فیزیولوژی پزشکی گایتون و هال؛ جریان خون مغز، مایع مغزی نخاعی و متابولیسم مغز

---

---

---

---

Thus far, we have discussed the function of the brain as if it were independent of its blood flow, its metabolism, and its fluids. However, this is far from true because abnormalities of any of these aspects can profoundly affect brain function. For example, total cessation of blood flow to the brain causes unconsciousness within 5 to 10 seconds because lack of oxygen (O2) delivery to the brain cells nearly shuts down metabolism in these cells. Also, on a longer time scale, abnormalities of the cerebrospinal fluid, either its composition or its fluid pressure, can have equally severe effects on brain function.

جریان خون مغزی، مایع مغزی نخاعی و متابولیسم مغز

تا اینجا، عملکرد مغز را به گونه‌ای مورد بحث قرار داده‌ایم که گویی مستقل از جریان خون، متابولیسم و ​​مایعات آن است. با این حال، این دور از واقعیت است زیرا ناهنجاری‌های هر یک از این جنبه‌ها می‌تواند عمیقاً بر عملکرد مغز تأثیر بگذارد. به عنوان مثال، قطع کامل جریان خون به مغز باعث بیهوشی در عرض ۵ تا ۱۰ ثانیه می‌شود زیرا کمبود اکسیژن (O2) به سلول‌های مغزی تقریباً متابولیسم را در این سلول‌ها متوقف می‌کند. همچنین، در مقیاس زمانی طولانی‌تر، ناهنجاری‌های مایع مغزی نخاعی، اعم از ترکیب یا فشار مایع آن، می‌توانند به همان اندازه اثرات شدیدی بر عملکرد مغز داشته باشند.

CEREBRAL BLOOD FLOW

Blood flow of the brain is supplied by four large arteries-two carotid and two vertebral arteries-that merge to form the circle of Willis at the base of the brain. The arteries arising from the circle of Willis travel along the brain surface and give rise to pial arteries, which branch out into smaller vessels called penetrating arteries and arterioles (Figure 62-1). The penetrating vessels are separated slightly from the brain tissue by an extension of the subarachnoid space called the Virchow-Robin space. The penetrating vessels dive down into the brain tissue, giving rise to intracerebral arterioles, which eventually branch into capillaries where exchange among the blood and the tissues of O2, nutrients, carbon dioxide (CO2), and metabolites occurs.

جریان خون مغزی

جریان خون مغز توسط چهار شریان بزرگ – دو شریان کاروتید و دو شریان مهره ای – تامین می‌شود که با هم ترکیب می‌شوند و دایره ویلیس را در پایه مغز تشکیل می‌دهند. شریان‌های برخاسته از دایره ویلیس در امتداد سطح مغز حرکت می‌کنند و باعث ایجاد شریان‌های پیال می‌شوند که به عروق کوچکتر به نام شریان‌های نافذ و شریان‌ها منشعب می‌شوند (شکل ۶۲-۱). رگ‌های نافذ با گسترش فضای زیر عنکبوتیه به نام فضای Virchow-Robin کمی‌از بافت مغز جدا می‌شوند. رگ‌های نفوذی به داخل بافت مغز فرو می‌روند و باعث ایجاد شریان‌های داخل مغزی می‌شوند که در نهایت به مویرگ‌ها منشعب می‌شوند که در آن تبادل بین خون و بافت‌های O2، مواد مغذی، دی اکسید کربن (CO2) و متابولیت‌ها اتفاق می‌افتد.

REGULATION OF CEREBRAL BLOOD FLOW

Normal blood flow through the brain of the adult person averages 50 to 65 ml/100 g of brain tissue/min. For the entire brain, this amounts to 750 to 900 ml/min. Thus, the brain constitutes only about 2% of the body weight but receives 15% of the resting cardiac output.

تنظیم جریان خون مغزی

جریان خون طبیعی در مغز یک فرد بالغ به طور متوسط ​​۵۰ تا ۶۵ میلی لیتر در ۱۰۰ گرم بافت مغز در دقیقه است. برای کل مغز، این مقدار ۷۵۰ تا ۹۰۰ میلی لیتر در دقیقه است. بنابراین، مغز تنها حدود ۲٪ از وزن بدن را تشکیل می‌دهد، اما ۱۵٪ از برون ده قلبی در حال استراحت را دریافت می‌کند.

As in most other tissues, cerebral blood flow is highly related to the tissue metabolism. Several metabolic fac- tors are believed to contribute to cerebral blood flow regulation: (1) CO2 concentration; (2) hydrogen ion (H+) concentration; (3) O2 concentration; and (4) sub- stances released from astrocytes, which are specialized, non-neuronal cells that appear to couple neuronal activity with local blood flow regulation (see Figure 62-1).

مانند بسیاری از بافت‌های دیگر، جریان خون مغزی ارتباط زیادی با متابولیسم بافت دارد. اعتقاد بر این است که چندین فاکتور متابولیک در تنظیم جریان خون مغزی نقش دارند: (۱) غلظت CO2. (2) غلظت یون هیدروژن (H +). (3) غلظت O2. و (۴) مواد آزاد شده از آستروسیت‌ها، که سلول‌های تخصصی و غیر عصبی هستند که به نظر می‌رسد فعالیت عصبی را با تنظیم جریان خون موضعی جفت می‌کنند (شکل ۶۲-۱ را ببینید).

Excesses of CO2 or H Concentration Increase Cerebral Blood Flow. An increase in CO2 concentration in the arterial blood perfusing the brain greatly increases cerebral blood flow. This is demonstrated in Figure 62-2, which shows that a 70% increase in arterial partial pressure of CO2 (Pco2) approximately doubles cerebral blood flow.

بیش از حد CO2 یا غلظت H باعث افزایش جریان خون مغزی می‌شود. افزایش غلظت CO2 در خون شریانی که مغز را پرفیوژن می‌کند، جریان خون مغزی را تا حد زیادی افزایش می‌دهد. این در شکل ۶۲-۲ نشان داده شده است، که نشان می‌دهد افزایش ۷۰ درصدی در فشار جزئی شریانی CO2 (Pco2) تقریباً جریان خون مغزی را دو برابر می‌کند.

CO2 is believed to increase cerebral blood flow by combining first with water in the body fluids to form carbonic acid, with subsequent dissociation of this acid to form H+.

اعتقاد بر این است که CO2 جریان خون مغزی را با ترکیب شدن با آب در مایعات بدن برای تشکیل اسید کربنیک و سپس تجزیه این اسید و تشکیل H+ افزایش می‌دهد.

The H+ then causes vasodilation of the cerebral vessels, with the dilation being almost directly proportional to the increase in H+ concentration up to a blood flow limit of about twice normal.

سپس H+ باعث گشاد شدن عروق مغزی می‌شود، با اتساع تقریباً مستقیم با افزایش غلظت H+ تا حد جریان خون حدود دو برابر طبیعی.

Other substances that increase the acidity of the brain tissue and therefore increase H+ concentration will like- wise increase cerebral blood flow. Such substances include lactic acid, pyruvic acid, and any other acidic material formed by tissue metabolism.

سایر موادی که اسیدیته بافت مغز را افزایش می‌دهند و در نتیجه غلظت H+ را افزایش می‌دهند، به همین ترتیب جریان خون مغزی را افزایش می‌دهند. چنین موادی عبارتند از اسید لاکتیک، اسید پیروویک و هر ماده اسیدی دیگری که توسط متابولیسم بافت ایجاد می‌شود.

Figure 62-1. Architecture of cerebral blood vessels and potential mechanism for blood flow regulation by astrocytes. The pial arteries lie on the glia limitans, and the penetrating arteries are surrounded by astrocyte foot processes. Note that the astrocytes also have fine processes that are closely associated with synapses.

شکل ۶۲-۱. معماری عروق خونی مغز و مکانیسم بالقوه برای تنظیم جریان خون توسط آستروسیت‌ها شریان‌های پیال روی گلیا لیمیتانس‌ها قرار دارند و شریان‌های نافذ توسط فرآیندهای پای آستروسیت احاطه شده اند. توجه داشته باشید که آستروسیت‌ها همچنین دارای فرآیندهای ظریفی هستند که ارتباط نزدیکی با سیناپس‌ها دارند.

Figure 62-2. Relationship between arterial Pco2 and cerebral blood flow.

شکل ۶۲-۲. رابطه بین Pco2 شریانی و جریان خون مغزی.

Importance of Cerebral Blood Flow Control by CO, and H. Increased H+ concentration greatly depresses neuronal activity. Therefore, it is fortunate that increased H* concentration also elicits increased blood flow, which in turn carries H+, CO2, and other acid-forming substances away from the brain tissues. Loss of CO2 removes carbonic acid from the tissues; this action, along with removal of other acids, reduces the H+ concentration back toward normal. Thus, this mechanism helps maintain a constant H+ concentration in the cerebral fluids and thereby helps to maintain a normal, constant level of neuronal activity.

اهمیت کنترل جریان خون مغزی توسط CO و H. افزایش غلظت H+ فعالیت نورون‌ها را به شدت کاهش می‌دهد. بنابراین، خوشبختانه افزایش غلظت H* باعث افزایش جریان خون نیز می‌شود که به نوبه خود H+، CO2 و سایر مواد اسیدساز را از بافت‌های مغز دور می‌کند. از دست دادن CO2 باعث حذف اسید کربنیک از بافت‌ها می‌شود. این عمل، همراه با حذف سایر اسیدها، غلظت H+ را به حالت عادی کاهش می‌دهد. بنابراین، این مکانیسم به حفظ غلظت H + ثابت در مایعات مغزی کمک می‌کند و در نتیجه به حفظ یک سطح طبیعی و ثابت از فعالیت عصبی کمک می‌کند.

Oxygen Deficiency as a Regulator of Cerebral Blood Flow. Except during periods of intense brain activity, the rate of O2 utilization by the brain tissue remains within narrow limits-almost exactly 3.5 (±۰.۲) ml of O2/100 g of brain tissue/min. If brain blood flow becomes insufficient to supply adequate O2, the O2 deficiency almost immediately causes vasodilation, returning the brain blood flow and transport of O2 to the cerebral tissues to near normal. Thus, this local blood flow regulatory mechanism is al- most exactly the same in the brain as in coronary blood vessels, in skeletal muscle, and in most other circulatory areas of the body.

کمبود اکسیژن به عنوان یک تنظیم کننده جریان خون مغزی. به جز در دوره‌های فعالیت شدید مغز، میزان استفاده از O2 توسط بافت مغز در محدوده‌های باریک باقی می‌ماند – تقریباً دقیقاً ۳.۵ (۰.۲±) میلی‌لیتر O2/100 گرم بافت مغز در دقیقه. اگر جریان خون مغز برای تامین O2 کافی ناکافی باشد، کمبود O2 تقریباً بلافاصله باعث اتساع عروق می‌شود و جریان خون مغز و انتقال O2 به بافت‌های مغز را تقریباً به حالت طبیعی باز می‌گرداند. بنابراین، این مکانیسم تنظیم کننده جریان خون موضعی در مغز تقریباً مشابه رگ‌های خونی کرونر، ماهیچه‌های اسکلتی، و در بیشتر نواحی گردش خون بدن است.

