「中枢神経系(脳と脊髄)」血流の仕組みと血管障害

中枢神経系(脳と脊髄)を栄養する血液循環の仕組みと血管障害についてまとめています。

人体の司令塔である中枢神経系(脳と脊髄)への血液供給が減少すれば、めまいやふらつきなどの症状が現れ、停止した場合は数分以内に人間として本来持っている機能の一部(脳血管障害)、または全部(脳死)が停止してしまいますので、中枢神経系(脳と脊髄)にはバックアップを含め豊富な血管が入り込んでいて、安定した血液供給ができる仕組みになっています。

中枢神経系(脳と脊髄)を栄養する血液循環の仕組みと血管障害についてまとめています。

脳への血流は重要です!

中枢神経系(脳と脊髄)への血流の仕組み

血液は全身に張り巡らされた血管という専用通路を使って、細胞や臓器に必要な様々な物質の運搬を担う全身をめぐりますが、血流とは血液の流れのことで、心臓から始まり心臓に戻る血管という全身に張り巡らされた専用通路内をめぐる血液の流れ(経路)のことです。

血管と血液による血流の仕組みと血圧の仕組みについて

『血流』に関する基礎知識はこちら

全身をめぐる血液と血液の通り道となる血管の仕組みと血流を改善する効果的な方法、血圧の仕組みと血圧管理のポイントについて説明しています。

特に、人体の司令塔である中枢神経系(脳と脊髄)に十分な血液が送られなくなると生命維持機能すら正常に機能しなくなるため、バックアップを含め豊富な血管が入り込んで安定した血液供給ができる仕組みになっています。

脳血流(動脈系)

脳の動脈系(酸素と栄養を供給)は左右1対ずつの内頸動脈系と堆骨動脈系からの血液供給で養われています。

内頸動脈系は大脳の大部分を灌流する血管系で、総頸動脈から分岐し、「左:大動脈弓(直接分岐)→総頸動脈→内頸動脈」「右:大動脈弓→腕頭動脈(2つに分岐)→(鎖骨下動脈と)総頸動脈→内頸動脈」の経路をたどります。

総頸動脈は外から見ると下顎角の辺り、第4頸椎の辺りで内頸動脈と外頸動脈に分岐し、外頸動脈の栄養領域硬膜(頭蓋内)・頭皮・顔面の組織(筋肉など)・口腔咽頭粘膜など頭蓋骨外の頭部組織すべてを栄養し、内頸動脈は以下の経路で循環して頭蓋内を栄養します。

内頸動脈経路は、
はじめ

  • 頭蓋底にある頸動脈管という管孔から側頭骨錐体内を走行
  • 破裂孔という孔から頭蓋内へ入り硬膜外を走行
  • 海綿静脈洞の中を動眼神経・滑車神経・外転神経・三叉神経(第1,2枝)などの脳神経と並んで前上方に走行した後、Uターンして後上方に向かいトルコ鞍の前壁部で硬膜内へ
  • Uターン部は脳血管撮影上頸動脈サイフォン部といい内頸動脈のひとつの基準点になる
  • 硬膜内に入ると、眼動脈・後交通動脈・前脈絡叢動脈を分岐

おわり

また、眼球および外眼筋を灌流する眼動脈は眼球および外眼筋を灌流します。

後交通動脈

内頚動脈系と堆骨動脈系の終末主要枝である後大脳動脈とを連結しお互いに側副血行路となる。

前脈絡叢動脈

  • 外側膝状体や視索、大脳基底核の一部を支配しながら側脳室の脈絡叢に到達

  • シルビウス裂の内側起始部で前大脳動脈と中大脳動脈に分岐

前大脳動脈の血管走行

  • 大脳半球裂の内側面から円蓋部の脳表を前後方向に灌流

  • 水平走行

  • ホイブネル動脈を分岐
    (大脳基底核・内包の一部を灌流する動脈)

  • 大脳半球裂内

  • 脳梁辺縁動脈

  • 頭頂葉

左右の前大脳動脈は、前交通動脈という血管で連結

前交通動脈

1mm程度の長さの動脈で、それぞれ反対側の側副血行路として重要

中大脳動脈の血管走行

  • 内頸動脈から分岐

  • シルビウス裂の中を外側方向に走行

  • レンズ核線条体動脈を分岐
(細いので血管撮影で確認可)

