Författare

Harold L. Rekate, MD

Avdelningen för neurologisk kirurgi, Barrow Neurological Institute, St. Joseph’s Hospital and Medical Center, Phoenix, Arizona

Sammanfattning

Ursprungligen beskrivet i mitten av 1960-talet är normalt tryck hydrocephalus (NPH) ett tillstånd som främst finns hos äldre patienter. Förstoring av hjärnkammarna resulterar i snigande försämring av gång, blåskontroll och kognitiv funktion utan uppenbara tecken på ökat intrakraniellt tryck. Orsaken till tillståndet har varit föremål för betydande spekulationer, och enighet är fortfarande svårfångad. Denna artikel utvärderar relevant klinisk information och grundläggande vetenskap för att utveckla en förenande teori om orsaken till NPH. Resultaten antyder att en långvarig ökning av och samtidigt långvarig kompensation för motstånd mot flödet av cerebrospinalvätska från dess produktionsställe till dess absorptionsställen kan vara den mekanism som ligger bakom NPH. Den normala åldringsprocessen kan leda till mjukgöring av hjärnan eller till en minskning av hjärnturgor, och detta kroniskt kompenserade tillstånd leder sannolikt till dekompensation och symtomatisk försämring.

Nyckelord: cerebrospinalvätska, demens, intrakraniellt tryck , matematisk modellering, normalt tryckhydrocephalus, patofysiologi, pseudotumor cerebri

1965 beskrev Hakim och Adams ursprungligen normalt tryckhydrocephalus (NPH) som en kirurgiskt behandlingsbar orsak till demens. Äldre patienter med demens och förstorade ventriklar på pneumoencefalogram utsattes för placering av ventrikuloatriell shunts. Den kognitiva prestandan hos vissa av dessa patienter förbättrades dramatiskt, men storleken på deras hjärnkammare förändrades på bara några få. I dessa tidiga studier visade ingen av patienterna några tecken på ökat intrakraniellt tryck (ICP), och namnet NPH myntades för att beskriva detta tillstånd. Sedan dess har en stor mängd litteratur försökt förklara detta gåtfulla tillstånd och förbättra förmågan att välja patienter för behandling. Genom att tillämpa relevant information erhållen från matematisk modellering, grundläggande vetenskaplig forskning och neurofysiologi, neuropatologi och neuroradiologi föreslås en sammanfattande teori om den bakomliggande orsaken eller orsakerna till NPH.

Matematisk modellering

I samarbete med ingenjörsfakulteten vid Case Western Reserve University, Cleveland, Ohio, utvecklade jag en matematisk modell av dynamiken i cerebrospinalvätska (CSF) för att förklara en mängd gåtfulla förhållanden relaterade till hjärnventrikelns volym som en funktion av resistens till utflöde av CSF. Denna modell använde matematiska ekvationer härledda från hydraulikens tekniska principer och inkluderade metoder från system- och designteknik. Från dessa ekvationer utvecklades en datorsimulering för att beskriva förändringar i volymerna i hjärnkammarna som en funktion av CSF-tryck och flöde. Detta arbete stöddes av ett bidrag från National Institutes of Neurological Diseases and Stroke (R01-NS22901).
Att beskriva hjärnventriklarnas svar på en ökning av resistens mot CSF-utflöde utan en signifikant ökning av ICP i tillståndet av NPH och för att redogöra för avsaknaden av en ökning av kammarstorleken med ökat utflödesmotstånd och ökad ICP i pseudotumör cerebri, var det nödvändigt att inkludera ett modifieringsmedel som kallas ”hjärnturgor” eller Kb. konstant för varje persons hjärna, och termen Kb användes för ”hjärnkonstant”. Studier av pseudotumör cerebri indikerade dock att hjärnturgor inte alltid är en konstant. Snarare kan det vara en snabbt föränderlig variabel som beror på cerebral venös volym.