Experiments have shown that a decrease in cerebral tissue partial pressure of O2 (Po2) below about 30 mm Hg (the normal value is 35-40 mm Hg) immediately begins to increase cerebral blood flow. This is fortuitous because brain function becomes deranged at lower values of Po2, especially at Po2 levels below 20 mm Hg. Even coma can result at these low levels. Thus, the O2 mechanism for local regulation of cerebral blood flow is an important protective response against diminished cerebral neuronal activity and, therefore, against derangement of mental capability.

آزمایشات نشان داده است که کاهش فشار جزئی بافت مغزی O2 (Po2) زیر حدود ۳۰ میلی متر جیوه (مقدار طبیعی ۳۵-۴۰ میلی متر جیوه است) بلافاصله شروع به افزایش جریان خون مغزی می‌کند. این اتفاقی است زیرا عملکرد مغز در مقادیر کمتر Po2، به ویژه در سطوح Po2 زیر ۲۰ میلی‌متر جیوه، مختل می‌شود. حتی کما نیز می‌تواند در این سطوح پایین ایجاد شود. بنابراین، مکانیسم O2 برای تنظیم موضعی جریان خون مغزی یک پاسخ محافظتی مهم در برابر کاهش فعالیت عصبی مغز و بنابراین، در برابر اختلال توانایی ذهنی است.

Substances Released From Astrocytes Regulate Cer- ebral Blood Flow. Increasing evidence suggests that the close coupling between neuronal activity and cerebral blood flow is due, in part, to substances released from astrocytes (also called astroglial cells) that surround blood vessels of the central nervous system. Astrocytes are star- shaped non-neuronal cells that support and protect neurons, as well as provide nutrition. They have numerous projections that make contact with neurons and the sur- rounding blood vessels, providing a potential mechanism for neurovascular communication. Gray matter astrocytes (protoplasmic astrocytes) extend fine processes that cover most synapses and large foot processes that are closely ap- posed to the vascular wall (see Figure 62-1).

مواد آزاد شده از آستروسیت‌ها جریان خون مغزی را تنظیم می‌کنند. شواهد فزاینده نشان می‌دهد که پیوند نزدیک بین فعالیت عصبی و جریان خون مغزی تا حدی به دلیل مواد آزاد شده از آستروسیت‌ها (که سلول‌های آستروگلیال نیز نامیده می‌شوند) است که رگ‌های خونی سیستم عصبی مرکزی را احاطه کرده اند. آستروسیت‌ها سلول‌های غیر عصبی ستاره‌ای هستند که از نورون‌ها حمایت و محافظت می‌کنند و همچنین تغذیه می‌کنند. آنها دارای برجستگی‌های متعددی هستند که با نورون‌ها و رگ‌های خونی اطراف تماس برقرار می‌کنند و مکانیسمی‌بالقوه برای ارتباط عصبی عروقی فراهم می‌کنند. آستروسیت‌های ماده خاکستری (آستروسیت‌های پروتوپلاسمی) فرآیندهای ظریفی را گسترش می‌دهند که بیشتر سیناپس‌ها و فرآیندهای بزرگ پا را که نزدیک به دیواره عروقی هستند، پوشش می‌دهند (شکل ۶۲-۱ را ببینید).

Experimental studies have shown that electrical stimulation of excitatory glutaminergic neurons leads to increased intracellular calcium ion concentration in astrocyte foot processes and vasodilation of nearby arterioles. Additional studies have suggested that the vasodilation is mediated by several vasoactive metabolites released from astrocytes. Al- though the precise mediators are still unclear, nitric oxide, metabolites of arachidonic acid, potassium ions, adenosine, and other substances generated by astrocytes in response to stimulation of adjacent excitatory neurons have all been suggested to be important in mediating local vasodilation.

مطالعات تجربی نشان داده‌اند که تحریک الکتریکی نورون‌های گلوتامینرژیک تحریکی منجر به افزایش غلظت یون کلسیم داخل سلولی در فرآیندهای پای آستروسیت و اتساع عروقی شریان‌های مجاور می‌شود. مطالعات اضافی نشان داده اند که اتساع عروق توسط چندین متابولیت وازواکتیو آزاد شده از آستروسیت‌ها انجام می‌شود. اگرچه واسطه‌های دقیق هنوز نامشخص هستند، اکسید نیتریک، متابولیت‌های اسید آراشیدونیک، یون‌های پتاسیم، آدنوزین و سایر مواد تولید شده توسط آستروسیت‌ها در پاسخ به تحریک نورون‌های تحریک‌کننده مجاور همگی در میانجی‌گری اتساع عروق موضعی مهم هستند.

Measurement of Cerebral Blood Flow and Effect of Brain Activity on Flow. A method has been developed to record blood flow in as many as 256 isolated segments of the human cerebral cortex simultaneously. To record blood flow in these segments, a radioactive substance, such as radioactive xenon (Xe), is injected into the carotid artery; then the radioactivity of each segment of the cortex is recorded as the radioactive substance passes through the brain tissue. For this purpose, 256 small radioactive scintillation detectors are pressed against the surface of the cortex. The rapidity of rise and decay of radioactivity in each tissue segment is a direct measure of the rate of blood flow through that segment.

اندازه گیری جریان خون مغزی و تأثیر فعالیت مغز بر جریان. روشی برای ثبت جریان خون در ۲۵۶ بخش جدا شده از قشر مغز انسان به طور همزمان ایجاد شده است. برای ثبت جریان خون در این بخش‌ها، یک ماده رادیواکتیو، مانند زنون رادیواکتیو (Xe)، به شریان کاروتید تزریق می‌شود. سپس رادیواکتیویته هر بخش از قشر مغز با عبور ماده رادیواکتیو از بافت مغز ثبت می‌شود. برای این منظور، ۲۵۶ آشکارساز سوسوزن رادیواکتیو کوچک بر روی سطح قشر فشار داده می‌شود. سرعت افزایش و فروپاشی رادیواکتیویته در هر بخش بافت، معیار مستقیمی‌از سرعت جریان خون در آن بخش است.

Using this technique, it has become clear that blood flow in each individual segment of the brain changes as much as 100% to 150% within seconds in response to changes in local neuronal activity. For example, simply clenching the hand into a fist causes an immediate increase in blood flow in the motor cortex of the opposite side of the brain. Reading a book increases the blood flow, especially in the visual areas of the occipital cortex and in the language perception areas of the temporal cortex. This measuring procedure can also be used for localizing the origin of epileptic attacks be- cause local brain blood flow increases acutely and markedly at the focal point of each attack.

با استفاده از این تکنیک، مشخص شده است که جریان خون در هر بخش از مغز در پاسخ به تغییرات در فعالیت عصبی موضعی، بین ۱۰۰ تا ۱۵۰ درصد در عرض چند ثانیه تغییر می‌کند. به عنوان مثال، فشار دادن ساده دست در یک مشت باعث افزایش فوری جریان خون در قشر حرکتی طرف مقابل مغز می‌شود. خواندن کتاب جریان خون را به خصوص در نواحی بینایی قشر اکسیپیتال و در قسمت درک زبان قشر تمپورال افزایش می‌دهد. این روش اندازه گیری همچنین می‌تواند برای تعیین منشاء حملات صرع استفاده شود، زیرا جریان خون موضعی مغز در نقطه کانونی هر حمله به طور حاد و قابل توجهی افزایش می‌یابد.

Figure 62-3 demonstrates the effect of local neuronal activity on cerebral blood flow by showing a typical in- crease in occipital blood flow recorded in a cat’s brain when intense light is shined into its eyes for one-half minute.

شکل ۶۲-۳ اثر فعالیت عصبی موضعی بر جریان خون مغزی را با نشان دادن یک افزایش معمولی در جریان خون پس سری که در مغز گربه ثبت می‌شود، هنگامی‌که نور شدید به چشمان گربه برای نیم دقیقه تابیده می‌شود، نشان می‌دهد.

Blood flow and neural activity in different regions of the brain can also be assessed indirectly by functional magnetic resonance imaging (fMRI). This method is based on the observation that oxygen-rich hemoglobin (oxyhemoglobin) and oxygen-poor hemoglobin (deoxyhemoglobin) in the blood behave differently in a magnetic field. Deoxyhemoglobin is a paramagnetic molecule (i.e., attracted by an externally applied magnetic field), whereas oxyhemoglobin is diamagnetic (i.e., repelled by a magnetic field). The presence of deoxyhemoglobin in a blood vessel causes a measurable difference of the magnetic resonance (MR) proton signal of the vessel and its surrounding tissue. The blood oxygen level-dependent (BOLD) signals obtained from fMRI, however, depend on the total amount of deoxyhemoglobin in the specific three-dimensional space (voxel) of brain tis- sue being assessed. This, in turn, is influenced by the rate of blood flow, volume of blood, and rate of O2 consumption in the specific voxel of brain tissue. For this reason, BOLD fMRI provides only an indirect estimate of regional blood flow, although it can also be used to produce maps showing which parts of the brain are activated in a particular mental process.

جریان خون و فعالیت عصبی در نواحی مختلف مغز را می‌توان به طور غیر مستقیم با تصویربرداری تشدید مغناطیسی عملکردی (fMRI) ارزیابی کرد. این روش بر اساس مشاهده این است که هموگلوبین غنی از اکسیژن (اکسی هموگلوبین) و هموگلوبین فقیر از اکسیژن (دئوکسی هموگلوبین) در خون در یک میدان مغناطیسی رفتار متفاوتی دارند. دئوکسی هموگلوبین یک مولکول پارامغناطیسی است (یعنی توسط یک میدان مغناطیسی اعمال شده خارجی جذب می‌شود)، در حالی که اکسی هموگلوبین دیا مغناطیسی است (یعنی توسط یک میدان مغناطیسی دفع می‌شود). وجود دئوکسی هموگلوبین در رگ خونی باعث تفاوت قابل اندازه گیری سیگنال پروتون رزونانس مغناطیسی (MR) عروق و بافت اطراف آن می‌شود. سیگنال‌های وابسته به سطح اکسیژن خون (BOLD) که از fMRI به دست می‌آیند، به مقدار کل دی اکسی هموگلوبین در فضای سه بعدی خاص (وکسل) بافت مغزی که ارزیابی می‌شود بستگی دارد. این به نوبه خود تحت تأثیر سرعت جریان خون، حجم خون و میزان مصرف O2 در وکسل خاص بافت مغز است. به همین دلیل، BOLD fMRI تنها یک تخمین غیرمستقیم از جریان خون منطقه ای ارائه می‌دهد، اگرچه می‌توان از آن برای تهیه نقشه‌هایی نیز استفاده کرد که نشان می‌دهد کدام قسمت‌های مغز در یک فرآیند ذهنی خاص فعال می‌شوند.

An alternative MRI method called arterial spin labeling (ASL) can be used to provide a more quantitative assessment of regional blood flow. ASL works by manipulating the MR signal of arterial blood before it is delivered to different areas of the brain. By subtracting two images in which the arterial blood is manipulated differently, the static proton signal in the rest of the tissue subtracts out, leaving only the signal arising from the delivered arterial blood. ASL and BOLD imaging can be used together simultaneously to provide a probe of regional brain blood flow and neuronal function.