  • 後方に向きを転換

  • シルビウス裂の最深部を外側後方に走行

  • 角回動脈になって脳表に
大脳の広い範囲を灌流

  • 頭頂葉・側頭葉の大部分
前頭葉・後頭葉の外側面など

レンズ核線条体動脈

大脳基底核のレンズ核(被殻と淡蒼球)、線状体(尾状核と被殻)、内包の一部を灌流し、錐体路・錐体外路系の運動機能に関与。

『脳出血動脈』という別名もある位、高血圧性脳出血の好発部位である被殻部での出血源で、 中大脳動脈から急な角度で分岐しているため、血流の渦巻きにより動脈瘤が生じやすいこと、その微小動脈瘤の破裂が脳出血の原因となる。

脳実質に貫通して目的の組織に至ることから穿通枝という。
(ホイネブル動脈、後大脳動脈から出て視床に至る視床穿通動脈なども穿通枝)

後方向へ向きを変え、シルビウス裂の最深部を外側後方に走行し、角回動脈という枝になって脳表に現れ、頭頂葉、側頭葉の外側面全体に枝を出す。
(頭頂葉、側頭葉の大部分と前頭葉と後頭葉の外側面など大脳の幅広い範囲を灌流)

堆骨動脈系の血管走行と灌流領域

左右とも鎖骨下動脈から枝分かれし、後頭蓋窩(小脳テント下脳幹、小脳を入れた狭いスペース)すべてと後頭葉の大部分を灌流する血管系で、左右とも鎖骨下動脈から分岐し、頸髄でしっかり保護 (脳幹は、生命維持のための重要な組織です。)されています。

  • C6~C1の横突起(横突孔)を貫通し、C1(環椎)と後頭骨の間から第後頭孔を通り、頭蓋腔内へ

  • 延髄の外側面から前方(腹側)に回り、延髄・橋境界部で後下小脳動脈を分岐(延髄外側・小脳下面を灌流)

  • 左右合流
    (この合流部は、動脈硬化などがあると必ずしも正中部に存在しないこともあり、血管撮影でこの部位が正中位にないことが腫瘍などによる圧迫偏倚を意味しない事もある)

  • 合流後は名前を脳底動脈と変え、橋の腹側正中部を上行

  • 前下小脳動脈上小脳動脈(小脳の上内・外側面を灌流)を分岐

  • 前下小脳動脈・上小脳動脈を分岐(脳幹・小脳を灌流する動脈)
    (内耳動脈の血管撮影は耳神経鞘腫の有無の目安)

  • 中脳レベルで左右の後大脳動脈に分かれる

  • 後大脳動脈系の血管走行と灌流領域
    視床や大脳基底核に行く数本の穿通枝
    側脳室脈絡叢へ行く後脈絡叢動脈などを分岐

  • 後頭葉底部・外側面と側頭葉の一部を灌流

  • 視床や大脳基底核に行く穿通刺や
側脳室脈絡叢へ行く後脈絡叢動脈などの分枝を出す

  • 最終的に後頭葉極に

ウィリス動脈輪

前後2つの交通動脈で左右の動脈が連結していて、動脈輪を形成しています。

  • 前交通動脈

  • 左前大脳動脈

  • 左内頚動脈

  • 左後交通動脈

  • 左後大脳動脈

  • 右後大脳動脈

  • 右後交通動脈

  • 右内頸動脈

  • 右前大脳動脈

  • 前交通動脈に戻る
  • メリット:動脈輪があることで主幹動脈が閉塞した時の側副血行(バイパス路)となる
  • デメリット:経路が複雑なため動脈瘤が発生しやすい。

脳の静脈系(代謝物の排泄)

脳の静脈は代謝物の排泄を行う経路で、表在性(脳表部)静脈と深部静脈系があります。

表在性(脳表部)静脈

  • 大部分が頭蓋円蓋部の正中にある上矢状静脈洞へ

  • 後頭部静脈洞交会

  • 左右の横静脈洞に分岐

  • S字静脈洞

  • 内頸動脈

  • 心臓

深部静脈系

ほとんどが直静脈洞に集まり静脈洞交会から静脈通路へ行きますが、一部は海面静脈洞に入り、頭蓋底から内頸静脈に加わったり、頭蓋外に出て外頸静脈に合流することもあります。

  • 直静脈洞

  • 静脈洞交会(→海面静脈洞→頭蓋底→内頸動脈→心臓)

