Forfatter

Harold L. Rekate, MD

Division of Neurological Surgery, Barrow Neurological Institute, St. Joseph’s Hospital and Medical Center, Phoenix, Arizona

Sammendrag

Opprinnelig beskrevet på midten av 1960-tallet, er normalt trykk hydrocephalus (NPH) en tilstand som hovedsakelig finnes hos eldre pasienter. Forstørrelse av hjerneventriklene resulterer i snikende forverring av gangart, blærekontroll og kognitiv funksjon uten åpenbare tegn på økt intrakranielt trykk. Årsaken til tilstanden har vært gjenstand for betydelig spekulasjon, og enighet er fortsatt unnvikende. Denne artikkelen evaluerer relevant klinisk informasjon og grunnleggende vitenskap for å utvikle en samlende teori om årsaken til NPH. Resultatene antyder at en langvarig økning i og samtidig forlenget kompensasjon for motstand mot strømmen av cerebrospinalvæske fra produksjonsstedet til absorpsjonspunktene kan være mekanismen som ligger til grunn for NPH. Den normale aldringsprosessen kan føre til mykgjøring av hjernen eller til en reduksjon i hjerne turgor, og denne kronisk kompenserte tilstanden fører sannsynligvis til dekompensasjon og symptomatisk forverring.

Nøkkelord: cerebrospinalvæske, demens, intrakranielt trykk , matematisk modellering, normalt trykkhydrocephalus, patofysiologi, pseudotumor cerebri

I 1965 beskrev Hakim og Adams opprinnelig normalt trykkhydrocephalus (NPH) som en kirurgisk behandlingsbar årsak til demens. Eldre pasienter med demens og forstørrede ventrikler på pneumoencefalogram ble utsatt for plassering av ventrikuloatriell shunts. Den kognitive ytelsen til noen av disse pasientene forbedret seg dramatisk, men størrelsen på hjerneventriklene endret seg bare på noen få. I disse tidlige studiene viste ingen av pasientene tegn på økt intrakranielt trykk (ICP), og navnet NPH ble laget for å beskrive denne tilstanden. Siden da har et stort volum litteratur forsøkt å forklare denne gåtefulle tilstanden og forbedre muligheten til å velge pasienter for behandling. Ved å bruke relevant informasjon innhentet fra matematisk modellering, grunnleggende vitenskapelig forskning og nevrofysiologi, nevropatologi og nevroadiologi, foreslår denne gjennomgangen en samlende teori om den underliggende årsaken eller årsakene til NPH.

Matematisk modellering

I samarbeid med ingeniørfakultetet ved Case Western Reserve University, Cleveland, Ohio, utviklet jeg en matematisk modell av dynamikken i cerebrospinalvæske (CSF) for å forklare en rekke gåtefulle forhold relatert til volumet av hjerneventriklene som en funksjon av motstand til utstrømning av CSF. Denne modellen brukte matematiske ligninger avledet fra ingeniørprinsippene for hydraulikk og innlemmet metoder fra system- og designteknikk. Fra disse ligningene ble det utviklet en datasimulering for å beskrive endringer i volumene til hjerneventriklene som en funksjon av CSF-trykk og flyt. Dette arbeidet ble støttet av et tilskudd fra National Institutes of Neurological Diseases and Stroke (R01-NS22901).
For å beskrive responsen fra hjerneventriklene til en økning i motstand mot CSF-utstrømning uten en signifikant økning i ICP i tilstanden av NPH og for å redegjøre for mangelen på en økning i ventrikulær størrelse med økning i utstrømningsmotstand og økt ICP i pseudotumor cerebri, var det nødvendig å inkludere en modifikator som ble kalt «hjerne turgor» eller Kb. konstant for hver persons hjerne, og begrepet Kb ble brukt om «hjernekonstant.» Studier av pseudotumor cerebri indikerte imidlertid at hjerne turgor ikke alltid er en konstant. Snarere kan det være en raskt skiftende variabel som avhenger av cerebralt venøst volum.

