脊髓損傷后髓內壓測量方法的研究進展

張鑫，李建軍，楊德剛，劉長彬，張文豪，楊明亮，杜良杰，高峰，李大鵬，郭韻，蔡暢

·綜述·

脊髓損傷后髓內壓測量方法的研究進展

張鑫，李建軍，楊德剛，劉長彬，張文豪，楊明亮，杜良杰，高峰，李大鵬，郭韻，蔡暢

在脊髓損傷研究中，髓內壓的測量尤為重要。本文分析了脊髓損傷后影響髓內壓的因素及測量方法。影響因素包括水腫、血管調節和出血、硬脊膜、軟脊膜、腦脊液、椎管和體位等。測量方法包括直接測量法和間接測量法，直接測量法包括傳感器置于脊髓實質內或髓外硬膜內測壓、腰椎導管測壓和離體測壓等；間接測量法包括計算機建模測壓和測量眼壓等。

脊髓損傷；髓內壓；影響因素；測量方法；研究進展；綜述

[本文著錄格式]張鑫，李建軍，楊德剛，等.脊髓損傷后髓內壓測量方法的研究進展[J].中國康復理論與實踐,2017,23(8): 919-923.

CITED AS:Zhang X,Li JJ,Yang DG,et al.Advance in measurement methods of intramedullary pressure after spinal cord injury(review)[J].Zhongguo Kangfu Lilun Yu Shijian,2017,23(8):919-923.

脊髓損傷是一種嚴重的中樞神經系統疾病，其中創傷性脊髓損傷的全球發病率約為23/100萬[1]，可導致運動功能、感覺功能以及自主神經功能障礙，致殘率高，嚴重影響患者生活質量，且尚無有效治愈方法。深入研究脊髓損傷病理生理機制是尋找治療新策略的重要途徑。

脊髓損傷后髓內壓變化可能是影響神經恢復的一項重要因素，目前大家對脊髓損傷后髓內壓的認識很少。正常生理活動情況下，脊髓內部不會產生顯著的異常應力，而脊髓損傷后髓內壓可能會升高[2-3]，髓內壓顯著升高的患者長期神經學和組織學結局較差[4]。

目前脊柱脊髓損傷的治療方法主要關注解除脊椎骨折、脫位等造成的脊髓外壓迫，而較少關注髓內壓變化。Werndle等[3]定義了一些變量，如椎管內壓(intraspinal pressure)、脊髓灌注壓(spinal cord perfusion pressure)、脊柱壓力反應指數(spinal pressure reactivity index)和脊柱儲備容量指數(spinal reserve capacity index)，它們可能會幫助解釋髓內壓升高是否會加重脊髓損傷，并可能用于指導脊髓損傷后的治療；這些變量與對應的腦外傷中變量，如顱內壓(intracranial pressure)、腦灌注壓(cerebral perfusion pressure)、壓力反應指數(pressure reactivity index)和儲備容量指數(reserve capacity index,RAP)，有類似的變化規律。

目前尚未形成監測脊髓損傷后髓內壓的標準方法，描述脊髓壓力的詞語也尚未統一，如椎管內壓、脊髓間質壓、囊內壓、脊髓實質內壓以及髓內壓等。本文分析影響髓內壓的因素，根據測量位置不同對髓內壓的測量方法進行分類，并對每種方法做出評價。

1 影響因素

1.1 水腫

脊髓損傷后水腫一般在損傷部位的中心出現，隨著時間推移，相鄰區域也相繼出現水腫[5]。脊髓腫脹可能產生從頭端到尾端的放射性力，由于大多數神經元纖維從頭端到尾端走行，脊髓水腫將射線樣擴散，壓迫硬脊膜[6]。水腫形成可能會導致損傷部位的髓內壓升高，且不同時間點的髓內壓升高與出血和水腫增加均相關。髓內壓在傷后3 d達到最大值，主要與水腫顯著增加有關，水腫將持續1周[7]。水腫造成脊髓組織血流減少、營養供應缺乏，最終導致細胞死亡和更嚴重的功能缺失[8-9]。組織水腫與水分積累相關，即使脊髓損傷后進行手術干預，水分也持續積累[10]。所以，脊髓水腫被定義為脊髓繼發性損傷的主要事件[7]。