  • 左右の横静脈洞に分岐

  • S字静脈洞

  • 内頸動脈

  • 心臓

脳血管によるバックアップ機能

脳血流量を維持するため、脳血管にも様々なバックアップ機能があります。

例えば、「閉塞に対しての備えとしてウィリス動脈輪や眼動脈など側腹血行路がある」「毛細血管の壁にある内皮細胞に血管脳関門という機構で、脳組織に入り込もうとする有害な物質を阻止する働きがある」などです。

脳血液循環の調節機能

脳血液循環は、脳灌流圧と脳血管抵抗によって大きく変動しないようにする自動調整機能(脳血流量=脳灌流圧(=平均動脈血圧)/ 脳血管抵抗)が働いています。

脳灌流圧とは血液が脳内を一定の方向に流れる為の圧差で、一般的には動静脈間の血圧差=平均動脈血圧(静脈圧が動脈圧に比べ極端に小さいため)となります。

脳血管障害の分類

脳への血流が障害される病態を脳血管障害(脳卒中)といい、脳血管障害は「脳出血」と「脳梗塞」の2種類に大きく分類できます。

脳の血管に負担をかける生活習慣を続けていると、血管が破裂するか血管がつまり、正常の血流が途絶え、脳血管障害になるリスクが高まります。

身体の仕組みを正しく理解し、普段から身体に負担をかけない生活を心がけ、脳血管障害を予防しましょう。

高血圧性脳出血の好発部位である被殻。

被殻は、運動調節・認知機能・感情・動機づけや学習などさまざまな機能を司どる大脳基底核を構成する要素のひとつで、被殻出血の臨床症状は出血の状態により多彩です。

被殻の構造や機能と起こり得る症状とリンクさせて解説します。

概要 代表的な疾患名
出血性疾患(脳出血) 出血性疾患(脳出血)は、脳を栄養する血管がなんらかの原因で切れて脳組織内で出血し、破れた血管に栄養されていた脳部位に血流が不足することや出血で組織が圧迫されることで、脳の機能障害が生じる病気 高血圧性脳内出血
閉塞性疾患(脳梗塞) 脳を栄養する血管がなんらかの原因で詰まり、脳血流が阻害され、その血管から栄養されていた脳部位が壊死(または一時的な機能停止)する病気 脳梗塞(脳血栓症・脳塞栓症を含む)/一過性虚血疾患(TIA・RINDなど)など
くも膜下出血 脳出血の一部ですが、くも膜と軟膜の間のくも膜下腔(脳脊髄液が灌流する場所)を通る血管が破れ、血液が脳表のくも膜下腔に広がってしまう脳血管障害 くも膜下出血

脳血管障害の原因や症状の特徴は多様ですが、患者数の多い脳血管疾患をいくつかピックアップして、原因、症状の特徴、発生のメカニズムなどについてまとめます。

脳出血

通常脳出血と言えば、高血圧性(脳出血高血圧が原因で、脳内組織を栄養する血管が切れて出血し、脳内に血液が溜まってしまう脳血管性の疾患)を指します。

脳の血管は他臓器の血管に比べ中膜・外膜が薄く弾性繊維が少ないため、内外からの損傷によって破れやすい特徴があり、「高血圧性脳出血」とは、動脈硬化などが原因で脆くなっている脳の血管から漏出性出血することで発症します。

脳血管の細動脈と小動脈は他の部位の動脈と異なり、再外層にある外弾性板という保護膜がなく、中間層にある中膜筋層も薄くて膠原繊維が多いため、高齢化や高血圧で中膜の筋細胞が繊維(血管壊死)すると、内膜も変化(血漿性動脈壁組織融解、類繊維素変性、血管壊死)し、動脈瘤ができやすい構造になっています。

「高血圧性脳出血」に特徴的な症状としては、「突発する意識障害」「頭蓋内圧亢進症(嘔吐・アニソコリア)」「運動麻痺(脳出血した部位と反対側)」「巣症状(共同偏視・失語・構音障害・失行・失認・病態失認など)」で、発症および進行は脳梗塞より急激です。