I tilfelle av pseudotumor cerebri ble spådommene av modellen validert ved å måle trykk i de venøse bihulene, og årsaken til pseudotumor. cerebri ble identifisert som en økning i sagittalt sinustrykk. Egentlig ble to forskjellige former for denne tilstanden identifisert. I det mer vanlige tilfellet av pseudotumor cerebri assosiert med fedme hos unge kvinner, reflekterte det økte trykket i sagittal sinus økt atrielt trykk, som reagerte på vekttap. Hos ikke-obese pasienter med pseudotumor cerebri ble gradienter identifisert over delvis okkluderte venøse bihuler, selv hos pasienter med normal magnetisk resonans (MR) venografiske studier. Følgelig, i disse tilfellene, resulterte pseudotumor cerebri fra en økning i K og en reduksjon i absorpsjonen av CSF på grunn av høyt sagittalt sinustrykk som overføres til parenkymet i hjernen.

NPH ble modellert med to antagelser. For det første avtar hjerneens turgor som et resultat av den normale prosessen med For det andre, som foreslått av Di Rocco og kollegaer i en studie diskutert i avsnittet om patologien til NPH, motstand mot strømmen av CSF mellom spinal subarachnoid og cortical subarachnoid mellomrom må økes. Datasimuleringer av effekten på ventrikulære volumer (fig. 1) og trykk (fig. 2) viser en økning i volumene til hjerneventriklene, spesielt laterale ventrikler, og en veldig liten økning i ICP som raskt stabiliserer seg med tiden. Modellen forutsier vellykket atferden til hjernen når det gjelder NPH. Aldring er ikke den eneste tilstanden som fører til en reduksjon i hjerne turgor. Hjerneturgor avtar også etter at hjernen er skadet av hjerneslag, traumer (figur 3) og strålebehandling. NPH har i slike tilfeller en tydelig årsak og skiller seg fra idiopatisk NPH der årsaken er ukjent.

Av hensyn til illustrasjon og studier ble blokkering mellom ryggraden og kortikale subaraknoidale rom valgt for datasimuleringen. Et lignende utfall forutsies hvis hindringspunktet er plassert ved utløpet for amina av den fjerde ventrikkelen eller ved akvedukten til Sylvius. I dyremodeller og hos mennesker er det lett å øke hjerne-turgor og dermed skape pseudotumor cerebri ved å hindre venøs retur av halsårene. Simulering av NPH er imidlertid vanskeligere og tar betydelig lenger tid. Studien av NPH krever derfor analyse av naturlig forekommende eksempler på tilstanden. Resten av denne gjennomgangen analyserer tilgjengelig klinisk og grunnleggende vitenskapelig informasjon ettersom den påvirker modellen beskrevet her.

Dyremodeller

Siden Dandys tidlige arbeid har kronisk hydrocefalus blitt produsert i en rekke dyremodeller. Det er også en rekke naturlig forekommende eksempler på medfødt hydrocefalus hos innavlede arter av rotter og mus. Når ICP måles i disse dyrene i den kroniske fasen av hydrocefalus, er det vanligvis innenfor et normalt område. I en hundemodell produseres hydrocefalus ved intrasistern injeksjon av en leireoppslemming kalt kaolin. I løpet av de første dagene etter at kaolin er injisert, øker ICP sterkt. Imidlertid går ICP raskt tilbake til normalt med markert utvidelse av ventriklene. Ventriklene til den naturlig forekommende H-Tx-rotten utvides. Disse rottene mislykkes labyrintesting uten åpenbare tegn på økt ICP, og simulerer dermed NPH. Hos rotter hvis ventrikler opprettholder evnen til å redusere, forbedres deres funksjon ved motorisk testing til ytelsen deres ikke kan skiller seg fra deres ikke-hydrocefaliske søppel.

Patologiske studier

Det histologiske utseendet til biopsier fra pasienter med NPH viser ingen signifikante forskjeller sammenlignet med prøver etter dødsfall fra aldersmatchede kontroller. Ved MR-avbildning og patologisk undersøkelse ser periventrikulær vakuolisering ut til å være et tilfeldig funn som øker i alvorlighetsgrad og grad med aldring. Disse funnene gjenspeiler den svamplignende kvaliteten på hjernen i senere tiår av livet. Denne svampelignende kvaliteten fører til en reduksjon i hjernens turgor med alderen.