یک روش جایگزین MRI به نام برچسب زدن اسپین شریانی (ASL) می‌تواند برای ارزیابی کمی‌بیشتر از جریان خون منطقه ای استفاده شود. ASL با دستکاری سیگنال MR خون شریانی قبل از تحویل به نواحی مختلف مغز عمل می‌کند. با کم کردن دو تصویر که در آنها خون شریانی به گونه‌ای متفاوت دستکاری می‌شود، سیگنال پروتون ساکن در بقیه بافت کم می‌شود و تنها سیگنال ناشی از خون شریانی تحویل‌شده باقی می‌ماند. تصویربرداری ASL و BOLD را می‌توان به طور همزمان برای ارائه کاوشگری از جریان خون منطقه ای مغز و عملکرد عصبی استفاده کرد.

Figure 62-3. Increase in blood flow to the occipital regions of a cat’s brain when light is shined into its eyes.

شکل ۶۲-۳. افزایش جریان خون به نواحی پس سری مغز گربه هنگامی‌که نور به چشمان گربه تابیده می‌شود.

Cerebral Blood Flow Autoregulation Protects the Brain From Changes in Arterial Pressure. During normal daily activities, arterial pressure can fluctuate widely, rising to high levels during states of excitement or strenuous activity and falling to low levels during sleep. However, cerebral blood flow is “autoregulated” extremely well between arterial pressure limits of approximately 60 and 150 mm Hg (Figure 62-4). That is, acute reductions in mean arterial pressure to as low as 60 mm Hg or increases to as high as 150 mm Hg do not cause major changes in cerebral blood flow in people who have normal autoregulation.

خودتنظیمی‌جریان خون مغزی از مغز در برابر تغییرات فشار شریانی محافظت می‌کند. در طول فعالیت‌های معمولی روزانه، فشار شریانی می‌تواند به‌طور گسترده‌ای نوسان داشته باشد، در طول حالت‌های هیجانی یا فعالیت‌های شدید به سطوح بالایی افزایش یابد و در طول خواب به سطوح پایین کاهش یابد. با این حال، جریان خون مغزی بین محدودیت‌های فشار شریانی تقریباً ۶۰ و ۱۵۰ میلی‌متر جیوه به خوبی «تنظیم خودکار» می‌شود (شکل ۶۲-۴). یعنی کاهش حاد فشار متوسط ​​شریانی تا ۶۰ میلی‌متر جیوه یا افزایش تا ۱۵۰ میلی‌متر جیوه، تغییرات عمده‌ای در جریان خون مغزی در افرادی که خودتنظیم طبیعی دارند، ایجاد نمی‌کند.

In people who have chronic hypertension there is hypertrophic remodeling of their cerebral blood vessels, as well as blood vessels in other organs (discussed in Chapter 17), and the autoregulatory curve is shifted to higher blood pressures. This resetting of cerebral blood flow autoregulation partially protects the brain from the damaging effects of the high blood pressure. but also makes the brain vulnerable to severe ischemia if blood pressure is reduced too rap- idly below the range of autoregulation. If arterial pressure falls below the limits of autoregulation, cerebral blood flow becomes severely decreased.

در افرادی که فشار خون مزمن دارند، بازسازی هیپرتروفیک رگ‌های خونی مغزی و همچنین عروق خونی در سایر اندام‌ها (در فصل ۱۷ مورد بحث قرار گرفت)، و منحنی خود تنظیمی‌به فشار خون بالاتر منتقل می‌شود. این تنظیم مجدد جریان خون مغزی تا حدی از مغز در برابر اثرات مخرب فشار خون بالا محافظت می‌کند. اما اگر فشار خون خیلی سریع کمتر از محدوده خودتنظیمی‌کاهش یابد، مغز را در برابر ایسکمی‌شدید آسیب پذیر می‌کند. اگر فشار شریانی کمتر از حد خود تنظیم شود، جریان خون مغزی به شدت کاهش می‌یابد.

Impairment of autoregulation makes cerebral blood flow much more dependent on arterial pressure. For ex- ample, in preeclampsia, a disorder of pregnancy associated with vascular dysfunction and hypertension, cerebral blood flow autoregulation may be impaired, leading to pressure- dependent increases in cerebral blood flow, disruption of the vascular endothelium, edema, and seizures in some cases. In old age, atherosclerosis and various brain disorders, cerebral blood flow autoregulation may also be im- paired, increasing the risk for blood pressure-dependent injury of the brain.

اختلال در خودتنظیمی‌باعث می‌شود جریان خون مغزی بسیار بیشتر به فشار شریانی وابسته باشد. به عنوان مثال، در پره اکلامپسی، اختلال بارداری که با اختلال عملکرد عروقی و فشار خون همراه است، خود تنظیم جریان خون مغزی ممکن است مختل شود، که منجر به افزایش وابسته به فشار در جریان خون مغزی، اختلال در اندوتلیوم عروقی، ادم و در برخی موارد تشنج می‌شود. در سنین بالا، آترواسکلروز و اختلالات مختلف مغزی، خودتنظیمی‌جریان خون مغزی نیز ممکن است مختل شود و خطر آسیب مغزی وابسته به فشار خون را افزایش دهد.

Figure 62-4. Autoregulation of cerebral blood flow during acute changes in mean arterial pressure in subjects with normotension (blue curve) and chronic hypertension (red curve). The dashed vertical lines indicate the approximate normal autoregulatory range.

شکل ۶۲-۴. تنظیم خودکار جریان خون مغزی در طی تغییرات حاد فشار متوسط ​​شریانی در افراد مبتلا به فشار خون طبیعی (منحنی آبی) و فشار خون مزمن (منحنی قرمز). خطوط عمودی چین دار محدوده تقریبی خودتنظیمی‌طبیعی را نشان می‌دهد.

Role of the Sympathetic Nervous System in Control- ling Cerebral Blood Flow. The cerebral circulatory system has strong sympathetic innervation that passes upward from the superior cervical sympathetic ganglia in the neck and then into the brain along with the cerebral arteries. This innervation supplies both the large brain arteries and the arteries that penetrate into the substance of the brain. However, transection of the sympathetic nerves or mild to moderate stimulation of them usually causes little change in cerebral blood flow because the blood flow autoregulation mechanism can override the nervous effects.

نقش سیستم عصبی سمپاتیک در کنترل جریان خون مغزی. سیستم گردش خون مغزی دارای عصب سمپاتیک قوی است که از گانگلیون سمپاتیک گردنی فوقانی در گردن به سمت بالا و سپس همراه با شریان‌های مغزی به مغز می‌رود. این عصب شریان‌های بزرگ مغز و شریان‌هایی که به درون ماده مغز نفوذ می‌کنند را تامین می‌کند. با این حال، برش اعصاب سمپاتیک یا تحریک خفیف تا متوسط ​​آنها معمولاً تغییر کمی‌در جریان خون مغزی ایجاد می‌کند زیرا مکانیسم خودتنظیمی‌جریان خون می‌تواند اثرات عصبی را نادیده بگیرد.

When mean arterial pressure rises acutely to an exceptionally high level, such as during strenuous exercise or during other states of excessive circulatory activity, the sympathetic nervous system normally constricts the large and intermediate-sized brain arteries enough to prevent the high pressure from reaching the smaller brain blood vessels. This mechanism is important in preventing vascular hemorrhages into the brain-that is, for preventing “cerebral stroke.”

هنگامی‌که فشار متوسط ​​شریانی به طور حاد به سطح فوق‌العاده‌ای بالا می‌رود، مانند هنگام ورزش شدید یا در طول سایر حالت‌های فعالیت گردش خون بیش از حد، سیستم عصبی سمپاتیک معمولاً عروق بزرگ و متوسط ​​​​مغز را به اندازه کافی منقبض می‌کند تا از رسیدن فشار بالا به رگ‌های خونی کوچک‌تر مغز جلوگیری کند. این مکانیسم در جلوگیری از خونریزی عروقی در مغز مهم است، یعنی برای جلوگیری از “سکته مغزی”.

CEREBRAL MICROCIRCULATION

As is true for almost all other tissues of the body, the number of blood capillaries in the brain is greatest where the metabolic needs are greatest. The overall metabolic rate of the brain gray matter where the neuronal cell bodies lie is about four times as great as that of white matter; correspondingly, the number of capillaries and rate of blood flow are also about four times as great in the gray matter.

میکروسیرکولاسیون مغزی

همانطور که تقریباً برای تمام بافت‌های دیگر بدن صدق می‌کند، تعداد مویرگ‌های خون در مغز در جایی که نیازهای متابولیکی بیشتر است، بیشتر است. نرخ متابولیک کلی ماده خاکستری مغز که در آن سلول‌های عصبی قرار دارند، تقریباً چهار برابر بیشتر از ماده سفید است. به همین ترتیب، تعداد مویرگ‌ها و سرعت جریان خون نیز در ماده خاکستری حدود چهار برابر بیشتر است.

An important structural characteristic of the brain capillaries is that most of them are much less “leaky” than the blood capillaries in almost any other tissue of the body. One reason for this phenomenon is that the capillaries are supported on all sides by “glial feet,” which are small projections from the surrounding glial cells (e.g., astroglial cells) that abut against all surfaces of the capillaries and provide physical support to prevent overstretching of the capillaries in case of high capillary blood pressure.

یک ویژگی مهم ساختاری مویرگ‌های مغز این است که اکثر آنها نسبت به مویرگ‌های خون تقریباً در هر بافت دیگر بدن «نشتی» کمتری دارند. یکی از دلایل این پدیده این است که مویرگ‌ها از همه طرف توسط “پاهای گلیال” حمایت می‌شوند، که برآمدگی‌های کوچکی از سلول‌های گلیال اطراف (مانند سلول‌های آستروگلیال) هستند که در برابر تمام سطوح مویرگ‌ها قرار دارند و برای جلوگیری از کشیدگی بیش از حد مویرگ‌ها در صورت فشار خون مویرگی بالا، حمایت فیزیکی می‌کنند.

The walls of the small arterioles leading to the brain capillaries become greatly thickened in people in whom high blood pressure develops, and these arterioles remain significantly constricted all the time to prevent transmission of the high pressure to the capillaries. We shall see later in the chapter that whenever these systems for protecting against transudation of fluid into the brain break down, serious brain edema ensues, which can lead rapidly to coma and death.

دیواره‌های شریان‌های کوچک منتهی به مویرگ‌های مغز در افرادی که فشار خون بالا در آنها ایجاد می‌شود بسیار ضخیم می‌شود و این شریان‌ها همیشه به طور قابل توجهی منقبض می‌شوند تا از انتقال فشار بالا به مویرگ‌ها جلوگیری شود. بعداً در این فصل خواهیم دید که هرگاه این سیستم‌ها برای محافظت در برابر انتقال مایع به مغز از بین بروند، ادم مغزی جدی ایجاد می‌شود که می‌تواند به سرعت به کما و مرگ منجر شود.

Cerebral “Stroke” Occurs When Cerebral Blood Vessels Are Blocked or Ruptured

Almost all elderly people have blockage of some small arteries in the brain, and up to 10% eventually have enough blockage to cause serious disturbance of brain function, a condition called a “stroke.”

