顱內(nèi)壓的Monro-Kellie法則

張和

“顱內(nèi)壓（ICP）”的概念、正常顱內(nèi)壓與異常顱內(nèi)壓、顱內(nèi)容量與腦組織和血液的關(guān)系，由Monro 和Kellie 最早提出。 Alexander Monro（1733-1817 年，圖1）是蘇格蘭解剖生理學(xué)家、醫(yī)師和醫(yī)學(xué)教育家，來自有名望的Monro 家族，該家族創(chuàng)建了愛丁堡大學(xué)。Monro對醫(yī)學(xué)的主要貢獻是描述淋巴系統(tǒng)，完善骨骼肌系統(tǒng)的描述，并在醫(yī)學(xué)教育中引入臨床醫(yī)學(xué)部分。在神經(jīng)系統(tǒng)研究中，Monro 提出“顱內(nèi)壓”的概念，并與他的學(xué)生George Kellie（1770-1829 年）共同創(chuàng)建了 Monro-Kellie法則（Monro-Kellie doctrine，圖2），即（1）顱腔不可擴張，顱內(nèi)容量固定。（2）腦實質(zhì)幾乎不可壓縮。（3）顱腔內(nèi)腦血流幾乎恒定。（4）持續(xù)通暢的腦靜脈血流是動脈血進入腦循環(huán)的前提條件。

圖 1 Alexander Monro 教 授（1733-1817 年，作者提供圖片）Figure 1 Prof.Alexander Monro(1733-1817)

圖2 顱內(nèi)壓Monro-Kellie 法則（作者提供圖片）Figure 2 Monro -Kellie doctrine

1783 年 ，Monro［1］發(fā) 表“Observations on the structure and functions of the nervous system”一文，首先提出“顱內(nèi)壓”的觀點，因為顱骨是恒定的，所以血流也必須恒定，他認為如果水分子或其他物質(zhì)從血管中溢出，則等量血液也必然外流，以保持顱內(nèi)體積平衡。他還描述了連接側(cè)腦室與第三腦室的孔，并被后人命名為“Monro孔”［1］。

圖3 John Abercrombie教授（1780-1844年，作者提供圖片）Figure 3 Prof. John Abercrombie (1780-1844)

George Kellie 是一名蘇格蘭外科醫(yī)師，他的主要研究成果是建立了顱內(nèi)壓與顱內(nèi)容量的關(guān)系，為后世的顱內(nèi)壓增高研究奠定了病理生理學(xué)基礎(chǔ)。1822 年，Kellie［2］解剖了兩具暴雨后發(fā)現(xiàn)的尸體，試圖找出死因，他發(fā)現(xiàn)不管是自縊死亡還是失血致死，腦組織基本正常，腦膜和腦表面靜脈充盈，但動脈蒼白無血，他認為由于尸體暴露于暴雨導(dǎo)致衰竭，造成腦循環(huán)障礙，動脈血減少而靜脈血淤滯，因此腦血容量是恒定的。他也考慮了其他可能原因，顱骨下陷時腦中液體必須流出以代償失去的空間，因此血液輸入和循環(huán)減少。隨即他將這一發(fā)現(xiàn)與他的老師 Alexander Monro 和Monro 的另一位學(xué)生 John Abercrombie（1780-1844 年，圖 3）分享。一方面，Monro提出的“顱內(nèi)壓”概念一直存在于他的心里；另一方面，Abercrombie［3］于 1818 年提出了類似的顱內(nèi)壓法則，他認為顱骨骨折、顱腔變小時，機體以腦血流量減少或腦組織受壓適應(yīng)減小的顱內(nèi)空間。為了驗證這一顱內(nèi)壓法則，Kellie 研究了羊和狗的腦循環(huán)，經(jīng)放血法或氰化鉀毒死的動物雖死因不同，但腦靜脈血容量變化并不明顯，放血致死的動物肢體蒼白、臟器失血，但腦外觀和顏色如常；氰化鉀毒死的動物雖改變體位后重心引力不同，但對腦循環(huán)并無影響，因此他認為，外周血減少后腦動脈阻力增加，動脈血進入腦循環(huán)減少，但腦靜脈擴張以維持腦血容量的恒定。1828 年，Abercrombie 在神經(jīng)病理學(xué)著作——“Pathological and practical researches on diseases of the brain and spinal cord”中，提到這一顱內(nèi)壓法則并命名為“Monro-Kellie 法則”。因此，關(guān)于顱內(nèi)壓的理念，首先是Monro提出科學(xué)設(shè)想，Kellie 經(jīng)動物實驗和人體解剖研究驗證，Abercrombie 同意這一概念并命名為“Monro-Kellie法則”，使這一顱內(nèi)壓法則聞名和流傳于世。必須強調(diào)的是，Monro認為，顱腔容量是恒定的，顱內(nèi)壓與腦血容量尤其是靜脈血容量有關(guān)；而Kellie 在Monro 的基礎(chǔ)上加入腦實質(zhì)因素，認為腦血容量和腦實質(zhì)這兩項因素共同影響顱內(nèi)壓。Abercrombie 提出設(shè)想，人（動物）竭盡全力維持腦循環(huán)，并采用放血法驗證這一設(shè)想，放血至死亡前動物腦循環(huán)相對正常，提示顱內(nèi)壓恒定［4］。因此，早期對“顱內(nèi)壓”概念的理解主要基于腦血容量，如動脈血進入腦循環(huán)的條件是腦靜脈血流通暢，流入與流出平衡，否則顱內(nèi)壓增高。那時人們對腦脊液尚缺乏認識，故顱內(nèi)壓的相關(guān)成分并未提及腦脊液。