En rekke artikler har fokusert på parenkymale endringer i hjernen til pasienter diagnostisert med NPH.Imidlertid fant jeg bare en artikkel der postmortem materiale ble studert i et forsøk på å bestemme punktet for hindring av strømmen av CSF. Di Rocco og kollegaer studerte hjernen til tre pasienter som har vist seg å ha NPH. Disse prøvene avdekket signifikant leptomeningeal fibrose, noe som tyder på at hindringspunktet kan være basale sisterner mellom spinal og kortikale subarachnoid mellomrom. Disse funnene stemmer overens med NPHs tilknytning til hodeskade eller aneurysmal subaraknoidalblødning.

Oppsummert antyder funnene fra tilgjengelige patologiske studier på selve hjernens parenkym bare tilstedeværelsen av kjennetegn ved aldring. Det er ingen funn som er spesifikke for NPH. Det er noe patologisk grunnlag for tanken om at når vi eldes, blir hjernen vår mykere. Til slutt synes shuntresponsivitet å være assosiert med fibrose og derfor økt motstand mot strømmen av CSF i basalsisternene.

Klinisk evaluering

Innsikt i NPHs opprinnelse kan ofte hentes fra historien og den fysiske undersøkelse av rammede pasienter. Et betydelig, men ukjent antall pasienter som utvikler de klassiske funnene av NPH sent i livet, har en historie om at de alltid har vært klar over at hodene deres var større enn normalt (figur 4). Vanneste og Hyman har vist at en betydelig andel av pasientene med NPH har en hindring på akveduktnivået (ikke-kommuniserende hydrocephalus). Dette funnet styrker argumentet om at pasienter med NPH har langvarig kronisk kompensert hydrocefalus som de deretter dekompenserer fra når de blir eldre.

Kliniske fysiologiske studier

Kronisk overvåking av ICP avslører at NPH er faktisk en feilaktig navn. Under ICP-overvåking viser pasienter som til slutt reagerer på shunting, intermitterende høyder av ICP. ICP-opptakene deres er baseline til normal til høy normal. Disse pasientene har også platåbølger i større frekvens og varighet enn normale individer eller enn pasienter som har hjerneatrofi. Disse studiene støtter påstanden om at disse pasientene har høyere ICP enn det som ville være normalt for pasienter i samme alder med samme hjerne viskoelastiske egenskaper.

Infusjonsstudier som måler motstanden mot utstrømning av CSF (Rout) påstås for å forbedre den diagnostiske nøyaktigheten av kliniske og radiologiske undersøkelser av disse pasientene. Disse studiene involverer infusjon av kunstig CSF mens du registrerer ICP. Denne testen kan utføres på en rekke måter, men 18 ml / mm Hg / min ser ut til å være en etablert terskel for behandling. Pasienter med Rout som er lavere enn det nivået, er mindre sannsynlig å svare på behandlingen enn pasienter med en Rout høyere enn det nivået. Denne testen bekrefter den obstruktive naturen til NPH, og at hindringspunktet er distalt i forhold til det spinal subaraknoidale rommet. Poenget med obstruksjon må derfor være mellom spinal og kortikale subarachnoid mellomrom, eller på nivået av arachnoid villi. Denne testen har også blitt anbefalt å skille mellom «kommuniserende» og «ikke-kommuniserende» hydrocefalus. Pasienter med sistnevnte er potensielle kandidater for endoskopisk tredje ventrikulostomi.

Radiografiske studier

Et stort antall radiografiske studier har blitt påstått for å hjelpe til med valg av pasienter for shunting i sammenheng med NPH. Det er generell enighet om at ingen av disse studiene alene er følsomme eller spesifikke nok til at resultatet av shunting kan forutsies med akseptabelt nivå av tillit. To studier kastet imidlertid betydelig lys på de patofysiologiske mekanismene som er involvert i NPH. Den første gjenspeiler at graden av ventrikulær distensjon bør være betydelig større enn mengden CSF i de kortikale subaraknoidale rommene. Dette forholdet antyder at hjernen har blitt presset utover for å fylle volumet i det subaraknoidale rommet. Det antyder at det er en hindring for CSF-flyt mellom det ventrikulære systemet og det kortikale subaraknoidale rommet.