「高血圧性脳出血」の好発部位がいくつかあり、発症部位により特徴的な症状があります。

好発部位 詳細 症状の特徴
レンズ核線条体動脈(被殻・内包) レンズ核線条体動脈(特に外側線条体動脈,中大脳動脈から分岐して大脳基底核を灌流)で栄養され、錐体外路を構成する被殻は、脳出血の60~65%を占める好発部位 純粋な被殻出血であれば運動のぎこちなさがでるだけですが、ほとんどの場合隣接する内包(錐体路)に影響を及ぼし、重篤な知覚・運動障害が生じるケースが多い。
視床 視床を栄養する視床膝状体動脈(後大脳動脈から分かれて間脳(視床)を灌流)、視床穿通動脈、前脈絡叢動脈などの出血する
  • 意識障害(第3脳室に接しているため、血腫が脳室内に穿破することがあり、頭蓋内圧の上昇が軽度、血腫による脳実質破壊が最小限で済むことがあるため意識障害のレベルには差が出る)
  • 知覚障害
  • 完全~不全片麻痺
  • 眼球障害(内側下方を凝視、縮瞳、垂直方向注視麻痺)
  • 視床症候群(視床膝状体動脈)
皮質下(脳の皮質と髄質の境界部近辺) 血管壊死よりも血管腫や奇形、腫瘤や血管病変などが原因(血管造影でも原因特定困難)で、頭頂葉→側頭葉→前頭葉→後頭葉の順で好発
  • 頭痛
  • 痙攣発作(2次性てんかん焦点になりやすい)
  • 意識障害をきたす可能性は少ない
  • 巣症状
小脳 上小脳動、前下小脳動脈、後下小脳動脈など小脳を栄養する血管が出血

めまい、嘔吐、頭痛、起立歩行困難や小脳失調症状

第4脳室に内に穿破した場合、早期に水頭症から脳ヘルニアが生じるため、後頭骨の解放(後頭蓋窩減圧術)と血腫除去が必要になります。

脳幹(橋・延髄) 橋に特に好発(頻度は1~5%)

高度の意識障害・呼吸障害・脳神経障害・運動麻痺(穿通枝の破綻)を呈します。

背部の中脳蓋に限局した出血では、意識障害を伴っても一過性で眼球運動障害程度で済む場合もありますが、被蓋(中脳蓋より腹側で黒質より背側)を含む場合は、重篤な意識障害・四肢麻痺・顔面神経麻痺・外転神経麻痺などを停止、生存しても植物状態になり、一側に偏っている場合は、交代性片麻痺を呈します。

高血圧性の脳出血の60%以上が、被殻出血ですが、被殻(大脳皮質と視床・脳幹を結びつけている神経核の集まりである大脳基底核の線条体を構成する要素)を栄養している血管(外側線条体動脈)が細く、高血圧や動脈硬化などで破裂しやすいためです。

被殻出血は発生頻度が大変高く、重要な機能を持つ要素や経路とつながっているため、出血の大きさにより、様々な症状を呈する可能性があります。

被殻には「大脳基底核(身体の随意運動の調節や姿勢、筋緊張の調整などスムースな活動が行えるように無意識的にコントロールしている役割)を構成する要素のひとつ」と「錐体路(あらゆる意識的な運動に関係する繊維や感覚繊維)が通過する内包と接していて、外側は、言語、行動、理解、認識などの高次機能をつかさどる神経細胞とつながっているため、記憶をベースに予測や期待に関する行動、前頭葉の運動パターンから適切なものを選択する行動、眼球運動、感情に関与する辺縁系の制御、などにも関与する」が含まれるため、被殻出血には「被殻だけに限定した小さい出血は臨床上あまりない」「被殻に出血がおこると、内包に血腫が入り込んだり、内包や被殻の周囲を圧迫することが多いため、被殻の出血が大脳基底核の機能異常だけでなく、顔面や手足のまひなどの運動障害、半身の感覚が鈍くなるなどの感覚障害、高次脳機能障害が出現する」「優位半球(一般的には左)に出血をすると、言葉を話せない話せても意味をなさない、人のいうことが理解できないなどの失語症が現れることがある」「劣位半球(一般的には右)に出血をすると、左半側の空間にあるものを無視する半側空間無視(はんそくくうかんむし)、その他いずれの半球でも、上記を含めた失行、失認などの高次脳機能障害が起こる可能性がある」などの特徴があります。

高血圧性脳出血のCTなどの画像所見では、脳出血部は高吸収域として描出されるので出血直後は真白になり、脳浮腫を示す低吸収領域が出現(脳実質の圧迫が示される)しますが、経時的に吸収域が低下し、4週間程度で脳実質と同じ程度に(等吸収域)なります。

症状が重篤で機能障害が起こる可能性がある場合などは緊急手術を行いますが、JCS20より意識障害が良く、血腫が小さければ手術は行わず自然吸収を待つ(約1か月)か、血腫が大きい場合でも4週間経過以降に血腫除去を行う場合もあります。