“سکته مغزی” زمانی رخ می‌دهد که رگ‌های خونی مغز مسدود یا پاره شوند.

تقریباً همه افراد مسن دارای انسداد برخی از شریان‌های کوچک در مغز هستند و تا ۱۰ درصد در نهایت به اندازه‌ای انسداد دارند که باعث اختلال جدی در عملکرد مغز می‌شوند، وضعیتی که «سکته مغزی» نامیده می‌شود.

Many strokes are caused by arteriosclerotic plaques that occur in one or more of the feeder arteries to the brain. The plaques can activate the clotting mechanism of the blood, causing a blood clot to occur and block blood flow in the artery, thereby leading to acute loss of brain function in a localized area.

بسیاری از سکته‌های مغزی ناشی از پلاک‌های آترواسکلروتیک است که در یک یا چند شریان تغذیه‌کننده مغز رخ می‌دهد. پلاک‌ها می‌توانند مکانیسم انعقاد خون را فعال کرده و باعث ایجاد لخته خون شوند و جریان خون را در شریان مسدود کنند و در نتیجه منجر به از دست دادن حاد عملکرد مغز در یک ناحیه موضعی شوند.

In about 25% of people in whom strokes develop, high blood pressure makes one of the blood vessels burst; hemorrhage then occurs, compressing the local brain tissue and further compromising its functions. The neurological effects of a stroke are determined by the brain area affected. One of the most common types of stroke is blockage of the middle cerebral artery that supplies the midportion of one brain hemisphere. For example, if the middle cerebral artery is blocked on the left side of the brain, the person is likely to lose function in Wernicke’s speech comprehension area in the left cerebral hemisphere, and he or she also becomes unable to speak words because of loss of Broca’s motor area for word formation. In addition, loss of function of neural motor control areas of the left hemisphere can create spastic paralysis of most muscles on the opposite side of the body.

در حدود ۲۵ درصد از افرادی که در آنها سکته مغزی ایجاد می‌شود، فشار خون بالا باعث ترکیدن یکی از رگ‌های خونی می‌شود. سپس خونریزی رخ می‌دهد، بافت محلی مغز را فشرده می‌کند و عملکرد آن را بیشتر به خطر می‌اندازد. اثرات عصبی سکته مغزی توسط ناحیه مغزی درگیر تعیین می‌شود. یکی از رایج ترین انواع سکته مغزی، انسداد شریان مغزی میانی است که بخش میانی یک نیمکره مغز را تامین می‌کند. به عنوان مثال، اگر شریان مغزی میانی در سمت چپ مغز مسدود شده باشد، فرد احتمالاً عملکرد ناحیه درک گفتار ورنیکه در نیمکره چپ مغز را از دست می‌دهد و همچنین به دلیل از دست دادن ناحیه حرکتی بروکا برای تشکیل کلمه، قادر به صحبت کردن کلمات نیست. علاوه بر این، از دست دادن عملکرد نواحی کنترل حرکت عصبی نیمکره چپ می‌تواند باعث فلج اسپاستیک در اکثر عضلات طرف مقابل بدن شود.

In a similar manner, blockage of a posterior cerebral artery will cause infarction of the occipital pole of the hemi- sphere on the same side as the blockage, which causes loss of vision in both eyes in the half of the retina on the same side as the stroke lesion. Especially devastating are strokes that involve the blood supply to the midbrain because this effect can block nerve conduction in major pathways be- tween the brain and spinal cord, causing both sensory and motor abnormalities.

به روشی مشابه، انسداد یک شریان مغزی خلفی باعث انفارکتوس قطب پس سری نیمکره در همان سمت انسداد می‌شود که باعث از دست دادن بینایی در هر دو چشم در نیمه شبکیه در همان سمت ضایعه سکته مغزی می‌شود. به خصوص سکته‌هایی که شامل خونرسانی به مغز میانی می‌شوند، ویران‌کننده هستند، زیرا این اثر می‌تواند هدایت عصبی را در مسیرهای اصلی بین مغز و نخاع مسدود کند و باعث ناهنجاری‌های حسی و حرکتی شود.

As discussed in Chapter 60, small infarcts or micro- bleeds in small blood vessels may cause “silent strokes” with no readily apparent symptoms other than subtle cognitive decline. These small areas where infarction has occurred, however, may be detectable using magnetic resonance im- aging (MRI) or computed tomography (CT) imaging. It is estimated that approximately 25% of people greater than 80 years of age have had had one or more silent brain infarcts.

همانطور که در فصل ۶۰ مورد بحث قرار گرفت، انفارکتوس‌های کوچک یا خونریزی‌های کوچک در رگ‌های خونی کوچک ممکن است باعث “سکته‌های مغزی خاموش” شوند که علائم آشکاری به جز زوال شناختی ظریف ندارند. با این حال، این نواحی کوچک که در آن انفارکتوس رخ داده است، ممکن است با استفاده از تصویربرداری رزونانس مغناطیسی (MRI) یا تصویربرداری توموگرافی کامپیوتری (CT) قابل تشخیص باشند. تخمین زده می‌شود که تقریباً ۲۵ درصد از افراد بالای ۸۰ سال یک یا چند سکته مغزی خاموش داشته اند.

Figure 62-5. The arrows show the pathway of cerebrospinal fluid flow from the choroid plexuses in the lateral ventricles to the arachnoidal villi protruding into the dural sinuses.

شکل ۶۲-۵. فلش‌ها مسیر جریان مایع مغزی نخاعی را از شبکه‌های مشیمیه در بطن‌های جانبی به پرزهای عنکبوتیه بیرون زده به داخل سینوس‌های دورال نشان می‌دهند.

CEREBROSPINAL FLUID SYSTEM

The entire cerebral cavity enclosing the brain and spinal cord has a capacity of about 1600 to 1700 ml. About 150 ml of this capacity is occupied by cerebrospinal fluid and the remainder by the brain and cord. This fluid, as shown in Figure 62-5, is present in the ventricles of the brain, in the cisterns around the outside of the brain, and in the subarachnoid space around both the brain and the spinal cord. All these chambers are connected with one another, and the pressure of the fluid is maintained at a surprisingly constant level.

سیستم مایع مغزی نخاعی

کل حفره مغزی که مغز و نخاع را در بر می‌گیرد، ظرفیتی در حدود ۱۶۰۰ تا ۱۷۰۰ میلی لیتر دارد. حدود ۱۵۰ میلی لیتر از این ظرفیت توسط مایع مغزی نخاعی و بقیه توسط مغز و نخاع اشغال می‌شود. این مایع، همانطور که در شکل ۶۲-۵ نشان داده شده است، در بطن‌های مغز، در مخازن اطراف خارج مغز و در فضای زیر عنکبوتیه اطراف مغز و نخاع وجود دارد. همه این محفظه‌ها به یکدیگر متصل هستند و فشار سیال در سطح شگفت آور ثابتی حفظ می‌شود.

CUSHIONING FUNCTION OF THE CEREBROSPINAL FLUID

A major function of the cerebrospinal fluid is to cushion the brain within its solid vault. The brain and the cerebrospinal fluid have about the same specific gravity (with only about a 4% difference), so the brain simply floats in the fluid. There- fore, a blow to the head, if it is not too intense, moves the entire brain simultaneously with the skull, causing no one portion of the brain to be momentarily contorted by the blow.

عملکرد بالشتک مایع مغزی نخاعی

عملکرد اصلی مایع مغزی نخاعی این است که مغز را در طاق جامد خود نگه می‌دارد. مغز و مایع مغزی نخاعی تقریباً وزن مخصوص یکسانی دارند (فقط با حدود ۴٪ اختلاف)، بنابراین مغز به سادگی در مایع شناور می‌شود. بنابراین، ضربه ای که به سر وارد می‌شود، اگر خیلی شدید نباشد، کل مغز را همزمان با جمجمه به حرکت در می‌آورد و باعث می‌شود که هیچ بخشی از مغز به طور لحظه ای در اثر ضربه منقبض نشود.

Contrecoup. When a blow to the head is extremely severe, it may not damage the brain on the side of the head where the blow is struck but is likely to damage the oppo- site side. This phenomenon is known as “contrecoup,” and the reason for this effect is the following: When the blow is struck, the fluid on the struck side is so incompressible that as the skull moves, the fluid pushes the brain at the same time in unison with the skull. On the side opposite to the area that is struck, the sudden movement of the whole skull causes the skull to pull away from the brain momentarily because of the brain’s inertia, creating for a split second a vacuum space in the cranial vault in the area opposite to the blow. Then, when the skull is no longer being accelerated by the blow, the vacuum suddenly collapses and the brain strikes the inner surface of the skull.

کنترکوتا. هنگامی‌که ضربه به سر بسیار شدید باشد، ممکن است به مغز در سمتی که ضربه وارد شده است آسیب نرساند، اما احتمالاً به سمت مقابل آسیب می‌رساند. این پدیده به نام “contrecoup” شناخته می‌شود و دلیل این اثر به شرح زیر است: هنگامی‌که ضربه وارد می‌شود، مایع سمت ضربه خورده آنقدر تراکم ناپذیر است که با حرکت جمجمه، مایع همزمان با جمجمه مغز را هل می‌دهد. در سمت مخالف ناحیه ای که ضربه زده شده است، حرکت ناگهانی کل جمجمه باعث می‌شود که جمجمه به دلیل اینرسی مغز به طور لحظه ای از مغز دور شود و برای یک ثانیه یک فضای خلاء در طاق جمجمه در ناحیه مقابل ضربه ایجاد شود. سپس، زمانی که جمجمه دیگر با ضربه شتاب نمی‌گیرد، خلاء ناگهان فرو می‌ریزد و مغز به سطح داخلی جمجمه برخورد می‌کند.

The poles and the inferior surfaces of the frontal and temporal lobes, where the brain comes into contact with bony protuberances in the base of the skull, are often the sites of injury and contusions (bruises) after a severe blow to the head, such as that experienced by a boxer. If the contusion occurs on the same side as the impact injury, it is a coup injury; if it occurs on the opposite side, the contusion is a contrecoup injury.

قطب‌ها و سطوح تحتانی لوب‌های پیشانی و گیجگاهی، جایی که مغز با برآمدگی‌های استخوانی در قاعده جمجمه تماس پیدا می‌کند، اغلب محل آسیب و کوفتگی (کبودی) پس از ضربه شدید به سر، مانند ضربه ای است که بوکسور تجربه می‌کند. اگر کوفتگی در همان سمت آسیب ضربه رخ دهد، آسیب کودتا است. اگر در طرف مقابل رخ دهد، کوفتگی یک آسیب کانترکوپ است.

Coup and contrecoup injuries can also be caused by rapid acceleration or deceleration alone in the absence of physical impact due to a blow to the head. In these cases, the brain may bounce off the wall of the skull, causing a coup injury, and then also bounce off the opposite side, causing a contrecoup contusion. Such injuries are thought to occur, for example, in “shaken baby syndrome” or some- times in vehicular accidents.

