Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Edition

1. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.

2. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
62章 脳血流量,脳脊髄液,脳の代謝
UNIT XI.
神経系:C.運動および統合的神経生理

3. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
脳血流量,代謝,脳脊髄液

4. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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脳血流は,四つの大きな動脈により供給されて
いる.
二本の頚動脈と,二本の脊椎動脈
4本は,脳底で結合してWillis輪を構成
Willis輪から起こる動脈は,脳表から軟膜動脈に分
かれ,貫通動脈,細動脈に分岐する.
貫通血管は,Virchow-Robin腔と呼ばれるくも膜
下腔で隔てられている.
貫通動脈は,脳組織内に入り,脳内細動脈となり,最
終的には,血管内と組織との間でO2,栄養素,CO2,
代謝産物を交換する毛細血管に分岐する.
脳血流

5. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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脳血管の構造
血管
平滑筋 軟膜動脈
軟膜
小足
興奮性ニューロン
星状細胞
周皮細胞
内皮細胞

6. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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成人の正常脳血流量
平均50-65mL/100g脳組織/分
脳全体で,750-900mL/分
脳は,体重の2%の重さしかないが,安静時の心拍出量
の15%を受けている.
脳血流量は,組織代謝と密接に関連している.
脳血流量に関与している代謝因子
1. CO2濃度
2. H+濃度
3. O2濃度
4. 星状細胞astrocyteから放出される物質
脳血流量の調節

7. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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星状細胞からの代謝産物による血流調節
血管
平滑筋 軟膜動脈
軟膜
小足
興奮性ニューロン
星状細胞
周皮細胞
内皮細胞

8. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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CO2の過剰が脳血流量を増加
動脈血PCO2
正常
脳血流量(×正常)
♣ PaCO2が70%増
加すると,脳血流量
は倍増する.

9. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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CO2による脳血流量増加機序
1. CO2と水が結合して炭酸を形成
2. 炭酸は, H+を解離
3. H+が脳血管を拡張
血流量が2倍になるまでは,血管拡張とH+濃度と
は正比例
H+濃度を上昇させる他の物質
–乳酸,ピルビン酸,その他の組織代謝による酸性
物質
CO2またはH+の過剰が脳血流量を増加

10. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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H+濃度の上昇は,神経系の活性を大きく抑制
する.
H+濃度上昇が,血流量を増加するのは好都合
血流によりH+,酸産生物質が脳組織から運び去ら
れる.
CO2の低下は,組織の炭酸を減らし,他の酸の除
去と相まって,H+濃度を正常化する.
脳脊髄液のH+濃度を一定に維持し,神経活動
を一定に保つ上で,このメカニズムが有用
CO2,H+による脳血流量調節の重要性

11. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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過大な脳活動時を除けば,脳の酸素消費量は
狭い範囲に限られる.
ほぼ正確に3.5(±0.2)mL/100g脳組織/分
適切な酸素供給に不十分なほど脳血流量が
低下すると,血管拡張がおこり,血流量,酸素運
搬能を正常化する.
代謝に見合うように血流量を局所的に調節する機
構は,冠動脈,骨格筋,その他の循環領域と全く同
様.
低酸素と脳血流量調節

12. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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実験研究によれば,脳組織酸素分圧PO2が
30mmHg以下(正常値35-40mmHg)になると,
即座に脳血流量増加がおこる.
脳機能は,低いPO2で混乱状態になり,ことに
PO2が20mmHg以下で顕著となる事とは偶然
この低い酸素分圧レベルでは,昏睡状態にもなり得
る.
酸素による,局所の脳血流調節機構は,脳の神
経活動減退,精神能力混乱に対する重要な予
防反応といえる.
低酸素と脳血流量調節

13. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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神経活動と脳血流量が,密接に関係しているのは,CNS
の血管を取り巻くastrocyte星状細胞(astroglial cell
星状膠細胞とも呼ばれる)から放出される物質によること
を示唆する証拠が増えている.
星状細胞
 星形の,非神経細胞でニューロンを支持,保護して,栄養供給
をする細胞.
 ニューロン,血管と接触する無数の突起を持ち,神経血管接
続の潜在的な機構を提供
 灰白質星状細胞(protoplasmic astrocyte原形質性星
状細胞)は,多くのシナプスをカバーする非常に細い突起と,
血管壁に近接して附着する大きなfoot process小足を拡
げている.
星状細胞からの物質による脳血流調節

14. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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星状細胞突起からの血管拡張性物質放出
血管
平滑筋 軟膜動脈
軟膜
小足
興奮性ニューロン
星状細胞
周皮細胞
内皮細胞

15. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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興奮性グルタミン作動性ニューロンを電気刺激
すると,星状細胞のfoot process小足内の
Ca2+が増し,近傍の細動脈の血管を拡張する.
血管拡張は,星状細胞から放出されるいくつか
の血管拡張性の代謝産物によることが示唆さ
れている.
詳細なmediatorは,未だ不明
NO?,アラキドン酸代謝産物?,K+?,adenosine?
その他?が,周囲の興奮性ニューロンの刺激に反応
して星状細胞から放出?
星状細胞からの物質による脳血流調節

16. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
脳の異なる場所,最大256箇所もの血流を,同
時に測定する方法が開発された.
1. 放射性物質(Xe,xenonなど)を頚動脈に注入し,
皮質の各区分の放射線を測定.
2. このために,256個の小さな放射線シンチレーション
感知器を脳表に圧着
3. 放射線の上昇,衰退速度により,各区分を流れる
血流速度を直接測定
脳血流量測定,脳の活性と血流量

17. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
本法によって明らかになった事
脳の各区分の血流量は,局所の神経活性の変化
に反応して,数秒以内に最大100~150%変化する.
手を握って握り拳を作ると,脳の反対側の運動野
の血流が即座に増加
本を読むと,後頭皮質の視覚野と側頭皮質の言
語視覚野で血流が増加
本法は,てんかん発作の発生源を特定するため
にも使用可能.
各発作の焦点で,局所的な脳血流の急激かつ著し
い増加を認める.
脳血流量測定,脳の活性と血流量

18. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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光刺激による,後頭葉の血流量の増加
分
眼内の
光の輝き
血流量(×正常)
♣ 猫の目に,強い光を1/2分間あてた場合の,後頭葉の
血流の変化

19. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
 機能的磁気共鳴画像法
functional magnetic resonance imaging(fMRI)
 oxyhemoglobinとdeoxyhemoglobinが磁場内で,異なる動作をすると
いう観察に基づく
 deoxyhemoglobinは,paramagnetic molecule常磁性分子(外部
から加えられた磁場によって引きつけられる)
 oxyhemoglobinは,diamagnetic反磁性(磁場によって,はじかれる)
 血中にdeoxyhemoglobinが存在すると,血管とその周囲の組織との間で,
磁気共鳴(MR)プロトン信号に測定可能な差を生じる.
 fMRIにより取得されるblood oxygen level-dependent(BOLD) signal
血中酸素レベル依存性信号は,評価される脳組織の特定の3次元空間
(voxel,ボクセル訳注:容積要素の最小単位,CT,MRI再構成の基本的単
位)内のdeoxyhemoglobinの総量に依存.
 特定の3次元空間内のdeoxyhemoglobinの総量は,血流の速度,血液の
量,および脳組織の特定のvoxelにおける酸素消費の速度に影響される.
 BOLDfMRIにより,局所的な血流量を間接的に推定する事が出来るだけで
なく,特定の精神過程で,脳のどの部分が活性化されているかを示すmapを
作成することも可能.
機能的磁気共鳴画像法による血流測定

20. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
arterial spin labeling(ASL)法
局所血流の,より定量的な評価を提供する代替
MRI法
動脈血が脳のさまざまな領域に送られる前に、動
脈血のMR信号を操作することによって機能
動脈血が異なる方法で操作されている2つの画像
を差し引くことにより、組織の残りの部分の静的プ
ロトン信号が差し引かれ、送達された動脈血から生
じる信号のみが残る.
ASLとBOLDイメージングを同時に使用して、局所
的な脳血流と神経機能を測定することが可能
動脈スピンラベリング

21. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
ASL,BOLD,PC MRIによる脳血管反応性
RA:room air,HC:hypercapnia, CVR:cerebrovascular reactivity,PC:phase-
contrast
♣ Taneja K.et al:Frontiers in Neurology 2020;11:758

22. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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日常生活中でも,動脈圧は大きく変動し,興奮
時や重労働時には高まり,睡眠時には低いレベ
レルまで低下するが,脳血流量は,血圧が
60~150mmHgの範囲内であれば,極めてうま
く“自動調節autoregulation”される.
動脈圧が,急に60mmHgにまで低下したり,逆
に急に150mmHgにまで上昇しても,自動調節
能が正常の人では,脳血流量は大きく変動しな
い.
脳血流量の自動調節

23. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
脳血流量の自動調節
平均動脈圧(mmHg)
慢性
高血圧
正常
正常
自動調節域
脳血流量(mL/100g/分)

24. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
脳血流量の自動調節
慢性高血圧の患者では,脳血管が肥大性再構築
remodelingを来しており,自動調節曲線は,より高い血
圧に偏移している.
 この曲線の偏移により,高い血圧による脳損傷を部分的に
保護し,自動調節範囲以下に血圧が下がったときには,高度
の虚血に陥りやすくしている.
自動調節の障害は,脳血流量の動脈圧依存性を高め
る.
 血管機能障害,高血圧などをきたす子癇前症では,脳血流
の自動調節能が損なわれ,脳血流の圧依存性が増し,血管
内皮の破壊,浮腫,ときに発作を来す.
 高齢者では,アテローム性動脈硬化,様々な脳障害等により
脳血流の自動調節が損なわれ,圧依存性の脳障害リスクが
高まる.

25. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
脳循環系は,頚部の上頚交感神経節を起始と
して脳動脈に沿って脳に至る交感神経の強い
支配を受けている.
この交感神経の切断,あるいは刺激を行っても,
脳血流の自動調節能が,交感神経の影響を凌
駕するため,影響は少ない.
過大な労働や過剰な循環活動の際に,動脈圧
が,急激かつ例外的な高血圧となった場合,交
感神経系が,脳の大血管,中血管を収縮し,脳
内出血,脳卒中を予防している.
交感神経による脳血流調節

26. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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脳の代謝需要が体内最大であることから,毛細血
管の数も脳が体内最多.
脳の灰白質は,神経細胞体が位置する場所であり,
白質の代謝率の約4倍で,毛細血管の数,血流量
も約4倍.
脳の毛細血管の構造的特徴として重要なのは他
のどの組織のそれよりも,漏れが少ない点である.
毛細血管は,周囲のglia細胞(例えば星状細胞)からの
小さな突起であるglial feetグリア足により,両側を支
持されている.グリア足は,毛細血管の全ての面に隣接
し,毛細血管圧が高い場合の,毛細血管の過度の伸展
を防ぐための物理的支持を提供している.
脳の微小循環

27. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
毛細血管に至る細動脈の壁は,高血圧症の患
者で非常に肥厚しており,高い血圧が毛細血管
に至らないよう,常に収縮している.
これらの,脳組織への体液漏出防止装置の破綻は,
重篤な脳浮腫を招来し,急速に昏睡,死に至る.
脳の微小循環

28. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
殆ど全ての高齢者は,ある程度の脳小動脈の
通過障害を来しており,結果的に10%位までの
人は,“卒中”と呼ばれる重篤な脳機能障害に
至る血流障害をおこす.
多くの卒中は,脳の一つないしそれ以上の栄養
血管の動脈硬化性プラークが原因.プラークが
凝固系を活性化し,動脈内の血液凝固を起こ
し,動脈の血流を障害し,局所的脳機能喪失を
来す.
脳血管障害による”卒中”

29. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
脳卒中に至る患者の約25%では,高血圧による血
管の破裂,出血から脳の局所組織を圧迫し,その
機能が障害される.
卒中の神経学的影響は,冒された脳の領域による.
最も多い卒中は,片側大脳半球の中央を支配す
る中大脳動脈middle cerebral artery(MCA)の
閉塞.
左側のMCAの閉塞が起こると,Wernickeの言語理解
野の機能が喪失し,言語形成のためのBroca運動野
の喪失から言葉を話すことも不可となる.加えて,左半
球の神経運動制御野の喪失から,体の反対側のほとん
どの筋の痙性麻痺を来す.
脳血管障害による”卒中”

30. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
後大脳動脈の閉塞
 両眼で,閉塞をおこした側と反対側の網膜の視力を喪失.
中脳を支配する血管の閉塞
 脳と脊髄のとの主要な経路を遮断し,感覚と運動の両方の
異常をきたす.
小さな血管の小梗塞,微小出血
 わずかな認知障害以外,明らかな症状を呈さない“silent
strokes無症候性卒中”となる可能性がある.
 MRI,CTを使用すれば,これらの小さな病変も検出可能かも.
 80才以上の人々の約25%は,一つないし一つ以上のsilent
brain infarct無症候性脳梗塞を有すると推定されている.
脳血管障害による”卒中”

31. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
脳脊髄液システム

32. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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脳脊髄液
側脳室
くも膜絨毛
Monro孔
小脳
テント
第四
脳室
Magendie
孔
Sylvius水道
第三脳室
黒矢印→は,側脳室にあるchoroid plexus脈絡叢から硬膜静脈
洞に突き出ているくも膜絨毛に向かう流れの経路を示す.

33. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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主な機能は,硬い金庫の中で脳を保護すること.
脳と脳脊髄液の比重は,おおよそ等しい(差は
約4%)ので,脳は,単純に液の中に浮かんでいる
状態.
脳への衝撃が,さほど強くなければ,頭蓋骨と脳
全体が同時に動き,脳の一カ所が衝撃と共に
瞬間的によじれるようなことは起きない.
脳脊髄液のクッション機能

34. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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脳への打撃が,非常に強い場合,打撃を受けた側と
反対側に損傷を起こすことがある.
→“contrecoup対側衝撃”
1. 打撃があたる
2. 打撃側の液は,圧縮されないので頭蓋骨が移動
3. 液は,頭蓋が動くと同時に脳を押す
4. 打撃を受けた側と反対側で,頭蓋骨全体の突然の動
きにより,脳の慣性のために頭蓋骨が瞬間的に脳から
引き離され,反対側の領域の頭蓋骨に一瞬真空空間
が作成される.
5. 頭蓋骨が,打撃により加速されなくなると,真空が突然
崩壊し,脳が頭蓋骨の内面に衝突する.
contrecoup対側衝撃

35. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
脳の極と前頭葉,側頭葉の下面は,脳が頭蓋底の
骨性隆起と接続するために,頭への強い衝撃の際
に,挫傷を負いやすい(boxerで経験されるように).
挫傷が,衝撃側と同側の場合→coup injury
挫傷が,反対側に起きた場合→contrecoup injury
coup injury,contrecoup injuryが頭部への物
理的衝撃無しに,急激な加速ないし減速だけで起
こることがある.
脳が,頭蓋骨の壁に跳ね返ってcoup injuryを起こすか,
反対側に跳ね返ってcontrecoup injuryを起こす可能
性がある.
“shaken baby syndrome揺さぶられっ子症候群”
や,自転車事故で発生
contrecoup対側衝撃

36. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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CSFの産生速度:約500mL/日
CSF全量の3-4倍に相当
約2/3以上は,四つの脳室,特に両側の側脳室の脈
絡叢choroid plexusからの分泌による.
他の少量は,全ての脳室のependyma上皮表面と
クモ膜からの分泌による.
脳に入る血管を囲む血管周囲腔に由来する液が
少量.
脳脊髄液の産生,流れ,吸収

37. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
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Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
脳脊髄液の流れ
側脳室
くも膜絨毛
Monro孔
小脳
テント
第四
脳室
Magendie
孔
Sylvius水道
第三脳室
1. 側脳室の脈絡叢で生
成され,第三脳室に至る.
2. 第三脳室で少量の
CSFが加わり,Sylvius
水道を通って第四脳室
に下る.そこでも,わずか
なCSFが加えられる.
3. 第四脳室からの出口
は三カ所.両側の側方
Luschka孔と中央の
Magendie孔から小脳
の下で,延髄の後方にあ
るcisterna magna大
槽に至る.

38. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
脳脊髄液の流れ
側脳室
くも膜絨毛
Monro孔
小脳
テント
第四
脳室
Magendie
孔
Sylvius水道
第三脳室
4. 大槽は,全ての脳と脊
髄を覆うくも膜下腔と一
続き.
5. CSFは,大槽から大脳
を覆うくも膜下腔を経て
上に向かい,矢状静脈
洞に向かって突出してい
る多数のクモ膜絨毛に
流入する.
6. 余剰なCSFは,この絨
毛の孔を介して,静脈血
に注ぐ.

39. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
薄い上皮細胞で覆われた,カリフラワー状に発達し
た血管.
両側側脳室の下角部分に突出
第三脳室の後方部分に突出
第四脳室の天井部分に突出
分泌は,叢を取り囲む上皮を介したNa+の能動輸
送による.
Na+が,Cl-を引きつけて,CSFの浸透圧活性を上げ,ほと
んど同時に水の浸透を来し,液の分泌に至る.
ほかに少量の糖がCSFに入り,K+,HCO3
-がCSF
から出る.
脈絡叢choroid plexusによるCSF分泌

40. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
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動脈
Ependyma上衣
静脈
脈絡膜
天蓋
脈絡
組織
円蓋
天蓋
血管
Ependyma上衣
上皮絨毛
結合組織絨毛

41. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
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浸透圧:血漿とほぼ同じ
Na+: 血漿とほの同じ
Cl-: 血漿より約15%多い
K+: 血漿より約40%少ない.
糖: 約30%少ない
CSFの特徴

42. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
クモ膜絨毛arachnoidal villiは,静脈洞内に
突出したクモ膜の微細な”指”様の突起構造,こ
の絨毛の集合体が,肉眼で見える
arachnoidal granulationクモ膜顆粒を形成.
絨毛を覆う内皮細胞は,電子顕微鏡によれば,
1. 脳脊髄液
2. 溶解した蛋白分子
3. 静脈内のRBC,WBCと同じくらいの大きさの粒子
などが,比較的自由に流れるに十分な大きさを持つ小
胞体様の細胞体に向かう通路を形成.
クモ膜絨毛によるCSFの吸収

43. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
クモ膜-CSF関門
HISTOLOGY AND CELL BIOLOGY An Introduction to Pathology 5th edition.
髄膜
頭蓋骨
骨内膜
クモ膜
絨毛
硬膜境界細胞
静脈洞
クモ膜関門細胞
クモ膜下腔
軟膜
脳
内皮細胞

44. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
血管周囲腔とCSF
くも膜
くも膜小柱
くも膜下腔
軟膜
脈管周囲腔
貫通
血管
脳組織
♣ 脳表の大きな動静
脈は,軟膜という脳
を覆う膜を伴って脳
内に入り込む.
♣ 軟膜は,血管に緩く
付着しているだけな
ので血管周囲腔が
存在する.
♣ 血管周囲腔は,脈
管が脳内に広がる
限り,それに沿って広
がる.

45. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
体の脳以外の場所と同様に,脳の毛細血管からは,
間質に少量の蛋白が漏出する.
脳の間質に漏出した蛋白は,血管周囲腔の液と共
にくも膜下腔に至り,クモ膜絨毛に吸収され,大きな
脳静脈に至る.
∴血管周囲腔は,実は,脳にとって特別なリンパ系を提供
していることになる.
血管周囲腔は,水,蛋白のほかに,異常粒子状物
質の運搬も担う.
感染時の死滅したWBC,その他の感染性破片.
齧歯類では,髄膜リンパ管が頭蓋底に認められて
いるが,人では不明.
血管周囲腔のリンパ機能

46. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
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脳脊髄圧

47. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
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CSF産生速度はほぼ一定なので,圧調節因子と
なることは稀.
クモ膜絨毛が,弁のような作用をして, CSFが静脈
洞へ流入しやすくするか否かが決まる.
静脈洞内の血圧より,CSF圧が約1.5mmHg以上高く
なると,弁は開放される.
さらに圧が高まると,弁は,さらに開放される.
通常,CSF圧は,静脈洞の圧より数mmHg以上高くな
らない.
病的状態で,絨毛に大きな粒子が詰まったり,線維
化が起きたり,あるいはCSF中に血球成分が漏出
すると,流れが阻止されて,CSF圧が上昇する.
クモ膜絨毛によるCSF圧の調節

48. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
大きな脳腫瘍などにより,CSFの再吸収が減少
し,CSF圧が,500mmH2O(37mmHg),あるいは正
常の約4倍にまで上昇する事がある.
出血,感染も脳圧上昇の原因になり得る.
何れの場合も,大量の血球成分がCSF内に出現し,ク
モ膜絨毛を介した小さな吸収路を塞ぐ.
時にCSF圧は,400～600mmH2O(正常値の約4倍)に
まで上昇しうる.
クモ膜絨毛によるCSF再吸収の抵抗が高いため
に先天的にCSF圧が高い児がいる.
クモ膜絨毛の数が少ないか,吸収能の異常のため
→hydrocephalus水頭症
脳の病的状態によるCSF圧上昇

49. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
通常の測定は,単純
1. 体位を,水平側臥位とし,脊髄管内と頭蓋内の圧
が等しくなるようにする.
2. 脊髄下端より低位で,クモ膜下穿刺針spinal
needleを穿刺.
3. 針を,先端を大気に開放したガラス管に接続
4. CSFが,管内を上昇
水位が,針のレベルから上136mmの所まで上昇し
たら,136mmH2Oあるいは,この数字を水銀の比重
13.6で割って,約10mmHgであると言う.
CSF圧の測定

50. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
非交通性水頭症
noncommunicating hydrocephalus
通常,生下前にSylvius水道が閉塞
し,atresia(closure)状態となるか,何れの年齢にお
いても脳腫瘍による閉塞が原因.
側脳室,第三脳室の計三つの脳室の腔が,著明に
増大し,脳が頭蓋骨に押しつけられて扁平化する.
新生児では,頭蓋骨が癒合していないため,脳全体
が膨大する.
CSF流阻害による水頭症

51. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
交通性水頭症
communicating hydrocephalus
 脳底部でくも膜下腔のCSF流が阻害されるか,クモ膜
絨毛の阻害による.
 CSFは,脳の外側と,少量は脳室内にも貯留.
 頭蓋骨がまだ柔軟で伸展可能な小児期に起こると,頭
が著明に膨大し,何れの年齢でも脳に障害を起こしう
る.
 何れの水頭症でも,治療は,シリコン製の管を,脳
室から腹腔へ導いて,過剰なCSFを吸収させる処
置を外科的に行う.
CSF流阻害による水頭症

52. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
CSFのいくつかの構成成分は,体の他の部分の細胞外
液と同じ濃度ではない.
多くの大きな分子は,通常間質に移動可能だが,血中か
らCSFないし脳の間質には,まず移動できない.
脈絡叢と脳実質の全ての領域の組織毛細血管に存在
視床下部の一部,松果体,最後野area ostremaには,
関門がない
 体液の特異的な変化(浸透圧,血糖値,口渇を調節するペプ
チドホルモン,Angiotensin IIの濃度など)に反応する感覚受
容器が存在するため関門が欠如.
ホルモン輸送を促す特異的な担体分子を持つ
 食欲,交感神経系の活性調節のための特異的受容器と視
床下部で結合するleptinを血中から視床下部に移送
血液-CSF関門,血液-脳関門

53. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
水,CO2,O2,アルコールや麻酔薬など多くの脂溶
性物質に対する関門の透過性は非常に高い
Na,Cl,Kに対する透過性は,わずか
血漿蛋白,非脂溶性大型有機分子は,完全に
不透過
CSF内,脳実質内では,蛋白抗体や非脂溶性薬剤
を有効治療濃度にまで上昇させるのは不可
低い透過性は,毛細血管が,tight junctionと
呼ばれる結合で互いに結ばれているため.
血液-CSF関門,血液-脳関門

54. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
最も重篤なCSF動態の異常
硬い頭蓋に囲まれているため,余剰液の貯留は
脳血管を圧迫し,重篤な血流低下,脳組織の破
壊を引き起こす.
脳浮腫の良くある原因は,
毛細血管圧の上昇
液の漏出をまねく毛細血管損傷
臨床的な原因
脳挫傷-脳組織,毛細血管の損傷により毛細血管
から組織に液の漏出が起きる
脳浮腫

55. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
1. 浮腫が血管を圧迫し,血流を減少させ,脳虚血を
招く.虚血は,細動脈の拡張を来たし,結果的にさ
らに毛細血管圧を上昇させる.上昇した毛細血管
圧が,さらなる浮腫液の原因となる.
→浮腫は,進行性に悪化する.
2. 脳血流量の減少は,酸素運搬量を減らし,結果的
に毛細血管の透過性を亢進し,液の漏出を増す.
血流の減少は,適切な量のATPを算出するのに
必要な基質の供給を減らし,神経組織細胞のNa
ポンプのエネルギー源が減るために,細胞の膨化
をきたす.
脳浮腫の悪循環

56. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
高い浸透圧物質液,すなわち濃縮された
mannitol液などを静脈内に投与する
浸透により,脳組織から液を引き戻して,悪循環を絶
つ.
脳室穿刺針により,側脳室から脳室液を除去し
て,脳内圧を緩和する.
脳浮腫の治療

57. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
脳の代謝

58. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
安静,覚醒時の脳の代謝量は,全身の約15%
脳の質量は,全身のわずか2%
質量あたりの代謝量は,非神経系組織の約7.5倍に相
当
この脳代謝のほとんどは,ニューロンで行われ,glia支持組
織で行われているわけではない.
 ニューロンにおける代謝需要は,全ての膜でイオンを汲み出す
ためで,主にNa+,Ca2+をニューロン膜外に,K+を膜内に移動
させるためである.
 活動電位が伝播される毎に,これらのイオンが膜を移動する
ため,膜を挟んだイオンの濃度を回復させるために付加的な
膜移送が必要となる.よって,脳の活動レベルが高いときには,
神経系の代謝は,100～150%上昇する.
全脳の代謝速度とニューロンの代謝速度

59. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
 多くの体組織は,酸素無しでも数分生存可能で,組織によっ
ては30分までも生存可能.
 この間,組織は必要なエネルギーを嫌気性代謝によって得てい
る.
 glucoseやglycogenの分解によって放出されるエネルギーに
よる.
 この過程は,エネルギーを得る代わりに,大量の
glucose,glycogenを消費するが,それにより組織を生かして
いる.
 脳は,急激な酸素供給減少後に,充分な嫌気性代謝能力を
持たない.
 その理由は,ニューロンの代謝需要が大きいためで,多くの神経
活動は血液からの秒刻みの酸素供給に依存しているため.
 急激な脳血流の停止,あるいは急激な酸素欠乏は5～10秒
以内に意識消失を来す.
脳は,特に酸素を必要とする

60. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
 正常状態では,脳のエネルギー源のほとんどは血中からのglucoseに
依存.
 酸素同様に,glucoseは,分刻み,秒刻みで毛細血管血から供給を受
けていて,どの時点でも,glycogenとして貯蔵されているglucoseは2
分間分だけである.
 ニューロンに供給されるglucoseの移送の特殊性は,insulinに依存
しないことである.
 insulinを全く分泌できない重篤な糖尿病患者でも,glucoseは,容
易にニューロンに拡散可能で,糖尿病患者の精神機能の喪失を防い
でいる点,幸運.
 糖尿病患者が,insulinの過剰投与を受けると,全身の膨大な数の
insulin感受性の非神経系細胞,特に筋肉と肝臓の細胞内に
glucoseが移動してしまい,極度の低血糖を来す.結果として,神経細
胞に必要な量のglucoseが欠損し,精神機能が急速に損なわれ,時
に昏睡となるが,多いのは精神の変調,不調を来す.
脳の代謝は,glucoseに依存

61. 62 Cerebral Blood Flow, Cerebrospinal Fluid, and Brain Metabolism
O.Yamaguchi
Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology 14th Ed.
62章 脳血流量,脳脊髄液,脳の代謝
UNIT XI.
神経系:C.運動および統合的神経生理