For det andre, for mange år, har radionuklid cisternografi blitt anbefalt for diagnostisering av NPH. Ulike proteinbundne sporstoffer har blitt brukt, inkludert RI131SA og indium-111.Teknikken er den samme for begge sporstoffene. En lumbal punktering utføres, og sporstoffet injiseres i det spinal subaraknoidale rommet. Scintigrafiske skanninger oppnås med intervaller fra 3 timer til 72 timer etter injeksjon av sporeren. I en positiv undersøkelse (fig. 5) beveger fargestoffet seg raskt inn i ventrikulærsystemet, forblir der i lengre perioder og tømmes sakte. En negativ studie antyder at det er lite sannsynlig at pasienten vil svare på shunting. I dette tilfellet kommer fargestoffet ganske raskt inn i ventrikkelen og strømmer raskt inn i det kortikale subaraknoidale rommet over hjernens konveksitet, men det tømmes innen 48 til 72 timer. En positiv test innebærer at en delvis blokk til CSF-strømning er tilstede mellom spinal og kortikale subarachnoid mellomrom. Denne studien er i samsvar med de patologiske funnene i Di Rocco-studien beskrevet tidligere. Denne testen hjelper med å belyse tilstanden som en form for hindring av CSF-strømning. Imidlertid har bruken nesten blitt forlatt fordi det ikke ser ut til å forbedre pasientvalget for behandling utover det som er gitt av kombinasjonen av pasientens kliniske bilde- og bildestudier.

Konklusjon

Basert på studiene diskutert ovenfor, kan NPH forstås som et problem som oppstår i to faser. I den første fasen utvikles en patologisk tilstand som svekker absorpsjonen av CSF på et tidspunkt mellom opprinnelsespunktet i ventrikulærsystemet og absorpsjonspunktet på nivået av arachnoid villi. I løpet av denne fasen kan ventriklene forstørres eller ikke. Hvis patologien utvikler seg før kraniale suturer smelter sammen, kan det oppstå betydelig makrocephali. Pasienten kompenserer fullt ut for dette CSF-absorberende problemet og forblir uten åpenbare symptomer i lang tid, muligens i mange tiår. Punktet for obstruksjon kan være på nivået med akvadukten til Sylvius, utløp foramen av den fjerde ventrikkel eller basale cisterner.

På et tidspunkt begynner pasientene å forverres. Hos unge eller middelaldrende voksne følger forverringen ofte en mindre hodeskade. Slike pasienter blir vanligvis symptomatiske med et blandet bilde av høy ICP og de karakteristiske funnene til NPH. I adresser til konvensjoner fra Hydrocephalus Association, har Williams referert til denne tilstanden som SHYMA (symptomatisk hydrocefalus hos unge og middelaldrende voksne; Williams MA, personlig kommunikasjon, 1999, 2001). Hvis forverring ikke oppstår på dette stadiet, vil pasientene begynne å vise subtile tegn på forverring når de når aldring. Denne fasen kan begynne så tidlig som 60 år. Denne fasen er et resultat av den nye utvidelsen av ventriklene når hjernen myker opp, en uunngåelig del av den normale aldringsprosessen.