När det gäller pseudotumor cerebri validerades förutsägelserna av modellen genom att mäta trycket i de venösa bihålorna och orsaken till pseudotumör cerebri identifierades som en ökning av sagittalt sinustryck. Egentligen identifierades två olika former av detta tillstånd. I det vanligare fallet av pseudotumor cerebri associerad med fetma hos unga kvinnor, återspeglade det ökade trycket i sagittal sinus ökat höger förmaks tryck, vilket svarade på viktminskning. Hos icke-obese-drabbade av pseudotumör cerebri identifierades gradienter över delvis ockluderade venösa bihålor, även hos patienter med normal magnetisk resonans (MR) venografiska studier. Följaktligen, i dessa fall, resulterade pseudotumor cerebri från en ökning av K och en minskning av absorptionen av CSF på grund av högt sagittalt sinustryck som överförs till hjärnens parenkym.

NPH modellerades genom att göra två antaganden. För det första minskar hjärnans turgor som ett resultat av den normala processen för För det andra, som föreslagits av Di Rocco och kollegor i en studie som diskuterades i avsnittet om patologin för NPH, motstånd mot flödet av CSF mellan den ryggmärgs-subarachnoid och den kortikala subarachnoid utrymmen måste ökas. Datorsimuleringar av effekten på kammarvolymer (fig. 1) och tryck (fig. 2) visar en ökning av volymerna hos hjärnkammarna, särskilt sidokammarna, och en mycket liten ökning av ICP som snabbt stabiliseras med tiden. Modellen förutsäger framgångsrikt hjärnans beteende i fallet med NPH. Åldrande är inte det enda tillståndet som leder till en minskning av hjärnturgor. Hjärnturgor minskar också efter att hjärnan skadas av stroke, trauma (fig. 3) och strålbehandling. NPH har i sådana fall en tydlig orsak och skiljer sig från idiopatisk NPH där orsaken är okänd.

För att illustrera och studera valdes blockering mellan ryggraden och kortikala subaraknoida utrymmen för datasimuleringen. Ett liknande resultat förutspås om hinderpunkten är belägen vid utloppet för den fjärde kammarens utlopp eller vid Sylvius akvedukt. I djurmodeller och hos människor är det lätt att öka hjärnturgor och därmed skapa pseudotumor cerebri genom att hindra venös återkomst av halsvenerna. Simulering av NPH är dock svårare och tar betydligt längre tid. Studien av NPH kräver därför analys av naturligt förekommande exempel på tillståndet. Resten av denna översyn analyserar tillgänglig klinisk och grundläggande vetenskaplig information eftersom den påverkar modellen som beskrivs här.

Djurmodeller

Sedan Dandys tidiga arbete har kronisk hydrocefalus framställts i en mängd olika djurmodeller. Det finns också ett antal naturligt förekommande exempel på medfödd hydrocephalus hos inavlade arter av råttor och möss. När ICP mäts hos dessa djur under den kroniska fasen av hydrocefalus, är det vanligtvis inom ett normalt intervall. I en hundmodell produceras hydrocefalus genom den intracisterna injektionen av en uppslamning av lera som kallas kaolin. Under de första dagarna efter att kaolin injicerats ökar ICP kraftigt. ICP återgår dock snabbt till det normala med en markant expansion av kammarna. Ventriklarna hos den naturligt förekommande H-Tx-råttan expanderar. Dessa råttor misslyckas labyrintestning utan uppenbara tecken på ökad ICP, vilket simulerar NPH. Av råttor vars ventriklar upprätthåller förmågan att minska, förbättras deras funktion vid motorisk testning tills deras prestanda inte skiljer sig från deras icke-hydrocefaliska kullkamrater.

Patologiska studier

Det histologiska utseendet hos biopsier från patienter med NPH visar inga signifikanta skillnader jämfört med postmortem-prover från åldersmatchade kontroller. Vid MR-avbildning och patologisk undersökning verkar periventrikulär vakuolisering vara ett tillfälligt resultat som ökar i svårighetsgrad och omfattning med åldrandet. Dessa resultat speglar hjärnans svampliknande kvalitet under senare årtionden av livet. Denna svampliknande kvalitet leder till en minskning av hjärnans turgor med åldern.