صدمات ناشی از کودتا و کودتا نیز می‌تواند در اثر شتاب سریع یا کاهش سرعت به تنهایی در غیاب ضربه فیزیکی ناشی از ضربه به سر ایجاد شود. در این موارد، مغز ممکن است از دیواره جمجمه جهش کند و باعث آسیب کودتا شود و سپس از طرف مقابل نیز جهش کند و باعث کوفتگی کانترکوپ شود. تصور می‌شود که چنین صدماتی، برای مثال، در “سندرم کودک تکان خورده” یا گاهی اوقات در تصادفات خودرو اتفاق می‌افتد.

FORMATION, FLOW, AND ABSORPTION OF CEREBROSPINAL FLUID

Cerebrospinal fluid is formed at a rate of about 500 ml/ day, which is three to four times as much as the total volume of fluid in the entire cerebrospinal fluid system. About two-thirds or more of this fluid originates as secretion from the choroid plexuses in the four ventricles, mainly in the two lateral ventricles. Additional small amounts of fluid are secreted by the ependymal surfaces of all the ventricles and by the arachnoidal membranes. A small amount comes from the brain through the peri- vascular spaces that surround the blood vessels passing through the brain.

تشکیل، جریان و جذب مایع مغزی نخاعی

مایع مغزی نخاعی با سرعتی در حدود ۵۰۰ میلی لیتر در روز تشکیل می‌شود که سه تا چهار برابر حجم کل مایع در کل سیستم مایع مغزی نخاعی است. حدود دو سوم یا بیشتر از این مایع به صورت ترشح از شبکه‌های مشیمیه در چهار بطن، عمدتاً در دو بطن جانبی منشأ می‌گیرد. مقدار کمی‌مایع اضافی از سطوح اپاندیمی‌همه بطن‌ها و غشای عنکبوتیه ترشح می‌شود. مقدار کمی‌از مغز از طریق فضاهای اطراف عروقی که رگ‌های خونی عبوری از مغز را احاطه کرده اند، می‌آید.

The arrows in Figure 62-5 show that the main channels of fluid flow from the choroid plexuses and then through the cerebrospinal fluid system. The fluid secreted in the lateral ventricles passes first into the third ventricle; then, after addition of minute amounts of fluid from the third ventricle, it flows downward along the aqueduct of Sylvius into the fourth ventricle, where still another minute amount of fluid is added. Finally, the fluid passes out of the fourth ventricle through three small openings, two lateral foramina of Luschka and a midline foramen of Magendie, entering the cisterna magna, a fluid space that lies behind the medulla and beneath the cerebellum.

فلش‌های شکل ۶۲-۵ نشان می‌دهد که کانال‌های اصلی مایع از شبکه‌های مشیمیه و سپس از طریق سیستم مایع مغزی نخاعی جریان می‌یابد. مایع ترشح شده در بطن‌های جانبی ابتدا وارد بطن سوم می‌شود. سپس، پس از افزودن مقدار کمی‌مایع از بطن سوم، در امتداد قنات سیلویوس به سمت پایین جریان می‌یابد و به بطن چهارم می‌ریزد، جایی که مقدار دقیقه دیگر مایع اضافه می‌شود. در نهایت، مایع از بطن چهارم از طریق سه دهانه کوچک، دو سوراخ جانبی لوشکا و یک سوراخ خط وسط Magendie از بطن چهارم خارج می‌شود و وارد سیسترنا مگنا می‌شود، فضای مایعی که در پشت بصل النخاع و زیر مخچه قرار دارد.

The cisterna magna is continuous with the subarachnoid space that surrounds the entire brain and spinal cord. Almost all the cerebrospinal fluid then flows upward from the cisterna magna through the subarachnoid spaces sur- rounding the cerebrum. From here, the fluid flows into and through multiple arachnoidal villi that project into the large sagittal venous sinus and other venous sinuses of the cerebrum. Thus, any extra fluid empties into the venous blood through pores of these villi.

سیسترنا مگنا با فضای زیر عنکبوتیه که کل مغز و نخاع را احاطه کرده است پیوسته است. سپس تقریباً تمام مایع مغزی نخاعی از سیسترنا مگنا از طریق فضاهای زیر عنکبوتیه اطراف مخ به سمت بالا جریان می‌یابد. از اینجا، مایع به داخل و از طریق پرزهای عنکبوتیه متعددی که به سینوس ورید ساژیتال بزرگ و سایر سینوس‌های وریدی مخ بیرون می‌آیند، جریان می‌یابد. بنابراین، هر مایع اضافی از طریق منافذ این پرزها وارد خون وریدی می‌شود.

Figure 62-6. Choroid plexus in a lateral ventricle.

شکل ۶۲-۶. شبکه کوروئید در یک بطن جانبی.

Secretion by the Choroid plexus. The choroid plexus, a section of which is shown in Figure 62-6, is a cauliflower- like growth of blood vessels covered by a thin layer of epithelial cells. This plexus projects into the temporal horn of each lateral ventricle, the posterior portion of the third ventricle, and the roof of the fourth ventricle.

ترشح توسط شبکه کوروئید. شبکه مشیمیه که بخشی از آن در شکل ۶۲-۶ نشان داده شده است، رشدی شبیه گل کلم از رگ‌های خونی است که توسط لایه نازکی از سلول‌های اپیتلیال پوشیده شده است. این شبکه به داخل شاخ زمانی هر بطن جانبی، قسمت خلفی بطن سوم و سقف بطن چهارم می‌رود.

Secretion of fluid into the ventricles by the choroid plexus depends mainly on active transport of sodium ions through the epithelial cells lining the outside of the plexus. The positive charges of sodium ions in turn pull along large amounts of negatively charged chloride ions. The two ions increase the quantity of osmotically active sodium chloride in the cerebrospinal fluid, which then causes almost immediate osmosis of water through the membrane, thus providing the fluid of the secretion.

ترشح مایع به داخل بطن‌ها توسط شبکه مشیمیه عمدتاً به انتقال فعال یون‌های سدیم از طریق سلول‌های اپیتلیال پوشش بیرونی شبکه بستگی دارد. بارهای مثبت یون‌های سدیم به نوبه خود مقادیر زیادی از یون‌های کلرید با بار منفی را به سمت خود می‌کشند. این دو یون مقدار کلرید سدیم فعال اسمزی را در مایع مغزی نخاعی افزایش می‌دهند، که سپس باعث اسمز تقریباً فوری آب از طریق غشاء می‌شود و در نتیجه مایع ترشح را فراهم می‌کند.

Less important transport processes move small amounts of glucose into the cerebrospinal fluid and both potassium and bicarbonate ions out of the cerebrospinal fluid into the capillaries. Therefore, the resulting characteristics of the cerebrospinal fluid become the following: osmotic pressure, approximately equal to that of plasma; sodium ion concentration, also approximately equal to that of plasma; chloride ion, about 15% greater than in plasma; potassium ion, approximately 40% less; and glucose, about 30% less.

فرآیندهای انتقال کمتر مهم، مقادیر کمی‌گلوکز را به مایع مغزی نخاعی و یون‌های پتاسیم و بی کربنات را از مایع مغزی نخاعی به داخل مویرگ‌ها منتقل می‌کنند. بنابراین، ویژگی‌های حاصل از مایع مغزی نخاعی به شرح زیر است: فشار اسمزی، تقریبا برابر با پلاسما. غلظت یون سدیم نیز تقریباً برابر با پلاسما است. یون کلرید، حدود ۱۵٪ بیشتر از پلاسما. یون پتاسیم، تقریباً ۴۰٪ کمتر؛ و گلوکز، حدود ۳۰٪ کمتر.

Absorption of Cerebrospinal Fluid Through the Arachnoidal Villi. The arachnoidal villi are microscopic fingerlike inward projections of the arachnoidal membrane through the walls and into the venous sinuses. Conglomerates of these villi form macroscopic structures called arachnoidal granulations that can be seen protruding into the sinuses. The endothelial cells covering the villi have been shown by electron microscopy to have vesicular pas- sages directly through the bodies of the cells large enough to allow relatively free flow of (1) cerebrospinal fluid, (2) dissolved protein molecules, and (3) even particles as large as red and white blood cells into the venous blood.

جذب مایع مغزی نخاعی از طریق پرزهای عنکبوتیه. پرزهای عنکبوتیه برآمدگی‌های میکروسکوپی انگشت مانند غشای عنکبوتیه به سمت داخل از طریق دیواره‌ها و داخل سینوس‌های وریدی هستند. کنگلومراهای این پرزها ساختارهای ماکروسکوپی به نام دانه‌های آراکنوئیدی را تشکیل می‌دهند که می‌توانند به داخل سینوس‌ها بیرون زده باشند. سلول‌های اندوتلیال پوشش‌دهنده پرزها با میکروسکوپ الکترونی نشان داده‌اند که دارای گذرگاه‌های تاولی مستقیماً از بدن سلول‌ها هستند که به اندازه کافی بزرگ هستند که جریان نسبتاً آزاد (۱) مایع مغزی نخاعی، (۲) مولکول‌های پروتئین محلول و (۳) حتی ذرات به بزرگی گلبول‌های قرمز و سفید خون را به داخل خون وریدی می‌دهند.

Figure 62-7. Drainage of a perivascular space into the subarachnoid space. (Modified from Ranson SW, Clark SL: Anatomy of the Nervous System. Philadelphia: WB Saunders, 1959.)

شکل ۶۲-۷. تخلیه فضای اطراف عروقی به فضای زیر عنکبوتیه. (اصلاح شده از Ranson SW، Clark SL: Anatomy of the Nervous System. Philadelphia: WB Saunders، ۱۹۵۹.)

Perivascular Spaces and Cerebrospinal Fluid. The large arteries and veins of the brain lie on the surface of the brain but their ends penetrate inward, carrying with them a layer of pia mater, the membrane that covers the brain, as shown in Figure 62-7. The pia is only loosely adherent to the vessels, so a space, the perivascular space, exists between it and each vessel. Therefore, perivascular spaces follow both the arteries and the veins into the brain as far as the arterioles and venules go.

فضاهای اطراف عروق و مایع مغزی نخاعی. همانطور که در شکل ۶۲-۷ نشان داده شده است، شریان‌ها و وریدهای بزرگ مغز روی سطح مغز قرار دارند، اما انتهای آنها به داخل نفوذ می‌کنند و با خود لایه‌ای از پیا ماتر، غشایی که مغز را می‌پوشاند، حمل می‌کنند. پیا فقط به طور شل به رگ‌ها می‌چسبد، بنابراین یک فضای، فضای اطراف عروقی، بین آن و هر رگ وجود دارد. بنابراین، فضاهای اطراف عروقی، هم شریان‌ها و هم سیاهرگ‌ها را تا جایی که شریان‌ها و وریدها می‌روند، به سمت مغز دنبال می‌کنند.

Lymphatic Function of the Perivascular Spaces. As is true elsewhere in the body, a small amount of protein leaks out of the brain capillaries into the interstitial spaces of the brain. The protein that leaks into the brain interstitial spaces leaves the tissue flowing with fluid through the perivascular spaces into the subarachnoid spaces. On reaching the subarachnoid spaces, the protein then flows with the cerebrospinal fluid to be absorbed through the arachnoidal villi into the large cerebral veins. Therefore, perivascular spaces, in effect, provide a specialized lymphatic system for the brain.