1.2 血管調節和出血

脊髓損傷后脊髓血管的變化被認為是影響脊髓壓力的重要方面之一。脊髓損傷可直接導致脊髓血供被阻斷，未損傷的血管發生痙攣和水腫，病變部位立即出現脊髓血流大量減少，造成缺血性損傷。

脊髓損傷后早期出血量顯著增加，是傷后5 h影響病變體積的主要因素，很有可能是早期髓內壓增加的主要因素[7]。同時髓內壓升高也會進一步阻礙脊髓的血液灌注，導致缺血和脊髓組織更嚴重的損傷[11]。

1.3 硬脊膜

硬脊膜是脊髓損傷后脊髓受壓的重要因素[3,11]。由于硬脊膜特殊的生物力學性質，絕大多數急慢性脊髓損傷患者的硬脊膜均保持完整，致壓物多數通過硬脊膜作用于脊髓使其持續受壓。脊髓損傷后行椎板切除，觀察到損傷部位的硬膜囊直徑與高于或低于損傷部位的相同，損傷部位髓內壓仍然很高，說明硬脊膜幾乎無彈性[6]。

硬膜外減壓被認為是一種很重要的干預措施，然而有研究發現，重度脊髓損傷即使椎板切除進行充分減壓，磁共振成像觀察到腫脹的脊髓占滿蛛網膜下腔，腫脹部位蛛網膜下腔看不到腦脊液，說明髓內壓并沒有得到緩解[3,12-14]。隨后發生的水腫和出血可能會導致受損的脊髓腫脹，腫脹的脊髓仍然受到周圍無彈性的硬脊膜壓迫[15]。Smith等[16]發現，硬脊膜破裂后腫脹的脊髓在切開部位膨出。有研究表明[3]，脊髓損傷患者椎板切除后，切口軟組織直接壓迫硬膜囊，反而會導致髓內壓顯著升高，但未行椎板切除術的患者，沒有觀察到類似變化。這些觀察表明，由于硬脊膜的特性，髓內壓升高大部分是由周圍硬脊膜直接壓迫導致。目前的臨床實驗[13]和動物實驗[16-18]表明切開硬脊膜能更有效地釋放腫脹脊髓的壓力。

1.4 軟脊膜

軟脊膜是決定脊髓剛度的主要因素，因為它的彈性系數比脊髓實質高460倍[19]。脊髓損傷急性期，軟脊膜限制脊髓體積膨脹，導致髓內壓升高[20]。研究顯示在損傷的急性期，軟脊膜切開導致壓力降低53.5%，而在亞急性期，僅導致壓力下降14.6%[21]。Gen-long等[22]對16例頸部脊髓損傷患者行軟脊膜切開和單開門椎板成形術，術后發現日本骨科協會(Japanese Orthopaedic Association,JOA)評分比術前高，說明軟脊膜切開對脊髓損傷患者有效。

1.5 腦脊液

目前幾項研究強調將腦脊液與脊髓損傷實驗模型結合起來，因為它在脊髓壓力傳導中起到重要的生物力學作用[23]。正常情況下，硬膜囊內腦脊液通過吸收震蕩的機制為脊髓提供保護作用。然而，急性脊髓損傷后腫脹的脊髓與周圍硬脊膜之間無腦脊液或僅有很少。這種狀況與腦損傷后腦組織腫脹有相似特征：腦組織進一步腫脹或容量擴張時，缺少腦脊液可能會降低局部壓力-容量補償儲備[24]。無彈性的硬脊膜不能為腦脊液提供緩沖，導致損傷部位髓內壓升高。但有研究者認為，硬膜囊受壓堵塞腦脊液流動不一定代表著脊髓持續受壓[25]。脊髓損傷后，損傷部位的頭、尾端腦脊液壓力不同[3,18]。通常認為腦脊液在日?；顒又心鼙Ｗo脊髓，但一些研究者提出，脊髓損傷過程中，由于壓力或應力波通過腦脊液和脊髓組織傳播，反而會損傷遠離損傷部位的組織[26]。

1.6 椎管

顱骨和椎管之間存在解剖結構差異。具體來說，脊髓的縱向結構允許液體向頭端和尾端流動；腦外傷中顱骨是封閉的，受損的腦組織就像被困在一個“緊閉的盒子”里，最終造成腦疝[10]，而椎管能提供一定的空間來容納脊髓水腫膨脹。Monro-Kellie假說認為，成人顱內有血液、腦脊液和體積相對穩定的腦組織；一種成分的體積增加，另一種成分將等量減少[27-28]。隨著脊髓損傷后脊髓發生腫脹，當腦脊液和靜脈血移位的代償機制無法再代償時，髓內壓增高，損傷部位的椎管可能服從Monro-Kellie假說[6]。