Ett antal artiklar har fokuserat på parenkymförändringar i hjärnan hos patienter som diagnostiserats med NPH.Jag hittade emellertid bara en artikel där postmortem material studerades i ett försök att bestämma punkten för hinder för flödet av CSF. Di Rocco och kollegor studerade hjärnan hos tre patienter som visade sig ha NPH. Dessa prover avslöjade signifikant leptomeningeal fibros, vilket tyder på att punkten för obstruktion kan vara basala cisterner mellan ryggraden och kortikala subaraknoidala utrymmen. Dessa resultat överensstämmer med sambandet mellan NPH och huvudskada eller aneurysmal subaraknoidalblödning.

Sammanfattningsvis tyder resultaten från tillgängliga patologiska studier på hjärnens parenkym bara på förekomsten av kännetecknen för åldrande. Det finns inga specifika resultat för NPH. Det finns någon patologisk grund för tanken att när vi åldras blir våra hjärnor mjukare. Slutligen verkar shuntrespons vara associerad med fibros och därför ökat motstånd mot flödet av CSF i bascisternerna.

Klinisk utvärdering

Insikt i NPH: s ursprung kan ofta fås från historia och fysiska undersökning av drabbade patienter. Ett betydande men okänt antal patienter som utvecklar de klassiska fynden av NPH sent i livet har en historia av att alltid ha varit medvetna om att deras huvuden var större än normalt (fig. 4). Vanneste och Hyman har visat att en betydande andel av patienterna med NPH har en obstruktion vid akveduktnivån (icke-kommunicerande hydrocephalus). Denna upptäckt stärker argumentet att patienter med NPH har långvarig kronisk kompenserad hydrocefalus från vilken de sedan kompenseras när de åldras.

Kliniska fysiologiska studier

Kronisk övervakning av ICP avslöjar att NPH är faktiskt en felaktig benämning. Under ICP-övervakning visar patienter som så småningom svarar på växling intermitterande höjningar av ICP. Deras ICP-inspelningar vid baslinjen är normala till höga normala. Dessa patienter har också platåvågor i högre frekvens och varaktighet än normala individer eller patienter som har hjärnatrofi. Dessa studier stöder påståendet att dessa patienter har högre ICP än vad som skulle vara normalt för patienter i samma ålder med samma hjärnviskoelastiska egenskaper.

Infusionsstudier som mäter motståndet mot utflöde av CSF (Rout) påstås för att förbättra den diagnostiska noggrannheten i kliniska och radiologiska undersökningar av dessa patienter. Dessa studier involverar infusion av artificiell CSF under inspelning av ICP. Detta test kan utföras på olika sätt, men 18 ml / mm Hg / min verkar vara en fastställd tröskel för behandling. Patienter vars Rout är lägre än den nivån är mindre benägna att svara på behandlingen än patienter med en Rout högre än den nivån. Detta test bekräftar den obstruktiva karaktären hos NPH och att obstruktionspunkten är distalt mot det ryggmärgs subaraknoidala utrymmet. Hinderpunkten måste därför vara mellan de ryggrads- och kortikala subaraknoida utrymmena, eller på nivån av arachnoid villi. Detta test har också förespråkats för att skilja mellan ”kommunicerande” och ”icke-kommunicerande” hydrocephalus. Patienter med den senare är potentiella kandidater för endoskopisk tredje ventrikulostomi.

Radiografiska studier

Ett stort antal röntgenstudier har påstås vara till hjälp vid val av patienter för växling i samband med NPH. Det finns allmän enighet om att ingen av dessa studier ensamma är känsliga eller specifika nog för att man ska kunna förutsäga resultatet av växling med en acceptabel nivå av förtroende. Två studier kastade emellertid betydande ljus på de patofysiologiska mekanismerna som är involverade i NPH. Den första återspeglar att graden av ventrikulär distension bör vara betydligt större än mängden CSF i de kortikala subaraknoidala utrymmena. Detta förhållande antyder att hjärnan har skjutits utåt för att fylla volymen i det subaraknoida utrymmet. Det antyder att det finns ett hinder för CSF-flöde mellan kammarsystemet och det kortikala subaraknoidala utrymmet.