عملکرد لنفاوی فضاهای اطراف عروق. همانطور که در سایر نقاط بدن صادق است، مقدار کمی‌پروتئین از مویرگ‌های مغز به فضاهای بینابینی مغز نشت می‌کند. پروتئینی که به فضاهای بینابینی مغز نشت می‌کند، بافت را با مایع از طریق فضاهای اطراف عروقی به فضاهای زیر عنکبوتیه جریان می‌دهد. با رسیدن به فضاهای زیر عنکبوتیه، پروتئین همراه با مایع مغزی نخاعی جریان می‌یابد تا از طریق پرزهای عنکبوتیه به وریدهای بزرگ مغزی جذب شود. بنابراین، فضاهای اطراف عروقی، در واقع یک سیستم لنفاوی تخصصی برای مغز فراهم می‌کنند.

In addition to transporting fluid and proteins, the peri- vascular spaces transport extraneous particulate matter out of the brain. For example, whenever infection occurs in the brain, dead white blood cells and other infectious debris are carried away through the perivascular spaces.

علاوه بر انتقال مایعات و پروتئین‌ها، فضاهای اطراف عروقی، ذرات خارج از مغز را به خارج از مغز منتقل می‌کنند. به عنوان مثال، هر زمان که عفونت در مغز رخ می‌دهد، گلبول‌های سفید مرده و سایر باقی مانده‌های عفونی از طریق فضاهای اطراف عروقی منتقل می‌شوند.

Scientists have long believed that the brain lacks true lymphatic vessels to drain the interstitial spaces of excess fluid, protein, and other macromolecules. Some studies, however, have reported that there are meningeal lymphatic vessels at the base of the skull, at least in rodents.

دانشمندان مدت‌ها بر این باور بودند که مغز فاقد رگ‌های لنفاوی واقعی برای تخلیه فضاهای بینابینی مایع اضافی، پروتئین و سایر ماکرومولکول‌ها است. با این حال، برخی از مطالعات گزارش داده اند که عروق لنفاوی مننژی در قاعده جمجمه، حداقل در جوندگان، وجود دارد.

Whether these lymphatic vessels are present in human beings is still uncertain.

وجود این عروق لنفاوی در انسان هنوز مشخص نیست.

Cerebrospinal Fluid Pressure

The normal pressure in the cerebrospinal fluid system when one is lying in a horizontal position averages 130 mm of water (10 mm Hg), although this pressure may be as low as 65 mm of water or as high as 195 mm of water even in the normal healthy person.

فشار مایع مغزی نخاعی

فشار نرمال در سیستم مایع مغزی نخاعی زمانی که فرد در حالت افقی دراز می‌کشد به طور متوسط ​​۱۳۰ میلی متر آب (۱۰ میلی متر جیوه) است، اگرچه این فشار ممکن است به ۶۵ میلی متر آب یا تا ۱۹۵ میلی متر آب حتی در یک فرد سالم سالم برسد.

Regulation of Cerebrospinal Fluid Pressure by the Arachnoidal Villi. The normal rate of cerebrospinal fluid formation remains nearly constant, so changes in fluid formation are seldom a factor in pressure control. The arachnoidal villi function like valves that allow cerebrospinal fluid and its contents to flow readily into the blood of the venous sinuses while not allowing blood to flow backward in the opposite direction. Normally, this valve action of the villi allows cerebrospinal fluid to begin to flow into the blood when cerebrospinal fluid pressure is about 1.5 mm Hg greater than the pressure of the blood in the venous sinuses. Then, if the cerebrospinal fluid pressure rises still higher, the valves open more widely. Under normal conditions, the cerebrospinal fluid pressure almost never rises more than a few millimeters of mercury higher than the pressure in the cerebral venous sinuses.

تنظیم فشار مایع مغزی نخاعی توسط پرزهای عنکبوتیه. سرعت طبیعی تشکیل مایع مغزی نخاعی تقریباً ثابت می‌ماند، بنابراین تغییرات در تشکیل مایع به ندرت عاملی در کنترل فشار است. پرزهای عنکبوتیه مانند دریچه‌هایی عمل می‌کنند که به مایع مغزی نخاعی و محتویات آن اجازه می‌دهند تا به راحتی در خون سینوس‌های وریدی جریان پیدا کنند، در حالی که اجازه نمی‌دهند خون در جهت مخالف به سمت عقب جریان یابد. به طور معمول، این عملکرد دریچه پرزها به مایع مغزی نخاعی اجازه می‌دهد تا زمانی که فشار مایع مغزی نخاعی حدود ۱.۵ میلی متر جیوه بیشتر از فشار خون در سینوس‌های وریدی است، شروع به جریان یافتن به خون کند. سپس، اگر فشار مایع مغزی نخاعی باز هم بیشتر شود، دریچه‌ها بازتر می‌شوند. در شرایط عادی، فشار مایع مغزی نخاعی تقریباً هرگز بیش از چند میلی‌متر جیوه بیشتر از فشار موجود در سینوس‌های وریدی مغز افزایش نمی‌یابد.

In disease states, the villi sometimes become blocked by large particulate matter, by fibrosis, or by blood cells that have leaked into the cerebrospinal fluid in brain diseases. Such blockage can cause high cerebrospinal fluid pressure, as described in the following section.

در حالت‌های بیماری، پرزها گاهی توسط ذرات بزرگ، فیبروز یا سلول‌های خونی که در بیماری‌های مغزی به مایع مغزی نخاعی نشت کرده‌اند مسدود می‌شوند. چنین انسدادی می‌تواند باعث فشار بالای مایع مغزی نخاعی شود، همانطور که در بخش زیر توضیح داده شده است.

High Cerebrospinal Fluid Pressure in Pathological Conditions of the Brain. Often a large brain tumor elevates the cerebrospinal fluid pressure by decreasing reabsorption of the cerebrospinal fluid back into the blood. As a result, the cerebrospinal fluid pressure can rise to as much as 500 mm of water (37 mm Hg) or about four times normal.

فشار بالای مایع مغزی نخاعی در شرایط پاتولوژیک مغز. اغلب یک تومور مغزی بزرگ فشار مایع مغزی نخاعی را با کاهش بازجذب مایع مغزی نخاعی به داخل خون افزایش می‌دهد. در نتیجه، فشار مایع مغزی نخاعی می‌تواند تا ۵۰۰ میلی متر آب (۳۷ میلی متر جیوه) یا حدود چهار برابر طبیعی افزایش یابد.

The cerebrospinal fluid pressure also rises considerably when hemorrhage or infection occurs in the cranial vault. In both these conditions, large numbers of red and/or white blood cells suddenly appear in the cerebrospinal fluid and can cause serious blockage of the small absorption channels through the arachnoidal villi. This also sometimes elevates the cerebrospinal fluid pressure to 400 to 600 mm of water (about four times normal).

فشار مایع مغزی نخاعی نیز زمانی که خونریزی یا عفونت در طاق جمجمه رخ می‌دهد به میزان قابل توجهی افزایش می‌یابد. در هر دو این شرایط، تعداد زیادی گلبول قرمز و/یا سفید خون به طور ناگهانی در مایع مغزی نخاعی ظاهر می‌شوند و می‌توانند باعث انسداد جدی کانال‌های جذب کوچک از پرزهای عنکبوتی شوند. همچنین گاهی اوقات فشار مایع مغزی نخاعی به ۴۰۰ تا ۶۰۰ میلی متر آب (حدود چهار برابر نرمال) افزایش می‌یابد.

Some babies are born with high cerebrospinal fluid pressure, which is often caused by abnormally high resistance to fluid reabsorption through the arachnoidal villi, resulting either from too few arachnoidal villi or from villi with abnormal absorptive properties. This is discussed later in connection with hydrocephalus.

برخی از نوزادان با فشار مایع مغزی نخاعی بالا به دنیا می‌آیند که اغلب ناشی از مقاومت غیرطبیعی زیاد در برابر بازجذب مایع از طریق پرزهای عنکبوتیه است که ناشی از تعداد بسیار کم پرزهای عنکبوتیه یا از پرزهایی با خاصیت جذب غیرطبیعی است. این بعداً در رابطه با هیدروسفالی مورد بحث قرار می‌گیرد.

Measurement of Cerebrospinal Fluid Pressure. The usual procedure for measuring cerebrospinal fluid pressure is simple. First, the person lies exactly horizontally on his or her side so that the fluid pressure in the spinal canal is equal to the pressure in the cranial vault. A spinal needle is then inserted into the lumbar spinal canal below the lower end of the cord, and the needle is connected to a vertical glass tube that is open to the air at its top. The spinal fluid is al- lowed to rise in the tube as high as it will. If it rises to a level 136 mm above the level of the needle, the pressure is said to be 136 mm of water pressure-or, dividing this number by 13.6, which is the specific gravity of mercury, about 10 mm Hg pressure.

اندازه گیری فشار مایع مغزی نخاعی. روش معمول برای اندازه گیری فشار مایع مغزی نخاعی ساده است. ابتدا فرد دقیقاً به صورت افقی به پهلو دراز می‌کشد به طوری که فشار مایع در کانال نخاعی برابر با فشار طاق جمجمه باشد. سپس یک سوزن نخاعی در کانال نخاعی کمری زیر انتهای پایین طناب وارد می‌شود و سوزن به یک لوله شیشه‌ای عمودی متصل می‌شود که در بالای آن به هوا باز است. به مایع نخاعی اجازه داده می‌شود تا هر اندازه که می‌خواهد در لوله بالا برود. اگر به سطح ۱۳۶ میلی متر بالاتر از سطح سوزن برسد، فشار را ۱۳۶ میلی متر فشار آب می‌گویند – یا با تقسیم این عدد بر ۱۳.۶، که وزن مخصوص جیوه است، فشار حدود ۱۰ میلی متر جیوه.

Obstruction to Flow of Cerebrospinal Fluid Can Cause Hydrocephalus. “Hydrocephalus” means excess water in the cranial vault. This condition is frequently divided into communicating hydrocephalus and noncommunicating hydrocephalus. In communicating hydrocephalus, fluid flows readily from the ventricular system into the subarachnoid space, whereas in noncommunicating hydrocephalus, fluid flow out of one or more of the ventricles is blocked.

انسداد جریان مایع مغزی نخاعی می‌تواند باعث هیدروسفالی شود. «هیدروسفالی» به معنای آب اضافی در طاق جمجمه است. این وضعیت اغلب به هیدروسفالی ارتباطی و هیدروسفالی غیر ارتباطی تقسیم می‌شود. در هیدروسفالی ارتباطی، مایع به راحتی از سیستم بطنی به فضای زیر عنکبوتیه جریان می‌یابد، در حالی که در هیدروسفالی غیر ارتباطی، جریان مایع از یک یا چند بطن مسدود می‌شود.

Usually the noncommunicating type of hydrocephalus is caused by a block in the aqueduct of Sylvius, resulting from atresia (closure) before birth in many babies or from blockage by a brain tumor at any age. As fluid is formed by the choroid plexuses in the two lateral and the third ventricles, the volumes of these three ventricles increase greatly, which flattens the brain into a thin shell against the skull. In neonates, the increased pressure also causes the whole head to swell because the skull bones have not yet fused.