1.7 體位

與側臥位相比，仰臥位導致脊髓損傷患者髓內壓升高2～4 mmHg[13]。相比頸部脊髓損傷，這種壓力差異在胸椎更顯著[29]，可能因為仰臥位時，頸椎生理性前凸導致頸髓壓迫較小，而胸椎生理性后凸使得胸髓壓迫更嚴重。在非椎板切除的患者中，沒有觀察到這種差異。Phang等[13]發現，椎板切除術后4 d內，患者應側臥，或仰臥時在傷口周圍放置環形枕頭；術后5 d，仰臥位對髓內壓無影響。

2 測量方法

2.1 直接測量法

2.1.1 傳感器置于脊髓實質內測壓

Dong等[30]制作大鼠脊髓損傷模型后，用靜脈穿刺針平行于脊髓矢狀面斜行穿透硬脊膜進入脊髓實質，插入微型壓力導管，發現脊髓損傷后髓內壓力與損傷程度呈正相關。Saadoun等[31]制作小鼠T6節段脊髓損傷模型，將微型壓力導管穿過硬脊膜插入T6脊髓實質內測量壓力，研究小鼠脊髓損傷后水腫對神經功能的影響。Khaing等[21]使用大鼠胸髓中度損傷模型，將探針從尾端距損傷中心約4 mm處插入，朝向頭端進針直至損傷中心記錄壓力值，然后以損傷部位為中心，沿脊髓軸線每隔2.5 mm，頭尾端對稱測量一次壓力，他們發現損傷后30 min壓力升高為正常值的3倍，并保持高壓狀態7 d。

該測壓方法可較為準確地測量髓內壓，缺點是侵入性操作，存在一些潛在風險，包括腦脊液漏、假性硬脊膜膨出、傷口感染、損傷脊髓和損傷部位出現血腫等[29]。

2.1.2 傳感器置于髓外硬膜內測壓

Werndle等[3]提出測量脊髓壓力的新方法，即脊髓損傷患者行椎板切除術后，將針折彎至90°以防穿入時損傷脊髓，穿透損傷部位下一節段的硬脊膜，插入探針并移至脊髓最腫脹的部位測量壓力。Phang等[32]用同樣方法在術中監測胸髓完全性脊髓損傷患者損傷部位以上、損傷部位和損傷部位以下這三個部位的硬膜下壓力，發現損傷部位壓力最高，相差超過10 mmHg；繼續在脊髓腫脹節段每隔5 mm測量壓力，然后將探針留置在壓力最大的部位，術后繼續監測。Leonard等[7]用兔脊髓壓迫模型進行研究，氣球壓迫脊髓T10節段，椎板切除后，探針穿透硬脊膜，沿脊髓背側表面移動至損傷中央，實時觀察并記錄，發現壓力早期5 h升高，傷后3 d達到最大值。Jones等[33]使用豬脊髓損傷模型進行研究，微型光纖壓力傳感器沿脊髓背側冠狀面插入50 mm，鞘內放置4個壓力傳感器，分別在脊髓頭端和尾端距離損傷中心20 mm和100 mm處測量壓力，驗證此方法可以用于測量大動物脊髓壓力。Iida等[34]采用球囊法測量犬髓內壓，將連接壓力傳感器的球囊塞入硬膜下，對T5脊髓施加牽引負荷，發現牽拉水平的髓內壓迅速上升，髓內壓與拉伸強度呈線性相關。Soubeyrand等[35]制作大鼠T10節段脊髓損傷模型，穿刺針穿透骶尾部硬脊膜進入硬膜下腔，記錄壓力，發現脊髓損傷后壓力顯著升高。Martirosyan等[36]將椎板切除暴露T3-8脊髓，制作豬輕度脊髓損傷模型，探針置于T5硬脊膜下，監測壓力，實驗顯示脊髓損傷沒有增加硬膜下壓力。

