中枢神経(脳・脊髄)血流の仕組み

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人間のあらゆる活動の司令塔として24時間365日休まず働く脳と脊髄(中枢神経)は膨大なエネルギーを消費するため、常に安定した血流が必要です。


脳や脊髄にエネルギーや酸素を供給し、活動に際して生じた老廃物を受け取り運んでくれる経路となる中枢神経を栄養する血流の仕組みについて整理してまとめました。

脳や脊髄(中枢神経系)に大量の血液が必要な理由

脳の重量は体重のわずか2.5%なのに(55kgの人なら約1,400g程度)、脳への血流量は心拍出量の約20%を占め、血流によって運搬された大量の酸素とブドウ糖を取り込み代謝を行い、炭酸ガスと代謝産物を排泄しながら司令塔としての機能を休むことなく果たしています。

スポーツなどでエネルギーを多く消費する人ほどたくさん食べる必要があるのと同じ原理で、 たくさんのエネルギーを消費する脳や脊髄(中枢神経系)には、血流を通じてたくさんの酸素やエネルギーが安定して送られる必要があります。

また、例えば突然一切電気・ガス・水道などのライフラインが使えなくなったら、スマホもパソコンも使えませんし、夜は真っ暗、温かいご飯を食べることも難しくなり、文化生活は楽しめなくなってしまうように、人体にとってのライフラインである血液が中枢神経を巡らなくなったら、人間としての機能は停止してしまいます。

脳血流の仕組み

人体の司令塔である脳には、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が、もし脳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。

脳の動脈系(酸素と栄養を供給)

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

内頸動脈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ます。

  • 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
  • 総頸動脈

    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ます。

    栄養領域

    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

    内頸動脈の栄養領域

    以下の経路で循環して頭蓋内を栄養します。

  • 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
  • 眼動脈

    眼球および外眼筋を灌流する。

    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)

    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
  • 脳血管の解剖学的特徴

  • 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
  • 多臓器の血管より
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
  • 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
  • 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が働いています。

  • 脳血流量=脳灌流圧(=平均動脈血圧)/ 脳血管抵抗
  • 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)

    脊髄血流の仕組み

    脊髄は、以下の血管で栄養されています。

  • 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)
  • 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)から血流を得ています。

    アダムキーヴィッツ動脈(Adamkiewicz動脈)

    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。

    重要な器官には精巧なバックアップ機能がある

    病院など電気やライフラインが途切れることが即大惨事に繋がるような機関では、電気も水道も必ずバックアップがあり、仮に災害が起きてもすぐにライフラインの供給が止まらないような仕組みができています。

    また、地震や台風などの天災時で国や地域全体で発電量が限られる時には、重要なまたは停電することで生じるリスクの高い場所に優先的に供給し、停電する地域を限定させ被害を最小限に抑える配慮をしますよね。

    同じように、人体も特に全身にダイレクトに影響を与える最も仕事量の多い中枢神経への血流に対しては、複数の血流路を構成し、常に安定し豊富な血液を送れるようなシステムができています。

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