発症後は再出血を防ぐための血圧コントロールも重要です。

くも膜下出血

「くも膜下出血」とは、くも膜と軟膜の間のくも膜下腔(脳脊髄液が灌流する場所)を通る血管が破れ、血液が脳表のくも膜下腔に広がってしまう脳血管障害で、好発部位は「ウィリス動脈輪(内頸動脈→前交通動脈→中大脳動脈→堆骨・脳底動脈→前大脳動脈の順)」です。

原因の70~80%が「脳動脈瘤破裂(40~50歳代に集中)」で、その他「脳動脈奇形の破綻(20~40歳代に集中)」「高血圧性脳内出血」「脳腫瘍」「血液疾患(白血病)」などが原因で生じるケースもあります。

一番特徴的症状は、「ハンマーで殴られたような」「今までに経験したことないほど激しい」などと表現される激しい頭痛で、他にも「髄膜刺激症状:項部硬直」「血性髄膜:腰椎穿刺で確認」「局所神経脱落症状の欠如:動脈瘤破裂により脳内に血腫が生じて麻痺や知覚症状を示すことはあるが、それ以外では局所的な神経脱落症状を示さない」「硝子体出血:眼底検査で硝子体(網膜前方)出血あり(ターソン症候群)、血腫が吸収されない場合は視力障害を残す」などが生じます。

原因の種類によって治療方法が異なりますが、再出血、血管攣縮、急性水頭症、正常水頭症などに対するリスク管理も重要となります。

予後は比較的良好です。

脳梗塞

「脳梗塞」とは、脳血栓症、脳塞栓症、急激な血圧低下における脳循環不全、脳血管攣縮などで脳の血管が閉塞し、脳細胞に酸素やブドウ糖が供給されなくなり、脳細胞が壊死状態になった結果、脳機能障害を呈する病気です。

脳出血程急激な意識障害はまれ(側副血行路でわずかに血液供給があるため:主幹動脈が突然閉塞する脳塞栓症では急激な発症となる)ですが、階段的に悪化するのが特徴です。

CTでは梗塞部が低吸収域として描出れるが、直後にははっきりした変化は現れず、24時間経過後に脳浮腫の淡い低吸収域出現し、48時間経過で低吸収域がより鮮明になります。

急性期には、血流を補うバイパス術などなど外科的手術の他、薬剤による血栓溶解、病巣周囲の血流改善、閉塞によって生じた脳組織ダメージの最小化、血圧管理などを図る内科的治療も重要となる。

血流が停止する時間が短いほど細胞へのダメージは少なく済むので、いかに緊急対応を適切に行えるかが、予後に大きく影響します。

脊髄血流の仕組み

脊髄を栄養する血管には以下のような特徴があります。

栄養範囲
2本の後脊髄動脈 後索に血液供給(後1/3)
1本の前脊髄動脈 後索以外の脊髄に血液供給(前2/3)
前脊髄動脈

脊髄動脈だけでは脊髄に十分な血流が供給できないので、6~8本の根動脈を通して他の血管(堆骨動脈・肋間動脈・腰動脈・仙骨動脈など)からも血流を得ています。

特に脊髄の血液供給には、「アダムキーヴィッツ動脈(Adamkiewicz動脈)」が重要な役割を果たします。

アダムキーヴィッツ動脈(Adamkiewicz動脈)の起始部は、下部胸椎から(Th9~Th 12 に75~80%)上部腰椎(Th 12~L 3に83.9%)にあり、前脊髄動脈に達する前に後枝を出して後脊髄動脈を補強し、前脊髄動脈に達すると大きな下行枝と小さな上行枝に分岐します。

前脊髄動脈は、上位頸部に数本の栄養動脈と下位胸部にアダムキーヴィッツ動脈(Adamkiewicz動脈)から血流を供給され、脊髄の下2/3〜1/2(腰仙髄)はアダムキーヴィッツ動脈(Adamkiewicz動脈)が唯一の栄養供給動脈です。

つまり、脊髄は血液供給の大半をアダムキーヴィッツ(Adamkiewicz)動脈に頼っているため、アダムキーヴィッツ動脈(Adamkiewicz動脈)が閉塞すれば、脊髄の機能障害につながります。

また、前脊髄動脈への側副血行は少なく、特定の脊髄節(第2〜第4胸髄節の付近)が特に虚血に陥りやすいという特徴があります。

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