För det andra för många år har radionuklid cisternografi rekommenderats för diagnos av NPH. Olika proteinbundna spårämnen har använts, inklusive RI131SA och indium-111.Tekniken är densamma för båda spårämnena. En ländryggspunktion utförs och spårämnet injiceras i det ryggmärgs subaraknoida utrymmet. Scintigrafiska skanningar erhålls med intervall från 3 timmar till 72 timmar efter injektion av spårämnet. I en positiv studie (fig. 5) reser färgämnet snabbt in i kammarsystemet, förblir där under långa perioder och rensas långsamt. En negativ studie tyder på att det är osannolikt att patienten svarar på växling. I detta fall kommer färgämnet in i kammaren ganska snabbt och rinner snabbt in i det kortikala subaraknoidala utrymmet över hjärnans konvexitet, men det rensas inom 48 till 72 timmar. Ett positivt test innebär att ett partiellt block till CSF-flöde förekommer mellan ryggraden och kortikala subaraknoidala utrymmena. Denna studie överensstämmer med de patologiska resultaten i Di Rocco-studien som beskrivits tidigare. Detta test hjälper till att belysa tillståndet som en form av hinder för CSF-flöde. Användningen av den har emellertid nästan överges eftersom den inte verkar förbättra valet av patienter för behandling utöver det som ges av kombinationen av patientens kliniska bild- och bildstudier.

Slutsats

Baserat på ovan diskuterade studier kan NPH förstås som ett problem som uppstår i två faser. I den första fasen utvecklas ett patologiskt tillstånd som försämrar absorptionen av CSF någon gång mellan dess utgångspunkt i det ventrikulära systemet och dess absorptionspunkt vid arachnoid villi-nivån. Under denna fas kan ventriklarna förstoras eller inte. Om patologin utvecklas innan kraniella suturer smälter samman kan betydande makrocephali uppstå. Patienten kompenserar fullt ut för detta CSF-absorberande problem och förblir utan uppenbara symtom under en lång period, möjligen många decennier. Hinderpunkten kan vara på nivån av Sylvius-akvedukten, utloppsformen för den fjärde kammaren eller bascisterner.

Vid någon tidpunkt börjar patienterna försämras. Hos unga eller medelålders vuxna följer försämringen ofta en mindre huvudskada. Sådana patienter blir vanligtvis symtomatiska med en blandad bild av hög ICP och de karakteristiska fynden av NPH. I adresser till konventioner från Hydrocephalus Association har Williams hänvisat till detta tillstånd som SHYMA (symptomatisk hydrocephalus hos unga och medelålders vuxna; Williams MA, personlig kommunikation, 1999, 2001). Om försämring inte inträffar i detta skede, kommer patienter att börja visa subtila tecken på försämring när de når åldrande. Denna fas kan börja så tidigt som 60 år. Denna fas beror på den nya expansionen av kammarna när hjärnan mjuknar, en oundviklig del av den normala åldringsprocessen.