大多數研究者選擇將傳感器置于硬脊膜下監測髓內壓，相比插入脊髓實質內測量，侵入性小，但硬膜下壓力和髓內壓有差異。重度脊髓損傷，脊髓腫脹壓迫硬脊膜時，在脊髓最腫脹的部位(即損傷部位)，硬膜下壓力和髓內壓類似[6,32]。輕度脊髓損傷，脊髓不壓迫硬脊膜，此時損傷部位的硬脊膜下壓力和髓內壓的關系未知。前兩種方法均需要進行椎板切除，后續還需要切除黃韌帶和硬膜外脂肪，再加上硬膜表面使用粘合劑凝膠，改變了該系統的自然狀態，可能會影響壓力的測量。開放的手術方式允許植入微型壓力傳感器，可以直接接觸腦脊液進行壓力測量，但植入傳感器時不可避免會有腦脊液流失，可能會影響測量結果。Phang等[29]檢測了探針的安全性，沒有遇到嚴重并發癥，如髓膜炎或損傷脊髓。Werndle等[3]持續監測硬脊膜下壓力長達1周，也沒有出現并發癥。該方法可能比監測顱內壓的嚴重并發癥更少，因為顯微鏡下可直接觀測探針放置在硬膜下的過程，而顱內壓探針插入腦實質且通過錐顱探查法無法觀察插入過程，增大損傷的風險[29]。

2.1.3 腰椎導管測壓

Kwon等[25]在脊髓損傷患者L2/3或L3/4間插入腰椎鞘內導管，導管連接引流和監測系統監測腦脊液壓力，在脊髓減壓術中和術后觀察到壓力顯著升高。Kong等[37]用相同方法測量腦脊液壓力，研究脊髓損傷后患者的血流動力學特征。Altaf等[38]用同樣方法研究血管加壓藥對脊髓損傷患者髓內壓的影響。

腰椎穿刺蛛網膜下腔置管可以準確監測腦脊液壓力的變化，但腦脊液壓力并不能準確描述受損脊髓的壓力情況。當脊髓壓迫硬脊膜時，這種方法的測量結果與損傷部位髓內壓不同。人體[25]和動物實驗[18]顯示，脊髓損傷后損傷部位兩端的腦脊液壓力可能有差異，強調需要分別測量損傷部位頭端和尾端的腦脊液壓力，而該方法只測量了損傷部位一端的腦脊液壓力。Kwon等[25]用該方法發現脊髓減壓術中和術后壓力顯著升高，與最初預想的壓力降低存在差異。脊髓損傷后各種原因阻斷腦脊液流動，從而在損傷部位建立了一個相當大的壓力梯度。減壓可能緩解了蛛網膜下腔的堵塞，但高壓分向損傷部位鄰近的硬膜囊內，在腰椎穿刺處放置導管則監測到手術減壓后壓力反而迅速升高。另外，目前已建立的嚙齒類動物脊髓損傷模型不適合研究與損傷相關的腦脊液壓力，因為空間受限，傳感器只能放置在小腦延髓池和腰大池[39]。

2.1.4 離體測壓

Harwell等[40]從新鮮尸體標本中分別取下幕上大腦和脊髓，分別在雙側額葉、頂葉，以及頸髓、胸髓中央放置壓力監測器，樣本放置在低滲溶液中模擬水腫同時記錄壓力；沿脊髓背側中線切開軟脊膜后再次監測壓力。Winestone等[41]用新鮮尸體標本建立脊柱后凸畸形模型，分別在頸、胸脊髓節段放置髓內壓力監測器，記錄髓內壓。動物的脊髓與人尚存在一定差異，使用人體標本進行離體研究能盡可能減少這項差異。該方法的優點是安全、條件易于控制且操作簡便，但模擬的真實性還有待驗證。

2.2 間接測量法

間接測量法包括計算機建模測壓、測量眼壓等，但相關技術和研究還不太成熟。Sparrey等[42]運用平面應變、非線性幾何、有限元等技術建立了人體胸髓模型，研究脊髓灰質、白質和軟脊膜對脊髓受壓時組織水平應力和應變的作用。Stoverud等[43]建立孔隙彈性模型，研究軟脊膜、脊髓中央管、正中裂、灰質和白質在壓力波傳播和腦脊液流動中的作用。椎管內部結構的位移及內在的應力變化僅憑病理過程猜測，缺乏客觀的實驗支持。三維有限元技術可檢測到標本內在應力和內在位移的變化，已廣泛應用于骨科生物力學研究[44-45]。計算機建模的優點是節約資源、實驗變量和結果的可重復性高，但模型復雜，需要專業技術人員且費用高。