معمولاً نوع غیر ارتباطی هیدروسفالی ناشی از بلوک در قنات سیلویوس است که ناشی از آترزی (بسته شدن) قبل از تولد در بسیاری از نوزادان یا انسداد تومور مغزی در هر سنی است. با تشکیل مایع توسط شبکه‌های مشیمیه در دو بطن جانبی و سوم، حجم این سه بطن به شدت افزایش می‌یابد که مغز را به پوسته ای نازک در برابر جمجمه تبدیل می‌کند. در نوزادان، افزایش فشار همچنین باعث تورم کل سر می‌شود، زیرا استخوان‌های جمجمه هنوز جوش نخورده اند.

The communicating type of hydrocephalus is usually caused by blockage of fluid flow in the subarachnoid spaces around the basal regions of the brain or by blockage of the arachnoidal villi where the fluid is normally absorbed into the venous sinuses. Fluid therefore collects both on the outside of the brain and to a lesser extent inside the ventricles. This will also cause the head to swell tremendously if it occurs in infancy when the skull is still pliable and can be stretched, and it can damage the brain at any age. A therapy for many types of hydrocephalus is surgical placement of a silicone tube shunt all the way from one of the brain ventricles to the peritoneal cavity where the excess fluid can be absorbed into the blood.

نوع ارتباطی هیدروسفالی معمولاً به دلیل انسداد جریان مایع در فضاهای زیر عنکبوتیه اطراف نواحی بازال مغز یا انسداد پرزهای عنکبوتیه که در آن مایع به طور معمول در سینوس‌های وریدی جذب می‌شود، ایجاد می‌شود. بنابراین مایعات هم در قسمت بیرونی مغز و هم به میزان کمتری در داخل بطن‌ها جمع می‌شوند. این همچنین اگر در دوران نوزادی اتفاق بیفتد، زمانی که جمجمه هنوز انعطاف پذیر است و می‌تواند کشیده شود، سر را به شدت متورم می‌کند و می‌تواند به مغز در هر سنی آسیب برساند. یک درمان برای بسیاری از انواع هیدروسفالی، قرار دادن یک شنت لوله سیلیکونی در تمام مسیر از یکی از بطن‌های مغز تا حفره صفاقی است که در آن مایع اضافی می‌تواند به خون جذب شود.

Blood-Cerebrospinal Fluid and Blood-Brain Barriers

It has already been pointed out that the concentrations of several important constituents of cerebrospinal fluid are not the same as in extracellular fluid elsewhere in the body. Furthermore, many large molecules hardly pass at all from the blood into the cerebrospinal fluid or into the interstitial fluids of the brain, even though these same substances pass readily into the usual interstitial fluids of the body. There- fore, it is said that barriers, called the blood-cerebrospinal fluid barrier and the blood-brain barrier, exist between the blood and the cerebrospinal fluid and brain fluid, respectively.

مایعات خونی مغزی نخاعی و موانع خونی مغزی

قبلاً اشاره شد که غلظت چندین ماده مهم مایع مغزی نخاعی با مایع خارج سلولی در سایر نقاط بدن یکسان نیست. علاوه بر این، بسیاری از مولکول‌های بزرگ به سختی از خون به مایع مغزی نخاعی یا مایعات بینابینی مغز عبور می‌کنند، حتی اگر همین مواد به راحتی به مایعات بینابینی معمولی بدن منتقل شوند. بنابراین گفته می‌شود که موانعی به نام سد خونی- مغزی-نخاعی و سد خونی-مغزی به ترتیب بین خون و مایع مغزی نخاعی و مایع مغزی وجود دارد.

These barriers exist both at the choroid plexus and at the tissue capillary membranes in essentially all areas of the brain parenchyma except in some areas of the hypothalamus, pineal gland, and area postrema, where substances diffuse with greater ease into the tissue spaces. The ease of diffusion in these areas is important because they have sensory receptors that respond to specific changes in the body fluids, such as changes in osmolality and in glucose concentration, as well as receptors for peptide hormones that regulate thirst, such as angiotensin II. The blood-brain barrier also has specific carrier molecules that facilitate transport of hormones, such as leptin, from the blood into the hypothalamus where they bind to specific receptors that control other functions such as appetite and sympathetic nervous system activity.

این موانع هم در شبکه مشیمیه و هم در غشای مویرگی بافت در اساساً در تمام نواحی پارانشیم مغز وجود دارند، به جز در برخی از نواحی هیپوتالاموس، غده صنوبری و ناحیه پسترما، جایی که مواد با سهولت بیشتری در فضاهای بافتی پخش می‌شوند. سهولت انتشار در این نواحی مهم است زیرا گیرنده‌های حسی دارند که به تغییرات خاص در مایعات بدن مانند تغییر اسمولالیته و غلظت گلوکز و همچنین گیرنده‌های هورمون‌های پپتیدی که تشنگی را تنظیم می‌کنند مانند آنژیوتانسین II پاسخ می‌دهند. سد خونی-مغزی همچنین دارای مولکول‌های حامل خاصی است که انتقال هورمون‌ها مانند لپتین را از خون به هیپوتالاموس تسهیل می‌کند، جایی که آنها به گیرنده‌های خاصی متصل می‌شوند که عملکردهای دیگری مانند اشتها و فعالیت سیستم عصبی سمپاتیک را کنترل می‌کنند.

In general, the blood-cerebrospinal fluid and blood-brain barriers are highly permeable to water, CO2, O2, and most lipid- soluble substances such as alcohol and anesthetics; slightly permeable to electrolytes such as sodium, chloride, and potassium; and almost totally impermeable to plasma proteins and most non-lipid-soluble large organic molecules. Therefore, the blood-cerebrospinal fluid and blood-brain barriers often make it impossible to achieve effective concentrations of therapeutic drugs, such as protein antibodies and non-lipid-soluble drugs, in the cerebrospinal fluid or parenchyma of the brain.

به طور کلی، مایع خونی-مغزی نخاعی و سدهای خونی-مغزی نسبت به آب، CO2، O2 و بیشتر مواد محلول در چربی مانند الکل و داروهای بیهوش کننده بسیار نفوذپذیر هستند. نسبت به الکترولیت‌هایی مانند سدیم، کلرید و پتاسیم کمی‌نفوذپذیر است. و تقریباً به پروتئین‌های پلاسما و بیشتر مولکول‌های آلی بزرگ غیر محلول در چربی غیر قابل نفوذ است. بنابراین، مایع خونی مغزی نخاعی و موانع خونی مغزی اغلب دستیابی به غلظت موثر داروهای درمانی مانند آنتی بادی‌های پروتئینی و داروهای غیر محلول در چربی را در مایع مغزی نخاعی یا پارانشیم مغز غیرممکن می‌کند.

The cause of the low permeability of the blood-cerebrospinal fluid and blood-brain barriers is the manner in which the endothelial cells of the brain tissue capillaries are joined to one another. They are joined by so-called tight junctions. That is, the membranes of the adjacent endothelial cells are tightly fused rather than having large slit pores between them, as is the case for most other capillaries of the body.

علت نفوذپذیری کم مایع خونی – مغزی نخاعی و سدهای خونی – مغزی، نحوه اتصال سلولهای اندوتلیال مویرگهای بافت مغز به یکدیگر است. آنها توسط اتصالات به اصطلاح محکم به هم می‌پیوندند. به این معنا که غشای سلول‌های اندوتلیال مجاور به‌جای داشتن منافذ شکاف بزرگ بین آن‌ها، مانند اکثر مویرگ‌های دیگر بدن، به‌طور محکم به هم متصل می‌شوند.

Brain Edema

One of the most serious complications of abnormal cerebral fluid dynamics is the development of brain edema. Because the brain is encased in a solid cranial vault, ac- cumulation of extra edema fluid compresses the blood vessels, often causing seriously decreased blood flow and destruction of brain tissue.

ادم مغزی

یکی از جدی ترین عوارض دینامیک غیرطبیعی مایع مغزی، ایجاد ادم مغزی است. از آنجایی که مغز در یک طاق جمجمه جامد محصور شده است، تجمع مایع ادم اضافی رگ‌های خونی را فشرده می‌کند و اغلب باعث کاهش شدید جریان خون و تخریب بافت مغز می‌شود.

The usual cause of brain edema is either greatly in- creased capillary pressure or damage to the capillary wall that makes the wall leaky to fluid. A common cause is a serious blow to the head, leading to brain concussion, in which the brain tissues and capillaries are traumatized and capillary fluid leaks into the traumatized tissues.
Once brain edema begins, it often initiates two vicious circles because of the following positive feedbacks:
1. Edema compresses the vasculature, which in turn decreases blood flow and causes brain ischemia. The ischemia in turn causes arteriolar dilation with still further increase in capillary pressure. The increased capillary pressure then causes more edema fluid, so the edema becomes progressively worse.
2. The decreased cerebral blood flow also decreases O2 delivery, which increases the permeability of the capillaries, allowing still more fluid leakage. The diminished blood flow also reduces delivery of substrates needed to produce adequate adenosine triphosphate (ATP) that, in turn, is required for the sodium pumps of the neuronal tissue cells, thus allowing these cells to swell. Once these vicious circles have begun, heroic measures must be used to prevent total destruction of the brain. One such measure is to infuse intravenously a concentrated osmotic substance, such as a concentrated mannitol solution, which pulls fluid by osmosis from the brain tissue and breaks up the vicious circles. Another procedure is to remove fluid quickly from the lateral ventricles of the brain by means of ventricular needle puncture, thereby relieving the intracerebral pressure.

علت معمول ادم مغز یا افزایش شدید فشار مویرگی یا آسیب به دیواره مویرگ است که باعث نشت دیواره به مایع می‌شود. یک علت شایع ضربه جدی به سر است که منجر به ضربه مغزی می‌شود که در آن بافت‌های مغز و مویرگ‌ها آسیب می‌بینند و مایع مویرگی به بافت‌های آسیب دیده نشت می‌کند.
هنگامی‌که ادم مغز شروع می‌شود، اغلب به دلیل بازخوردهای مثبت زیر، دو دور باطل را آغاز می‌کند:
1. ادم عروق را فشرده می‌کند که به نوبه خود جریان خون را کاهش می‌دهد و باعث ایسکمی‌مغز می‌شود. ایسکمی‌به نوبه خود باعث اتساع شریانی با افزایش بیشتر فشار مویرگی می‌شود. سپس افزایش فشار مویرگی باعث ایجاد مایع ادم بیشتر می‌شود، بنابراین ادم به تدریج بدتر می‌شود.
2. کاهش جریان خون مغزی، تحویل O2 را نیز کاهش می‌دهد، که نفوذپذیری مویرگ‌ها را افزایش می‌دهد و اجازه نشت مایعات بیشتری را می‌دهد. کاهش جریان خون همچنین تحویل بسترهای مورد نیاز برای تولید آدنوزین تری فسفات کافی (ATP) را کاهش می‌دهد که به نوبه خود برای پمپ‌های سدیم سلول‌های بافت عصبی مورد نیاز است، بنابراین به این سلول‌ها اجازه می‌دهد متورم شوند. هنگامی‌که این دور باطل آغاز شد، باید از اقدامات قهرمانانه برای جلوگیری از تخریب کامل مغز استفاده کرد. یکی از این اقدامات تزریق داخل وریدی یک ماده اسمزی غلیظ مانند محلول مانیتول غلیظ است که مایع را با اسمز از بافت مغز می‌کشد و حلقه‌های باطل را می‌شکند. روش دیگر برداشتن سریع مایع از بطن‌های جانبی مغز با سوراخ سوزنی بطنی است و در نتیجه فشار داخل مغزی کاهش می‌یابد.

