Autoregulation of Cerebral Blood Flow

Autoregulatie van de cerebrale bloedstroom is het vermogen van de hersenen om een relatief constante bloedstroom te handhaven ondanks veranderingen in perfusiedruk . Autoregulatie is aanwezig in vele vasculaire bedden, maar is bijzonder goed ontwikkeld in de hersenen, waarschijnlijk als gevolg van de behoefte aan een constante bloedtoevoer en water homeostase. Bij normotensieve volwassenen wordt de cerebrale bloedstroom gehandhaafd op ~50 mL per 100 g hersenweefsel per minuut, mits de CPP tussen ~60 en 160 mmHg ligt. Boven en onder deze grens gaat de autoregulatie verloren en wordt de cerebrale bloedstroom lineair afhankelijk van de gemiddelde arteriële druk. Wanneer de CPP onder de ondergrens van autoregulatie daalt, treedt cerebrale ischemie op . De vermindering van de cerebrale bloedstroom wordt gecompenseerd door een toename van de zuurstofonttrekking uit het bloed . Klinische tekenen of symptomen van ischemie worden pas waargenomen wanneer de daling van de perfusie groter is dan het vermogen van de toegenomen zuurstofextractie om aan de metabolische behoeften te voldoen. Op dit punt treden klinische verschijnselen van hypoperfusie op, waaronder duizeligheid, veranderde mentale status, en uiteindelijk onomkeerbare weefselschade (infarct).

De mechanismen van autoregulatie in de hersenen worden niet volledig begrepen en verschillen waarschijnlijk bij drukverhogingen versus drukverlagingen. Hoewel een rol voor neuronale betrokkenheid bij autoregulatie aantrekkelijk is, hebben studies aangetoond dat autoregulatie van de cerebrale bloedstroom behouden blijft bij sympathetisch en parasympatisch gedenerveerde dieren, hetgeen erop wijst dat een belangrijke bijdrage van extrinsieke neurogene factoren aan autoregulatie van de cerebrale bloedstroom onwaarschijnlijk is (zie Perivasculaire Innervatie). Onlangs is aangetoond dat neuronaal stikstofmonoxide een rol speelt bij de autoregulatie van de cerebrale bloedstroom, hetgeen suggereert dat extrinsieke innervatie wellicht geen rol speelt, maar intrinsieke innervatie wel. Biproducten van metabolisme zijn ook voorgesteld om een rol te spelen in autoregulatie . Vermindering van de cerebrale bloedstroom stimuleert het vrijkomen van vasoactieve stoffen uit de hersenen die arteriële verwijding veroorzaken. Kandidaten voor deze vasoactieve stoffen zijn H+, K+, O2, adenosine, en andere. Autoregulatie van de cerebrale bloedstroom wanneer de druk fluctueert aan de hoge kant van de autoregulatoire curve is waarschijnlijk te wijten aan het myogene gedrag van de cerebrale gladde spieren die zich vernauwen in reactie op verhoogde druk en verwijden in reactie op verlaagde druk. De belangrijke bijdrage van myogene activiteit aan autoregulatie is in vitro aangetoond in geïsoleerde cerebrale slagaders onder druk die constrictie vertonen als reactie op verhoogde druk en dilateren als reactie op verlaagde druk (zie Myogene respons). Autoregulatie bij drukken beneden het myogene drukbereik impliceert waarschijnlijk hypoxie en het vrijkomen van metabolische factoren.

Het belang van autoregulatie in de normale hersenfunctie wordt benadrukt door het feit dat aanzienlijke hersenschade optreedt wanneer autoregulatoire mechanismen verloren gaan. Bijvoorbeeld, tijdens acute hypertensie bij drukken boven de autoregulatoire grens, wordt de myogene vernauwing van de vasculaire gladde spier overwonnen door de excessieve intravasculaire druk en treedt geforceerde verwijding van de cerebrale vaten op . Het verlies van myogene tonus tijdens geforceerde dilatatie verlaagt de cerebrovasculaire weerstand, een resultaat dat een grote toename van de cerebrale bloedstroom kan veroorzaken (300-400%), bekend als autoregulatoire doorbraak (figuur 16). Bovendien verhoogt de verlaagde cerebrovasculaire weerstand de hydrostatische druk op het cerebrale endotheel, wat oedeemvorming veroorzaakt, de onderliggende oorzaak van aandoeningen zoals hypertensieve encefalopathie, posterieur reversibel encefalopathiesyndroom (PRES) en eclampsie (zie Vasogene oedeemvorming).

FIGUUR 16

Tracing van CBF (in laser Doppler eenheden) en ABP (in mmHg) in reactie op toenemende doses PE. In dit experiment steeg de CBF vier keer zo sterk als de uitgangswaarde toen de ABP toenam van 140 tot 210 mmHg, wat duidt op een autoregulatoire doorbraak. Gebruikt (meer…)

Hoewel hypertensieve encefalopathie niet meer voorkomt sinds de komst van effectieve antihypertensieve therapie, treedt hypertensieve encefalopathie op als gevolg van een plotselinge, aanhoudende stijging van de bloeddruk die voldoende is om de bovengrens van de autoregulatie van de cerebrale bloedstroom te overschrijden (>160 mmHg). Vroegtijdige studies over de reactie van de cerebrale vaten op hoge bloeddruk leidden tot het concept van hypertensief vasospasme. Men dacht dat acute hypertensieve encefalopathie het gevolg was van spasme – gedefinieerd als een ongecontroleerde vasoconstrictie – van de cerebrale slagaders, waardoor hersenweefsel ischemie veroorzaakte. Dit concept kwam voort uit de waarnemingen van Byrom die experimentele nierhypertensie produceerde en ontdekte dat ~90% van de hypertensieve ratten met neurologische verschijnselen meerdere corticale vlekken van trypan-blauwe extravasatie vertoonden, terwijl ratten zonder cerebrale symptomen een normale cerebrovasculaire permeabiliteit bleken te hebben. Hij merkte ook op wat hij een afwisselende vasoconstrictie/vasodilatatie in de piale vaten noemde, een fenomeen dat bekend staat als een “worstenkoord” verschijning. Deze waarneming leidde hem tot de conclusie dat cerebraal vasospasme ischemie en oedeemvorming veroorzaakte als reactie op acute hypertensie. Byrom wijzigde later zijn visie en verwees naar een bevinding in de mesenterische circulatie dat vaten met dit “worst-snoer” uiterlijk alleen eiwitlekkage vertoonden in de verwijde delen van de vaten. Sindsdien is vastgesteld dat hoge bloeddruk leidt tot verhoogde cerebrale bloedstroom en “doorbraak van autoregulatie” . Verdere experimenten bevestigden dat verlies van myogene vasoconstrictie tijdens geforceerde dilatatie eerder dan spasme de kritieke gebeurtenis is in hypertensieve encephalopathie .