圖4 Andreas Vesalius教授（1514-1564年，作者提供圖片）Figure 4 Prof. Andreas Vesalius (1514-1564)

圖5 George Burrows教授（1801-1887年，作者提供圖片）Figure 5 Prof. George Burrows (1801-1887)

現(xiàn)代解剖學(xué)的鼻祖Andreas Vesalius（1514-1564年，圖4）最早提出腦室內(nèi)有液體，他反對Galen 等古希臘醫(yī)學(xué)認為腦室內(nèi)充滿“生命原氣（Gas/Spirit）”的觀點，但在當(dāng)時，Vesalius 的觀點遭到學(xué)術(shù)界的一致反對。直至1842年，法國生理學(xué)家Francois Magendie（1783-1855年）首次證實腦室內(nèi)存在腦脊液，并展示了腦脊液在蛛網(wǎng)膜下腔與第四腦室之間的流動［5］。由此，連接蛛網(wǎng)膜下腔與第四腦室的孔命名為Magendie 孔。1846年，英國 George Burrows 醫(yī)生（1801-1887 年，圖 5）反復(fù)重復(fù)Abercrombie 的放血實驗和Kellie 的重力實驗，發(fā)現(xiàn)腦脊液與腦血容量有關(guān)，二者總是處于“你增我減”的境地［6］。至此，Monro-Kellie 法則被進一步完善：血液、腦脊液與腦組織和平共處，在不變的顱腔內(nèi)達成平衡，三者中有一者增加，必然造成另外一者或兩者的減少。此后，將顱內(nèi)壓與血液、腦脊液、腦組織和腦灌注壓（CPP）的關(guān)系稱為Monro-Kellie 法則。腦組織是不會減少的，相反腦腫脹時腦組織增加，故只有血液和腦脊液減少；動脈血因為壓力較高一般不受影響，所以靜脈血減少則是對顱內(nèi)壓增高的主要代償。腦脊液因素的加入使Monro-Kellie 法則更加完善，但也可能產(chǎn)生誤導(dǎo)，因此而忽略腦靜脈血流在顱內(nèi)壓調(diào)節(jié)中的作用。腦脊液每分鐘生成0.35 ml，腦血流量是每分鐘700 ml，因此腦靜脈回流受阻對顱內(nèi)壓的影響顯著高于腦脊液。

