the Cushing reflex was primarily identified as a physiological response when blood flow has almost ceased, its activity has also been seen in fetal life. This activity has not been thoroughly investigated, so there is a need for more research in this area. The underlying mechanisms of the reflex on a cellular level are yet to be discovered, and will likely be the next area of research if scientists and or doctors chose to do so.