1. Adams RD, Fisher CM , Hakim S, et al: Symptomatisk okkult hydrocefalus med «normalt» cerebrospinalvæsketrykk. Et behandlingsbart syndrom. N Eng J Med 273: 117-126, 1965
2. Awad IA, Spetzler RF, Hodak JA, et al: Tilfeldige lesjoner notert på magnetisk resonansavbildning av hjernen: Prevalens og klinisk betydning i forskjellige aldersgrupper. Neurokirurgi 20: 222-227, 1987
3. Bech RA, Juhler M, Waldemar G, et al: Frontal hjerne- og leptomeningeal biopsiprøver korrelert med cerebrospinalvæskeutstrømningsresistens og B-bølgeaktivitet hos pasienter mistenkt for hydrocephalus med normalt trykk. Neurokirurgi 40: 497-502, 1997
4. Boon AJ, Tans JT, Delwel EJ, et al: Forutsier CSF-utstrømningsresistens responsen på shunting hos pasienter med normalt trykkhydrocephalus? Acta Neurochir Suppl (Wien) 71: 331-333, 1998
5. Borgesen SE: Conductance to outflow of CSF in normal pressure hydrocephalus. Acta Neurochir (Wien) 71: 1-45, 1984
6. Borgesen SE, Gjerris F: Den prediktive verdien av konduktans til utstrømning av CSF i vanlig trykkhydrocephalus. Brain 105: 65-86, 1982
7. Borgesen SE, Gjerris F: Forhold mellom intrakranielt trykk, ventrikulær størrelse og motstand mot CSF-utstrømning. J Neurosurg 67: 535-539, 1987
8. Borgesen SE, Westergard L, Gjerris F: Isotop cisternography and conductance to outflow of CSF in normal press hydrocephalus. Acta Neurochir (Wien) 57: 67-73, 1981
9. Casmiro M, Cacciatore FM, D’Alessandro R: Patogenesen av idiopatisk normaltrykk hydrocephalus: Et åpent problem. Funct Neurol 4: 403-410, 1989
10. Dandy WE, Blackfan KD: En eksperimentell og klinisk studie av indre hydrocefalus. JAMA 61: 2216-2217, 1913
11. Dandy WE, Blackfan KD: Intern hydrocephalus. En eksperimentell, klinisk og patologisk studie. Am J Dis Child 8: 406-482, 1914
12. Del Bigio MR, Cardoso ER, Halliday WC: Nevropatologiske endringer i kronisk voksen hydrocefalus: Kortikale biopsier og obduksjonsfunn. Can J Neurol Sci 24: 121-126, 1997
13. Di Rocco C, Di Trapani G, Maira G, et al: Anatomo-clinical correlations in normotensive hydrocephalus. Rapporter om tre saker.J Neurol Sci 33: 437-452, 1977
14. Gjerris F, Borgesen SE, Sorensen PS, et al: Resistance to cerebrospinal fluid outflow and intracranial press in patients with hydrocephalus after subarachnoid blødning. Acta Neurochir (Wien) 88: 79-86, 1987
15. Gucer G, Viernstein L, Walker AE: Kontinuerlig intrakranial trykkregistrering i voksen hydrocefalus. Surg Neurol 13: 323-328, 1980
16. Hakim S, Adams RD: Det spesielle kliniske problemet med symptomatisk hydrocefalus med normalt cerebrospinalvæsketrykk. Observasjoner av cerebrospinalvæske hydrodynamikk. J Neurol Sci 2: 307-327, 1965
17. Harbert JC, McCullough DC, Schellinger D: Computed cranial tomography and radionuklide cisternography in hydrocephalus. Semin Nucl Med 7: 197-200, 1977
18. Harris NG, McAllister JP 2nd, Conaughty JM, et al: Effekten av arvelig hydrocephalus og shuntbehandling på kortikale pyramidecellendendritter hos spedbarnet H-Tx rotte . Exp Neurol 141: 269-279, 1996
19. Karahalios DG, Rekate HL, Khayata MH, et al: Forhøyet intrakranielt venetrykk som en universell mekanisme i pseudotumor cerebri av varierende etiologier. Neurologi 46: 198-202, 1996
20. Kosteljanetz M, Nehen AM, Kaalund J: Cerebrospinal væskeutstrømningsmotstandsmålinger i utvalget av pasienter for shuntkirurgi i det normale trykkhydrocephalus syndromet. En kontrollert rettssak. Acta Neurochir (Wien) 104: 48-53, 1990