1. Adams RD, Fisher CM , Hakim S, et al: Symptomatisk ockult hydrocefalus med ”normalt” cerebrospinalvätsketryck. Ett behandlingsbart syndrom. N Eng J Med 273: 117-126, 1965
2. Awad IA, Spetzler RF, Hodak JA, et al: Oavsiktliga skador noterade på magnetisk resonansavbildning av hjärnan: Prevalens och klinisk betydelse i olika åldersgrupper Neurokirurgi 20: 222-227, 1987
3. Bech RA, Juhler M, Waldemar G, et al: Frontal hjärn- och leptomeningeal biopsiprover korrelerade med cerebrospinalvätska utflödesresistens och B-vågaktivitet hos patienter som misstänks för hydrocefalus med normalt tryck. Neurokirurgi 40: 497-502, 1997
4. Boon AJ, Tans JT, Delwel EJ, et al: Förutsäger CSF-utflödesmotstånd svaret på växling hos patienter med normalt tryckhydrocephalus? Acta Neurochir Suppl (Wien) 71: 331-333, 1998
5. Borgesen SE: Konduktans till utflöde av CSF i hydrocephalus med normalt tryck. Acta Neurochir (Wien) 71: 1-45, 1984
6. Borgesen SE, Gjerris F: Det prediktiva värdet av konduktans till utflöde av CSF i hydrocephalus med normalt tryck. Brain 105: 65-86, 1982
7. Borgesen SE, Gjerris F: Förhållanden mellan intrakraniellt tryck, kammarstorlek och motstånd mot CSF-utflöde. J Neurosurg 67: 535-539, 1987
8. Borgesen SE, Westergard L, Gjerris F: Isotop cisternography and conductance to outflow of CSF in normal pressure hydrocephalus. Acta Neurochir (Wien) 57: 67-73, 1981
9. Casmiro M, Cacciatore FM, D’Alessandro R: Patogenesen av idiopatisk normaltryckshydrocephalus: Ett öppet problem. Funct Neurol 4: 403-410, 1989
10. Dandy WE, Blackfan KD: En experimentell och klinisk studie av inre hydrocephalus. JAMA 61: 2216-2217, 1913
11. Dandy WE, Blackfan KD: Intern hydrocephalus. En experimentell, klinisk och patologisk studie. Am J Dis Child 8: 406-482, 1914
12. Del Bigio MR, Cardoso ER, Halliday WC: Neuropatologiska förändringar i kronisk vuxen hydrocefalus: Kortikala biopsier och obduktionsfynd. Can J Neurol Sci 24: 121-126, 1997
13. Di Rocco C, Di Trapani G, Maira G, et al: Anatomokliniska korrelationer i normotensiv hydrocefalus. Rapporter om tre ärenden.J Neurol Sci 33: 437-452, 1977
14. Gjerris F, Borgesen SE, Sorensen PS, et al: Resistens mot cerebrospinalvätskeutflöde och intrakraniellt tryck hos patienter med hydrocefalus efter subaraknoidalblödning. Acta Neurochir (Wien) 88: 79-86, 1987
15. Gucer G, Viernstein L, Walker AE: Kontinuerlig intrakraniell tryckregistrering i vuxen hydrocephalus. Surg Neurol 13: 323-328, 1980
16. Hakim S, Adams RD: Det speciella kliniska problemet med symtomatisk hydrocephalus med normalt cerebrospinalvätsketryck. Observationer av cerebrospinalvätska hydrodynamik. J Neurol Sci 2: 307-327, 1965
17. Harbert JC, McCullough DC, Schellinger D: Beräknad kranietomografi och radionuklidcisternografi i hydrocephalus. Semin Nucl Med 7: 197-200, 1977
18. Harris NG, McAllister JP 2nd, Conaughty JM, et al: Effekten av ärftlig hydrocephalus och shuntbehandling på kortikala pyramidala celldendriter hos spädbarn H-Tx-råtta . Exp Neurol 141: 269-279, 1996
19. Karahalios DG, Rekate HL, Khayata MH, et al: Förhöjt intrakraniellt venöst tryck som en universell mekanism i pseudotumör cerebri av varierande etiologier. Neurologi 46: 198-202, 1996
20. Kosteljanetz M, Nehen AM, Kaalund J: Cerebrospinalvätska utflödesmotståndsmätningar vid val av patienter för shuntkirurgi vid normalt tryck hydrocephalus syndrom. En kontrollerad rättegång. Acta Neurochir (Wien) 104: 48-53, 1990