靜止狀態(tài)下，人顱腔容積大約是1473 ml，腦血容量為100 ～130 ml，其中動脈血占15%、靜脈血占40%、微循環(huán)占45%；腦脊液75 ml，相當(dāng)于5 秒的腦血流量。由此可見，雖然減少腦脊液可以降低顱內(nèi)壓，但是腦脊液產(chǎn)生緩慢，因此急性腦損傷時腦脊液增加導(dǎo)致顱內(nèi)壓增高是罕見的。腦灌注壓的計算公式為腦灌注壓=平均動脈壓（MAP）-顱內(nèi)壓。應(yīng)強調(diào)的是，這一公式在顱內(nèi)壓正常時是成立的，但當(dāng)顱內(nèi)壓增高時未考慮到壓迫靜脈對顱內(nèi)壓的影響。例如，約50%的正常人以一側(cè)橫竇為主，一旦橫竇受壓或阻塞，顱內(nèi)壓必然增高；正常人輕壓頸靜脈也可增高顱內(nèi)壓。早在1897 年，Hill即發(fā)現(xiàn)腦靜脈壓與腦脊液壓力（5 ～15 mm Hg，1 mm Hg=0.133 kPa）是一致的，可通過眼底靜脈壓反映顱內(nèi)壓，并指出顱內(nèi)壓主要受腦靜脈血流的影響。此后有學(xué)者發(fā)現(xiàn)，中心靜脈壓增高導(dǎo)致顱內(nèi)壓增高，形成腦水腫和腦腫脹。全腦腫脹造成的Starling 阻力（圖6）壓迫整個顱內(nèi)靜脈系統(tǒng)，進而加劇腦靜脈壓升高-腦腫脹-腦靜脈壓升高的惡性循環(huán)。超聲監(jiān)測腦靜脈竇血流可推測顱內(nèi)壓。頭部CT 主要通過眼上靜脈提示腦靜脈壓，眼上靜脈正常寬度2.2 mm，雙側(cè)擴大提示全腦腫脹。顱內(nèi)壓監(jiān)測臨床意義重大，1965 年Nils Lundberg（圖7）發(fā)明了腦室壓力的床旁監(jiān)測裝置［7］，這在當(dāng)時引起了一場神經(jīng)科的醫(yī)療革命，現(xiàn)已成為神經(jīng)外科和神經(jīng)重癥監(jiān)護病房的常規(guī)手段。2016 年，英國Mark H. Wilson 醫(yī)生再次強調(diào)了腦靜脈血流對顱內(nèi)壓的作用。

通過對顱內(nèi)壓維持腦循環(huán)平衡的認識，人們開始關(guān)注顱內(nèi)壓增高的病理生理現(xiàn)象。早在公元前6000多年即已有“開顱手術(shù)（Trephination）”，是為減緩“壓力”造成的頭痛。1866 年，德國Leyden 最早報告了顱內(nèi)壓增高的致死性作用，他在動物實驗中觀察到顱內(nèi)壓增高導(dǎo)致脈搏減慢，呼吸困難，最終呼吸停止。1890 年，英國Spencer［8］在腦腫瘤患者中發(fā)現(xiàn)，至疾病后期患者顱內(nèi)壓增高而呼吸停止。自此，顱內(nèi)壓增高與腦損傷致死亡聯(lián)系在了一起。轉(zhuǎn)年，德國Quincke［9］發(fā)明了腰椎穿刺測量腦脊液壓力的方法，并反復(fù)應(yīng)用于臨床。1900年，德國外科醫(yī)師 Theodor Kocher（1841-1917 年，圖8）首次采用去骨瓣減壓術(shù)以降低顱內(nèi)壓［10］。當(dāng)時，與Kocher 一起工作的還有后來成為神經(jīng)外科鼻祖之一的Harvey Cushing（1869-1939 年，圖 9），Cushing 進一步在生理學(xué)上證實了“顱內(nèi)壓”的概念并將其引入臨床實踐中。他在動物實驗中發(fā)現(xiàn)，靜脈予以高滲液體可以減少腦血容量。1903 年，他探尋到通過臨床檢查檢測顱內(nèi)壓增高的方法，即“Cushing 三主征”——脈壓增大、呼吸減慢、心跳和脈搏減慢［11］。Cushing 將Monro-Kellie 法則進一步定量化，認為腦容量、腦脊液容量和腦血容量的總和是恒定的，若一者增加，必然引起另一者或兩者的減少。

圖6 Starling阻力示意圖（作者提供圖片）Figure 6 Starling resistor diagram

圖7 Nils Lundberg教授（作者提供圖片）Figure 7 Prof. Nils Lundberg

圖8 Theodor Kocher教授（1841-1917年，作者提供圖片）Figure 8 Prof. Theodor Kocher (1841-1917)

圖9 Harvey Cushing教授（1869-1939年，作者提供圖片）Figure 9 Prof. Harvey Cushing (1869-1939)

由此可見，Monro-Kellie 法則對顱內(nèi)壓的病理生理學(xué)研究及其在臨床的應(yīng)用起到了劃時代的推動作用。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸認識到該顱內(nèi)壓法則也存在著不可避免的歷史局限性，其主要表現(xiàn)在未能認識到顱腔、腦組織、腦血循環(huán)和腦脊液等因素均存在“改變”與“不變”的潛在可能。所以我們既要不斷汲取醫(yī)學(xué)歷史進步長河中的“甘霖”，同時也要不斷開拓進取、勇于追求醫(yī)學(xué)科學(xué)真理、造福人類。

利益沖突無