有研究[46]顯示，青光眼患者的眼壓與腰椎穿刺測得的顱內壓呈相關性，可通過測量眼壓反映顱內壓的變化，而關于眼壓與髓內壓是否有相關性，還需要進一步研究。

3 總結與展望

壓力類似于體溫、脈搏、呼吸，是人體一項重要的生理參數。其中動脈血壓已經是臨床常規檢測項目，而目前組織壓力還未列入常規檢測項目，主要原因是沒有長期安全有效的測量方法。急性脊髓損傷后通常要維持平均動脈壓在85～90 mmHg，以期能提供合適水平的脊髓血管灌注[47-48]；然而脊髓灌注壓不僅由平均動脈壓決定，實際是由平均動脈壓和髓內壓之間差值決定[25]。因此，需要臨床監測髓內壓來保證脊髓組織足夠的血液灌注，且強調需要治療性干預措施降低髓內壓。監測髓內壓能夠指導脊髓損傷后手術減壓的時機和療效。髓內壓力可能是脊髓損傷后繼發性損傷的重要病理生理機制，我們需要更深入了解脊髓損傷后髓內壓的變化，從而形成針對抑制髓內壓升高的新的治療方法。另外，髓內壓監測也可以用于很多其他方面，如導致脊髓腫脹的疾病(如縱向延伸的橫貫性脊髓炎等)[49-50]、確定髓內注射水凝膠的最佳治療使用劑量[51]等。

本文分析了測量髓內壓的影響因素并且歸納總結了髓內壓的測量方法，該研究領域進一步的發展方向可能是實時無創活體監測髓內壓的動態變化。相信隨著遙測技術、三維有限元技術以及計算機圖像處理技術的發展與應用，人們一定能夠更加精準地監測髓內壓，從而更好地了解脊髓損傷的病理生理機制。

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Advance in Measurement Methods of Intramedullary Pressure after Spinal Cord Injury(review)

ZHANG Xin,LI Jian-jun,YANG De-gang,LIU Chang-bin,ZHANG Wen-hao,YANG Ming-liang,DU Liang-jie, GAO Feng,LI Da-peng,GUO Yun,CAI Chang
1.Capital Medical University School of Rehabilitation Medicine,Beijing 100068,China;2.Department of Spinal and Neural Function Reconstruction,China Rehabilitation Research Center,Beijing Bo'ai Hospital,Beijing 100068,China;3.Center of Neural Injury and Repair,Beijing Institute for Brain Disorders,Beijing 100068,China;4.Beijing Key Laboratory of Neural Injury and Rehabilitation,Beijing 100068,China

LI Jian-jun.E-mail:crrc100@163.com

The measurement of intramedullary pressure is particularly important in the research of spinal cord injury.This article analyzed the influence factors and the measurement methods of intramedullary pressure.The influence factors included edema,vascular regulation and bleeding,spinal dural,pia mater spinalis,cerebrospinal fluid,canalis vertebralis and body position,etc.The measurement methods included direct measurement methods,as the sensor placed in the parenchyma of spinal cord,intradural extramedullary or lumbar catheter, and measuring in vitro,and indirect measurement methods,as computer modeling and intraocular pressure measuring.

spinal cord injury;intramedullary pressure;influence factors;measurement methods;research progress;review

R651.2

A

1006-9771(2017)08-0919-05

2017-01-18

2017-02-03)

10.3969/j.issn.1006-9771.2017.08.010

1.國家自然科學基金項目(No.81272164)；2.中央級公益性科研院所基本科研業務費專項資金項目(No.2015CZ-6)；3.國家“十二五”科技支撐計劃項目(No.2012BAI34B02)。

1.首都醫科大學康復醫學院，北京市100068；2.中國康復研究中心北京博愛醫院脊柱脊髓神經功能重建科，北京市100068；3.北京腦重大疾病研究院神經損傷與修復研究所，北京市100068；4.北京市神經損傷與康復重點實驗室，北京市100068。作者簡介：張鑫(1994-)，女，漢族，山東淄博市人，碩士研究生，主要研究方向：脊柱脊髓損傷的康復與治療。通訊作者：李建軍，男，教授，主任醫師，博士，博士后導師，主要研究方向：骨科及脊柱脊髓損傷的康復與治療。E-mail:crrc100@163.com。