21. Krauss JK, Regel JP, Vach W, et al: Vitämnesskador hos patienter med idiopatisk normaltryckshydrocephalus och i en åldersmatchad kontrollgrupp: En jämförande studie. Neurokirurgi 40: 491-496, 1997
22. Kristensen B, Malm J, Fagerland M, et al: Regional cerebral blood flow, white matter abnormalities, and cerebrospinal fluid hydrodynamics in patients with idiopathic adult hydrocephalus syndrome. J Neurol Neurosurg Psychiatry 60: 282-288, 1996
23. Lång DM: åldrande i nervsystemet. Neurokirurgi 17: 348-354, 1985
24. Lovely TJ, McAllister JP 2nd, Miller DW, et al: Effekter av hydrocefalus och kirurgisk dekompression på kortikala noradrenalinnivåer hos nyfödda katter. Neurokirurgi 24: 43-52, 1989
25. Matsumae M, Kikinis R, Morocz I, et al: Intrakraniella fackvolymer hos patienter med förstorade ventriklar utvärderade genom magnetisk resonansbaserad bildbehandling. J Neurosurg 84: 972-981, 1996
26. McCormick JM, Yamada K, Rekate HL, et al: Tidsförlopp för intraventrikulär tryckförändring i en hundmodell av hydrocefalus: Dess förhållande till sagittal sinuselastans. Pediatr Neurosurg 18: 127-133, 1992
27. Meier U, Zeilinger FS, Schonherr B: Endoskopisk ventrikulostomi kontra shuntoperation vid hydrocephalus vid normalt tryck: Diagnostik och indikation. Minim Invasive Neurosurg 43: 87-90, 2000
28. Miyajima M, Sato K, Arai H: Kolinacetyltransferas, nervtillväxtfaktor och cytokinnivåer förändras i kongenitalt hydrocefaliska HTX-råttor. Pediatr Neurosurg 24: 1-4, 1996
29. Miyazawa T, Sato K: Inlärningssvårigheter och nedsatt synaptogenes hos HTX-råttor med arresterad shuntberoende hydrocephalus. Childs Nerv Syst 7: 121-128, 1991
30. Miyazawa T, Sato K, Ikeda Y, et al: En råttmodell av spontant arresterad hydrocephalus. En beteendestudie. Childs Nerv Syst 13: 189-193, 1997
31. Oi S, Shimoda M, Shibata M, et al: Patofysiologi av långvarig öppen ventrikulomegali hos vuxna. J Neurosurg 92: 933-940, 2000
32. Poca MA, Sahuquillo J, Busto M, et al: Överensstämmelse mellan CSF-flödesdynamik i MR- och ICP-övervakning vid diagnos av normalt tryckhydrocephalus. Känslighet och specificitet av CSF-dynamik för att förutsäga resultatet. Acta Neurochir Suppl 81: 7-10, 2002
33. Raftopoulos C, Chaskis C, Delecluse F, et al: Morfologisk kvantitativ analys av intrakraniella tryckvågor i hydrocefalus med normalt tryck. Neurol Res 14: 389-396, 1992
34. Raftopoulos C, Deleval J, Chaskis C, et al: Kognitiv återhämtning i idiopatisk normaltryck hydrocephalus: En prospektiv studie. Neurokirurgi 35: 397-405, 1994
35. Rekate HL, Brodkey JA, Chizeck HJ, et al: Ventrikulär volymreglering: En matematisk modell och datorsimulering. Pediatr Neurosci 14: 77-84, 1988
36. Sahuquillo J, Rubio E, Codina A, et al: Omvärdering av intrakraniellt tryck och cerebrospinalvätskedynamik hos patienter med så kallat ”normalt tryck hydrocephalus” -syndrom Acta Neurochir (Wien) 112: 50-61, 1991
37. Suda K, Sato K, Takeda N, et al: Tidig ventrikuloperitoneal shunt – effekter på inlärningsförmåga och synaptogenes av hjärnan i kongenitalt hydrocephalic HTX-råttor Childs Nerv Syst 10: 19-23, 1994
38. Vanneste J, Augustijn P, Davies GA, et al: Normal-hydrocephalus. Är cisternografi fortfarande användbar för att välja patienter för en shunt? Arch Neurol 49: 366 -370, 1992
39. Vanneste J, Hyman R: Icke-tumör akveduktstenos och normalt tryckhydrocephalus hos äldre.J Neurol Neurosurg Psychiatry 49: 529-535, 1986
40. Williams MA, Razumovsky AY, Hanley DF: Jämförelse av Pcsf-övervakning och kontrollerad CSF-dränering diagnostiserar normalt tryck hydrocephalus. Acta Neurochir Suppl (Wien) 71: 328-330, 1998