21. Krauss JK, Regel JP, Vach W, et al: Hvite materielle lesjoner hos pasienter med idiopatisk normaltrykk hydrocephalus og i en aldersmatchet kontrollgruppe: En komparativ studie. Nevrokirurgi 40: 491-496, 1997
22. Kristensen B, Malm J, Fagerland M, et al: Regional cerebral blood flow, white matter abnormalities, and cerebrospinal fluid hydrodynamics hos pasienter med idiopatisk hydrocephalus syndrom hos voksne. J Neurol Neurosurg Psychiatry 60: 282-288, 1996
23. Lang DM: Aldring i nervesystemet. Nevrokirurgi 17: 348-354, 1985
24. Lovely TJ, McAllister JP 2nd, Miller DW, et al: Effekter av hydrocefalus og kirurgisk dekompresjon på kortikale noradrenalin nivåer hos nyfødte katter. Neurokirurgi 24: 43-52, 1989
25. Matsumae M, Kikinis R, Morocz I, et al: Intrakranielt romvolum hos pasienter med forstørrede ventrikler vurdert ved magnetisk resonansbasert bildebehandling. J Neurosurg 84: 972-981, 1996
26. McCormick JM, Yamada K, Rekate HL, et al: Tidsforløp for intraventrikulært trykkendring i en hundemodell av hydrocefalus: Dens forhold til sagittal sinuselastanse. Pediatr Neurosurg 18: 127-133, 1992
27. Meier U, Zeilinger FS, Schonherr B: Endoskopisk ventrikulostomi versus shuntoperasjon i normaltrykk hydrocephalus: Diagnostikk og indikasjon. Minim Invasive Neurosurg 43: 87-90, 2000
28. Miyajima M, Sato K, Arai H: Kolinacetyltransferase, nervevekstfaktor og cytokinnivå endres i medfødte hydrocefaliske HTX-rotter. Pediatr Neurosurg 24: 1-4, 1996
29. Miyazawa T, Sato K: Læringshemming og nedsatt synaptogenese hos HTX-rotter med arrestert shuntavhengig hydrocefalus. Childs Nerv Syst 7: 121-128, 1991
30. Miyazawa T, Sato K, Ikeda Y, et al: En rotte-modell av spontant arrestert hydrocefalus. En atferdsstudie. Childs Nerv Syst 13: 189-193, 1997
31. Oi S, Shimoda M, Shibata M, et al: Patofysiologi av langvarig åpen ventrikulomegali hos voksne. J Neurosurg 92: 933-940, 2000
32. Poca MA, Sahuquillo J, Busto M, et al: Overensstemmelse mellom CSF-strømningsdynamikk i MR og ICP-overvåking i diagnosen normal trykkhydrocephalus. Følsomhet og spesifisitet av CSF-dynamikk for å forutsi utfall. Acta Neurochir Suppl 81: 7-10, 2002
33. Raftopoulos C, Chaskis C, Delecluse F, et al: Morfologisk kvantitativ analyse av intrakranielle trykkbølger i normalt trykkhydrocephalus. Neurol Res 14: 389-396, 1992
34. Raftopoulos C, Deleval J, Chaskis C, et al: Kognitiv utvinning i idiopatisk normaltrykk hydrocefalus: En prospektiv studie. Nevrokirurgi 35: 397-405, 1994
35. Rekate HL, Brodkey JA, Chizeck HJ, et al: Ventrikulær volumregulering: En matematisk modell og datasimulering. Pediatr Neurosci 14: 77-84, 1988
36. Sahuquillo J, Rubio E, Codina A, et al: Revaluering av det intrakraniale trykket og hjernevæskedynamikken hos pasienter med det såkalte «normale trykk hydrocephalus» syndromet Acta Neurochir (Wien) 112: 50-61, 1991
37. Suda K, Sato K, Takeda N, et al: Tidlig ventrikuloperitoneal shunt – effekter på læringsevne og synaptogenese av hjernen hos medfødte hydrocefaliske HTX-rotter Childs Nerv Syst 10: 19-23, 1994
38. Vanneste J, Augustijn P, Davies GA, et al: Normal-hydrocephalus. Er cisternografi fortsatt nyttig for å velge pasienter for en shunt? Arch Neurol 49: 366 -370, 1992
39. Vanneste J, Hyman R: Ikke-svulstig akveduktstenose og normalt trykkhydrocephalus hos eldre.J Neurol Neurosurg Psychiatry 49: 529-535, 1986
40. Williams MA, Razumovsky AY, Hanley DF: Sammenligning av Pcsf-overvåking og kontrollert CSF-drenering diagnostiserer normalt trykkhydrocephalus. Acta Neurochir Suppl (Wien) 71: 328-330, 1998