BRAIN METABOLISM

Like other tissues, the brain requires O2 and food nutrients to supply its metabolic needs. However, brain metabolism features special attributes that require mention.

متابولیسم مغز

مانند سایر بافت‌ها، مغز برای تامین نیازهای متابولیکی خود به O2 و مواد مغذی غذایی نیاز دارد. با این حال، متابولیسم مغز دارای ویژگی‌های خاصی است که نیاز به ذکر دارد.

Total Brain Metabolic Rate and Metabolic Rate of Neurons. Under resting but awake conditions, brain metabolism accounts for about 15% of the total metabolism in the body, even though brain mass is only 2% of the total body mass. Therefore, under resting conditions, brain metabolism per unit mass of tissue is about 7.5 times the average metabolism in non-nervous system tissues.

نرخ متابولیک کل مغز و نرخ متابولیک نورون‌ها. در شرایط استراحت اما بیدار، متابولیسم مغز حدود ۱۵٪ از متابولیسم کل بدن را تشکیل می‌دهد، حتی اگر توده مغز تنها ۲٪ از کل توده بدن است. بنابراین، در شرایط استراحت، متابولیسم مغز در واحد جرم بافت حدود ۷.۵ برابر میانگین متابولیسم در بافت‌های غیر عصبی است.

Most of this brain metabolism occurs in the neurons, not in the glial supportive tissues. The major need for metabolism in the neurons is to pump ions through their membranes, mainly to transport sodium and calcium ions to the outside of the neuronal membrane and potassium ions to the interior. Each time a neuron conducts an action potential, these ions move through the membranes, increasing the need for additional membrane transport to restore proper ionic concentration differences across the neuron membranes. Therefore, during high levels of Bibliography brain activity, neuronal metabolism can increase as much as 100% to 150%.

بیشتر این متابولیسم مغز در نورون‌ها اتفاق می‌افتد، نه در بافت‌های حمایت کننده گلیال. نیاز اصلی برای متابولیسم در نورون‌ها، پمپاژ یون‌ها از طریق غشاء آنها است، عمدتاً برای انتقال یون‌های سدیم و کلسیم به خارج از غشای عصبی و یون‌های پتاسیم به داخل. هر بار که یک نورون پتانسیل عمل را هدایت می‌کند، این یون‌ها از طریق غشاها حرکت می‌کنند و نیاز به انتقال غشاء اضافی برای بازگرداندن اختلاف غلظت یونی مناسب در سراسر غشای نورون را افزایش می‌دهند. بنابراین، در طول سطوح بالای فعالیت مغزی کتابشناسی، متابولیسم عصبی می‌تواند از ۱۰۰٪ تا ۱۵۰٪ افزایش یابد.

Special Requirement of the Brain for Oxygen-Lack of Significant Anaerobic Metabolism. Most tissues of the body can live without O2 for several minutes and some for as long as 30 minutes. During this time, the tis- sue cells obtain their energy through processes of anaerobic metabolism, which means release of energy by partially breaking down glucose and glycogen but without combining these with O2. This process delivers energy but at the expense of consuming tremendous amounts of glucose and glycogen. However, it does keep the tissues alive.

نیاز ویژه مغز برای اکسیژن – کمبود متابولیسم بی هوازی قابل توجه. اکثر بافت‌های بدن می‌توانند بدون اکسیژن برای چند دقیقه و برخی تا ۳۰ دقیقه زندگی کنند. در طی این مدت، سلول‌های بافت انرژی خود را از طریق فرآیندهای متابولیسم بی‌هوازی به دست می‌آورند، که به معنای آزاد شدن انرژی با تجزیه بخشی از گلوکز و گلیکوژن است، اما بدون ترکیب آنها با O2. این فرآیند انرژی را تحویل می‌دهد اما به قیمت مصرف مقادیر زیادی گلوکز و گلیکوژن. با این حال، بافت‌ها را زنده نگه می‌دارد.

The brain is not capable of much anaerobic metabolism after sudden reduction in O2 delivery. One of the reasons for this is the high metabolic rate of the neurons, so most neuronal activity depends on second-by-second delivery of O2 from the blood. Putting these factors together, one can understand why sudden cessation of blood flow to the brain or sudden total lack of O2 in the blood can cause unconsciousness within 5 to 10 seconds.

پس از کاهش ناگهانی در تحویل O2، مغز قادر به متابولیسم بی هوازی زیادی نیست. یکی از دلایل این امر سرعت متابولیک بالای نورون‌ها است، بنابراین بیشتر فعالیت‌های عصبی به تحویل ثانیه به ثانیه O2 از خون بستگی دارد. با کنار هم قرار دادن این عوامل، می‌توان فهمید که چرا قطع ناگهانی جریان خون به مغز یا کمبود ناگهانی O2 در خون می‌تواند باعث بیهوشی در عرض ۵ تا ۱۰ ثانیه شود.

Under Normal Conditions, Most Brain Energy Is Sup- plied by Glucose. Under normal conditions, almost all the energy used by the brain cells is supplied by glucose derived from the blood. As is true for O2, most of this glucose is derived minute by minute and second by second from the capillary blood, with a total of only about a 2-minute supply of glucose normally stored as glycogen in the neurons at any given time.

در شرایط عادی، بیشتر انرژی مغز از گلوکز تامین می‌شود. در شرایط عادی، تقریباً تمام انرژی مورد استفاده سلول‌های مغز از گلوکز مشتق شده از خون تامین می‌شود. همانطور که برای O2 صدق می‌کند، بیشتر این گلوکز دقیقه به دقیقه و ثانیه به ثانیه از خون مویرگی به دست می‌آید و در مجموع تنها حدود ۲ دقیقه از گلوکز به طور معمول به عنوان گلیکوژن در سلول‌های عصبی در هر زمان ذخیره می‌شود.

A special feature of glucose delivery to neurons is that its transport into the neurons through the cell mem- brane is not dependent on insulin, even though insulin is required for glucose transport into most other body cells. Therefore, in patients who have serious diabetes with essentially zero secretion of insulin, glucose still diffuses readily into the neurons, which is most fortunate in preventing loss of mental function in persons with diabetes. Yet when a diabetic patient is overtreated with insulin, the blood glucose concentration can fall to an extremely low level because the excess insulin causes almost all the glucose in the blood to be transported rapidly into the vast numbers of insulin-sensitive non- neural cells throughout the body, especially into muscle and liver cells. When this happens, not enough glucose is left in the blood to supply the neurons properly, and mental function becomes seriously deranged, lead- ing sometimes to coma and even more often to mental imbalances and psychotic disturbances-all caused by overtreatment with insulin.

یکی از ویژگی‌های خاص انتقال گلوکز به نورون‌ها این است که انتقال آن به نورون‌ها از طریق غشای سلولی به انسولین وابسته نیست، حتی اگر انسولین برای انتقال گلوکز به سایر سلول‌های بدن مورد نیاز است. بنابراین، در بیمارانی که دیابت جدی دارند و اساساً ترشح انسولین صفر است، گلوکز همچنان به آسانی در نورون‌ها پخش می‌شود، که این خوش شانسی در جلوگیری از از دست دادن عملکرد ذهنی در افراد مبتلا به دیابت است. با این حال، هنگامی‌که یک بیمار دیابتی تحت درمان بیش از حد با انسولین قرار می‌گیرد، غلظت گلوکز خون می‌تواند به سطح بسیار پایینی کاهش یابد، زیرا انسولین اضافی باعث می‌شود تقریباً تمام گلوکز خون به سرعت به تعداد زیادی از سلول‌های غیر عصبی حساس به انسولین در سراسر بدن، به ویژه به سلول‌های ماهیچه ای و کبدی منتقل شود. هنگامی‌که این اتفاق می‌افتد، گلوکز کافی در خون باقی نمی‌ماند تا نورون‌ها را به درستی تامین کند، و عملکرد ذهنی به طور جدی مختل می‌شود، که گاهی به کما و حتی بیشتر اوقات به عدم تعادل روانی و اختلالات روان پریشی منجر می‌شود که همه ناشی از درمان بیش از حد با انسولین است.

Bibliography

کتابشناسی

Ben Haim L, Rowitch DH: Functional diversity of astrocytes in neural circuit regulation. Nat Rev Neurosci 18:31, 2017.

Butterfield DA, Halliwell B: Oxidative stress, dysfunctional glucose me- tabolism and Alzheimer disease. Nat Rev Neurosci 20:148, 2019.

Chesler M: Regulation and modulation of pH in the brain. Physiol Rev 83:1183, 2003.

Coucha M, Abdelsaid M, Ward R, et al: Impact of metabolic diseases on cerebral circulation: Structural and functional consequences. Compr Physiol 8:773, 2018.

Damkier HH, Brown PD, Praetorius J: Cerebrospinal fluid secretion by the choroid plexus. Physiol Rev 93:1847, 2013.

Harder DR, Rarick KR, Gebremedhin D, Cohen SS: Regulation of cer- ebral blood flow: response to cytochrome P450 lipid metabolites. Compr Physiol 8:801, 2018.

ladecola C: The neurovascular unit coming of age: a journey through neurovascular coupling in health and disease. Neuron 96:17, 2017.

ladecola C, Duering M, Hachinski V et al: Vascular cognitive impair- ment and dementia: JACC Scientific Expert Panel. J Am Coll Cardiol 73:3326, 2019.

Kisler K, Nelson AR, Montagne A, Zlokovic BV: Cerebral blood flow regulation and neurovascular dysfunction in Alzheimer disease. Nat Rev Neurosci 18:419, 2017.

Lun MP, Monuki ES, Lehtinen MK: Development and functions of the choroid plexus-cerebrospinal fluid system. Nat Rev Neurosci 16:445, 2015

Mattson MP, Moehl K, Ghena N, et al: Intermittent metabolic switch- ing, neuroplasticity and brain health. Nat Rev Neurosci 19:63, 2018.

Mestre H, Kostrikov S, Mehta RI, Nedergaard M: Perivascular spaces, glymphatic dysfunction, and small vessel disease. Clin Sci (Lond) 131:2257, 2017.

Sweeney MD, Kisler K, Montagne A et al: The role of brain vascula- ture in neurodegenerative disorders. Nat Neurosci 21:1318, 2018.

Sweeney MD, Zhao Z, Montagne A, et al: Blood-brain barrier: from physiology to disease and back. Physiol Rev 99:21, 2019.

Tymko MM, Ainslie PN, Smith KJ: Evaluating the methods used for measuring cerebral blood flow at rest and during exercise in hu- mans. Eur J Appl Physiol 118:1527, 2018.

Verkhratsky A, Nedergaard M: Physiology of astroglia. Physiol Rev 98:239, 2018.

Wardlaw JM, Smith C, Dichgans M: Small vessel disease: mechanisms and clinical implications. Lancet Neurol 18:684, 2019.

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---

---